台灣南投地區地震災害特性分析與應用

前言

臺灣位於歐亞大陸板塊、菲律賓海板塊之交界，因板塊擠壓作用，菲律賓海板塊相對於歐亞大陸板塊之板塊運動約每年7~8公分，使得臺灣地震發生頻繁，每年約有15,000∼18,000個大大小小的地震在此發生。自西元1900年至2013年之間，這百餘年來，南投地區曾經發生過數次災害性地震，最知名的便是1916年南投地震（M_L6.8）、1916年台中-南投地震（M_Lsub>6.2）、1917年埔里地震（M_L6.2及M_L5.5），數起地震合稱「1916年南投地震系列」，其次是1999年921集集地震（M_L7.3），與2013年的南投地震序列（M_L6.5及M_L6.3）。其中921地震造成2,415人死亡，29人失蹤，11,305人受傷，51,711間房屋全倒，53,768間房屋半倒，是近年來造成損失最大的事件。因此，為保障人民生命安全，降低財產損失，提高生活福祉，如何有效評估潛勢地震引發的災害，對居住在南投地區人民而言，實為首重之任務。

計算方法

本研究應用Liao and Huang (2016)分析2013年南投地震序列的二個主震的破裂過程，並依據此結果，計算由此二個主震所引發的庫倫應力改變（Coulomb stress changes）（圖1）。庫倫應力增加時，可視同為對區域的負載增加，從而誘發應力分布已在臨界值的潛在斷層產生錯動，造成新的地震發生；反之若是庫倫應力降低，可視為降低對區域的負載，因此降低斷層錯動的風險。在背景應力已經相當高的環境底下，地震發生後庫倫應力的改變，能夠誘發其他地震的發生，此想法已經被許多研究所證實（King et al., 1994; Stein et al., 1997; Ganas et al., 2006; Xu et al., 2010; Sato et al., 2010）。根據前人的研究（Harris et al., 1995; Harris and Simpson, 1998），在庫倫應力背景值相當高的情況之下，當庫倫應力增加值大於0.1bar的時候，也會誘發新的地震產生。

圖1　 2013年南投地震主震庫倫應力分布及潛勢地震機制（黃色球），     其中白色星號與左方黃色星號分別代表0327及0602地震震央。

因此，基於2013年南投地震主震的庫倫應力和，選擇庫倫應力增加最高的區域為潛勢地震發生的位置，並假設此引發地震的斷層面積是40km*40km，深度約13km, 震源機制解與此二主震類似，黃色球代表其震源機制（圖1），更假設此地震規模M_L = 6.2，斷層面滑移量的分布滿足k-square model的數學模型（圖2），配合運用 Jashi, A. et al. (2015)提出的方法，計算各地的地震波形，並據此計算PGA與譜震度分布，用以評估此潛勢地震產生時，對南投地區的不同高度建築物所造成的破壞，

圖2  滑移量在斷層面上的分布

分析結果

依據上述方法，能夠計算潛勢地震發生時，所產生不同地區的震波、最大地表加速度（PGA）及譜震度（spectral intensity）的分布值，因此可得到以下結果:

1. 從圖3中能夠發現，對仁愛鄉、埔里鎮及魚池鄉來說，PGA值在250gal以上，係屬於震度6級的強震，且對部分信義鄉與花蓮地區，也有較大的震度產生。但PGA只代表極短時間的最大地震力，尚不足以推估複雜且不同高度建築物的震災，因此需搭配不同參數，才有較完整的結果。
   
2. 圖4表示加速度譜震度（SIa）分布，用以評估對1-6層樓高度建築物破壞的程度，依照分布結果，此地震將會對於仁愛、埔里、魚池、信義等鄉鎮產生重大破壞，尤其此四個鄉鎮因非都市，住家建築高度大約都在4層樓以下，所以此地震若產生，此四鄉鎮的SIa值皆大於400gal，恐怕對四鄉鎮的建物造成嚴重破壞。
3. 圖5表示速度譜震度（SIv）分布，主要評估7-20層樓高的建築物損害程度。自圖5中可以發現，鹿谷、集集、中寮、國姓、埔里、魚池、水里、仁愛及信義鄉的SIv值皆大於40cm。 雖然仁愛鄉與信義鄉皆在50cm以上，但此二地區皆為原住民鄉，高樓建築較少，值得注意的地區還是以埔里與魚池鄉為主。此外，信義鄉有高架橋，埔里有國道六號，其高度與7-20樓高的建築物相若，當地震發生時，應特別注意橋樑交通安全。
4. 圖6表示位移譜震度（SId）分布，用以評估樓層為20樓以上高度的建築物破壞度，應注意的是草屯鎮與南投市，此二地區的SId約在9cm且是較繁華區域，有較高層的建築物，因此必須注意高樓建物的安全，必須做好建築物的安全檢查，尤其是高樓式的集合式住宅，更是需要做好防災準備，以免地震發生時，產生其他不必要的損失。

圖3  水平分量PGA分布

圖4  水平分量SIa分布

圖5  水平分量SIv分布

圖6  水平分量SId分布

結論

本研究配合南投地震庫倫應力改變值，評估可能誘發地震的潛勢位置與其產生破裂的情況。 根據所計算之結果，可以發現埔里鎮、魚池鄉、仁愛鄉及信義鄉的建築物，在此地震發生時，恐造成嚴重影響。水平分量加速度反應譜，顯示對仁愛鄉與信義鄉造成較嚴重破壞，而此二地區的建築物大多數是在6層樓以下，因此必須加強對此地區防災疏散掩蔽的宣導。速度譜震度對仁愛鄉及信義鄉也有集中破壞的潛勢，但仁愛鄉與信義鄉房屋具7 ~ 20層樓的並不多見，唯有信義鄉的交通高架橋樑，受地震發生時的速度值影響可能較大，對埔里地區的國道六號與集合式住宅，亦可能造成影響，因此需注意橋樑與大樓的安全維護。觀察位移反應譜，得知對南投市、草屯鎮的20層樓高的建物破壞大，故需保持防災意識，減少傷亡。

參考文獻

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