結合高頻GPS及強震資料探討2016年美濃地震之近斷層強地動反應特性

Abstract

2016年2月6日，台灣西南部發生了震矩規模(Mw)6 5的中規模、但劇災型地震。此地震震央在高雄市美濃區，卻對距離震央約30公里遠的台南市造成嚴重災損，數百棟的房屋損毀及土壤液化等災害，導致117人罹難，是繼1999年集集地震後罹難人數最多的地震災害事件。美濃地震在近斷層處觀測到的最大加速度值(PGA)值約為445 gal，最大速度值(PGV)約為96 cm/s，其中主要的建物災損分布在PGA大於200 gal及PGV大於30 cm/s 之區域，而GPS水平位移場在台南以弧狀呈現，垂直位移場在龍船斷層北端在地震發生後瞬間抬升了8 4公分。由PGV空間分布分析得知，在震央方位角270度至15度的區域內觀測到強烈的震源破裂方向性效應，長周期及高速度峰值的脈衝狀地動為近斷層地震獨特的特徵。巨大的脈衝狀地動主要歸因為此次地震顯著的破裂方向性效應，使台南市受到嚴重的破壞。 密集的GPS觀測網路有助於檢測地震波傳播的顯著變化，這可能與破裂動力學或其他隱藏的地質異質性有關(Genrich and Bock 2006); Avallone et al (2011)表明，在近場中高採樣率的GPS可以視為強震站使用; Burks and Baker (2016)結合了高頻GPS及強震站提出了近斷層永久位移預測的模型。此次美濃地震我們在近斷層處不僅擁有完整的永久位移紀錄，更可將高頻GPS視為強震站進行強地動分析。我們利用Shahi and Baker (2014)提出的小波分析方法找出具有速度脈衝訊號(Velocity pulse)的地震記錄，結果顯示有26個自由場強震站、3個高頻GPS 50-Hz及8個GPS 1-Hz個測站在近斷層處被判定有速度脈衝訊號，這些測站依據最大速度脈衝方向大致可以分類成三群(1)新化斷層與左鎮斷層之間以北，脈衝方向為南北方向；(2)新化斷層以南，龍船斷層以北最大方向指向東南；(3)台南舊市區、歸仁及仁德則為東西向。第一群及第二群由龍船斷層至新化斷層以北，PGV由96 cm/s至49 cm/s遞減，此區週期介於1 4至2 6秒 ; 第三群鄰近後甲里斷層，受到場址效應影響，PGV皆介於30至40 cm/s，週期由東至西，從1 1秒至3 2秒，且安平一帶擁有最長周期。 台灣西南部複雜的褶皺逆衝帶及疊瓦構造，因近斷層速度脈衝影響，在地震發生瞬間擠壓了古亭坑層的泥岩，造成龍船斷層北端隆起。除此之外，綜合近斷層效應及場址效應的強地動特性導致了台南地區百餘棟的建物受損以不同類型呈現。建築物的倒塌，除了與建築物結構弱面有關，地震當下的最大速度脈衝方向也是原因之一，最大脈衝方向也與完全倒塌的7棟建築物方向一致；而鬆軟土層的場址放大效應也造成舊台南市區及安平一帶的長脈衝周期及土壤液化引致的建物災害。 美濃地震中由於斷層區域強震站分布不均，此處高頻GPS扮演重要的角色，結合高頻GPS與自由場強震站不僅能夠在近斷層監測中提供更多速度脈衝記錄，同時也能得知地震發生當下更細部的同震位移。未來，結合兩種資料之近斷層綜合性監測評估，能進一步回饋於近斷層建築物耐震設計中，作為未來建築物耐震設計規範之參考。

Date of Award	2018 Aug 18
Original language	Chinese
Supervisor	Ruey-Juin Rau (Supervisor)