魏國彥專文:美濃大地震為何台南受災最嚴重?

2016-02-07 15:08

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南台灣大地震,台南市受創慘重。(陳明仁攝)

南台灣大地震,台南市受創慘重。(陳明仁攝)

「震央在高雄美濃,為何受災最烈的在西邊的台南市?」我二月六日一早趕到中央應變中心的時候,腦海裡帶個這樣的疑問。

送走馬總統(他要搭專機去台南震災現場)之後,我去請教氣象局的同仁,他隨即拿了幾張A4的紙,上面印著凌晨3點57分芮氏規模6.4主震及一連串後續餘震的「地震海灘球圖」給我看。果真,好幾個這樣的「震源機制解析圖」都顯示斷層面其實接近東西方向,而非這一帶地圖上、大家耳熟能詳的活動斷層,如「旗山斷層」或「潮州斷層」的走向,因為這兩條斷層的走向主要是東北─西南,而我看到的美國地質調查所的地震解析圖,「美濃地震」斷層面的方向是273度,換言之,十分接近東西走向;而它的傾斜面向北,約41度。

稍晚之後,臉書上貼出中央研究院地震科學中心的一張動畫圖,顯示地震發生後,地震波次第抵達的位置及其振動強度,可以看得出來,一開始是往震央西邊傳遞,震度也很強,30秒後傳遍台灣各地震測站。

圖一。
圖一:展示全台數百個Palert強震站的震度分布,星號為美濃地震震央位置,除了震央至其西方40公里內的震度達到七級,其他鄰近地區包括嘉義、高雄、彰化至台中的沖積平原區都有很高的震度,其他本島區域都有2級震度。若從動態圖地震破裂方向可能係先向西再轉為向北。

這也說明了,為什麼震源在美濃,而主要的災害及地形變形發生在西北方的台南一帶。另方面,當震波傳到台南盆地一帶,該處主要是較晚期的海濱及陸相沈積物,固結不佳,仍十分鬆軟,震波的震幅放大,在這樣的地基之上的建築物,搖晃也較大,若其搖晃的「自然振動頻率」與地震震波的頻率相當或相和諧,會發生共振現象,建築物的擺動會更為劇烈,對建築物的結構產生嚴酷的考驗。另方面,這些建築物所在的地層,以砂及黏土為組成,並含孔隙水,有可能在局部範圍內發生「土壤液化」,地基承載瞬間失去支撐力。將來對於各受災的大樓及其地基還要作更多的分析才能確定其倒塌或傾斜的原因。

美濃地震主震發生之後,後續的餘震多發生在台南境內,都在美濃的西方,這些地震的震央深度25到32公里,也比美濃地震的震央深。這一系列的主震加餘震會讓人想起發生於民國99年3月4日上午8點多的甲仙地震,甲仙地震發生後,最主要的地表破裂就發生在美濃一帶,最大地表的位移量發生在震央西方約15公里的位置;而後續一個月中有數百次餘震,大多發生在震源(甲仙)西南方。把這次的美濃地震的位置及「地震機制海灘球圖,綠色」,及後續的餘震群(紅色X)投影在台灣地殼垂直構造的東西剖面上(圖三)可以感覺到,從上一次2010年的甲仙地震到這一次的美濃地震,似乎展現了一個原先我們不太瞭解的「孕震機制」,這些地震比起台灣東部海域的地震雖然算是「淺層地震」,但是對台灣西部而言,與歷史地震紀錄相比,這一群新的地震震源深度比較深,且其展現的破裂方向與原來我們所熟知的活動斷層走向似乎不相干,也因此,近年許多學者開始說,台灣西南地下,尤其是平原地區的地下深處有些「盲斷層」。這些盲斷層的偵測,及其破裂行為要靠著很精準、綿密的地震測站收集資訊,以及很棒很強的地球物理學者與地震地質學者聯手來想像與解讀。

圖二:震央附近之背景地震活動與地震波速度構造。紅色的沙灘球是1994-2009年間大地震的地震機制解析圖,黑色x是所有的地震投影點。等高線的數字為震波(P波)速度,單位為每秒公里。值得注意的是餘震位置相當深(接近30公里),分佈在地殼地函的交界處。
圖二:震央附近之背景地震活動與地震波速度構造。紅色的沙灘球是1994-2009年間大地震的地震機制解析圖,黑色x是所有的地震投影點。等高線的數字為震波(P波)速度,單位為每秒公里。值得注意的是餘震位置相當深(接近30公里),分佈在地殼地函的交界處。

十六年前九二一集集烈震之後,台灣對地震及活斷層研究有了令人激賞的進展,吸引許多國際學者前來取經,我國也通過了「地質法」,中央地質調查所調查並公布了台灣地區的活斷層,近年又陸續公布「活動斷層地質敏感區劃定書」。例如本文所提到的「旗山斷層」的敏感區劃定書編號為F0003,於2014年12月出版,網路上查的到,也可下載。

為了加強國家防災能力,精進國土計畫,中央研究院台灣地震科學中心近幾年來特別強調地震災害潛勢的評估,以下圖列出來他們新近公布的成果,也可與這次美濃地震的災害相比對。這次災損最嚴重的台南永康倒塌的維冠金龍大樓地上16層,地下一層是當地量體最大,樓層最高的,這個樓的危險潛勢也是相當高的,這可以由下圖的最右方圖看出來。另方面較矮的樓層(三、四層樓)的地震危害潛勢可由中間的圖顯現,事實上,地震發生後幾間傾斜待拆的透天厝就位於本圖的深紅色區域。此外,這次地震中有兩位罹難者是被平房上的水桶掉落或屋內貨架倒塌砸到致死,各地點的「地表加速度」也可由最左邊的圖可以看到。小結語:這次受災及傷亡嚴重的地點或事件與下方這幾張圖的預測若合符節,也說明相關的地震危害評估研究有其重大意義,希望未來國土利用規劃、土木工程專業、都市更新設計都納入這些考慮。

圖三:台灣地震危害評估圖。
圖三:台灣地震危害評估圖。對於不同建築結構之地震危害,分別呈現(1)左方圖:地表加速度(peak ground acceleration,簡稱「PGA」)、(2)中間圖:加速度反應頻譜(spectral acceleration)0.3秒(對應約樓高三層之建築物)以及(3)右方圖:1.0秒(對應約樓高十層之建築物)之地震危害分布圖。此評估結果對於後續地震風險評估以及國土規劃提供重要資訊。

*作者為行政院環境保護署署長

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