場址效應

場址效應()是一種影響地震震度的因素 。當震源的地震波傳到地表時,因地表表面的地下介質(地盤)的軟硬程度而影響此地的震度大小。原本離震央越近震度就會越大,但地震波傳至沖積層地表時,因淺層地底下的介質,導致速度降低,引起地震波放大,不僅震幅加大,持續時間也延長。

原因
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圖1顯示出了地震波在水平地質層的放大效應。綠色層是較堅硬的底盤,灰色是較鬆軟的沖積層,厚度為h。當振幅為A_2、入射角為\theta_2的S波抵達兩地層的介面時,會產生振幅A_2^'和反射角為\theta_2的以及位在地表層振幅A_1和折射角為\theta_1的。

當折射波遇到空氣層時,產生振幅A_1^'反射角為\theta_1的反射波。而此地震波會在此地層不斷反射與折射,如果此地層較為鬆軟,波速會較慢,折射角會較小,震波會較密集而造成振幅會比A_2來的大,此現象稱為場址效應。

實例
1985年墨西哥城地震
場址效應的理論在1985年墨西哥城大地震中第一次被證實。此次地震震央在離墨西哥城數百公里的太平洋海岸,卻對墨西哥城造成非常嚴重的損失。

圖.2顯示了離震央不同距離的地震站測得的加速度大小。

*坎波斯站:離震央非常近,測得的加速度為150~cm/s^2
*Teacalco站:離震央200公里,測得的加速度為18~cm/s^2
*墨西哥國立自治大學站:離震央300公里,測得的加速度為35~cm/s^2
*SCT站:離震央400公里,測得的加速度為170~cm/s^2

由圖可知,地震震度隨著距離增加先減後增,並在地盤為沖積層的墨西哥城達到最大值。

2016年高雄美濃地震
2016年的南台灣大地震,震央雖然在高雄美濃,台南卻損失最嚴重,因為台南多沖積平原,泥岩風化成黏土層較為鬆軟,因此搖晃程度大、時間久;震央附近縣市最大震度多有5-{}-級甚至有6-{}-級,但因地質較堅硬,故位在震央的高雄旗山只有1.74秒、甲仙0.04秒。而場址效應讓台南足足搖晃8.16秒,離震央略遠卻比美濃更嚴重。

2016年熊本地震
在2016年熊本地震中,位于-{}-震中附近的益城町因多河川迹地和冲积形成的扇状地,摇晃的程度增大,导致许多房屋倒塌,人员死伤多集中在河岸等地。

水平分層理論分析
根據圖1,可以進行以下的理論分析:地震波兩個介質沉積層(i=1)與底下底盤(i=2)間不斷反射與折射,假設每個地層是均勻的,彈性係數、密度不變,可以導出兩個地層間的幅频關係\bar{T}(\omega)。

\bar{T}(\omega)=\frac{2A_1}{2A_2}=\frac{1}{\cos k_{z_1}h+i\bar{\chi}\sin k_{z_1}h}

其中 k_{z_1}=\frac{\omega \theta_i}{V_{S_i}} ; \bar{\chi}=\sqrt{\frac{\mu_1\rho_1}{\mu_2\rho_2}}\frac{\cos\theta_1}{\cos\theta_2} :
*\omega ,地震波角頻率,

  • h 地層厚度,
  • \theta_i 地層i的反射角,
  • \rho_i 地層i的密度,
  • \mu_i 地層i的剪切模量,
  • k_{z_1} 地層1波數的垂直分量,
  • V_{S_i}=\sqrt{\frac{\mu_i}{\rho_i}} s波波速。

的幅频關係]]

圖3顯示了不同基岩的幅频關係\bar{T},其中沉積層地震波速為V_{S_1}=200~m/s。其中當頻率為f_0=\frac{V_{S_1}}{4h}進行研究或利用數值模擬。
盆地的場址效應
在盆地的地形下,因場址效應,盆地邊緣會產生表面波,地震的震度會較大,並因幾何形狀的因素,增加幅度比水平時大5至10倍。

圖.4顯示了委內瑞拉首都卡拉卡斯的盆地效應。利用求出在指定頻率f_0下,s波的平面波(SH波)的放大倍數A_0。
*最上層的圖:f_0=0.3Hz ~;~ A_0=2.53
*中間的圖:f_0=0.4Hz ~;~ A_0=8.83

*最底層的圖:f_0=0.6Hz ~;~ A_0=7.11

參見
*1986年花蓮地震
*921大地震
*331大地震

參考資料

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