台灣ShakeMap震度之研究-以九二一集集地震序列為例

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廖士毅(Shr-Yi Liau) 查詢紙本館藏

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地球物理研究所

論文名稱

台灣ShakeMap震度之研究-以九二一集集地震序列為例
(The research of ShakeMap intensity in Taiwan - the Chi-Chi Earthquake sequence for example.)

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摘要(中)

本研究之目的為利用美國地質調查所﹙U. S. Geological Survey，USGS﹚於1999年提出之新的災害評估技術—ShakeMap震度圖，以此求得集集地震序列台灣各地地動震度分布的情形，並進一步分析ShakeMap震度隨距離之衰減關係，以瞭解各地之地動特性。此外也希望能建立起震度與災害之間的關係，提昇以地震震度做為震災評估參數的可行性。
ShakeMap震度與地動峰值的關係式為：
I = 3.66㏒(PGA)－1.66 ( V ≦I ≦ VIII，σ= 1.08 ) (公式1)
I = 3.47㏒(PGV)＋2.35 ( V ≦I ≦ IX，σ= 0.98 ) (公式2)
I = 2.20㏒(PGA)＋1.00 (IX ≦I ≦ V) (公式3)
實際應用上，MMI震度VII以上使用公式2，MMI震度V以下使用公式3，MMI震度V和VII之間則使用公式1和2，採權重方式計算，便可得到以地震記錄換算而來的MMI震度值。
本研究內容分為兩部分，第一部分利用中央氣象局及中央研究院提供之強震記錄，探討集集大地震序列中台灣地區的地動震度分布及其特性；第二部分將集集大地震的災情統計資料與本研究之ShakeMap震度做比較，研究地震震度與地震災害之間的關係。
由本研究結果可以獲得下列幾點結論：
1.Wald et al.(1999a)結合PGA、PGV估計ShakeMap震度之方法則優於僅使用PGA或PGV所得到的震度分布型態，因此本研究也採用此法。
2.集集主震為大規模斷層錯動破裂的地震，對地震動的斷層效應明顯表現出兩大特性，即以車籠埔斷層為主軸，震度分布呈東強西弱、北強南弱。前者乃因逆衝斷層型態所致，而後者則因斷層破裂由南向北擴大所引起。
3.整體說來，集集餘震序列、嘉義地震及瑞里地震的震度分布在接近震央的地區會有大致以震央為圓心之震度往外呈同心圓擴散的現象，最高震度可能會受震源機制甚至深度的影響而偏向一邊，震度分布的空間型態也可能會因為震源機制而有所不同。
4.本研究分別取整數型態及實數型態之震度值與距離進行廻歸分析，發現集集主震以最近斷層面距離的廻歸關係式均較以震源距離廻歸者為佳。此外亦發現震度取整數值進行廻歸分析時的結果比使用實數型態的震度得到的廻歸關係式差。
5.由主震得到的殘差值可以反映出其斷層效應，利用集集餘震序列、嘉義地震及瑞里地震得到之各地平均殘差值基本上可以反映出不同地區之場址特性。
6.經由集集主震的ShakeMap震度圖與中部地區實際的房屋倒塌及死亡分布情形相對照，顯示ShakeMap震度在反映實際災情方面有不錯之效果，統計結果顯示，在MMI震度VII便會開始發生較為嚴重的房屋全倒率，本研究進一步分析得到不同Mw規模5.7～7.6與ShakeMap震度VII以上之面積的關係式，用此關係式可於強震發生時快速推估可能的災區面積，若能進一步配合ShakeMap震度圖對於緊急救災應會有所幫助。

摘要(英)

none.

關鍵字(中)

★ 集集地震序列
★ 地震災害評估
★ 地震震度
★ 即時震度圖

關鍵字(英)

★ seismic intensity
★ ShakeMap
★ ShakeMap intensity
★ Chi-Chi earthquake
★ Chi-Chi earthquake sequence
★ earthquake hazard analysis

論文目次

目錄頁碼
摘要……………………………………………………………………………….....i
致謝…………………………………………………………………………………...ii
目錄…………………………………………………………………………………..iii
圖目…………………………………………………………………………………...v
表目…………………………………………………………………………………viii
第一章、緒論………………………………………………………………………...1
1.1 研究動機與目的……………………………………………………………..1
1.2 文獻回顧……………………………………………………………………..2
1.3 本文內容……………………………………………………………………..3
第二章、研究方法與資料處理……………………………………………………...8
2.1 研究方法……………………………………………………………………..8
2.1.1 地震震度﹙Seismic Intensity Scales﹚…………………………………8
2.1.2 ShakeMap地震震度﹙ShakeMap Intensity Scales﹚………………….11
2.1.3 ShakeMap震度圖﹙ShakeMap Intensity Maps﹚……………………..18
2.2 集集大地震序列之強地動資料……………………………………………20
2.2.1 集集大地震序列之分布特性………………………………………….20
2.2.2 強地動記錄之蒐集與選取…………………………………………….23
2.2.2.1 中央氣象局強地動觀測網之強震資料……………………………23
2.2.2.2 中央研究院中央山脈強震觀測網之強震資料……………………29
2.2.2.3 中央研究院花蓮地區SMART-2之強震資料…………………….29
2.3 測站地盤之場址分類………………………………………………………32
第三章、集集地震序列ShakeMap震度結果……………………………………..39
3.1 集集大地震主震……………………………………………………………39
3.1.1 主震之ShakeMap震度圖……………………………………………..39
3.1.2 集集地震主震ShakeMap震度之斷層效應…………………………..41
3.1.3集集地震主震ShakeMap震度之場址效應…………………………...43
3.2 集集餘震序列………………………………………………………………45
3.2.1 餘震序列之ShakeMap震度圖………………………………………..45
3.2.2 餘震序列ShakeMap震度之場址效應………………………………..51
第四章、ShakeMap震度隨距離衰減關係式……………………………………...54
4.1 三分量之震度隨距離衰減關係式…………………………………………54
4.2 整數型態之震度隨距離衰減關係式………………………………………58
第五章、ShakeMap震度與災害之關係…………………………………………...61
第六章、結論與討論……………………………………………………………….69
參考文獻…………………………………………………………………………….71
附錄A……………………………………………………………………………….76
附錄B1……………………………………………………………………………...84
附錄B2……………………………………………………………………………...86
附錄C……………………………………………………………………………….89
圖目頁碼
圖1.1 利用強震記錄得到的1994年美國北嶺地震
﹙Northridge earthquake﹚之ShakeMap震度圖………………………..6
圖1.2 2001年2月26日美國華盛頓州西雅圖地區發生規模6.8之Nisqually地震於網路上之即時震度分佈圖…………………………7
圖2.1 各種地震震度制比較圖………………………………………………….10
圖2.2(a) 個別地震事件之MMI震度與PGA的關係圖…………………………13
圖2.2(b) 個別地震事件之MMI震度與PGV的關係圖…………………………13
圖2.3(a) 全部地震事件之MMI震度與PGA的關係圖…………………………16
圖2.3(b) 全部地震事件之MMI震度與PGV的關係圖…………………………16
圖2.4 台灣西部地區地震活動分布圖﹙1973～2000﹚……………………….21
圖2.5 集集大地震主震及餘震的震源機制…………………………………….22
圖2.6 本研究9個地震的震央位置與所觸發之測站的分布圖……………….25
圖2.7 中央氣象局自由場強震站及速報站位置圖…………………………….27
圖2.8(a) 以中央氣象局TSMIP站記錄到的集集地震主震資料所繪出之台灣地區東西方向的PGA等值圖……………………………………...30
圖2.8(b) 以中央氣象局TSMIP站加上中央研究院強震站記錄到的集集主震資料所繪出之台灣地區東西方向的PGA等值圖……………….30
圖2.9 中央研究院中央山脈強震站分布圖…………………………………….31
圖2.10 SMART-2強震站分布圖………………………………………………...33
圖2.11 Seed et al.(1976)不同場址狀況之加速度反應譜……………………….36
圖2.12 中央氣象局自由場強震站場址分類圖…………………………………..38
圖3.1 集集主震的ShakeMap震度圖…………………………………………...40
圖3.2(a) 只用PGA得到的MMI震度分佈圖……………………………………42
圖3.2(b) 只用PGV得到的MMI震度分佈圖……………………………………42
圖3.3(a) 集集主震之MMI震度與震源距離之關係圖…………………………..44
圖3.3(b) 集集主震之MMI震度與最近斷層面距離之關係圖…………………..44
圖3.4 集集主震各地殘差值分布圖…………………………………………….46
圖3.5(a) EQ2的ShakeMap MMI震度圖………………………………………..47
圖3.5(b) EQ3的ShakeMap MMI震度圖………………………………………..47
圖3.5(c) EQ4的ShakeMap MMI震度圖………………………………………..48
圖3.5(d) EQ5的ShakeMap MMI震度圖………………………………………..48
圖3.5(e) EQ6的ShakeMap MMI震度圖………………………………………..49
圖3.5(f) EQ7的ShakeMap MMI震度圖………………………………………..49
圖3.5(g) EQ8的ShakeMap MMI震度圖………………………………………..50
圖3.5(h) EQ9的ShakeMap MMI震度圖………………………………………..50
圖3.6 EQ2～EQ9之各地平均殘差值分布圖…………………………………52
圖4.1(a) EQ1～EQ9各種水平分量震度與垂直分量震度關係圖﹙震度取實數值﹚………………………………………………………55
圖4.1(b) EQ1～EQ9各種水平分量震度與垂直分量震度關係圖﹙震度取整數值﹚………………………………………………………55
圖4.2 EQ1～EQ9三個分量之震度對距離的廻歸關係線﹙震度取實數值﹚………………………………………………………57
圖4.3 EQ1～EQ9之震度對距離的廻歸關係圖﹙震度取整數值﹚………....59
圖5.1 集集大地震中部地區各鄉鎮市房屋全倒戶數與全倒率統計及MMI震度等值圖………………………………………………………..62
圖5.2 集集大地震中部地區各鄉鎮市房屋全倒戶數與全倒率統計及水平分量PGA等值圖…………………………………………………...63
圖5.3 集集大地震中部地區各鄉鎮市死亡人數與死亡率統計及MMI震度等值圖………………………………………………………..64
圖5.4 集集大地震中部地區各鄉鎮市死亡人數與死亡率統計及水平分量PGA等值圖…………………………………………………...65
圖5.5 ShakeMap MMI震度與集集地震中部地區房屋全倒率之關係………..67
圖5.6 ShakeMap MMI震度與集集地震中部地區死亡率之關係……………..67
圖5.7(a) Mw規模與ShakeMap MMI震度VII以上面積之關係圖………………68
圖5.7(b) M 規模與ShakeMap MMI震度VII以上面積之關係圖…………….68
表目頁碼
表2.1 Wald et al.﹙1999a﹚所使用之地震事件…………………………….…..12
表2.2 MMI震度值與相對應之PGA、PGV範圍……………………………..17
表2.3 本研究所用之地震參數………………………………………………….24
表2.4(a) 中央氣象局各種強震儀的種類及特性比較……………………………28
表2.4(b) 中央氣象局各種強震儀不同分量的方位與極性比較………………...28
表2.5 郭鎧紋使用的場址地盤分類標準………………………………………36
表2.6 本研究使用的場址地盤分類標準………………………………………37
表2.7 本研究所使用強震站之場址分類統計…………………………………37

參考文獻

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指導教授

蔡義本(Yi-Ben Tsai)

審核日期

2003-7-20

推文