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李柏昱 | 國立臺灣大學地理環境資源學系
臺灣地震頻繁，建築物的耐震能力顯得更為重要，攸關民眾居住與生命財產安全，國家重大工程面對地震的安全要求必須有更高的耐震標準，但是該如何合理評估各地的地震威脅，而不至於超出工程極限與財務允許範圍？本次專訪，請中興工程顧問公司的鄭錦桐博士詳細解釋地震危害度的計算方法、遭遇限制，以及如何應用在事前減災的風險控制當中。
地震危害度（Sesmic Hazard Analysis）說穿了其實就是大家比較熟悉的地震災害潛勢，也就是地震災害發生的潛在可能，評估項目包含可能的地震規模、與震源的距離，以及當地所可能遭受到的地振動（ground motion）大小。
地震是斷層錯動釋放出能量所造成的結果，直接造成鄰近地區地表發生振動，並由地振動造成後續一連串的地震相關災害，諸如地表錯動、斷裂與變形、山崩、土壤液化、火災、海嘯等等。因此，一個地區的地振動大小與其受到地震災害的可能性息息相關，在嚴謹的定義上，地震危害度即是地振動大小的評估。目前計算地震危害度的方法主要有定值法（Deterministic Method, DSHA）以及機率法（Probabilistic Method, PSHA）兩種。
定值法，簡單明瞭但過於保守
定值法為較早期的方法，其觀念是「只考慮一個威脅本地最大的斷層震源」，換句話說就是用最糟糕的情形進行最保守的評估，以這條威脅最大的斷層活動性衡量建築結構所在地需要的耐震標準。由於定值法計算單純，而且結果對於使用者而言簡單明瞭，是討論地震危害度的基礎。例如核電廠進行耐震設計時，只找尋距離核電廠最近，而且最可能產生大規模地震的斷層。
然而，定值法的簡單明瞭，卻也成為其一大缺陷。例如，定值法的結果過於武斷，但是影響地振動的各種參數都存有一定的變異程度，例如建築物周遭各斷層發生地震的機率？地振動大小隨距離遞減的程度？定值法都並無法回答這些問題。
此外，由於定值法是最保守的評估，考慮到地震規模越大越為罕見，最強的地振動發生機率相當低，如果依據此結果進行建築耐震設計，會造成建築耐震成本過於昂貴甚至無法施工。鄭博士說「我們在討論時，不能無限上綱去擔心一個不大可能發生的情境，反而該去討論一個較常發生的狀況，但一旦某種情況被確認是會造成危害的，就必須要認真思考面對。」
機率法，海納百川解決不確定性
相對而言，機率法考慮附近多個可能造成威脅的震源，並將每種可能都納入計算過程中，能合理並客觀評估強地振動的發生機率，然而機率法該如何處理地震中各項參數不確定的問題呢？
機率法計算地震危害度時，會利用「邏輯樹（logic tree）」的概念，將眾說紛紜的各種說法通通納入，「在還沒發生（地震）之前，誰都有可能是對的，（機率法）希望能同時容納所有的意見，可信度高的理論或情境會賦予較高的權重。」鄭博士說，因此機率法不會是武斷的單一結果，而是給予一個範圍或是區間，提供決策者根據其風險考量決定採用的設計值。
然而，機率法的缺點就是計算過程繁複，結果也不如定值法明確，受各種不同情境的權重影響甚大。有時候，原本機率法想要減少地震危害度評估中的不確定性，在納入各家說法後不確定性反而提升！
資料不足限制地震危害度計算
在推估地振動大小時，不管定值法還是機率法都會遇到兩個關鍵問題：這個地方可能遭受最強的地振動多大？以及地震多久會發生一次？今天要做地震危害度評估，需要根據過去的統計資料建立模式來進行預測，但是台灣有地震儀器觀測以來不過一百多年，要用來預估周期長達好幾百年甚至上千年的地震，資料量不足當然會影響地震危害評估上的可靠性、應用性。
鄭博士指出，斷層的資料不足正是台灣地震危害度研究的一大限制，「我們對於活動斷層了解不足，因為只有知道斷層在哪邊，才會設定它是個可能發生地震的震源，才能做出符合想像的結果。如果不知道斷層在那邊，就不會知道會有怎樣的結果。」
目前臺灣除了中央地質調查所公布的33條活動斷層，鄭博士認為更大的潛在問題是盲斷層。在地調所的活動斷層地圖中，只畫出在地表就可看見斷層破裂與錯動的斷層，例如車籠埔斷層就在中部地區造成的各種隆起、地表落差。但有時候，引發地震的斷層從地表無法觀察到，此類斷層就被歸類為「盲斷層」，依然對各地的建築結構帶來威脅，如果要計算地震危害度，「怎麼可能不考慮盲斷層！」。
此外，斷層的長度也是一大問題，根據過往經驗，斷層斷裂的長度越長，地震規模越大。但是臺灣對於延伸到海外的斷層幾乎一無所知，這些斷層往外海延伸多長？走向為何？都還需要更多的地質調查。
理論限制，提高評估困難
除了資料不足外，地震危害度的一些理論假設，造成地震危害度結果並不吻合實際狀況。其中很重要的假設：每次地震跟前一次的地震之間無相關性，但大家都知道大地震後會餘震不斷，地震危害度理論只能假設這些地震全部彼此無關，或是將餘震忽略不記。
另外還有一個有違實際情狀的假設：每個時間點地震發生的機率維持定值。鄭博士比喻，可以想像有人手持木板，穩定持續折彎木板，木板會逐漸彎曲、最終斷裂，這個假設認為不論他剛開始施力、或是木板斷裂前的那一瞬間，木板斷裂的可能性是一樣的，但經驗告訴我們隨著時間的流逝，斷裂的機率理應逐漸升高，而非固定。
在地震的情形中亦是如此，台灣屬於造山帶，斷層隨板塊擠壓不斷累積能量，但是地質環境會隨時間不斷改變，不同斷層或者同一條斷層沿線各處的地質條件也不盡相同，這些變因都會影響下次斷裂釋放能量的時間點，以及不同時間點發生地震的機率。
地震危害度提供風險控制的基礎
地震危害度還有諸多理論與技術限制，它對於我們一般民眾的生活或是政策有什麼影響？鄭博士說，從防災減災的角度觀之，最重要的不是危害度的結果，而是民眾與政府看到地震危害度的分布圖後，在地震發生前可以依據自身的情況與不同的風險考量、採取不同的風險控制。例如多投資一點防震工程，或選擇概括承受地震災害的損失；或多買一些災害險、將風險轉移給保險公司，甚至乾脆直接搬離高風險地帶，每個作法都是每個人不同價值觀和能力下的不同選擇。地震危害度的工作，就是提供民眾選擇應變方案時的可靠參考依據。
然而，鄭博士憂心「如果民眾過度期許政府能幫忙處理所有風險，期許政府會主動耗費巨資興建防災措施，但是這等於是變相鼓勵民眾住在危險地區。而且，因為政府會在災後處理一切損失，實際上仍是納稅人被剝兩層皮。」
較為正確的觀念與做法是，各地居民必須自行負擔居住地的風險，在歐洲國家，政府會幫忙評估災害發生的風險以及興建減災措施的金額，由社區居民自行決定是否興建以及負擔興建費用，如果社區認為不需要，災後損失也是由社區居民自行承擔。目前台灣最怕的是政府鴕鳥心態，至今仍不推動與公布各地的地震危害度，讓民眾誤踩地雷，置民眾於險境中。
鄭錦桐博士說，地震危害度的研究，就像在研究上帝擲的骰子，依據過去出現過的點數統計，預測未來出現各點數的機率？然而我們根本不知道上帝之骰長得怎樣，永遠都會有不確定性存在。所有臺灣人都必須面對地震的不確定性，如何自行控管本身與家庭的地震災害風險，極需每個人仔細思考。（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣｣執行團隊撰稿）
本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「專題報導」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊，也有臉書喔！
責任編輯：鄭國威｜元智大學資訊社會研究所
