震源在高雄為什麼台南最嚴重？草嶺為什麼震度最大？關於206大地震你會想問的6個問題

文/ RUBY CHEN

再次強調本文只是藉由此次地震做一些相關知識的科普介紹，請勿斷章取義！在沒有完整的證據時請勿下定論！

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各位好，今天（2016/2/6）凌晨的地震真的非常嚇人。

當然，目前最重要的是人員平安，不過在看完報導後，我的腦中仍有許多疑問，相信應該也有不少人和我一樣；此外，網路上有人痛批傾倒的大樓為豆腐渣工程，然而我認為在做出評斷前，必須先有全面的理解，因此在詢問過地震專家後，寫了相關的小知識，以及這次災情嚴重地區分布的可能原因。

在此特別感謝我的父親，一位正直認真的土木/地震工程專家，提供相關專業知識與研究資料，若我的詮釋/書寫有所錯誤，請各位不吝指教，謝謝！

p.s. 閱讀本文需有國高中以上之地科程度（我也是邊寫邊撿回高中記憶XD 希望不會太艱深）

讓我們先看看這次地震的基本資料。

圖1：地震基本資料 （來源：中央氣象局網站）

可以知道，此次地震皆屬於極淺~淺層地震（震源 < 30 km稱為極淺地震，30~70 km則稱為淺層地震；原則上，陸地上的地震大多為淺層地震），震源越淺，傳到地面的能量就越大（因為輻射阻尼（radiation damping）越小），故本次規模6.4雖為中等，但實際上震度卻很大。

對於本次地震有了基本認知後，來談談為什麼災害會如此嚴重吧！首先，地震波造成的災害主要由以下三種因素決定：

1. 地震波的頻率
2. 震幅大小
3. 地震的延時（duration）

為什麼地震波的頻率會影響災害的形成？每個地震波的頻率都不同，而建築物也有自己的「自然振動頻率」(註1)，若地震波的頻率恰好與建築物的自然振動頻率相同，則會產生「共振效應」（resonance effect），使建築物搖晃程度加劇，因此會有「某棟建築倒塌，旁邊卻沒事」這樣的現象產生。（有句話：「你可以用一根吉他絃震垮一棟房子」就是在講共振效應。）

請看圖2右半部，以盪鞦韆為例，若鞦韆搖擺的頻率正好等同推人的頻率，則鞦韆會越晃越大力（大家共同的兒時回憶> <），同理，若房子搖晃的頻率正好等於地震波的頻率（圖2左半部），則房子搖晃的程度會加劇。（鞦韆=房子；地震=推的人）

註1：請將建築物想成單擺。回想高中物理所教，單擺會受到擺長（i.e.建築物的高度）影響而有不同的震動頻率，建築物亦然；不過建築物的振動頻率也會受到建材、結構形狀、使用狀況影響，故相同高度的建築物，其自然振動頻率不一定相同。自然振動頻率是可以在建築物設計階段就估算出來（八九不離十的那種估算）。

圖2：共振現象示意圖（來源：gva-tomo）

因此，房子越矮，擺長越短 （圖3左半部），越容易與短周期的地震波共振；反之，房子越高，擺長越長 （圖3右半部），越容易與長周期的地震波共振。

圖3：房子高度與震波週期示意圖（來源：gva-tomo）

大家可別小看共振的效果喔！以1990年菲律賓地震為例，圖4中的建築就是因為與該地震波共振，所以整棟倒塌（collapse），而旁邊建築卻平安無事。

圖4：菲律賓地震建築倒塌圖（來源：陳教授）

至於震幅大小與延時則相當直觀。震幅越大，能量越高，傷害越大；相同強度下，延時越長，傷害越大（用膝蓋想想就知道啦！！！）因此在地震來襲時，哪棟建築物會傾倒、傾倒的方式如何，都與以上三種因素息息相關，當然也和周遭地質、建築物本身脫不了關係。（i.e. 建築物的自然振動頻率、有沒有偷工減料A___A）

對災害形成的原因稍有了解後，利用PBL（Problem based learning, 問題導向學習）的方式來討論吧！注意，以下的答案都是「可能原因」，造成災害的變因實在太多，因此我只是提出可能原因順便長知識，請勿直接下定論。

1. 為什麼整個雲嘉南的震度都是 5，但永康、新化、歸仁、東區災情特別嚴重呢？

在山跟平原交界處，會產生「盆地邊緣效應」（basin effect）(圖5)。圖5為一實驗模型，圖表橫軸為地形變化，可見左右兩側高，中間為一平原，縱軸則是理論計算出的最大加速度與輸入震波的最大加速度之比值。由於地形關係，地震波到平原山地交界處會反射，再加上入射的波累積能量，使得此處震度較大。

請見圖6，這是台南地形與行政區的疊圖（解析度有點不足，但我找不到更好的了> <），可以看到這次災情較嚴重的地區位於平原與山區交界之處（橘框：永康、新化、歸仁、仁德）。

圖5：Basin effect（來源：陳教授）

圖6：台南地形與行政區疊圖（來源：認識南瀛）

2. 震源在美濃，為什麼最嚴重的地方在台南？

根據研究，斷層裂開的速度與橫波（S波）的傳遞速度是相當接近的，而當斷層裂開時會釋放能量，因此斷層結束端除了震波的能量之外，還接收了斷層裂開的能量總和，稱作Fling effect，如圖7中，0為震央，1,2,3,4是斷層裂開處，5則是斷層結束的地方。

因此，圖片左下方代表遠離斷層裂開方向之處所測得的波型，為震幅不變、延時長；而右下方則是斷層終點處，由於每個斷層裂開的能量與震波幾乎同時抵達，因此震幅大增、延時短，就是Fling effect。

圖7：Fling effect（來源：陳教授）

不過，斷層究竟開裂到哪裡，需要獲得強震紀錄才能得知，目前只能用猜測的方式（大家就當作長知識吧~），另一種可能的原因是「場址效應」（site effect）。

3. 什麼是「場址效應」？

有電視台已經在報導中提及這個名詞了。所謂場址效應，指的是地震波傳至沖積層地表時，因淺層地下介質之速度降低，所引起的地震波放大現象，最有名的例子是1985年的墨西哥大地震，其災情因為場址效應而加重不少。而理論上，在設計建築物前，建商應該要做土壤分析（理論上啦，理論上）。

圖8：台灣地震力場址效應圖 （來源：web.fg.tp.edu.tw）

4. 地震不是發生在高雄台南嗎？為什麼雲林草嶺的震度反而最大呢？

當地震波傳到山頂的時候，會被放大，稱作 Topography effect。以圖9為例，這是在日本Matsuzaki地區，透過5個地震紀錄實際量測的結果，橫軸是高程（elevation），縱軸則是各高度之加速度與最高點加速度的比值，可發現平地的加速度約為200m處的0.4倍而已。

圖9：Topography effect（來源：陳教授）

草嶺可能因為地勢關係而比其他地區多了一級，但並不一定完全是這個原因。

p.s. 中央氣象局的測站，會將地震完的最大加速度傳回去計算，以確認各地的震度；地震的級數是由最大加速度判斷，故由草嶺級數最高，我們可以回推草嶺的最大加速度也是最大的。

5. 新聞都報說柱子裡面有沙拉油桶了，難道不是豆腐渣工程嗎！？(怒)

這要視哪根柱子而定，有些柱子屬於裝飾柱，在結構本身並沒有功能，因此有沙拉油桶不會影響，但如果是真正的柱子，那就太糟糕啦！該罰！該譴責！

6. 所以永大路的大樓倒塌究竟是為什麼？

以上所說的都可能是造成建築倒塌的原因。不過，學者看了該大樓的照片(圖10)後表示，永大路的大樓的傾倒方式看起來是受到了共振現象的影響，當然建築結構本身的問題也可能存在（一切有待更進一步的查證！！！請勿斷章取義！！！），不過，別忘了這棟房子在921大地震的時候並沒有垮，因此大家還是要好好思考共振效應的可能性（921大地震的頻率與206大地震應該是不同的(此點待查證)）。

圖10：永大路大樓倒塌情況（來源：陸軍航特部）

以上就是一些關於206台南大地震的Q&A，謝謝各位耐心看完:)

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後記：

凌晨驚醒後看了許多網友提供的資訊，腦中的問題就一個個冒了出來，幸好老爸願意讓我纏著問，還拿出以前他做的PPT幫我上了一課(好像在做共筆啊XD)，使我這個外行人可以在短時間內稍微搞懂一些理論。

打完這份網誌，我想起前陣子老爸在喝茶聊天時提到的「大學教育的重要性」。以土木工程師為例，若在大學時期認真學習，在設計建築物時便能運用所學的知識，在安全範圍內減少不必要的人力、物力、財力的浪費，也能確保建築物本身沒有問題；我想，不管哪個科系的學生都是一樣的，下學期還沒開始，請各位新年許下願望，一起努力學習，不要浪費大學最珍貴的資源吧！然後，進入社會後，依然要秉持著良心，做個正直的人，無論在哪個領域。

天佑台灣 祝各位歲歲平安。

p.s. 原文網誌封面照片來自 Justin Kao Photography / 高靖捷攝影 ，我希望大家記得，地震確實令人恐懼，但也因為地震，台灣才有如此美麗的山林:)

本文轉載自RUBY CHEN 網誌。