人工港口场址效应研究方法建立重点.doc

人工港口場址效應研究方法成立 陳圭璋1賴聖耀1彭瀚毅2李俊延2張漢忠2 1交通部運輸研究所港灣技術研究中心 2龍石地球科技有限企业 纲要 本文整合古人研究成就，成立適合人工港區之場址效應研究方法。在所建 立之研究模式中，包含利用觀測資料剖析與數值方法剖析來確立測區之主要場 址效應，在實際觀測資料剖析方面，採用之資料包含地表自由場強地動資料、 井下強震儀陣列資料以及地表微地動資料，剖析方法則是採用雙站頻譜比法及 單站頻譜比法；數值方法計算方面則包含了理論轉換函數計算、近地表衰減函 數計算、井下理論地動歷時模擬、以及觀測與計算結果比對。經由上述剖析與 計算過程，則可獲得港口區域之場址效應，如共振主頻與放大倍率。接著利用 不一样研究方法之比較，來驗證微地動量測與剖析之可信度，在確認微地動量測 與剖析之結果為可信後，再利用微地動結果繪製放大倍率等值均佈圖以及主頻 等值均佈圖，經由上述方法與過程，即可清楚描繪出整個港區之場址效應。 序言 地震波場址效應研究著重於小區域與特征上的剖析，探討的方向一般而言 在於认识同样震源與相像傳遞路徑下，不一样場址造成地動特征改變的原由。雖 然區域性地下構造的改變經常造成當地地動特征的變化，但在自然環境下除非 是特别事例，否則地動特征縱受地下構造影響而有所變化，其變化也是漸變式 的，會是有必定脈絡可循的，但是台灣港口區域的地動特征卻非这样。台灣港 口區域的地動特征由過往研究發現，其與鄰近地區的地動性差異極大，此乃肇 因於台灣港口除少數天然良港外多為人工港口，所以地下淺部構造與鄰近區域 差異極大，使得場址效應跟著改變，所以針對港口地區進行場址效應研究為必 須的。本研究團隊果去三年已針對台灣數個人工港口進行場址效應研究（陳圭 璋等2002、2003），並獲得顯著成就，所以本文嘗試綜合過去成就，成立適合港 口地區場址效應研究之方法，並對台灣港口場址效應特征進行描繪。 研究方法成立 綜合過去研究成就，港口地區場址效應研究可分為實際觀測資料剖析與數 值方法計算二方面同步進行。在實際觀測資料剖析方面，可採用之資料包含地 表自由場強地動資料、井下強震儀陣列資料、以及地表微地動資料，剖析方法 則是採用雙站頻譜比法及單站頻譜比法（Nakamura，1989、Lermoand Chavez-Garcia，1993）。數值方法計算方面則包含了理論轉換函數計算（Haskall， 1953、1960）、近地表衰減函數計算（陳圭璋等，2002、彭瀚毅，1998）、井下理論地動歷時模擬（溫國樑等，1999）、以及觀測與計算結果比對。經由上述分 析與計算過程，則可獲得港口區域之場址效應，如共振主頻與放大倍率，圖1 即為整個研究方法之架構關係圖。 實際觀測資料剖析 在觀測資料剖析方面，第一可利用遍佈全台灣的中央氣象局強地動觀測網 （TaiwanStrongMotionInstrumentsProgram簡稱TSMIP）之強震資料，加上頻 譜比法來獲得港口所在地的大區域場址效應，接著利用微震動量測加上單站頻 譜比法來獲得港區內之細部場址效應，最後則是利用井下強震儀陣列資料加上 雙站頻譜比法，來探討造成主要場址效應的構造深度。經由上述研究步驟，即 可獲得港區初步場址效應，圖2即為強震資料與微地動資料結果比對範例，圖3 則為井下資料與微地動結果比對範例。 數值方法計算 為了驗證實際觀測資料剖析結果，可進一步用數值剖析方法加以剖析與比 較，並藉由剖析與比較結果來獲得更精確之場址效應。根據過往研究，在此所 採用之數值剖析方法，包含於頻率域所使用之轉換函數計算以及近地表衰減函 數計算，此外則於時間域進行地動歷時模擬。第一在轉換函數計算方面，在有 正確淺部地下速度構造以前提下，其結果可與由觀測資料所獲得之各項頻譜比 進行比對，以確認先前頻譜比正確性，圖4為轉換函數與觀測資料頻譜比比對 之範例。其次在近地表衰減函數計算方面，則可獲得不一样頻率下之震波衰減係 數，以供後續時間域地動歷時模擬之用，圖5為近地表衰減函數計算範例。最 後在時間域進地動歷時模擬方面，則是除了放大倍率與主頻探討以外，進一步 獲得震波相位上之確認，以便更清楚描繪當地場址效應，圖6為時間域地動歷 時模擬範例。 整體場址效應整合 於上述所提到之各項研究，除了微地動量測與剖析外，其餘剖析僅能確認 港區之之主要場址效應，而港區內不一样區域之細微變化，則有賴遍佈測區之微 地動剖析結果。由於經由各項比對已可確認微地動結果之靠谱性，所以接著以 不一样特征週期對測區微地動剖析結果進行繪製放大倍率等值均佈圖，以顯示測 區場址效應。别的同時將各微地動測點剖析結果之主頻找出，同樣繪製主頻等 值均佈圖，以顯示測區主頻分佈。經由上述之放大倍率等值均佈圖以及主頻等 值均佈圖，即可清楚描繪出整個港區之場址效應，圖7