Study on Site Amplification Effect and Depth Correction Factor - Examples of the Taipei Basin and the Tainan Area

2016年2月6日台灣高雄美濃發生了規模6.6的地震，但台南災害嚴重卻遠大於高雄，其原因與台南地區表層土壤較為鬆軟，場址效應可能導致震波放大，並造成土壤液化、人員傷亡等嚴重災害。目前較多的研究僅考慮V_s30及地震強度對於場址效應之作用，而忽略岩盤深度之影響，因此本研究將分別探討台北盆地及台南地區之場址效應及考量岩盤深度之修正因子。 首先於台南地區利用2016美濃地震與2010甲仙地震之強震紀錄，分析場址放大係數以探討台南地區之軟弱地盤是否存在場址放大效應，並計算台南地區之深度修正因子。另外利用DEEPSOIL地盤反應分析程式從事頻率域等效線性分析，以近地表135公尺之剪力波速及深達350公尺土層之剪力波速兩種模式為基礎分析場址反應，同時與實際地震紀錄比較並討論其差異。結果顯示台南地區的確存在場址放大效應，而考量深層地盤之分析結果與實際地震紀錄較為相近，但仍低估實際地震紀錄長週期之反應。 於台北盆地則使用中央研究院-地球科學研究所提供7處台北盆地井下陣列之地震資料，計算各井下陣列之場址反應係數並進一步分析深度修正因子。另一方面本研究利用新一代強地動衰減式(NGA-WEST2)提出之深度修正因子與井下陣列分析結果比較，結果顯示岩盤深度的確會改變場址反應係數，所計算之深度修正因子與新一代強地動衰減式之深度修正因子趨勢相近。On February 6, 2016, a ML=6.6 earthquake occurred in Kaohsiung Meinong, Taiwan, but it caused more damage in the Tainan area than Kaohsiung. The reason for that is because the surface soil is relatively soft in Tainan, which may lead to wave amplification and the other problems such as soil liquefaction, collapse of the Wei-Guan building. At present, most studies only consider the effect of Vs30 and seismic intensity on the site effect and ignores the influence of rock depth. Therefore, this study will discuss the site effect of Taipei Basin and Tainan area and the correction factor considering rock depth. In this study, we first analyze the strong earthquake records of the Meinong earthquake and Jiasian Earthquake, use the site amplification factor to present the evidence of the site amplification effect in the soft site of the Tainan, and then calculate the depth correction factor in Tainan. In addition, by using the DEEPSOIL site response analysis program, the frequency domain equivalent linear analyses are performed at the station CHY069 and the nearby areas. The results show that there is indeed a site amplification effect in the Tainan area. In addition, the results of the site analysis using the deep profile are closer to the measured recordings but still underestimate the real earthquake recordings in the long periods. In the Taipei Basin, site amplification coefficients are calculated using seven downhole arrays operated by the Academia Sinica- Institute of Earth Sciences, seismic data from seven underground basins in the Taipei Basin. Depth correction factor is further analyzed according to the depth of bedrock. In addition, the depth correction factor proposed by the Next Generation Attenuation Relationships for Western US (NGA-West2) is compared with the results of downhole array analysis. The results show that the depth of the bedrock does change the site response coefficient. The trends of calculated depth correction factor and NGA- WEST2 depth correction factor are similar.致謝 i 摘要 ii Abstract iii 圖目錄 vi 表目錄 x 第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 2 2.1. 台北地質概況 2 2.2. 臺南地質概況 4 2.3. 場址效應 6 2.4. 場址分類與場址反應係數 7 2.5. 單頻譜分析法 10 2.6. 地盤反應分析 11 2.7. 新一代強地動衰減式 12 第三章 臺南液化地區之場址效應與地盤反應分析 16 3.1. 概述 16 3.2. 地震事件 16 3.2.1 高雄甲仙地震 17 3.2.2 高雄美濃地震 18 3.2.3 測站資料 19 3.3. 地盤反應係數 20 3.3.1 場址反應係數分布 20 3.3.2 場址反應係數與Vs30和Z1.0之關係 27 3.3.3 深度修正因子 40 3.4. 地盤反應分析法 42 3.4.1 岩盤深度 42 3.4.2 剪力波速剖面 43 3.4.3 非線性曲線 43 3.5. 地盤反應分析結果 46 3.5.1 地盤反應分析結果討論 46 第四章台北盆地之場址效應與深度修正因子 51 4.1. 概述 51 4.2. 井下陣列 51 4.2.1 台北科技大學(TU) 52 4.2.2 永和仁愛公園(YH) 52 4.2.3 五股工業區(WK) 52 4.2.4 板橋退伍軍人輔導委員會(TF) 53 4.2.5 士林百齡橋河濱公園(BL) 53 4.2.6 民權公園(MP) 54 4.2.7 二二八和平紀念公園(SC) 54 4.3. 地震紀錄 54 4.4. 地盤反應係數分析 60 4.4.1 井下陣列紀錄分析 60 4.4.2 NGA與MS15深度修正因子之計算 60 4.5. 分析結果比較 66 第五章 結論 83 參考資料 8