地震波經過岩盤上方沖積層之後，會特別放大地震波中某些頻段的振幅，並延長地震波的震盪時間，此種現象稱之為場址效應。1999年921集集地震發生，對埔里鎮、南投市及台中港區等地產生相當嚴重破壞，造成房屋倒塌、毀損及人員傷亡，而這些產生破壞的地區，恰巧與所在的區域場址有正相關聯。因此，本文從地震學的角度，蒐集並整理關於場址效應研究，作為學校建築物耐震設計及未來校舍重整建時的參考，提供學校思考防災教育規劃與發展時，一個值得注意的方向。

       當斷層受外力作用而破裂時，會將潛勢應變累積的能量釋放，其中一部分的能量因斷層運動，轉化成摩擦熱能；另一部分則以地震波的形式傳遞到地表，當地震波到達地表後，我們可感受到地表的搖晃，此即是我們常說的地震。影響地震波形成的因素，大致可以分成三大種類：震源(source)、震波傳遞路徑(path)與場址效應(site)。然而地震震源破裂行為，必須利用地震發生後，從各測站所收到的地震波並配合數學的逆推理論，才能夠稍作了解(Liao and Tsu, 2013)；而震波傳遞路徑涉及地下岩體材料及其相關的速度構造；場址效應則與建築物所在的地下沖積層厚度與地形有關，與學校的校舍及地震工程頗為重要，因此本文集中在場址效應於建築物與防災活動的探討。

       過去歷史中，因場址效應將地震波振幅放大，進而造成建築物嚴重破壞的例子，最顯著的是1985年墨西哥大地震，此次地震由於大批高樓的倒塌而導致約 1 萬人喪生，幾十萬人無家可歸。當地震波傳遞到墨西哥城時，一開始大家以為震央應該在墨西哥市附近，後來經過地震的定位，才發現地震的震央卻是位於遠離墨西哥市 350 公里以外的米卻肯（Michoacán），這與我們對地震波的衰減了解產生強烈反差。依照一般原理，一個大地震發生後，不同地區的地震波之振幅應該隨著震央距增加而產生衰減，所以離震央愈遠的地區，地震波產生的影響就會愈小，但何以此墨西哥地震卻如此異常？原因是墨西哥城地下的盆地地形，延長了地震波震盪的時間，加上墨西哥城地下的鬆軟的沖積層，將地震波的振幅放大，二者相加以後，遂使地表運動的振幅幾乎與350公里以外的震央附近的振幅一樣大，而持續時間卻達到幾乎近3分鐘，遠遠大於震央處的一分半鐘左右(趙里，2007)。

       在台灣的許多地震中，同樣的場址效應也屢屢發生，例如2016年2月6日凌晨發生的美濃地震，震源發生在高雄美濃，誘發地震的斷層並未出露地表，但是卻對台南市的許多建物造成嚴重破壞。溫國樑等人(2016)認為，台南市許多地區都位於鬆軟沖積土層上，地震波的振幅與振動歷時因場址效應而放大，是造成此次災損的主要原因之一。除此之外，發生於1999年的921地震，台灣有許多地方也存在因區域場址特性，而產生地震波放大，造成嚴重災情的現象。唐昭榮(2001)利用現場微地動資料與921的地震紀錄，配合單站頻譜法，研究埔里盆地的場址效應，發現埔里地區建築物因921地震倒塌的情況與建物所在的場址有重大關聯。劉冠鈺(2002)選用215個布於埔里盆地內外的觀測站，從事現場微地動資料調查，發現埔里盆地的地形能夠放大地震的長周期波之振幅外，也同樣認為在921地震中，建物倒塌實受地區場址效應影響甚鉅。陳政治(2002)運用微地動測量資料，分析場址第一共振主頻fp與土壤潛在液化值，發現921地震的地震波傳遞到南投市時，因場址效應而將震波的振幅放大之區域，同時也正好是土壤液化最嚴重的地區，即是在貓羅溪沿岸。

       由以上研究資料可知，對於地質的了解，在防災工作及防災教育上，是一件相當重要的事情，因為事前了解地質的特性，可以預先做工程設計，減少災害的產生與損失。此外，能夠做好災前的準備工作，降低因地震所產生的破壞，對於保障師生安全，營造安全和諧校園，提升學生防災意識，增加學生防災知能，都有相當重要的意義。

       要探討區域場址效應，通常有二種方法，一為雙站法，另一為單站法。所謂雙站法即是選擇分別位於岩盤站上與沖積層上的二個測站，此二測站距離需緊鄰，再分別對二個測站所收之的地震資料做傅立葉轉換(Fourier Transform)轉換至頻率域後，將二者相除，便可得到此地區的場址轉換函數，找出其第一共振主頻fp與地震波的放大倍率。但是這個方法在廣闊的沖積平原上，就難以適用，因為岩盤站不容易找尋；此外，當地震規模太小，岩盤站的地震儀也較難啟動以紀錄地震波，也就無法計算場址轉換函數。

       因此，Nakamura(1989)提出單站頻譜比法，即是運用單一測站所收到的三分量(東西、南北向的水平分量與垂直分量)中，將水平分量與垂直分量分別做傅立葉轉換後，再做相除，計算頻率域的轉換函數，以求第一共振主頻fp，如圖一所示。單站法的優點是方便計算，機動性高，只需要運用微地動儀接收訊號，就能夠迅速得到結果，但是其所算出來的震波放大倍率，與實際相比則會產生較大的誤差。

       Ohta等人(1978)得到下列的經驗公式

       Vs =fp× 4H (1)

       其中，Vs 為地震波中的S 波在地層中傳遞的波速，fp是沖積層的共振頻率，H代表沖積層厚度。由此可知，若地層中Vs已知，則配合單站法計算所得的fp，可以計算土層的厚度。因此，如果測站夠密的情況下，可以知道地下沖積層的厚度的分布，從而計算整個地下的地形構造，提供建築物的選址基礎，也可在選擇新建學校之時，提供一個重要參考。

       其次，由公式1也可知，若H相同的情況下，Vs與共振頻率fp成正比，而通常鬆軟土層中的Vs較小，因此相對應於共振頻率fp較低的震波，當地震波低頻的能量傳到此鬆軟土層處，就較容易引起此土層的搖晃而使地震波的振幅加劇，這現象正好說明1986年11月15日，花蓮外海發生芮氏規模6.8的地震，臨近震央的花蓮並沒有太大的災情，但距離震央100多公里的臺北地區，當較低頻的震波到達時，遂引發場址共振效應，進而造成大樓倒塌的嚴重災情。反之，堅硬土層的Vs較大，其對應的共振頻率較高，所以較易與地震波的高頻的能量起共振，在地震波中，低頻能量衰減慢且振幅較大，能夠傳遞到較遠的地方，是以場址效應的探討與震波低頻的能量有較大關係。伽利略（1564〜1642）發現當一單擺受力時，會有一固定的擺動頻率，此頻率會和擺長開根號成反比，此特定頻率稱為自然振動頻率。同樣的，當建築物受外力作用時，也會產生反覆的來回規律震盪，來回一次所需的時間，就是建築物的自然振動週期，而從物理知識知道，週期的倒數即是頻率，故建築物的自然頻率F可簡單的表示為

       F=1/(樓層)×10 (2)

       依照F的定義，四層樓高的校舍，對應的自然頻率為2.5Hz；10樓高的大樓，自然頻率約為1Hz。根據公式2可以清楚了解，樓層越高，其自然頻率越低；反之，樓層越低，其自然頻率越高。因此，當沖積層越厚或越鬆軟的情況下，其位址應避免蓋高樓建築，因為若地震波的主要能量集中在低頻部分或接近fp，此頻段的能量經過此厚沖積層時，振幅將被放大，而高樓的自然頻率假使也近似於fp，則此樓房將會產生共振現象而搖晃加劇，從而嚴重毀損或至倒塌。

       在教育現場上，當蓋新的校舍時，除了考慮師生教學活動的需求性之外，尚應考慮地底下的條件限制，避免蓋出來的校舍的自然頻率F，接近所在位址的共振主頻fp，而產生共振現象，當地震發生時，加劇建築物的搖晃，產生嚴重破壞，進而造成師生的傷害。此外，在沖積扇平原上，位址包含較多厚鬆黏土和砂層，當大地震的低頻能量傳至此處，將會引發共振，產生較大的搖晃，因此若校舍位址落於此區域時，應特別注意結構耐震設計，其要求應當比蓋矮房更加嚴謹較為適當。

       對於現有已存在的建築物，若其自然頻率與位址的共振主頻相近時，在地震防災上，可以在校舍補強的施工前，特別規劃增加此棟建築物的地震力強度，從而增強此建築物的耐震能力，避免建物倒塌傷人。此外，也應減少此建物的附加設施與外掛磁磚黏貼，避免當地震波來襲時，其附加設施因為劇烈搖晃而掉落，阻擋逃生動線或危及師生安全。在此棟建築物內，相關的陳設、書櫃、電風扇等會因劇烈搖晃而掉落或傾倒的物品，應特別運用器材將其固定，避免學生在緊急避難時，因其傾倒或掉落而造成無謂的損失與延緩師生逃生的時間。最後，校園中規劃防災演練的疏散動線，對於此棟建築物應多做妥善考量，對其外在設施，如棟與棟之間的連結通道，必須盡量避免使學生通過，以免地震發生時，通道斷裂造成傷害。對環境的清楚了解，配合精細的防災規畫與精熟的疏散練習，是在目前地震防災中，能將損失降到最低的最佳方法。

       地震造成建築物的毀損原因相當複雜，無法歸咎於單一原因。本文純粹以地震學及過往地震災害的範例中，就場址效應加以探討，並分享相關的概念，從而可以清楚了解到，若建築物位置落於相當鬆軟土層上方時，即使地震發生在相當遠的位置，當地震波傳遞到此地時，也有可能造成這些建築物的倒塌。因此在校舍的選址與建築設計時，必須考慮場址的效應，避免災害發生。此外，應考量現有建築物的自然頻率與所在場址的關係，事先預防並做好防範，才能有效減少災損，進而保障師生的安全。

參考文獻

Nakamura, Y. (1989). A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface, QR, of RTRI. 30, 25-33.

唐昭榮(2001)。探討埔里地區之場址特性。國立中正大學地球物理所:碩士論文。

陳政治(2002)。探討南投市暨霧峰地區土壤之液化特性。國立中正大學地球物理所:碩士論文。

劉冠鈺(2002)。以微地動量測探討埔里盆地之場址效應。國立中央大學應用地質研究所:碩士論文。

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Liao, B. Y. and T. W. Sheu (2013). Slip distribution of the Tohoku-Oki earthquake (Mw 9.0) inferred from the refined Homomorphic Deconvolution Method, Journal of Asian Earth Sciences, 73 (5), 263-273.

溫國樑、林哲民、郭俊翔、黃雋彥 (2016) 地震災害及成因。科學月刊，第562期，770-775頁。

Ohta ,Y., H. Kagami, N. Goto, and K. Kudo (1978). Observation of 1- to 5- second microtremors and their application to earthquake engineering. Part I . comparison with long-period accelerations at the Tokachi-Oki earthquake of 1968, Bull. Seis. Soc. Am., 68,767-779.                             

圖一 在測站TCU074上，運用單站法配合微地動所測量的訊號，計算場址轉移函數(細線)與運用單站法分析地震訊號所計算之場址轉移函數(粗線)之比較。橫坐標是頻率，縱坐標是比值，從圖可以看出共振主頻約落在1.5Hz。(摘自Huang and Tarng, 2005)