民國88年的凌晨，已在睡夢中的我先是聽到一聲巨響，發現家中突然斷電，接著開始感覺到輕微的晃動，緊接著是強烈的搖晃，且持續了好一陣子，遲遲無法停止下來。之後的整個晚上就好像在坐船一般的搖搖晃晃，讓我無法安心入眠。雖然當時精神狀態不是很好，但回想起來對這一連串的過程卻是記憶猶新。經過一夜的折騰到早上起床後，才發現不只家裡停電了，而是整個台北市甚至整個北部都斷電，原來台灣正經歷了百年一次地震的「震撼教育」。921地震造成了嚴重的傷亡，在台灣留下了一道有形和無形的傷疤；但同時也提供了彌足珍貴的資料，如地表破裂、地震引起的山崩地滑、擋土牆、基礎破壞與土壤液化，讓台灣成為大地地震工程的活教材。 首先來談談地震的起因及震波的類型。地震的產生乃是由斷層錯動所釋放的能量造成，921地震便是綿延近百公里的車籠埔斷層錯動的結果。其所釋放的能量，以震波的方式經由不同的路徑（Path）傳遞到你我所在的位置（Site）；如圖1所示。震波可分為主體波（Body Wave）和表面波（Surface wave）兩大類，而主體波又分為壓力波（Compression or P-wave）和剪力波（Shear or S-wave）（如圖2所示）。由於運動方式的差異，壓力波的波速最快，但所攜帶的能量較小；剪力波的波速較慢，但攜帶了大部分的地震能量。因此當地震來時，我們會常感到數秒鐘的小晃動之後才是劇烈的運動（如圖3所示），且距離越遠強烈晃動前的小規模震動越長，主要由於波速不同所造成。然而地震波的波速又遠低於光和電的速度，因此在921地震時於震央附近的高壓電塔倒塌而導致無法傳輸電力，幾乎零時差地立刻反映在台北地區的停電，但經過數秒後震波才傳到台北。這種由波速的差異所造成時間差的特性，我們已運用在預警系統的開發。經由判讀波速較快的壓力波，我們有黃金的數秒鐘去警告或停止系統（如核電廠或高鐵）的運轉。
為了描述震波的特性，我們通常以振幅（Amplitude）、延時（Duration）、和頻率（Frequency）來表示。振幅代表能量的大小，一般地震所量測到的歷時為加速度（如圖3所示），因此最大之振幅即為最大地表加速度（Peak Ground Acceleration，簡稱PGA），可用於界定地震強度（簡稱震度Intensity）的大小。延時為量測地震歷時的長短，當一地震規模（Magnitude）越大，地震歷時會越長，反之則越小。像921地震（規模 = 7.3）地震歷時約兩分鐘，而日本331地震（規模 = 9.1）地震歷時可長達五分鐘。振幅越大、歷時越長，所造成的災害也會越大。頻率可簡單地由震波的疏密程度來判斷，當震波越密集則表示高頻含量越多，如圖３(b)之紀錄；而如圖３(a)之紀錄則有較多低頻含量。結構物本身也有振動頻率，一般而言高樓的頻率較短，矮房則有較高的頻率，一旦和震波顯著的頻率相似，便會產生共振而加大結構物的搖晃。所以並非高樓一定較危險，還須視震波的特性而定。
當震波經由路徑傳播到所在位置，會因介質（土壤或岩盤）的阻尼造成能量的消耗，因此振幅會逐漸縮小。圖4為921地震之震度分布圖，一般而言離震央越近震度（振幅）越大，反之越小，但台北似乎是一個特例。雖然離震央遠，但震度不減反增，主要是因為台北為一盆地，裡面覆蓋了深厚的軟弱土層，造成震波特性的改變，我們稱之為場址效應（Site effect）。場址效應可造成震波之振幅放大 （Amplification）、歷時延長、頻率改變如圖3所示。主要是因為土層像是一個濾波器，會依土層的厚度與軟硬程度來過濾地震波，對於低頻的波會放大，高頻的波則易濾除。所以在台北盆地所量測之震波，其振幅較鄰近區域大，但以低頻能量為主，這也是為什麼台北盆地雖離震央較遠，但也可感受到強烈震動，921地震時同樣也有嚴重的災情。類似的場址效應也發生在西元1985年的墨西哥地震，距震央300多公里的墨西哥城，理應倖免於地震災害，但因軟弱土層的放大效應，同樣也造成非常嚴重的損害。為了預估場址效應所造成地震波的改變，我們可做地盤反應分析（Site response analysis），這就與大地地震工程的另一課題 - 土壤的動力性質有所關聯。
921地震對所有的台灣人來說是個畢生難忘的經驗，在地震發生的當下，我只感受到了不同階段的晃動，而在修過台大陳正興老師的地震工程、伊利諾大學的大地地震工程，以及後來本身對這方面的研究，才對這短短的地震經驗有更深刻的體會，慢慢了解這些現象都是可以用理論來解釋，並可應用在工程實務上。雖然921地震造成了嚴重的傷亡，但所觀測到的現象以及所量測到的資料，為大地地震工程的發展提供最好的研究題材，而近幾年的研究成果也讓我們為下一次的大地震做了更充分的準備。
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