台北市第三十三屆中小學科學展覽會

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921地震在木柵地區闖的禍－－談盆地邊緣效應

高中組地球科學科優等

一、研究動機

民國八十八年九月二十一日凌晨，一場震撼全台灣的大地震震壞了台北市裡的二十四棟建築。它們有的全倒，有的傾斜，有的樑柱斷裂、結構受損，許多建築物的安全都維繫在臨時鋼樑的支撐。

台北市的二十四棟危樓中（參見附表），文山區有八棟，松山區有四棟，信義、士林區各三棟，北投、南港區各兩棟，中正、萬華區各一棟。從危樓的分布可以發現文山區的危樓數量佔了很大的比例，而且我家就位在文山區，免不了擔心下一次地震會不會影響到我家？到底是什麼樣的因素使文山區的房子受到如此巨大的災害，是我所想找出的答案。

二、研究目的

找出921大地震影響文山區建築物受損的可能因素。

三、研究器材

地質圖、地圖、相機、V8錄影機、水波槽及波紋製造設備。

四、文獻探討

造成文山地區產生八棟危樓的因素主要有人為因素及自然因素，本研究僅探討自然因素中的地質因素對於木柵地區的影響。

從文獻當中得知文山區位於古台北湖的南緣，本區之岩層主要為第三紀中新世的沉積岩以及第四紀之現代河床沖積。中新世之沉積岩包括中新世早期野柳群上群的大寮層，中期瑞芳群的石底層與南港層及晚期三峽群的南莊層下部。

本區屬於兩紀地層的交界處，以景美溪為界，右岸屬於第四紀地層（河床沖積平原），左岸屬於第三紀地層（丘陵地）（照片一）。以下是工研院能礦所在民國75年之研究對於本區地層的紀錄。

ㄅ.大寮層

主要出露於指南路二段及棲霞山莊之東南側一帶。岩層走向約為北偏東 60°至80°，向東傾斜25°左右。

ㄆ.石底層

石底層為台灣北部最重要的含煤地層。何春蓀等（民國53年）將出露於北部地區的石底層分為上、下二段，下段為八斗子段，上段為四角亭段。本區僅有少部分的四角亭段岩層出露在指南路三段一帶，其岩層走向呈北偏東70°至80°（何春蓀等，民國53年），然地表的岩層可能受新店斷層拖曳作用的影響，大都倒轉呈向南傾斜約60°至80°。

ㄇ.南港層

何春蓀等（民國53年）、徐茂揚（民國53年）將南港層分成五個岩段，由老至新分別為碩仁段、暖暖砂岩段、大華段、新寮砂岩段及十分寮段。其中十分寮段出露於政大國際關係研究所一帶；而暖暖砂岩段及碩仁段出露於北政國中附近。本區十分寮段之岩層走向約呈北偏東80°，向南傾斜30°至50°；而北政國中附近之南港層走向呈北偏東70°，傾向大都為向南倒轉約60°至80°。

ㄈ.南莊層

南莊層僅其下端出露於指南山莊至指南路二段一帶。本區的南莊層下部以砂岩和砂頁岩互層所組成。

ㄅ.河床沖積層

主要分布在河床或其兩側的氾濫平原上，沖積物以沙礫為主，並含少量黏土，尚未膠結。

經由資料中得知文山區有一新店斷層通過，其位置在木柵景美溪一帶。新店斷層為本省最重要的構造線之一（工研院能礦所，民國75年），此斷層被經濟部中央地質調查所歸類為存疑性活動斷層。

ㄅ.斷層狀態

此斷層為市川雄一（民國23年）所命名，屬於一逆斷層，呈東北東走向，斷層面向東南傾斜，其上盤為大寮層所組成，下盤則分別為石底層、南港層與南莊層。

ㄆ.經過地區

新店斷層通過台北盆地的南方，由木柵、新店地區往東北延伸至平溪，往西南延伸經大溪、石門水庫直至關西以南，全長超過70公里（黃鑑水等，民國83年）。何春蓀（民國72年）認為斷層可更向東北延伸，東北延伸的部份稱為牡丹坑斷層，故新店斷層全長達 100公里以上。斷層從政治大學東北方起向南分為兩支，至安坑南側又會合在一起。南支斷層之層位落差及規模較大，為新店斷層之主斷層；北支層位落差及規模較小，被稱為為灣潭斷層（又稱碧潭斷層）。

ㄇ.活動紀錄

新店斷層僅知在第四紀活動過，所以暫列為存疑性活動斷層。雖然此斷層被地調所歸類為存疑性活動斷層，但是在地調所的資料中卻指出，新店斷層一帶曾發生過一些可能因為斷層所引起的事件。

1. 民國80年11月12日木柵老泉里發生山坡地滑移，其位置在新店斷層上。
2. 木柵政大校園由於灣潭斷層通過，該校部份建築房舍之樓板及牆壁多處發生嚴重龜裂或傾斜現象，各方懷疑可能與斷層通過有關。

五、研究過程

六、研究結果

1. 九月二十一號大地震當天，台北震度為四級。
2. 從地圖上標示的危樓分布，可以發現危樓呈一帶狀沿著景美溪右岸發展，從上游到下游的頭尾兩端分別是集英街10號的危樓以及辛亥路7段69巷25號的危樓。
3. 從地質圖上比對地質結構，得知新店斷層通過景美溪河床。
4. 木柵山區除了在80年發生過地滑之後，就沒有再發生過大型的地滑事件。
5. 北二高木柵隧道雖然與灣潭斷層相交，但是隧道並沒有發生龜裂、位移等異於平常的大規模的變形現象。

1. 實地勘察部分

七、討論

這次地震造成木柵地區八棟樓房嚴重損壞，其中有屋齡二十餘年的五層式樓梯公寓，有落成不到十年的電梯大樓，也有剛啟用的區民活動中心，更有一棟全倒的景女敦品樓。這些建築種類有所不同，屋齡分布也廣。從屋齡的角度來看，同時期的建築，施工的品質，材料的強度都應該與同時期的房屋相差不遠，但是為什麼只有這幾棟樓遭殃呢？從施工要求的角度來看，區民活動中心以及景女敦品樓的建築安全法規比一般民宅更為嚴謹，電梯大樓是知名營造商的精心力作，為什麼安全要求度較高的建築也會受損呢？更令人疑惑的是，為什麼這八棟樓的分布幾乎完全平行於景美溪？這似乎意味著木柵景美溪一帶的震度較大，以下就是造成較大震度的可能原因。

經由文獻中的資料可以知道新店斷層通過景美溪的河床（工研院能礦所，民國75年），這一點也可以從斷層界樁上得到證實。此八棟危樓的分布幾乎與斷層平行，但是新店斷層在921地震後於地調所或氣象局的資料中並沒有發現位移的情況，而通過灣潭斷層的木柵隧道也沒有產生異於正常狀態的位移。所以不能斷定新店斷層有位移而造成如此破壞。

新店斷層似乎不是造成此次危樓的主要原因，因為斷層沒有顯現出移動的現象。不過，由氣象局公佈的地震強度分級中可以發現，震度四級的震動程度應該只是「房屋搖動甚烈，不穩物傾倒，盛水達容器八分滿者濺出」，而從這八棟危樓的情況可以發現，建築物出現牆壁龜裂、傾斜甚至於倒塌的情形。這樣的情形，已經接近氣象局所公佈五級或六級的現象：牆壁龜裂是屬於震度五級的狀況（牆壁龜裂，牌坊、煙囪傾倒），而樓房倒塌是屬於震度六級的狀況（房屋倒塌，山崩地裂，地面斷裂或變形）。由木柵景美溪右岸建築毀壞的程度看來，這一帶的震度似乎應該超過四級。

木柵地區為什麼會有這樣嚴重的災情？是否是他的特殊地形關係造成震度加強？木柵位在盆地邊緣，盆地邊緣是否有它的特殊性，使得震波產生了異於平常的運動？在探究的過程中，得知盆地有著盆地的邊緣效應，此一嚴重災害是否是邊緣效應所造成的，以下就是對於盆地邊緣的效應作一探討。

盆地邊緣震波運動模式和一般震波運動模式不一樣，因為盆地邊緣的地質結構本身就是一個交界處。由之前的探討可以知道木柵地區第三紀地層和第四紀岩層的強度就差很多，第三紀岩層普遍有膠結，岩體較為緻密。但是第四紀的河床沖積層則完全沒有膠結（工研院能礦所，民國75年），相對於景美溪左岸的岩層，右岸則比較鬆軟。

當震波由地底傳至盆地時，震波由盆地底部通過鬆軟的第四紀地層後，再從地表反射回基盤面。震波從堅硬的基盤很容易進入鬆軟的地層，相反地，震波由第四紀地層要返回第三紀地層時就比較困難（大地雜誌，民國88年）。

部分震波因為角度的關係得以回到第三紀的地層，其餘的震波則被反射或折射回第四紀地層。波與波之間干涉時，有時會互相抵銷，但是如果兩波的頻率與相位正好相符，就會將振幅加大。而震波每來回反彈一次，振幅就會加疊一次，所以會造成共振，產生放大的效果。

當地震波從台灣中部運動到台北盆地時，震波會在盆地中來回反彈（大地雜誌，民國88年）。為了研究方便，本研究將木柵景美溪一帶的震波運動方向分為兩類，一類是由盆地上的第四紀地層進入盆地底部的第三紀地層，另一類是由底部的第三紀地層進入盆地中的第四紀地層。當震波由底部地層進入上方沉積層時比較容易，多數震波都可以釋放到盆地中。但當震波由上方沉積層進入底部岩盤時，部分的震波無法進入第三紀地層而返回第四紀地層當中。當折回的震波在第四紀地層中運動的時候可能會干涉到其他的震波，而與其他震波產生共振。這是否就是造成景美溪右岸產生八棟危樓的一種原因，成了本研究進一步探討的對象。

為了要了解震波在盆地邊緣的運動方式，本研究用水波模擬地震波，試藉由本實驗印證以上論點。

本次的實驗僅模擬一個震波向盆地邊緣前進的運動過程（只用起波器製造一個波峰），從水波的運動模式中可以看出波的能量與傳導的次數成正比。在地震發生時，震波從盆地底部向地表以及盆地邊緣前進，但因為折射或反射的緣故，震波又回到第四紀的地層當中。

從實驗中可以知道，水波會消失於傳導的過程當中，這是因為實驗時所用的海菜粉水溶液對波有阻力。同樣的，震波通過第四紀地層時也會消失於某處。以下是藉由實驗解釋木柵一帶的地震運動的方式：

當震波從盆地底部傳出的時候，震波由下往上運動，但是有些震波的能量不夠，因此消失於傳導的途中（詳見實驗）。台北盆地的中央因為沉積層較厚，因此能夠從底部運動到地表後再反彈回來的震波較少。但是木柵地區的沉積層較薄，能夠來回反彈的震波也較多，而這些反彈回來的震波與別的震波互相干涉，因此產生共振。

由此推論代表在平行於盆地邊緣的某一帶，可能因為位於同一厚度的沉積層而產生較大的共振。這次木柵地區的危樓分布帶可能就位在此處。

八、結論

經由以上討論，921大地震使木柵地區造成八棟危樓的原因可能是盆地邊緣的震波共振所引起。

九、參考資料

（一）出版品

1.王鑫 民國69年 臺灣的地形景觀　

（二）期刊

（三）地圖

1. 十萬分之一台灣全圖大事典 戶外生活圖書股份有限公司 民國84年11月

（四）網站

（附表）