實施地球物理探測試驗

於鹿港場址土層之剪力波波速調查

劉玉平/ 彰化縣政府建設處  處長

李秉鍠/ 彰化縣政府建設處建管科  科長

胡志昕/ 新中光物理探測公司  總經理

蕭秋安/ 台灣世曦地工部  協理

周坤賢/ 台灣世曦地工部  副理

王玟雅/ 台灣世曦地工部  工程師

同一地震往往在各地區造成不同反應，除了與震源距離遠近，地盤特性亦是影響地震波傳的重要因子。假使地震波傳週期與建築物自然振動週期一致而產生共振，將造成建築物嚴重損害。因此瞭解場址地盤特性，將對地震防災規劃有正面幫助。

近年來，地盤特性研究，多以地表下30m內土層的平均剪力波速(V_S30)為重要指標。本文選定彰化縣鹿港鎮一場址，施作一系列地球物理探測試驗，包括懸盪式速度井測、下孔式速度井測、跨孔式速度井測、多頻道表面波頻散法，以獲取調查場址之V_S30，提供後續建築物規劃設計與安全評估參考應用，各項探測方法及成果詳述如後。

1.懸盪式速度井測

懸盪式速度井測系統，包含探測棒、捲揚機、資料擷取器。探測棒係由1組自發性人工震源、2組固定距離三方向受波器結合成。探測方式，係由鑽孔內自發震波，經孔壁及地層傳至近端及遠端受波器，讀取兩受波器之震波波列時間差，用以計算各深度地層P波與S波波速，如圖1所示。

此探測法典型量測波形，如圖2。其中V1、V2代表近端及遠端垂直向受波器訊號，通過紀錄P波訊號起始、到達時間，H+1、H+2代表正向水平震波下，近端及遠端水平向受波器訊號；H-1與H-2代表反向水平震波下，近端及遠端水平向受波器訊號，利用正、反向水平震波180度相位差之特性，可判斷S波起始、到達時間。

2.下孔式速度井測

下孔式速度井測的施作原理與懸盪式速度井測相似，惟震源置於地表、受波器設置於孔內。探測方式，係以鐵鎚水平正向及反向側擊地表枕木，產生180度位相位差之震波以利波形辨認，如圖3；並記錄震波傳達至鑽孔內各深度時間、繪製震波走時曲線，而任意相鄰兩點的斜率倒數，即該段土層的S波波速，如圖4所示。

3.跨孔式速度井測

跨孔式速度井測法的施作原理與下孔式速度井測相似，惟震源與受波器置於不同鑽孔內。探測方式，係利用孔內重鎚分別向上及向下鎚擊，製造180度相位差之震波，經孔壁及地層傳至另一鑽孔同深度之受波器，並記錄震波由震源孔至接收孔之波傳時間，進而求取S波波速，如圖5所示。

此探測法典型量測波形，如圖6，量測深度位置共有6道訊號，頻道Ch1~Ch3分別為向上敲擊時，2組水平向受波器訊號與1組垂直向受波器訊號，頻道Ch4~Ch6分別為向下敲擊時，1組垂直向受波器訊號與2組水平向受波器訊號。跨孔式速度井測只需判釋出各深度之垂直向受波器訊號起始、到達時間，該訊號與敲擊方向平行，即代表為S波訊號。

圖1  懸盪式速度井測施作示意圖		圖2  懸盪式速度井測典型量測波形
圖3  下孔式速度井測探測施測示意圖		圖4 下孔式速度井測典型震波走時曲線
圖5 跨孔式速度井測探測施作示意圖		圖6  跨孔式速度井測典型量測波形

4.多頻道表面波頻散法

多頻道表面波頻散法，係將多個受波器以直線方式等距鋪設於待測地表上，於兩兩相鄰受波器的中點位置，以重鎚製造震源，並記錄每次敲擊後所有受波器的訊號，如圖7所示。

此探測法之S波速度剖面處理流程，如圖8，首先將震波記錄依施測震源、接收器位置作整理排序，獲得每個同中點(Common Midpoint)及該處之不同展距表面波記錄，接著計算每處同中點表面波記錄之相位，隨記錄展距之改變交叉比對，透過時間、頻率域之空間與速度轉換，疊加獲得頻散曲線圖；再據此進行地層波速模型之反演運算，獲得該同中點最佳一維S波速度與深度關係剖面圖，最後將所有同中點的一維S波速度與深度剖面，整合繪製為二維S波波速成果圖。本場址探測成果如圖9，土層S波波速隨深度由120m/s增加至250m/s。

圖7  表面波探測震波傳播示意圖		圖8  多頻道表面波頻散法資料處理流程
圖9  多頻道表面波量測震測法之二維S波速度成果圖