地質與地層模型不確定性之量化及其應用之整合型研究(2/4)

合理的地質模型對於(i)地質資源開發、(ii)地質環境保護，以及(iii)地質災害防治至關重要。然而，現有地質模型中的不確定性以及對各種形式應用所衍生之風險，卻很少被量化。本研究以四年為期，致力於量化地質模型不確定性，並選擇數項台灣社會關心之應用領域為例，探討地質模型不確定性之傳遞以及對各該用領域所產生之風險。科學目標則是發展地質模型與力學/水力參數空間分布耦合模擬技術、鏈結地質作用與隨機馬可夫隨機場之空間關聯性參數、並探討方向與尺度效應對參數率定之影響。本研究聚焦於以下四個應用領域：(i)地震場址效應(Vs30)評估；(ii)液化潛勢和風險分析；(iii)地下水管理；(iv)岩石邊坡的破壞機率，研究區域則為台北盆地以及周邊山坡地。本年度報告呈現第二年之期中成果，並說明相較於第一年成果之精進內容：(1) 在前期(第一年)研究中，我們成功開發了耦合的地質和參數隨機場建模工具(成果撰稿中)，並於台北盆地一個小區域進行液化分析測試。今年，我們採用了一個更大的測試區域(約20平方公里)進行液化風險分析並計算Vs30。本研究所產製之液化風險和Vs30圖可清楚呈現地質與參數之不確定性，明顯優於傳統方法。(2) 本計畫前期成功發展以最大概似估計法來率定隨機場建模的關鍵空間參數。今年，我們使用台北盆地測試區域附近的東西與南北方向剖面鑽孔資料，針對空間關聯參數進行率定，並採率定參數進行測試區地質與參數隨機場建模。此外，我們深入研究參數校準時的方向與尺度效應變化，發現所使用的剖面長度和剖面上的鑽孔密度會影響參數率定結果。這一發現具有重要意義，將對此一研究議題之研究方向產生顯著影響。(3) 我們在第一年提供了台北盆地的Vs30分布圖和地下水流模擬結果，研究成果撰稿中。今年，在考慮前述的地質和參數不確定性耦合模擬的基礎上，去年成果獲得大幅改進。主要改進之處包括：(i)量化完成台北盆地沉積物下方岩盤面和松山層底部礫石層之頂面；(ii)透過不足30公尺鑽井剪力波速外插方法，添加了大量新的鑽孔作為Vs30內插使用；(iii)使用台北盆地新資料，建立新的、適合於台北盆地之剪力波速估算的轉換函數。這些調整有效降低了Vs30和地下水位預測的不確定性。而本研究產製新的地下水位，已於本期計畫應用於液化風險和Vs30分布圖之製作。(4) 前期研究成果透過現場工作、鑽孔資料和LiDAR資料，建立了岩石邊坡穩定性分析所需的地質模型，相關研究成果已發表了幾篇論文。今年，我們專注於評估與地質弱帶相關的不確定性對特定岩石邊坡破壞風險的影響。此外，我們評估了水力-力學耦合對岩石邊坡穩定性的影響，發現裂隙系統與應力主導了岩坡水力傳導性和地下水流動特性，進而影響邊坡穩定性。我們也剛開始使用不同的數值模式(包括PFC、3DEC、FLAC3D)評估地質、地面和大地工程模型不確定性的影響。