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研究生: 姜彥麟
Jiang, Y. L.
論文名稱: 花東縱谷斷層南段地表變形及斷層運動學分析
Analyses of Crustal Deformation and Fault Kinematics in the Southern Part of Longitudinal Valley Fault,Eastern Taiwan
指導教授: 李通藝
Lee, Tung-Yi
李建成
Lee, Jian-Cheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 地球科學系
Department of Earth Sciences
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 131
中文關鍵詞: 地表變形利吉斷層鹿野斷層台東地震大地測量
英文關鍵詞: Crustal deformation, Lichi fault, Luyeh fault, Taitung earthquake, Geodetic survey.
論文種類: 學術論文
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  • 摘 要
    為了分析花東縱谷南段更詳細的地殼變形、斷層活動行為特性,鹿野斷層及利吉斷層的個別活動特性、更詳細的斷層可能的幾何形貌,本研究於台東縱谷南段卑南山附近地區,由北至南設置四條密集橫跨斷層的水準與GPS測線。本研究在研究期間內(2005-2007),分別實施四次的大地測量調查。由於2006年4月1日在研究地區發生規模6.1之台東地震,本研究將大地測量觀測資料的分析結果區分為(一)震前時期、(二)跨地震時期、(三)震後時期,三個時期來分析解釋地殼變形及相關的構造作用。在花東縱谷南段,除了利吉斷層和鹿野斷層有明顯的活動之外,亦有中央山脈東緣的Y斷層(台東地震發震構造)、可能沿著鹿野溪約東西走向的Z剪切帶及卑南山向斜軸部的活動。在海岸山脈和中央山脈之間的縱谷南段地區,受前述構造活動影響,呈現非剛體變形的模式,本研究解釋為地下地質為岩性較不均一的礫石層影響。受台東地震影響,引發利吉斷層和鹿野斷層活動或更活動,且在近斷層皆以褶皺變形為主,代表斷層在地下某一深度為鎖定或部份鎖定。而近斷層褶皺變形帶及跨越褶皺變形帶斷層的活動行為特性在台東地震數個月間即有改變。震前時期利吉斷層有明顯的逆衝和左移活動;鹿野斷層無明顯的變形;Y斷層北端有少許左移和壓縮的活動、南端則有右移和正斷層活動。跨地震時期利吉斷層兼具左移走向滑移和水平擠壓活動但近地表以褶皺變形作用為主。鹿野斷層則是以逆衝活動為主,帶非常少左移分量。震後時期利吉斷層和鹿野斷層的活動特性有回復到震前時期的跡象。利吉斷層有明顯的水平擠壓並帶少許左移走滑,鹿野斷層則無明顯變形。根據跨地震時期測量資料,利吉斷層的抬升量約15.5 mm,水平擠壓量約5 mm;鹿野斷層的抬升量約10 ~ 11 mm,水平擠壓縮量約13 mm,估算可得利吉斷層近地表的傾角約70度,鹿野斷層近地表傾角約35 ~ 40度。震前時期的Y斷層的南半段有反向滑移的作用,可能為台東地震的地震前兆。而鹿野斷層在台東地震震後半年至震後一年間,又開始有明顯的抬升運動,本研究解釋震前時期與震後時期鹿野斷層近地表鎖定不動為一短暫的現象。亦即受到Y斷層對鹿野斷層的效應,其影響時間約在震前半年至震後半年間。

    關鍵詞: 地表變形、利吉斷層、鹿野斷層、台東地震、大地測量

    ABSTRACT
    In order to analyze detailed crustal deformation, behaviors of fault activity, specifically the Luyeh fault and the Lichi fault, in the southern part of the Longitudinal Valley,eastern Taiwan, four leveling and GPS survey lines were set up and periodically measured across the faults near the Pinanshan area. During the study period (2005-2007), four geodetic surveys were carried out. Based on the Mw 6.1 earthquake that occurred on April 1st, 2006 near Taitung, the acquired geodetic survey data can be divided into: (1) pre-seismic period (2) inter-seismic period (3) post-seismic period for analyzing crustal deformation and structural effect. In the southern part of the Longitudinal Valley, there are the Y fault which is located at the eastern part of Central Range, the Z shear zone which strikes along the Luyeh river, and the folding deformation of the Pinanshan syncline. The area between the Central Range and the Coastal Range displays non-rigid deformation due to the heterogeneous nature of the conglomerate strata. Due to the 2006 Taitung Earthquake, the Lichi fault and the Luyeh fault became active, and show folding deformation near the fault, which may indicate that the faults have locked or partially locked near the surface. The characteristics of the fault activity have changed in a few months during the Taitung earthquake. At the pre-seismic period, the Lichi fault shows thrusting with left-lateral strike-slip component, and the Luyeh fault shows little or no deformation. The northern part of the Y fault shows a few left-lateral strike-slip with a thrusting component, while the southern part of the Y fault shows right-lateral strike-slip with a normal component. During the inter-seismic period, the Lichi fault shows thrusting and left-lateral strike-slips near the fault with folding deformation. The Luyeh fault shows thrusting and some left-lateral strike-slip component. At the post-seismic period, the activity characteristics of the Lichi fault and the Luyeh fault have returned to characteristics of the pre-seismic period. The Lichi fault shows shortening with some left-lateral strike-slip component. The Luyeh fault shows little or no deformation. According to the inter-seismic period data, the Lichi fault displaced 15.5 mm in uplift and 5 mm in shortening. The Luyeh fault displaced 10~11 mm in uplift and 13 mm in shortening. The study, therefore, estimates that the dip angle of the Lichi fault is about 70゚and the dip angle of the Luyeh fault is 35゚~ 40゚.The Y fault back-slipped in the pre-seismic period, which may be interpreted as a precursor of the Taitung earthquake. The Luyeh fault shows uplift half a year upto one year after the Taitung earthquake. This study indicates that the locking of the Luyeh fault is a temporary phenomenon and that the Y fault influenced the activity of the Luyeh fault half a year before the earthquake and half a year after the earthquake.

    Key words: Crustal deformation, Lichi fault, Luyeh fault, Taitung earthquake, Geodetic survey.

    目 錄 誌 謝 IV 摘 要 V ABSTRACT VII 目 錄 X 圖 目 錄 XIII 表 目 錄 XVII 第一章 緒論 1 1-1研究背景:大地構造概況 1 1-2 研究動機:花東縱谷斷層南段之地質及斷層特性 5 第二章 研究方法:大地測量分析 15 2-1 大地測量點位規畫 15 a.精密水準測量點位規畫 15 b.GPS測量點位規畫 24 2-2 精密水準測量野外工作及資料處理 26 a.精密水準測量野外工作 26 b.精密水準測量資料處理與系統誤差改正 27 2-3 GPS測量野外工作及資料處理 32 a. GPS衛星測量野外工作 32 b.GPS測量資料處理 34 第三章 大地測量成果分析 39 3-1震前時期研究區域內地表變形分析 41 a.震前時期垂直變形分析 41 b.震前時期水平變形分析 44 c.震前時期利吉斷層和鹿野斷層的活動行為特性 47 3-2 跨地震時期地表變形分析 57 a.跨地震時期垂直變形分析 57 b.跨地震時期水平變形分析 59 c. 跨地震時期利吉斷層及鹿野斷層的活動行為特性 61 3-3 震後時期地表變形分析 70 a.震後時期垂直變形分析 70 b.震後時期水平變形分析 72 c.震後時期利吉斷層及鹿野斷層的活動行為特性 74 第四章 活動構造及行為綜合討論 81 4-1 研究區域之活動構造 81 a. Y斷層 82 b. Z剪切帶 83 c.卑南山向斜 85 4-2地下構造剖面 86 4-3 地表變形形態改變與台東地震的影響 89 a. 震前時期 89 b.同地震引發作用 90 c.震後時期 91 第五章 結論 94 參考文獻 97 附錄一 精密水準成果表 100 附錄二 GPS測量成果表 110 作 者 簡 介 114 圖 目 錄 圖1.1台灣現今的大地構造。 2 圖1.2 花東縱谷斷層分段。 4 圖1.3 花東縱谷南段縱谷斷層系統一分為二。 7 圖1.4 鹿野龍田地區河階變形研究。 8 圖1.5 花東縱谷南段地質圖及地質剖面。 9 圖1.6 花東縱谷段層南段地質圖。 10 圖1.7 陳等2002年至2005年鹿野地區水準測量資料。 12 圖1.7a陳等2002年至2005年鹿野地區水準測量點位分佈。 13 圖1.8 花東縱谷區域GPS速度場。 14 圖2.1 研究區域40公尺數值高程地形圖。 17 圖2.2 研究區域40公尺數值高程地形圖套疊航空照片。 18 圖2.3 研究區域40公尺數值高程地形圖套疊電子地圖。 19 圖2.4 水準測線規畫。 20 圖2.5 依照內政部一等水準測量作業規範所設置的水準點位。 21 圖2.6 加密水準測線點位所用之圓頭鋼釘。 21 圖2.7龍田光榮路至鸞山水準測線點位。 22 圖2.8鹿野和平堤防水準測線點位。 22 圖2.9紅葉至卑南山北緣水準測線點位。 23 圖2.10台東軍人公墓至太平溪右岸堤防水準測線點位。 23 圖2.11 GPS衛星測量點位分佈圖。 25 圖2.12 水準測量示意圖。 27 圖2.13 研究區域水準測線及相對應剖面。 31 圖3.1 2006年4月1日 MW 6.1台東地震主震及餘震分佈及發震斷層幾何形貌。 40 圖3.2 震前時期水準資料成果。 42 圖3.3 Y斷層可能存在的位置及水準測線分佈圖。 43 圖3.4 GPS連續觀測站S105、S104、TTUN位置分佈說明圖。 45 圖3.5 震前時期相對澎湖白沙連續觀測站S01R之GPS位移向量。 46 圖3.6 震前時期相對中央山脈連續觀測站S105之GPS位移向量。 49 圖3.7 震前時期GPS相對於S105所結算投影在A剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量和水準A剖面的垂直變化量。 50 圖3.7a 震前時期利吉斷層水平位移在斷層帶中呈現褶皺變形。 51 圖3.8 震前時期GPS相對於S105所結算投影在B剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量和水準B剖面垂直變化量。 52 圖3.9震前時期GPS相對於S105所結算投影在C剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量和水準C剖面垂直變化量。 53 圖3.10 震前時期鹿野斷層及利吉斷層褶皺變形帶、 55 圖3.11 震前時期GPS相對於S01R位移向量簡化圖。 56 圖3.12 跨地震時期水準資料成果。 58 圖3.13 跨地震時期相對澎湖白沙連續觀測站S01R之GPS位移向量。 60 圖3.14 跨地震時期相對中央山脈連續觀測站S105之GPS計算成果。 62 圖3.15跨地震時期GPS相對於S105所結算投影在A剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量和水準A剖面垂直變化量。 64 圖3.16跨地震時期GPS相對於S105所結算投影在B剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量和水準B剖面垂直變化量。 65 圖3.17跨地震時期GPS相對於S105所結算投影在C剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量和水準C剖面垂直變化量。 66 圖3.18 跨地震時期鹿野斷層及利吉斷層活動速率及地質剖面示意圖。 68 圖3.19 跨地震時期GPS相對於S105位移向量簡化圖。 69 圖3.20 震後時期水準資料成果。 71 圖3.21 震後時期相對中央山脈連續觀測站S01R之GPS位移向量。 73 圖3.22 震後時期相對中央山脈連續觀測站S105之GPS位移向量。 75 圖3.23震後時期GPS相對於S105所結算投影在A剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量和水準A剖面垂直變化量。 76 圖3.24震後時期GPS相對於S105所結算投影在B剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量和水準B剖面垂直變化量。 77 圖3.25震後時期GPS相對於S105所結算投影在C剖面東西走向(往西為正)及南北走向(往北為正)的水平位移量。 78 圖3.26 震後時期鹿野斷層及利吉斷層水平擠壓速率及左移走向滑移速率及地質剖面示意圖。 80 圖4.1 研究區域之活動構造圖。 81 圖4.2 震前時期Y斷層具有反向移作用。 82 圖4.3台東地震同震GPS 位移向量。 83 圖4.4 2006年4月中旬所拍攝鹿野溪河床的噴沙。 84 圖4.5近利吉斷層下盤相對於遠離下盤的水平位移沿一南北走向的左移構造滑動。 85 圖4.6 推算斷層近地表傾角示意圖。 86 圖4.7 研究區域 PROFILE A之地下構造剖面。 88 圖4.8 2006年10月初至2007年五月中A剖面的水準高程差。 91 圖4.9 台東地震震前、跨地震、震後地表變形的變化圖。 93 表 目 錄 表3.1 大地測量調查時程表。 39 表3.2 以台東地震事件區分大地測量時程階段。 41 表4.1 利吉斷層和鹿野斷層跨地震時期的活動量及傾角估算。 87

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