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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:詹忠翰
研究生(外文):Chung-Han Chan
論文名稱:利用雙差分地震定位演算法重新定位過去十年台灣中、大型地震之餘震
論文名稱(外文):Using Double Difference Earthquake Location Algorithm to Relocate the Aftershocks of Great Earthquakes in the Past Ten Years
指導教授:馬國鳳馬國鳳引用關係
指導教授(外文):Kuo-Fong Ma
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:地球物理研究所
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:雙差分地震定位
外文關鍵詞:Double differencerelocate
相關次數:
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過去十年之間台灣本島內發生了多次災害性的地震,除了人們所熟知的集集地震之外,尚有:1993年的大埔地震、1994年的南澳地震、1998年的瑞里地震,以及1999年的嘉義地震。雖然這些地震造成民眾財產甚至生命上的損失,但由於在台灣許多地震儀器的記錄之下,提供了地震以及相關的研究充足的資料。本研究便根據過去十年間,數個較大地震之餘震分佈,探討該地區構造地質的性質。
在從事觀測地震研究時,地震定位之精確性總是影響所得結果的優劣,地震定位的精確性是由數個因素所控制:測站的分佈、所得的波相、到時讀取的精確性以及對於地殼構造的了解。一般的地震定位誤差常介於數公里至數十公里之間,由於過大的誤差會導致不良的結果,因此本研究利用「雙差分地震定位演算法」( Double Difference Earthquake Location Algorithm, Waldhauser, F., Ellsworth, W. L., 2000 ) 進行地震重新定位,比較發現,在重新定位後有明顯改善資料品質的情形,對該地區構造及形貌的判讀也更加精確及容易。最後得到以下結果:
在重新定位各大地震餘震的結果,所得到的結果大部分都相當的良好(除了集集地震因為其餘震分佈過於分散,且大部分都位處在速度構造複雜、測站稀少的中央山脈地區,其餘的餘震在重新定位後誤差皆在500公尺以內),因此對於本研究之判斷地下構造有相當大的助益。最後得出:大埔地震為破裂於東北-西南走向、向西傾斜之斷層面,根據附近的地質構造推論,大埔地震應為存在於地下之盲斷層所造成;南澳地震為破裂於東-西走向、幾乎垂直於地表之斷層面,根據附近的地質構造推論,南澳地震應為鹿皮溪斷層所造成;瑞里地震為破裂於東北-西南走向、向東傾斜之斷層面 ,根據附近的地質構造推論,瑞里地震應為大尖山或觸口斷層所造成;嘉義地震為破裂於南-北走向、向西傾斜之斷層面,根據附近的地質構造推論,嘉義地震應為位於盲斷層之地震。
The distribution of aftershocks often indicates the geological structure in that area and implies the type of fault rupture. Except of 1999 Chi-chi earthquake, most of earthquake in Taiwan did not cause surface rupture. It yields the ambiguous on determination of rupture plane and its associated active fault. More accurate relocation of aftershocks might be able to help us on identification of its rupture plane and understanding its corresponding geological structure.
In this paper, we reexam the aftershocks of several large earthquakes in the past ten years e.g. 1993 Da-Pu, 1994 Nan-Ao, 1998 Ruey-Li, 1999 Chi-Chi and 1999 Chia-I earthquakes. Using CWBSN data, we apply the “Double Difference Earthquake Location Algorithm” ( Waldhauser, F., Ellsworth, W. L., 2000 ) to relocate aftershocks and to understand their association with geological structure. Because of the concept of multiplet (a group of earthquake which are close to each other), so the algorithm can filter the error from the ray path and improve the data quality.
目錄
頁數
論文提要 ………………………………………………………………..…. i
致謝 ……………………………………………………………………….. ii
目錄 ……………………………………………………………………..…. iii
圖目 ………………………………………………………………………… v
表目 ………………………………………………………………………... viii
第一章 序論 …..…………………………………………………………… 1
1.1 研究動機與目的 ..……………………………………...………….. 1
1.2 文獻回顧 ………………………………………………………...… 3
1.2 本文內容 ……………………………………...………………….... 8
第二章 理論與計算與參數測試 ……………………………....………….. 10
2.1 理論計算 ………………………………………………………...… 12
2.1.1 速度構造之決定………………………………………………… 12
2.1.2 雙差分定位演算法之理論……………………………………… 12
2.2 參數測試 …………………………...……………………………… 16
第三章 資料選取與分析 ………………………....……………………….. 28
3.1 資料來源 ……………..……………………………...…………… 28
3.2 資料選取 ……………………..………………………………...… 28
3.3 重新定位之各參數 ………………………...…………………….. 32
3.3.1重新定位大埔地震之各參數 …………..…..……………… 32
3.3.2重新定位南澳地震之各參數 …………..…………..……… 32
3.3.3重新定位瑞里地震之各參數 ……………..…..…………… 35
3.3.4重新定位集集地震之各參數 ……………..……..………… 35
3.3.5重新定位嘉義地震之各參數 ……………..…..…………… 42
第四章 研究結果與分析討論 ……………………....…………………….. 47
4.1 大埔地震(1993年12月15日,規模5.7) ……..…………...... 47
4.1.1大埔地震主震相關資料 …………………..….………….… 47
4.1.2大埔地震附近構造形貌與餘震重新定位後分佈之比較 ….. 47
4.2 南澳地震(1994年6月5日,規模6.2) …..…..…………........ 51
4.2.1南澳地震主震相關資料 ………………....….…………...… 51
4.2.2南澳地震附近構造形貌與餘震重新定位後分佈之比較 ….. 54
4.3 瑞里地震(1998年7月17日,規模6.2) …..…..…………..…. 58
4.3.1瑞里地震主震相關資料 ….……………....….…………….. 58
4.3.2瑞里地震附近構造形貌與餘震重新定位後分佈之比較 ….... 58
4.4 集集地震(1999年9月21日,規模7.3) …..…..……..…….... 65
4.4.1集集地震主震相關資料 ………………....….…………..…. 65
4.4.2集集地震附近構造形貌與餘震重新定位後分佈之比較 ….. 65
4.5嘉義地震(1999年10月22日,規模6.4) …..…..……….…..... 84
4.5.1嘉義地震主震相關資料 ………………....….…………..…. 84
4.5.2以餘震分佈觀點分析嘉義地震之震源機制 …………..….. 84
4.5.3嘉義地震附近構造形貌與餘震重新定位後分佈之比較 .…. 87
第五章 結論 ………………………………………....…………………….. 91
參考文獻 ……………………………………..……....…………………….. 95
英文摘要 …………………………………………………………………… 99
附錄 ………………………..………………………....…………………….. 100
圖目
頁數
圖1.1 歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊碰撞示意圖 …..……………………. 2
圖1.2 利用雙差分地震定位演算法重新定位1994至1998年Hayward斷層所發生的地震 ……………………………………………………………………… 5
圖1.3 根據臨時測站資料利用雙差分地震定位演算法重新定位集集地震餘震結果(Nagai et al.) ………………………………………………..………….... 6
圖1.4 a. 餘震分佈與主震錯動比較圖(Yagi and Kikuchi, 2000)
b. 過去地震紀錄分佈圖(氣象局)
c. 布蓋重力異常圖(Yeh and Ten, 1992)
d. 自由空間重力異常圖(Yeh and Ten) …………………….…….. 7
圖2.1 震源、路徑、場址及儀器效應示意圖 …………………………….… 11
圖2.2 雙差分地震定位演算法理論示意圖 ……………………….…...…… 13
圖2.3 方法測試選定地區位置圖 ……………………………………….…... 19
圖3.1 台灣地震網測站分佈圖 ………………………………………….…... 29
圖3.2 過去十年中大型地震分佈與本研究選取地震位置圖 …………….... 30
圖3.3 集集地震之餘震重新定位選取範圍 ……………………….………... 41
圖4.1 大埔地震震源位置圖 ………………………………….……………... 48
圖4.2 大埔地震餘震重新定位前後平面圖 ……………………….………... 49
圖4.3 大埔地震餘震重新定位前後垂直於各節面之剖面圖 …………….... 50
圖4.4 大埔地震震源附近地質剖面圖 ………………………………….…... 52
圖4.5 南澳地震震源位置圖 ………………………………………….……... 53
圖4.6 南澳地震餘震重新定位前後平面圖 ………………………………… 55
圖4.7 南澳地震餘震重新定位前後垂直於FP355節面之剖面圖 ………… 56
圖4.8 南澳地震震源附近地質剖面圖 ……………………………………… 57
圖4.9 瑞里地震震源位置圖 ………………………………………………… 59
圖4.10 瑞里地震餘震重新定位前後平面圖 ……………………………….. 61
圖4.11 瑞里地震餘震重新定位前後垂直於各節面之剖面圖 …………….. 62
圖4.12 瑞里地震震源附近地質剖面圖 …………………………………….. 63
圖4.13 集集地震震源位置圖 ……………………………………………….. 66
圖4.14集集地震餘震重新定位後平面圖 …………………………………… 67
圖4.15a 集集地震餘震重新定位前後垂直於車籠埔斷層之剖面 …………. 69
圖4.15b 集集地震餘震重新定位前後平行於車籠埔斷層之剖面 ………… 70
圖4.16 集集地震餘震重新定位後車籠埔斷層之剖面圖與主震錯動量分佈比較71
圖4.17 世界大型地震主震錯動量與餘震分佈比較圖(Mendoza與Hartzell,1988) …………………………………………………………….…. 73
圖4.18 重新定位集集地震餘震各分區圖 ………………………………….. 76
圖4.19a 重新定位集集地震餘震(1)區圖 ………………………………… 77
圖4.19b 重新定位集集地震餘震(2)區圖 ………………………………... 78
圖4.19c 重新定位集集地震餘震(3)區圖 …………………………………. 79
圖4.19d 重新定位集集地震餘震(4)區圖 ………………………………… 80
圖4.19e 重新定位集集地震餘震(5)區圖 ………………………………... 81
圖4.19f 重新定位集集地震餘震(6)區圖 ………………………………… 82
圖4.19g 重新定位集集地震餘震(7)區圖 ………………………………… 83
圖4.20 嘉義地震震源位置圖 ……………………………………………….. 85
圖4.21 嘉義地震餘震重新定位後垂直於各震源機制節面之剖面圖 …….. 88
圖4.22 嘉義地震震源附近地質剖面圖 …………………………………….. 89
圖5.1 本研究選取地震之餘震平面圖與垂直主震震源機制節面圖 ……… 93
表目
頁數
表2.1 P波、S波加權比重值的來源 ………………………………………... 16
表2.2 速度構造誤差值(橫軸)與重新定位誤差值(縱軸)之比較值…... 18
表2.3 二區域不同MAXWGHT的走勢所得誤差值與重新定位剩餘地震表 21
表2.4 二區域不同MAXDIST的走勢所得誤差值與重新定位剩餘地震表 22
表2.5 二區域不同MAXSEP的走勢所得誤差值與重新定位剩餘地震表 24
表2.6 二區域不同MAXNGH的走勢所得誤差值與重新定位剩餘地震表 25
表3.1 本研究選取各地震之時間範圍 …………………………………..… 31
表3.2 重新定位大埔地震之餘震所使用之速度構造……………………….. 33
表3.3 大埔地震不同參數設定所得誤差值與重新定位剩餘地震表 …..… 34
表3.4 重新定位南澳地震之餘震所使用之速度構造……………………….. 36
表3.5 南澳地震不同參數設定所得誤差值與重新定位剩餘地震表 …….. 37
表3.6 重新定位瑞里地震之餘震所使用之速度構造……………………….. 38
表3.7 瑞里地震不同參數設定所得誤差值與重新定位剩餘地震表 …..… 39
表3.8 集集地震之餘震重新定位前後之誤差估計 …………..…………… 43
表3.9 重新定位嘉義地震之餘震所使用之速度構造……………………….. 44
表3.10 嘉義地震不同參數設定所得誤差值與重新定位剩餘地震表 …….. 44
表4.1 嘉義地震以不同的資料、分析方法得出之震源機制解 …………… 86
參考文獻Aggarwal, Y. P., L. R. Sykes, J. Armbruster, and M. L. Sbar (1973). Premonitory changes in seismic Velocities and prediction of earthquakes. Nature, 241, 101-104.Chen, K.-C. et al. (1999). A study of Aftershocks of the 17 July 1998 Ruey-Li, Chiayi Earthquake. TAO Vol.10, No.3, 605-618.Chen, Y.-G et al. (2001). Surface rupture of 1999 Chi-Chi earthquake yields insights on active tectonic of central Taiwan, Bull. Seism. Soc. Am, 91, 977-985.Chi, W.-C., D. Dreger, and A. Kaverina (2001). Finite-source modeling of the 1999 Taiwan (Chi-Chi) earthquake derived from a dense strong-motion network, Bull. Seism. Soc. Am, 91, 1144-1157.Cramer, C. H. and R. L. Kovach (1974). A search for teleseismic travel-time anomalies along the San Andreas fault zone, Geophys. Res. Lett., 1, 90-92.Douglas, A. (1967). Joint Epicenter Determination. Nature, 47-48.Douglas, A. and R. C. Lilwall (1968). Does epicenter source bias exist? Nature, 47-48.Frémont, M.-J. and S. D. Malone (1987). High precision relative location of earthquakes at Mount St. Helens, Washington, J. Geophy. Res. 92,10223-10236.Geller, R. J. and C. S. Mueller (1980). Four similar earthquake in central California, Geophys. Res. Lett., 7, 821-824Got, J.-L., M.-J Fréchet, and F. Klein (1994). Deep fault plane geometry inferred from multiplet relative relocation beneath the south flank of kilauea., J. Geophys. R. 99, 15375-15386.Kanamori, H. and G. Fuis (1976). Variation of P-wave velocity before and after the Galway Lake earthquake (ML=5.2) and the Goat Mountain earthquakes (ML=4.7,4.7),1975, in the Mojave desert, California, Bull. Seism. Soc. Am.. 66, 2017-2037Ma, K.-F., J. Mori, S.-J. Lee, and S. B. Yu (2001). Spatial and temporal distribution of slip for the 1999 Chi-Chi, Taiwan, earthquake, Bull. Seism. Soc. Am, 91, 1069-1087.Kissling, E., W. L. Ellsworth, D. Eberhart-Phillips, and U. Kradolfer (1994). Initial reference models in local earthquake tomography, J. Geophys. Res. 19635-19646.Mendoza, C., S. H. Hartzell (1988). Aftershock patterns and main shock faulting, Bull. Seism. Soc. Am.. 78, 1438-1449.Nagai, S. et al.. Distribution and structure details of the aftershocks of the 1999 Chi-Chi, Taiwan earthquake.Omori, F. (1907). Comparison of the faults in the three earthquakes of Mino-Owari, Formosa and San Francisco, Bull. Imperial Earthquake Investigation Commitee, 1, 70-72.Omori, F. (1907) Note on the transmit velocity of the Formosa earthquakes of April 14, 1906, Bull. Imperial Earthquake Investigation Commitee, 1, 73-74.Poupinet, G., W. L. Ellsworth, and J. Fréchet (1984). Monitoring velocity variations in the crust using earthquake boublets: an application to the Calaveras fault, California, J. Geophys. Res. 89, 5719-5731.Stein, R. S., G. C. P. King, and J, Lin (1994). Stress Triggering of the 1994 M=6.7 Northridge, California, earthquake by its predecessors, Seience. 265, 1432-1435Waldhauser, F., W. L. Ellsworth, and A. Cole (1999). Slip-parallel seismic lineations along the northern Hayward fault, California, Geophys. Res. Lett. 26,3525-3528Waldhauser, F., W. L. Ellsworth (2000).A double-difference earthquake location Algorithm: method and application to the northern Hayward fault, California, Bull. Seism. Soc. Am. 90,1353-1368Wang, W.-H. and C.-H. Chen (2001). Static stress transferred by the 1999 Chi-Chi, Taiwan, earthquake: effects on the stability of the surrounding fault systems and aftershock triggering with a 3D fault-slip model, Bull. Seism. Soc. Am, 91, 1041-1052Wu, C., M. Takeo, and S. Ide (2001). Source Process of the Chi-Chi earthquake: a joint inversion of strong motion data and global positioning system data with a multifault model, Bull. Seism. Soc. Am, 91, 1128-1143Zeng, Y. and C.-H. Chen (2001). Fault rupture process of the 20 September 1999 Chi-Chi, Taiwan earthquake, Bull. Seism. Soc. Am, 91, 1088-1098宋國城、林慶偉、林偉雄與林文正(2000)台灣地質圖-甲仙林啟文、林偉雄與高銘健(1992)台灣地質圖-南澳耿文溥(1986) 臺灣中部竹山至嘉義間地質圖,經濟部中央地質調查所彙刊鳥居敬造和吉田要(1931)新竹州苗栗及竹東油田調查報告,臺灣總督府殖產局出版,585,81頁張錫齡和鍾振東(1956)台南縣竹頭崎構造之地質,中國石油公司十週年紀念台灣石油地質討論會論文專輯,第237-245頁黃鑑水、張憲卿和劉桓吉(1994)臺灣南部觸口斷層之地質調查與探勘,經濟部中央地質調查所彙刊,9,51-76頁曾長生、詹永光和童培堅(1978)台南縣竹頭崎灣丘構造地質核查報告,中國石油公司台灣油礦探勘總處,33頁經濟部中央地質調查所編印(1999)九二一地震地質調查報告臺灣大學地理學系台灣地形研究室,經濟部中央地質調查所,行政院農委會聯合編印(1999)臺灣地區八十七年瑞里地震災害分布圖(含說明書)蔡義本(1985)清代臺灣有災害地震之研究,中國地質學會年會,21頁
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