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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林永斌
研究生(外文):Yung-Ping Lin
論文名稱:集集地震斷層活動特性之二維物理模型研究
論文名稱(外文):The study on the qualitative characteristics of the Chi-Chi earthquake faulting by 2-D physical modeling test
指導教授:楊榮楊榮引用關係
指導教授(外文):R. K.Yang
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:111
中文關鍵詞:集集地震斷層物理模型
外文關鍵詞:Chi-Chi earthquakephysical model
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1999年集集地震斷層的活動引起九二一大地震。本研究針對斷層地下構造形貌對地表變形之影響,共設計了六組模型進行二維物理模型實驗,詳細觀察與分析模型構造之變化,並將實驗結果與其他地質、地球物理資料對比,提出合理之定性解釋主要目的在於瞭解集集地震斷層活動特性。其中群組一與二是模擬單傾角斷層活動對地表變形,群組三、四、五與六則模擬雙傾角斷層面活動對地表變形的影響。
群組一與二研究結果顯示,在石岡以南的區域,集集地震斷層呈現單傾角斷層的活動模式,地表變形主要以斷層崖、地表隆起與褶皺等現象;群組三、四、五與六研究結果顯示,在石岡以東的區域,集集地震斷層呈現雙傾角斷層的活動模式,地表變形主要以斷層崖、地表隆起、褶皺與次生斷層等現象。
綜合分析比較本研究結果與其他地質、地球物理資料,可知台灣西部的構造演化模式由東向西發展,呈現一連串的覆瓦狀構造,現今未出露的彰化斷層將有可能會是台灣西部未來的地震斷層之一。
Chi-Chi fault activity derived 921 Taiwan Earthquake in 1999. Six groups of 2-D physical modeling tests have been designed to study the influence of the underground fault structure on surface deformation. Groups 1 and 2 are designed to simulate a single-dip fault activity while Groups 3, 4, 5, and 6 are designed to simulate a duplex-dip fault activity. The main purpose of this study is to propose the qualitative characteristics of the Chi-Chi earthquake fault by correlating the test results with available geological and geophysical data.
Chi-Chi earthquake faulting tends to be more like a single-dip fault model in the area to the south of Shihkang Dam as revealed by the test results from Groups 1 and 2; surface deformations are mainly reflected by the presence of fault scarps, surface bulges and folds. In the area to the east of Shihkang Dam, Chi-Chi earthquake faulting shows a double-dip fault model; surface deformations are fault scarps, surface bulges folds and secondary backthrusts as revealed by the test results from Groups 3 to 6.
By synthesizing all the test results with available geological and geophysical data, it shows that the mode of the tectonic evolution in Western Taiwan has been developing from east to west as indicated by the distributed series of imbricate structures. And besides, the un-outcropped Changhua fault may be one of the future earthquake faults in Western Taiwan.
目 錄
摘要I
致謝III
目錄III
圖目V
表目IX
第一章 緒論1
1.1研究動機1
1.2研究目的與方法1
1.3本文內容2
第二章 文獻探討3
2.1研究區域地質背景3
2.2前人模型研究19
第三章 研究方法22
3.1實驗材料與器材22
3.2模型材料參數規範26
3.3模型設計26
模型一:單傾角斷層之模擬實驗26
模型二:雙傾角斷層之模擬實驗29
3.4實驗流程與步驟29
第四章 實驗結果與討論32
4.1本研究實驗分類32
4.2單傾角斷層模型之二維物理模型實驗32
4.2.1 二維物理模型群組一39
4.2.2 二維物理模型群組二46
4.3雙傾角斷層模型之二維物理模型實驗53
4.3.1 二維物理模型群組三58
4.3.2 二維物理模型群組四67
4.3.3 二維物理模型群組五75
4.3.4 二維物理模型群組六83
4.4綜合討論 92
第五章 綜合討論與檢討97
5.1斷層地下形貌與地表變形-二維物理模型的實驗結果97
5.1.1單傾角斷層活動特性97
5.1.2 雙傾角斷層活動特性97
5.2實驗結果與地球物理資料討論99
5.3實驗檢討 103
第六章 結論 104
參考文獻 106
Abstract 111
圖 目
圖2.1 九二一集集地震破裂帶分布圖4
圖2.2 集集地震所致地表變形與其周遭構造及岩層分布圖5
圖2.3 薄皮逆衝模型圖 7
圖2.4 集集地震地表破裂位置圖 10
圖2.5 921集集大地震斷層分段及位移量分布圖11
圖2.6 錦水頁岩層或車籠埔斷層面之地下形貌圖15
圖2.7 大甲溪至頭汴坑溪地表破裂形貌圖16
圖2.8 車籠埔斷層破裂面幾何形貌圖 18
圖2.9 集集地震斷層北端區域地質示意剖面圖18
圖2.10 前人砂箱模型模擬台灣造山帶結果20
圖3.1 實驗裝置圖 25
圖3.2 模型設計圖 28
圖3.3 本研究實驗流程圖 30
圖4.1 本研究之實驗分類圖 35
圖4.2 斷層滑動力學說明圖 37
圖4.3 單傾角斷層原始模型圖 38
圖4.4 實驗一各不同壓縮階段之實驗結果圖40
圖4.5 實驗一之地表變化剖面圖 41
圖4.6 實驗二各不同壓縮階段之實驗結果圖41
圖4.7 實驗二之地表變化剖面圖 43
圖4.8 實驗三各不同壓縮階段之實驗結果圖43
圖4.9 實驗三之地表變化剖圖 44
圖4.10 實驗四各不同壓縮階段之實驗結果圖44
圖4.11 實驗四之地表變化剖面圖 45
圖4.12 群組一中實驗之地表變形比較圖 45
圖4.13 實驗五各不同壓縮階段之實驗結果圖47
圖4.14 實驗五之地表變化剖面圖 48
圖4.15 實驗六各不同壓縮階段之實驗結果圖50
圖4.16 實驗六之地表變化剖面圖 50
圖4.17 實驗七各不同壓縮階段之實驗結果圖51
圖4.18 實驗七之地表變化剖面圖 52
圖4.19 群組二中實驗之地表變形比較圖 54
圖4.20 雙傾角斷層原始模型圖 56
圖4.20(續) 雙傾角斷層原始模型圖 57
圖4.21 實驗八各不同壓縮階段之實驗結果圖59
圖4.22 實驗八之地表變化剖面圖 60
圖4.23 實驗九各不同壓縮階段之實驗結果圖62
圖4.24 實驗九之地表變化剖面圖 62
圖4.25 實驗十各不同壓縮階段之實驗結果圖63
圖4.26 實驗十之地表變化剖面圖 63
圖4.27 實驗十一各不同壓縮階段之實驗結果圖64
圖4.28 實驗十一之地表變化剖面圖 66
圖4.29 群組三中實驗之地表變形比較圖 66
圖4.30 實驗十二各不同壓縮階段之實驗結果圖68
圖4.31 實驗十二之地表變化剖面圖 69
圖4.32 實驗十三各不同壓縮階段之實驗結果圖70
圖4.33 實驗十三之地表變化剖面圖 72
圖4.34 實驗十四各不同壓縮階段之實驗結果圖73
圖4.35 實驗十四之地表變化剖面圖 73
圖4.36 實驗十五各不同壓縮階段之實驗結果圖74
圖4.37 實驗十五之地表變化剖面圖 74
圖4.38 群組四中實驗之地表變形比較圖 76
圖4.39 實驗十六各不同壓縮階段之實驗結果圖78
圖4.40 實驗十六之地表變化剖面圖 78
圖4.41 實驗十七各不同壓縮階段之實驗結果圖79
圖4.42 實驗十七之地表變化剖面圖 79
圖4.43 實驗十八各不同壓縮階段之實驗結果圖81
圖4.44 實驗十八之地表變化剖面圖 81
圖4.45 實驗十九各不同壓縮階段之實驗結果圖82
圖4.46 實驗十九之地表變化剖面圖 82
圖4.47 群組五中實驗之地表變形比較圖 84
圖4.48 實驗二十各不同壓縮階段之實驗結果圖84
圖4.49 實驗二十之地表變化剖面圖 86
圖4.50 實驗二十一各不同壓縮階段之實驗結果圖86
圖4.51 實驗二十一之地表變化剖面圖 87
圖4.52 實驗二十二各不同壓縮階段之實驗結果圖88
圖4.53 實驗二十二之地表變化剖面圖 88
圖4.54 實驗二十三各不同壓縮階段之實驗結果圖90
圖4.55 實驗二十三之地表變化剖面圖 90
圖4.56 群組六中實驗之地表變形比較圖 91
圖5.1 單傾角斷層活動特性模式圖 98
圖5.2 雙傾角斷層活動特性模式圖 98
圖5.3 九二一地震後車籠埔斷層附近區域水平位移圖101
圖5.4 九二一地震後車籠埔斷層附近區域垂直位移圖102
表 目
表2.1 前人集集斷層分段表9
表2.2 前人集集斷層地下構造表13
表3.1 模型材料的組成23
表3.2 物理模型實驗參數規範24
表3.3 實際與模型參數表27
表4.1 本研究實驗之模型設計總表33
表4.1(續) 本研究實驗之模型設計總表34
表4.2 單傾角斷層實驗之初始條件37
表4.3 雙傾角斷層實驗之初始條件55
表4.4 實驗結果總表93
表4.4(續) 實驗結果總表94
表4.4(續) 實驗結果總表95
參考文獻Chemenda, A. I., Yang, R. K., Hsieh, C. H. and Groholsky, A. L., 1995. The results from 3-D physical modeling of Taiwan collision, ACT 3rd Sino French Sym., Taipei, 33-40.Chemenda, A. I., Yang, R. K., Hsieh, C. H. and Groholsky, A. L., 1997. Evolutionary model for the Taiwan collision based on physical modeling, Tectonophysics, 274, 253-274. Chemenda, A. I., Yang, R. K., Stephan, J. F., Konstantinovskaya, E. A. and Ivanoc, G. M., 2001. New results from physical modeling of arc-continent collision in Taiwan : evolutionary model. Tectonophysics, 333, 159-178.Jacoby, W. R., 1976. Paraffin model experiment of plate tectonics, Tectonophysics, 35, 103-113.Kincaid, C. and Olson, P., 1987. An experimental study of subducting slab migration, J. Geophys. Res., 92, 13, 13831-13840. Lu, C. Y. and Malavieille, J., 1994. Oblique convergence, indentation and rotation tectionics in the Taiwan mountain belt : Insights from experimental modeling, Earth and planetary science letters, 121, 477-494.Lu, C. Y., 1994. Neotectonics in the foreland thrust belt of Taiwan, Petrol. Geol. Taiwan, 29, 1-26.Seno, T., 1977. The instantaneous rotation vector of the Philippine Sea Plate relative to the Eurasian plate, Tectonophysics, 42, 209-226.Shemenda, A. I., 1983. Similarity criteria in the mechanical modeling of tectonic processes, Geol. Geofiz., 10, 10-19.Shemenda, A. I., 1992. Horizontal lithosphere compression and subduction : constrains provided by physical modeling, J. Geophys. Res., 97, 11097-11116.Suppe, J., 1981. Mechanics of mountain building and metamorphism in Taiwan, Mem. Geol. Soc. China, 4, 67-89.Suppe, J., 1984. Kinematics of arc-continent collision, flipping of subduction, and back-arc spreading near Taiwan, Mem. Geol. Soc. China, 6, 21-33.Turcotte, T. L. and Schubert, G., 1982. Geodynamics: Applications of Continuum Physics to Geological Problems, Wiley, New York, 450p. Turner, J. S., 1973. Convection in the mantle : A Laboraty model with temperature-dependent viscosity, Earth Planet. Sci. Lett., 17, 369-374.Wang, C. Y., Chang, C. H., and Yen, H. Y., 2000. An interpretation of the 1999 Chi-Chi earthquake in Taiwan based on the thin-skinned thrust model, TAO, 11, 609-630.Yang, R. K. and Chemenda, A. I. 1995. Physical modeling of the collision in Taiwan, EUG 8th Meeting, Strasbourg, France.Yu, S. B., Chen, H. Y., and Kuo, L. C., 1997. Velocity field of GPS stations in Taiwan area, Tectonophysics, 274, 41-59.Yu, S. B., Kuo, L. C., Su, H. H., Liu, C. C., Hou, C. S., Lee, J. F., Lai, T. C., Liu, C. C., Liu, C. L., Tseng, T. F., Tsai, C. S. and Shin, T. C., 2001. Preseismic deformation and coseismic displacements associated with the 1999 Chi-Chi, Taiwan earthquake, Bulletin of Seismological Society of America, in press. 王乾盈、張建興、林祖慰, 2000a. 集集大地震:薄皮逆衝理論之傑作?中國地質學會八十九年年會論文摘要,96-99。王乾盈、顏宏元、周錦德、孫志財、張漢忠、李俊延、邱俊達、翁群評, 2000b. 集集地震車籠埔斷層面測繪及其構造意義,中國地球物理學會八十九年年會論文摘要,78-91。余水倍、郭隆晨、許雅儒、劉啟清、蘇宣翰, 2000. 1999年集集大地震之震後變形,中國地質學會八十九年研討會論文集,2-4。李元希、吳維毓、石同生、盧詩丁、謝孟龍、張徽正, 2000. 921集集地震地表變形特性-埤豐橋以東,經濟部中央地質調查所特刊12號,19-40。李建成、朱傚祖、詹瑜樟、胡植慶、安吉利爾, 2000. 1999集集地震地表破裂北端區段的地質特性,中國地質學會八十九年研討會論文集,12-14。李憲忠、馬國鳳, 2000. 利用同震變形研究921集集地震之震源破裂,第八屆台灣地區地球物理研討會論文集,29-36。林偉雄, 2000. 集集地震所致地表變形-石岡和竹子坑地區,經濟部中央地質調查所特刊12號,1-17。林啟文、張徽正、盧詩丁、石同生、黃文正, 2000a. 台灣活動斷層概論第二版,五十萬分之一臺灣活動斷層分布圖說明書,經濟部中央地質調查所特刊13號,122頁。林啟文、盧詩丁、黃文正、石同生、張徽正, 2000b. 臺灣中部濁水溪以南地區的集集地震斷層與構造分析,經濟部中央地質調查所特刊12號,89-111。林慶偉、劉彥求、賴文基、黃敏郎、謝正倫, 2000. 集集地震地表斷層特性及其轉折機制之探討,921集集大地震週年紀念學術研討會論文集,43-61。侯進雄、賴典章、費立沅、王菁穗、陳文和, 2000. 高精度測量在車籠埔活動斷層監測與調查上之應用研究-九二一地震前後測量結果比較,經濟部中央地質調查所特刊12號,191-210。康耿豪、林泉佳、紀立民、鄭錦桐、李錫堤, 2000. 921集集大地震的斷層分段與位移量分布特性,中國地質學會八十九年研討會論文集,141-143。張國楨, 1998. 台灣西部基盤高區對鄰近主要新構造影響之三維模擬,國立台灣大學地質學研究所碩士論文,134頁。張徽正、林啟文、陳勉銘、盧詩丁, 1998.臺灣活動斷層概論,經濟部中央地質調查所特刊10號,55-56。陳文山、陳于高、劉聰桂、黃能偉、林清正、宋時曄、李昆杰, 2000.九二一集集大地震的地震斷層特性與構造意義,經濟部中央地質調查所特刊12號,139-154。陳文政、朱傚祖、賴典章, 2000. 石崗壩地區之地震斷層,經濟部中央地質調查所特刊12號,41-62。陳勉銘、何信昌, 2000. 921集集地震斷層與車籠埔斷層之關連,經濟部中央地質調查所特刊12號,113-138。黃文正、陳致言、劉思妤、林燕慧、林啟文、張徽正, 2000. 臺灣中部大甲溪至頭汴坑溪921集集地震地表地表變形模式,經濟部中央地質調查所特刊12號,63-88。黃晉裕, 1996. 台灣附近板塊衝撞作用之三維物理模型研究,國立中央大學地球物理研究所碩士論文,62頁。鄭錦桐、李錫堤、蔡義本, 2000. 集集大地震斷層破裂面幾何形貌及強地動振幅衰減模式,中國地質學會八十九年年會大會手冊暨論文摘要,21-23。盧佳遇、張國楨、簡文鏜、鄭富書, 1997. 台灣西部新構造運動與地震間之關係-砂箱模擬分析的啟示,自然科學簡訊,9卷,3期,79-82。謝見義, 1997. 馬尼拉隱沒帶隱沒作用之物理模型研究,國立中央大學地球物理研究所碩士論文,64頁。
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