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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄭光佑
研究生(外文):Kaung-Yu Cheng
論文名稱:台灣西部麓山帶前緣流域面積高度積分之構造意義研究
論文名稱(外文):The Implications of Hypsometric Integral for River Basins in the Mountain Front of western Taiwan
指導教授:宋國城宋國城引用關係
指導教授(外文):Quo-Cheng Sung
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄師範大學
系所名稱:地理學系
學門:社會及行為科學學門
學類:地理學類
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:101
中文關鍵詞:面積高度積分活動構造
外文關鍵詞:Hypsometric Integraltectonic activity
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[摘要]
台灣西部麓山帶及西部海岸平原,為第四紀以來新構造運動頻繁的地區,前人研究表示,此為菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊板塊斜向聚合和前方先第三紀基盤高區的影響所致。集水盆地面積高度積分(Hypsometric Integral)為地形計量指標的一種,代表一集水盆地在構造升降和地表侵蝕作用下的地形概況。地形學家藉以描述或比較集水盆地的地形特徵、演育時期,構造地形學者則藉以推論構造的相對活動性。本文希望建立台灣西部麓山帶與西部平原流域面積高度積分的計量標準,並以面積高度積分推論北港高區南北兩側的構造活動性。
經整理前人研究影響集水盆地面積高度積分的因素,共有構造、岩性、氣候、集水盆地面積大小等因素。在假設各流域氣候條件一致的前提下,以急水溪、朴子溪-三疊溪流域為測試區,發現以1平方公里~5平方公里為集流閾值,將大流域細分成平均面積約2.2平方公里~10.1平方公里的次集水盆地時,其面積高度積分可以大致排除岩性的影響,反應構造活動的抬升或沈降性質。但若以全研究區為計量單元,則3平方公里集流閾值較1平方公里集流閾值的次集水盆地更能表現構造活動的性質。此外,以整個流域為範圍劃分的次集水盆地,其面積高度積分的分布,山地區和平原區較高,丘陵區較低。將次集水盆地高差(Elevation Drop)與面積高度積分投圖,發現平原區和丘陵區次集水盆地的高差與面積高度積分成一對數的關係。利用此一關係,可以以統計方式確定研究區內面積高度積分正常值的範圍,並標定出面積高度積分偏高或偏低的異常區。
觀察西部麓山帶及西部平原各流域次集水盆地面積高度異常區的分布,發現其與已知的構造線有許多吻合之處。其中,偏高異常區較傾向分布於逆斷層上盤、正斷層下盤和背斜軸附近;偏低異常區則多分布於逆斷層下盤、正斷層上盤和向斜軸附近,但各面積高度積分異常區並不完全與個別構造符合,而台灣中部面積高度積分偏高的比例大於南部,顯示中部的構造抬升率較南部大,也顯示這樣的面積高度積分分析,在較大尺度的構造觀察上比對單一構造的辨識有效。此外利用各次集水盆地面積高度積分對「高差-面積高度積分」迴歸期望值的殘差(residual)分布,依據殘差的高低,可以將研究區劃分成苗栗、台中、斗六、新營和台南等五個構造地形區。五個地形區之間,則以四條走向N140ºE的左移斷層帶分隔。台灣中部的面積高度積分殘差高區較多,恰能反應北港高區北側斜壓帶的高抬升率特色;台灣西南部偏低的面積高度積分分布特徵,可以反應北港高區南側斜張帶的沈降特色。西南部觸口斷層以西,丘陵和平原的交接地帶,存在一帶偏低的面積高度積分殘差區,可能表示逆衝斷層前緣的沈降特性;西南部平原中一帶面積高度積分殘差偏高區,則可能表示構造變形前緣的向西遷移。
綜合而言,經過「高程-面積高度積分」迴歸修正的次集水盆地面積高度積分分析,在集流閾值3平方公里~5平方公里時,面積高度積分殘差值可以有效的反應台灣新期構造運動在西部麓山帶前緣流域的活動特性。
[Abstract]
Active neotectonics is abundant in Foothill and Coast plains in western Taiwan. Some researchers suggest that it is the result of active oblique convergence between Philippine sea plate and Eurasian continent plate. And the shape of thrust deformation is controlled by the pre-tertiary basement highs. Drainage basin hypsometric integral (HI) is one of geomorphic indices. It shows landform characteristics that is shaped by tectonic movements and erosive processes. Physiographers describe basin geometry or evolution stage basins by hypsometric integral. But geologists deduce regional tectonic activities based on it. The thesis attempts to establish the regional pattern of basin’s hypsometric integral in the Foothills and Coastal Plain in western Taiwan, and to discuss its tectonic implications in relation to the Peikang basement high.
According to literatures there are four kinds of factors affecting basin hypsometric integral. They are structures, lithology, climate and the size of basin. Assuming climates in the area studied are the same, we proceed the threshold of flow accumulation test. According to the test of Chishou river basin and Potzu-Sande river basin, we found that the basin area, using 1km2~3km2 threshold of flow accumulation the hypsometric integral for sub-basins, will reflect the most tectonicfeatures. However, we compared the H.I. of 1km2 and 3km2 threshold sub-basins in the entire study area and found that the H.I. of 3km2 threshold sub-basins shows better relations with structures. Distribution of the sub-basins hypsometric integral shows that mountain area and plain area have higher integral values and hill area has lower integral value. Plotting the elevation drop and hypsometric integral of sub-basins, we found that drop and hypsometric integral have a logarithmic relation. Using the relation, we can statistically define the high H.I. basins and low H.I. basins.
Comparing the high HI and low HI basins with structure lines, we found that high HI basins usually distribute in the hanging wall of reverse faults, or in the footwall of normal faults, or in anticline axes; low HI basins usually distribute in the footwall of reverse faults, or in the hanging wall of normal faults, or in syncline axes. The high percentage of the high HI basins in center Taiwan suggest higher uplift rate in the central Taiwan than in the south Taiwan. According to residual analysis of sub-basins drop verse HI we classify five morphotectonic provinces in the Western Foothill and Coastal Plain. They are the Miaoli, Taichung, Touliu, Hsinyin and Tainan from north to south. Each province is bounded by a series of N140ºE-trending left-lateral shift transfer fault zones which were delineated by a contrast in the HI residuals of subbasins. The higher HI residual areas in center Taiwan suggest the high uplift rate characterizes the transpressional regime north of the Peikang basement high. And low HI residual distribution implies that subsidence may characterize the transtensional regime south of the Peikang basement high. In the boundary between hills and plains in southwestern Taiwan, the low HI residual implies that the subsidence characterizes the frontal deformation of the thrust system. And a high HI residual zone in Coastal plain suggests that the deformation front may have migrated to the Coast plain instead of mountain front in southwestern Taiwan.
To sum up, the sub-basin’s HI analysis is a useable tool for observing neotectonic activities in Western Foothills and Coastal plain of Taiwan when the drop v.s. HI of subbasins and 3km2~5km2 threshold of flow accumulation are performed.
目錄
第一章 緒論…………………………………………………… 1
1.1研究動機與目的…………………………………. 1
1.2活動構造與集水盆地面積高度積分(Hypsometric integral) 3
1.3研究區概述…………………………………………………… 7
1.3.1位置及範圍………………………………………………… 7
1.3.2地形概況…………………………………………………… 7
1.3.3地質簡介…………………………………………………… 11
1.3.4區域構造背景……………………………………………… 13
1.4前人研究……………………………………………………… 15
1.4.1台灣地區小空間尺度的地形計量指標
(Geomorphic Index)研究……………………………………… 15
1.4.2台灣地區大空間尺度的地形計量指標研究……………… 16
1.4.3影響集水盆地面積高度積分的因素……………………… 19
第二章 研究概念與研究架構………………………………… 24
2.1研究概念……………………………………………………… 24
2.2研究架構……………………………………………………… 29
第三章 集水盆地面積高度積分之計量與分析……………… 31
3.1地形資料之蒐集與整理……………………………………… 32
3.1.1 DEM資料前處理…………………………………………… 32
3.1.2建立研究流域的資料矩陣………………………………… 32
3.2面積高度積分值的計算……………………………………… 33
3.2.1次集水盆地範圍的劃定…………………………………… 33
3.2.2次集水盆地DEM資料的擷取……………………………… 36
3.2.3集水盆地面積高度積分的計算…………………………… 37
3.3 DEM資料解析度之選擇……………………………………… 39
3.3.1 DEM資料之減幅…………………………………………… 39
3.3.2不同解析度DEM 的面積高度積分之比較………………… 39
3.4流域中各次集水盆地面積高度積分之分布………………… 47
3.5次集水盆地之高差(Elevation drop)與面積高度積分的關係及面積高度積分異常區的判定…………………………………………… 49
3.6不同觀測尺度對次集水盆地面積高度積分異常值分布的影響 53
第四章 研究區之流域次集水盆地面積高度積分與活動構造的關係…………………………………………………………………… 67
4.1台灣西部麓山帶前緣流域次集水盆地面積高度積分異常區
的空間分布………………………………………………………… 67
4.2台灣西部麓山帶前緣流域面積高度積分的構造意義……… 73
4.2.1次集水盆地面積高度積分異常區與活動構造的關係…… 74
4.2.2面積高度積分與GPS觀測、三角點檢測及河流坡降指數的比較…………………………………………………………………… 78
4.1.3從面積高度積分看台灣新構造運動……………………… 81
第五章 討論…………………………………………………… 87
5.1面積高度積分計算之自動化程度的限制…………………… 87
5.2電腦自動萃取水系的合理性………………………………… 88
5.3單一流域次集水盆地迴歸與全研究區次集水盆地迴歸…… 91
5.4面積高度積分觀察尺度與已知構造的關係………………… 93
5.5山地型次集水盆地面積高度積分所顯示之近期構造意義… 94
第六章 結論…………………………………………………… 95
參考文獻…………………………………………………………… 97
附錄一……………………………………………………………… 100
附錄二……………………………………………………………… 102
圖目錄
圖1-1台灣新構造運動之背景…………………………………… 2
圖1-2正斷層、逆斷層與平移斷層的應力方向、地層運動方向與地形
形態的關係………………………………………………………… 5
圖1-3集水盆地面積高度積分的定義及計算方式……………… 5
圖1-4三種不同的測高曲線形態與其所代表之集水盆地地形… 6
圖1-5台灣的地質分區…………………………………………… 8
圖1-6研究區流域範圍圖………………………………………… 9
圖1-7台灣地形分區圖…………………………………………… 10
圖1-8研究區之活斷層及向斜、背斜軸分布圖………………… 12
圖1-9台灣西部新構造帶簡圖…………………………………… 14
圖1-10台灣西部前陸碰撞帶之左移斷層位置圖..……………… 14
圖1-11台灣中、南部九條主要河川所反應之構造應變量.…… 17
圖1-12全台之地形碎形量與構造線分布圖……………………… 18
圖1-13地表演育時期與面積高度積分的關係示意圖…………… 22
圖1-14流域演育時期與面積高度積分之關係的兩種解釋方式… 23
圖2-1不同面積大小的集水盆地測高曲線……………………… 25
圖2-2不同觀測、計測尺度之面積高度積分與流域地形面的關係26
圖2-3不同觀測尺度,面積高度積分所呈現的意義…………… 27
圖2-4 研究概念圖………………………………………………… 28
圖2-5 研究架構圖………………………………………………… 30
圖3-1研究工作流程圖..………………………………………… 31
圖3-2兩種網格點演算方式示意圖……………………………… 34
圖3-3自DEM資料中選取之流水網格點示意圖…………………… 34
圖3-4集流閾值(Threshold of Accumulation)與萃取之水系密度、次集水盆地個數與面積的關係………………………………………… 35
圖3-5次集水盆地測高曲線與實際面積高度積分之計算方式示意圖37
圖3-6不同解析度DEM萃取之次集水盆地測高曲線的比較…………41
圖3-7平原型、丘陵型、山地型次集水盆地,在不同的DEM解析度下,其面積高度積分(H.I.)和40m解析度H.I.之差與次集水盆地面積
的關係..…………………………………………………………… 46
圖3-8嘉南地區三個測試流域之次集水盆地面積高度積分值分布圖47
圖3-9台灣1914-1979年之三角點抬升率………………………… 48
圖3-10主流上、下游面積高度積分的差異示意圖……………… 50
圖3-11二仁溪次集水盆地面積高度積分與高差(Elevation drop)的關係50
圖3-12二仁溪流域次集水盆地與地下構造線的關係圖……………51
圖3-13二仁溪流域次集水盆地面積高度積分與高差的關係………51
圖3-14二仁溪流域,次集水盆地面積高度異常區之分布與構造線的關係52
圖3-15急水溪之集流閾值與次集水盆地面平均面積高度積分的關係…54
圖3-16急水溪、三疊溪流域,以不同集流閾值所萃取出之次集水盆地,
其平均面積與平均面積高度積分的關係……………………………54
圖3-17急水溪、三疊溪流域,以不同集流閾值所萃取出之次集水盆地,
其平均高差與平均面積高度積分的關係……………………………55
圖3-18急水溪流域四種不同細分程度之次集水盆地,其高差與面積高度
積分的關係……………………………………………………………56
圖3-19朴子溪-三疊溪流域,1km2集流閾值之次集水盆地高差與面積高
度積分的關係…………………………………………………………58
圖3-20三疊溪-朴子溪流域不同細分程度的次集水盆地異常區與地層、
構造線的關係…………………………………………………………61
圖3-21急水溪流域不同細分程度的次集水盆地異常區與地層、構造線的
關係…….………………………………………………………………65
圖4-1 西部麓山帶及西部平原二十個流域,以3km2為初始集流閾值萃取出之次集水盆地,高差與面積高度積分的關係…………………………68
圖4-2 西部麓山帶及西部平原二十個流域,以1km2為初始集流閾值萃取
出之次集水盆地,高差與面積高度積分的關係………………………68
圖4-3西部麓山帶前緣流域,以3km2為初始集流閾值之次集水盆地面積
高度積分異常區之分布…………………………………………………69
圖4-4西部麓山帶前緣流域,以1km2為初始集流閾值之次集水盆地面積
高度積分異常區之分布…………………………………………………70
圖4-5不同等級河流對相同構造抬升率的反應…………………………73
圖4-6西部麓山帶前緣流域,1km2初始集流閾值之次集水盆地面積高度
積分異常區與活動構造的關係…………………………………………76
圖4-7三義斷層附近水系與三義斷層的關係…………………………77
圖4-8研究區面積高度積分殘差分布與三角點檢測估計之抬升率、GPS
觀測抬升率比較圖………………………………………………………80
圖4-9研究區集流閾值3km2次集水盆地之面積高度積分摽準殘差分布
圖…………………………………………………………………………84
圖4-10台灣西南部四條地層平衡剖面與面積高度積分殘差的關係85
圖5-1 Rivertools自動萃取的「阿公店溪」水系與1/25000地形圖數化水
系的差異………………………………………………………………89
圖5-2以單一流域之次集水盆地為統計迴歸單元,及以全研究區次集水
盆地為統計迴歸單元的殘差分析結果比較圖………………………92
表目錄
1-1地形觀察的空間尺度………………………………………… 4
表3-1集流閾值(Threshold of Accumulation)與萃取之次集水盆地個數、平均面積的關係……………………………………………… 36
表3-2 急水溪流域之一次集水盆地的面積高度積分…………… 38
表3-3平原型、丘陵型、山地型次集水盆地,在不同的DEM解析度下,
其面積高度積分(H.I.)與面積的關係………………………… 44
表3-4朴子溪-三疊溪不同集流閾值次集水盆地,以全部次集水盆地之
高差-面積高度積分迴歸,及只以平原、丘陵型次集水盆地高差
-面積高度積分迴歸,其相關係數比較表……………………… 59
表4-1二十個研究流域以3km2為初始集流閾值,萃取出的次集水盆地
面積高度積分異常區個數及佔該流域或地區百分比比較表…… 70
表4-2二十個研究流域以1km2為初始集流閾值,萃取出的次集水盆地
面積高度積分異常區個數及佔該流域或地區百分比比較表………71
表4-3以面積高度積分殘差值,劃分出的五個構造地形區……… 81
[參考文獻]
中文部分
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