臺灣博碩士論文加值系統

在新竹縣北埔鄉，一個野外露頭上，遠望即可見到數條位態相近且有明顯斷距的斷層跡，就近觀察發現斷盤內部也有位態相近且斷距較小的斷層跡數百條。依據目前的認知，一條大斷層可以是單一條小斷層向四面八方擴展而成，也可以由兩條或兩條以上的小斷層各自擴展後連接成一條大斷層。本研究的目的是希望經由實地的觀察來判斷一條大斷層是由單一條小斷層擴展而成或兩條以上的小斷層各自擴展後連接成一條大斷層。
研究區域中有兩組不同位態的斷層系統，經過野外實際描繪與測量的結果顯示，斷層位態以北東走向向北傾斜、北西走向向南傾斜兩組為主，由於研究區中岩層層面位態並不一致。在正常層序與倒轉層序的剖面上，所量測到的斷層位態，有明顯角度上的差別，若以岩層層面當基準面，將斷層位態隨層面翻轉到水平的位態，斷層位態可以得到相當好的一致性。此兩組斷層似為共軛正滑斷層與層面的交角分別約為800及500，兩組斷層的交角約為500。據此推估研究區是先構成一序列兩組不同位態的斷層系統後，才翻轉到現今的位態。
研究區斷層的最大斷距與斷層長度間的比例關係為Dmax=1.3x10-2L1，顯示本區斷層的最大斷距與斷層長度呈線性關係。因為露頭上斷層出露範圍有限並非所有斷層兩個尖端都有出露，故將本區的斷層跡以所能量測到的最大斷距分成五個不同等級：
第一級：最大斷距＞300㎝。（斷層數目：1）
第二級：300㎝＞最大斷距＞100㎝。（斷層數目：3）
第三級：100㎝＞最大斷距＞50㎝。（斷層數目：5）
第四級：50㎝＞最大斷距＞10㎝。（斷層數目：34）
第五級：10㎝＞最大斷距＞0㎝。（斷層數目：195）
根據統計的結果發現斷層等級越大（斷距越大），數目越少，斷層等級越小（斷距越小），數目越多。本文的斷層最大斷距－距離分佈圖分為兩種類型，一是單一波峰斷層斷距－距離分佈圖，其最大斷距除了一條斷層屬於第四級斷層外，其餘皆屬於第五級斷層。斷層跡的幾何形狀皆為單一條明顯的斷層跡，為單一斷層擴展而成。斷層最大斷距大多未落在分佈圖的中央，而是皆偏向斷層錯動方向的一方，顯示本區單一孤立的斷層在斷層錯動方向上，會受到鄰近斷層的影響。斷層在通過不同岩性時，斷距分佈仍維持向尖端呈線性逐漸降低的現象，並未有明顯的變化，推測本區的斷層擴展並不會因斷層通過不同岩性而有所改變。二是非單一波峰斷層斷距－距離分佈圖，為兩條以上的小斷層連接成一條大斷層的斷距分佈圖，包含第二級、第四級及第五級斷層。其斷層跡的幾何形狀皆非單一條明顯的斷層跡，而是在斷層斷距－距離分佈圖中波谷的位置，發展出斷層連接破損帶。第一級與第三級因兩個斷層尖端均超出露頭範圍，無法完整量測到斷距分佈。
研究區緊鄰大平地逆衝斷層，且研究區中兩組斷層的角度關係與兩組斷層和大平地斷層間的相關位置與角度關係，與前人所觀察到的斷層尖端破損帶相似，所以作者認為大平地逆衝斷層在研究區域附近可能仍為盲斷層，而研究區可能位在大平地逆衝斷層的斷層尖端前方，為大平地逆衝斷層尖端前方的混和mode II和mode III的斷層尖端破損帶。研究區域中有位態相近但等級不同的斷層，斷層等級越大，數目越少，且斷距較小的斷層多為單一斷層擴展而成，而斷距較大的斷層為兩條以上的斷層互相連接而來，推測研究區域中斷層可能是小斷層普遍發育之後，再從中選擇幾條斷層連接成中等的斷層，然後再從中選擇幾條斷層連接成大的斷層，在後續錯動的過程中，使等級大的斷層間的斷盤整體地翻轉到現今的位態。

口試委員會審定書……………………………………………………………………I
誌謝…………………………………………………………………………………II
摘要…………………………………………………………………………………III
目錄…………………………………………………………………………………V
圖目錄………………………………………………………………………………VII

第一章 緒論………………………………………………………………………1
1.1研究動機……………………………………………………………………1
1.2研究目的……………………………………………………………………1
1.3前人研究……………………………………………………………………2
1.4研究區域地理位置、交通狀況………………………………………2
1.5本研究區之地質背景…………………………………………………2
第二章 研究方法………………………………………………………………7
2.1野外工作……………………………………………………………………7
2.2室內工作……………………………………………………………………8
2.3斷層長度與斷距的量測方法…………………………………………9
第三章 與斷層成長相關的理論…………………………………………13
3.1裂縫模型……………………………………………………………………13
3.1.1彈性裂縫模型………………………………………………………13
3.1.2 Dugdale-Barenblatt模型………………………………………13
3.1.3 CFTT模型……………………………………………………………14
3.2斷層的成長及發展……………………………………………………16
3.2.1累積最大位移量Dmax和斷層長度L之間的比例關係…16
3.3斷層斷距－距離分佈圖……………………………………………22
3.4斷層連接破損帶………………………………………………………25
第四章 野外觀察與描繪結果……………………………………………………29
4.1斷層帶特性……………………………………………………………………29
4.2野外描繪成果…………………………………………………………………33
4.2.1 W剖面………………………………………………………………………33
4.2.2 X剖面………………………………………………………………………37
4.2.3 Y剖面………………………………………………………………………40
4.2.4 Z剖面………………………………………………………………………43
第五章 斷層資料分析與統計結果………………………………………………45
5.1斷層位態與岩層位態關係……………………………………………………45
5.2最大斷距與斷層長度之比例關係……………………………………………48
5.3斷層斷距分級統計……………………………………………………………51
5.4本研究斷層跡沿線的斷層斷距－距離分佈圖………………………………53
5.4.1本區斷層呈現單一波峰斷層斷距－距離分佈圖的特性…………………53
5.4.2本區斷層呈現非單一波峰斷層斷距－距離分佈圖的特性………………57
5.5斷層跡幾何型態………………………………………………………………60
5.5.1單一孤立斷層………………………………………………………………60
5.5.2非單一孤立斷層……………………………………………………………61
第六章 討論………………………………………………………………………70
6.1岩性對斷層的影響……………………………………………………………70
6.2最大斷距與斷層長度之間比例關係的資料為何有小範圍的散佈…………71
6.3研究區與附近區域性斷層的關係…………………………………72
第七章 結論………………………………………………………………………82
參考文獻……………………………………………………………………………84


圖 目
頁次
圖1.1 本研究區的地理位置圖……………………………………………4
圖1.2 本研究區之地層柱狀圖……………………………………………5
圖1.3 包括本研究區在內之區域地質圖………………………………6
圖2.1 理想的斷層位移等值線示意圖…………………………………11
圖2.2 剖面效應示意圖………………………………………………………12
圖3.1 三種不同的裂縫模型所產生的位移量分佈圖……………15
圖3.2 兩個概念上的斷層成長模式……………………………………19
圖3.3 兩條小斷層連接成一條大斷層的四個階段圖……………20
圖3.4 兩條小斷層連接時四個不同階段斷層累積最大位移量和斷層長度的比例關係變化圖……………………………………21
圖3.5 兩小斷層連接時四個不同階段的斷距－距離分佈圖…23
圖3.6 最大斷距不同的小斷層連接後的斷距－距離分佈圖…24
圖3.7 概要的圖解斷層連接破損帶……………………………………28
圖4.1 斷層通過不同岩性時顯示不同特性…………………………30
圖4.2 在顯微鏡底下可見含變形紋的砂岩薄片……………………31
圖4.3 斷距較大的斷層通過不同岩性時顯示不同特性…………32
圖4.4 本區露頭方位、岩層分佈與有明顯斷距之斷層的分佈示意圖……………………………………………………………………34
圖4.5 W剖面上斷層野外描繪圖…………………………………………35
圖4.6 W剖面上粉砂岩中的槽狀交錯層………………………………36
圖4.7 X剖面上斷層野外描繪圖…………………………………………38
圖4.8 X剖面上砂岩中的槽狀交錯層…………………………………39
圖4.9 被斷層所截切的貝類化石及生痕化石………………………41
圖4.10 Y剖面上斷層野外描繪圖…………………………………………42
圖4.11 Z剖面上斷層野外描繪圖…………………………………………44
圖5.1 W及X、Y、Z剖面之斷層位態πdiagrams……………………46
圖5.2 將層面翻轉到水平後之斷層位態的πdiagrams…………47
圖5.3 本區斷層最大斷距與斷層長度間的比例關係之對數-對數圖………………………………………………………………………49
圖5.4 本區斷層最大斷距與斷層長度間的比例關係扣除第二級的B斷層資料後之對數-對數圖………………………………50
圖5.5 本區五個不同等級的斷層數量統計圖………………………52
圖5.6 a本區符合製作斷距-距離分佈圖條件之斷層位置圖…54
b本區符合製作斷距-距離分佈圖條件之斷層位置圖…55
圖5.7 本區呈現單一波峰的斷層斷距－距離分佈圖……………56
圖5.8 本區呈現非單一波峰的斷層斷距－距離分佈圖…………58
圖5.9 9號斷層的斷距分佈與斷層跡對照圖…………………………62
圖5.10 9號斷層的斷層連接破損帶……………………………………63
圖5.11 10號斷的斷距分佈與斷層跡對照圖…………………………64
圖5.12 10號斷層的斷層連接破損帶……………………………………65
圖5.13 11號斷的斷距分佈與斷層跡對照圖…………………………67
圖5.14 11號斷層的第一階與第二階之間的破損帶………………68
圖5.15 11號斷層的第二階與第三階之間的破損帶………………69
圖6.1 斷層切過強度不同的岩層其斷距分佈示意圖……………71
圖6.2 斷層面四周不同位置會出現的斷層尖端破損帶類型…76
圖6.3 斷層尖端破損帶的主要類型……………………………………77
圖6.4 平移斷層之斷層面周圍的破損帶3D模型…………………78
圖6.5 斷層尖端破損帶中反向斷層與同向斷層與主斷層間的角度關係示意圖…………………………………………………………79
圖6.6 研究區中兩組斷層與大平地斷層的角度關係示意圖…79
圖6.7 斷層尖端前方的三角形形狀的mode III斷層尖端破損帶…………………………………………………………………………80
圖6.8 俯視的角度來看研究區中兩組斷層的走向與大平地逆衝斷層走向的關係圖…………………………………………………80
圖6.9 研究區域兩組斷層與竹東斷層及大平地斷層之立體關係示意圖……………………………………………………………………81

塗明寬、陳文政（1991）竹東圖幅。五萬分之一台灣地質圖說明書，第十三號。經濟部中央地質調查所出版，共66頁。

林燕慧、衣德成、劉彥求、謝中敏（2004）由新竹縣北埔地區露頭看斷層活動的故事，地質。第二十三卷，第四期。經濟部中央地質調查所出版，第29-36頁。

Aydin, A., 1978. Small faults formed as deformation bands in sandstone. In: Byerlee, J.D., Wyss, M. (Eds.), Rock Friction and Earthquake Prediction Pure and Applied Geophysics, 116, pp. 913－930.

Aydin, A., Johnson, A.M., 1978. Development of faults as zones of deformation bands and as slip surfaces in sandstone. In: Byerlee, J.D., Wyss, M. (Eds.), Rock Friction and Earthquake Prediction Pure and Applied Geophysics, 116, 931－942.

Cartwright, J.A., Trudgill, B.D., Mansfield, C.S., 1995. Fault growth by segment linkage: an explanation for scatter in maximum displacement and trace length data from the Canyonlands Grabens of SE Utah. Journal of Structural Geology 17, 1319－1326.

Cowie, P.A., Scholz, C.H., 1992a. Physical explanation for the displacement－length relationship for faults using a post-yield fracture mechanics model. Journal of Structural Geology 14, 1133－1148.

Cowie, P.A., Scholz, C.H., 1992b. Displacement－length scaling relationship for faults: data synthesis and discussion. Journal of Structural Geology 14, 1149－1156.

Cox, S.J.D., Scholz, C.H., 1988. On the formation and growth of faults:An experimental study. Journal of Structural Geology 10, 413－430.

Dawers, N.H., Anders, M.H., 1995. Displacement－length scaling and fault linkage. Journal of Structural Geology 17, 607－614.

Dawers, N.H., Anders, M.H., Scholz, C.H., 1993. Growth of normal faults: displacement－length scaling. Geology 21, 1107－ 1110.

Ellis, M.A., Dunlap, W.J., 1988. Displacement variation along thrust faults: implications for the development of large faults. Journal of Structural Geology 10, 183－ 192.

Fossen, H., Hesthammer, J., 1997. Geometric analysis and scaling relations of deformation bands in porous sandstone. Journal of Structural Geology 19, 1479－1493.

Gupta, A., Scholz, C.H., 2000. A model of normal fault interaction based on observations and theory. Journal of Structural Geology 22, 865－879.

Kim, Y.-S., Peacock, D.C.P., Sanderson, D.J., 2003. Mesoscale strike－slip faults and damage zones at Marsalforn, Gozo Island, Malta. Journal of Structural Geology 25, 793－812.

Kim, Y.-S., Peacock, D.C.P., Sanderson, D.J., 2004. Fault damage zones. Journal of Structural Geology 26, 503－517.

Kim, Y.-S., Sanderson, D.J., 2005 The relationship between displacement and length of fault：a review. Earth-Science Reviews 68 317－334.

Marrett, R., Allmendinger, R.W., 1991. Estimates of strain due to brittle faulting: sampling of fault populations. Journal of Structural Geology 13, 735－738.

Muraoka, H., Kamata, H., 1983. Displacement distribution along minor fault traces. Journal of Structural Geology 5, 483－495.

Peacock, D.C.P., Sanderson, D.J., 1991. Displacement and segment linkage and relay ramps in normal fault zones. Journal of Structural Geology 13, 721－733.

Scholz, C.H., 2002. The Mechanics of Earthquakes and Faulting（2nd）. The Cambridge university press, UK. 1－414.

Walsh, J.J., Watterson, J., 1988. Analysis of the relationship between the displacements and dimensions of faults. Journal of Structural Geology 10, 239－247.


Wang, W.B., and Scholz, C.H., 1995. Micromechanics of rock friction 3.Quantitative modeling of base friction. J. Geophys. Res.-Solid Earth 100: 4243－4247.

Wilkins, S.J., Gross, M.R., 2002. Normal fault growth in layered rocks at Split Mountain, Utah: influence of mechanical stratigraphy on dip linkage, fault restriction and fault scaling. Journal of Structural Geology 24, 1413－1429.