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研究生:羅祐宗
研究生(外文):Yu-tsung Lo
論文名稱:利用重力資料推求台灣東北部三維地下密度構造
論文名稱(外文):3-D modeling tectonic structures beneath north-eastern Taiwanusing gravity data
指導教授:顏宏元顏宏元引用關係
指導教授(外文):Horng-Yuan Yen
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:構造台灣東北重力
外文關鍵詞:tectonicnorth-eastern Taiwangravity
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台灣位在歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的交界,存在於兩個隱沒系統間。在台灣東北部由菲律賓海板塊沿琉球海溝向北隱沒至歐亞大陸板塊之下,形成了沖繩海槽。沖繩海槽為弧後擴張盆地,其東邊與南邊為琉球海溝,西邊與北邊為東中國海大陸棚,其擴張延伸進入台灣造山帶,而宜蘭平原正位在其西南端。這個構造區域內地震活動頻繁,地下構造複雜,仍然有許多未知的構造問題待釐清。本研究利用區域內密集的重力測點,繪製布蓋重力異常圖,並進行地下構造之推演。
本研究所使用之資料包含陸地、海域及空中的重力觀測資料。陸上重力資料來源為中油、內政部地政司及中研院地球所,海上重力資料為1998年所發表之海上重力異常圖(Hsu, 1998)。另外,由於本研究擴及的區域涵蓋廣大,相較於平地區域的重力測點,在山區與海上的測點較少。為了補足測點分布不均的問題,本研究考慮加入空載重力測量(Hwang, 2007)的結果來進行地下構造模擬。台灣於2005 年實施空載重力測量工作,使用最新的空載重力儀,並配合內政部與林務局的GPS 地面固定站定位並計算重力,施測範圍涵蓋台灣全島與附近海域,航高約為5000公尺,飛機時速306 公里,約43 個工作天。本研究主要處理、整合所有重力觀測資料,而其中一項重要的部分為空載重力測量與地面重力測量的結果分析比較。初步結果發現在海域的船測重力與空載重力結果較接近,而在山區的部分,與陸地重力測量差異甚大。
為了瞭解台灣東北部的地下構造形貌,本研究藉由重力資料的處理和分析,進而了解地下密度構造的分布。在進行密度構造推演時,需要先給定一個初始模型(Hsieh, 2009),將此模型所得到的理論重力值和觀測重力值做比對,並配合地質資料反覆修改,最後得到一合理的三維地下密度模型。由本研究三維密度模型可知,Moho深度在宜蘭平原與中央山脈下方較深,可達45公里;台灣北部及西部麓山帶較淺約30至35公里。
The Okinawa Trough, a backarc basin, is located at the Eurasian plate and the Ryukyu Trench boundary and extends to north-eastern Taiwan. As a subduction zone, there are some complex unknown structures unsolved. In this study, we use the detail gravity data around this area to investigate the reliable subsurface density structure. First, we combine with land and marine gravity data to obtain gravity anomaly. In this study we utilize the data including land, marine and airborne gravity data. The land gravity data was measured by CPC, MOI and IES. The marine data was published by Hsu (1998). Furthermore, the observation data is sparse in mountain and marine. In order to solve the uneven distribution of measuring points, we add the airborne gravity data by Hwang (2007) to achieve observation covering better. The main processing in this study are integrating and comparing all the gravity observations included the airborne gravity measurements and surface gravity survey. Preliminary results show that the ship-borne gravity and airborne gravity are closer, but in mountains with large differences. Second, considering the geology, tomography and other constrains, we simulate the 3D density structure. According to the three-dimensional density model in this study, the Moho depth is deeper at the bottom of Ilan plain and Central Range, achieve to 45 km; It is only 35 km in northern Taiwan and western foothills.
中文摘要 I
英文摘要 II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本文內容 4
第二章 研究區域概述 11
2.1 研究區域位置概述 11
2.2 研究區域地質概述 11
2.2.1宜蘭地形分佈 12
2.2.2宜蘭地質分佈圖 16
2.2.3火山岩及其他火成岩 23
2.2.4 台北盆地晚第四紀地層 24
2.2.5 台北盆地周圍地質 25
2.3 重力資料蒐集 25
2.4初始模型資料來源 26
第三章 重力資料處理與重力異常 32
3.1 重力修正 32
3.1.1 緯度修正(Latitude Correction) 32
3.1.2 自由空間修正(Free-air Correction) 33
3.1.3 布蓋修正(Bouguer Correction) 33
3.1.4 地形修正(Terrain Correction) 34
3.2 重力異常 35
3.2.1 自由空間異常(Free-air Anomaly) 35
3.2.2 布蓋異常(Bouguer Anomaly) 36
3.2.3 區域重力異常(Regional Gravity Anomaly) 36
3.2.4 剩餘重力異常(Residual Gravity Anomaly) 37
3.3 地表面重力資料處理流程 37
3.4 修正密度 39
3.4.1地表岩層密度 39
3.4.2 修正密度的決定 42
3.5 重力異常圖 44
第四章 空載與地面重力資料比較 52
4.1 空載資料修正方法 52
4.1.1 向上延伸法(Upward continuation) 52
4.1.2向下延伸法(Downward Continuation) 53
4.2 地面與空載資料統整與比較 54
4.2.1測點位於基準面的比較 54
4.2.2測點位於航高的比較 55
4.3 空載布蓋異常圖 55
4.3.1 空載原始高度(5156m) 55
4.3.2 空載向下連續後(海平面) 57
4.4 評估結果 57
第五章 三維地下密度構造模擬 66
5.1 三維地下構造推演 66
5.2 三維構造模擬處理流程 67
5.3 密度模型建立 67
5.4 海水層置換成岩層 68
5.5 模型逆推 69
5.6 三維密度模型 69
第六章 討論與結論 79
6.1 結果討論 79
6.1.1 空載測量結果與分析 79
6.1.2 三維密度模型結果 80
6.2 結論 81
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