利用衛星大地測量資料研究觸口斷層系統之活動構造

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黃思敬(Szi-Ching Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

地球物理研究所

論文名稱

利用衛星大地測量資料研究觸口斷層系統之活動構造
(Numerical Modeling of Active Structures of The Chukou Fault System with GPS data)

相關論文

★ 以GPS觀測量估算嘉南地區1996-2000年間之地殼變形	★ 車籠埔斷層活動構造之數值模擬
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摘要(中)

本研究利用台灣西南部的GPS（Global Positioning system）觀測資料，配合地下地質資料來建構三維地下構造模型。研究的原理為在彈性半空間中位移錯動模型計算某區域之應力、應變量（Okada, 1985），由地表觀測資料以及前人之研究推論數值模擬所需之斷層參數，包括應變率、楊氏係數、泊松比、剪力係數及拉梅常數等參數，計算斷層在地表下的運動並估計其可能造成之應力、應變型態，並與地表地形比較分析，求得較為正確的地下構造及地表變形模型。
台灣西南部九芎坑斷層、觸口斷層附近已有前人由構造解釋以及平衡剖面的方式提出地下構造模型（Hung et al., 1999）。此地下構造模型剖面顯示逆衝斷層兼具有滑脫面並沿著早期正斷層的淺部滑動。而相同的地表或地質資料將可以有不同的褶皺-斷層型態解釋，而斷層滑離面的位置及深度對此有相當大的影響。本研究希望以數值模擬的方式，利用前人所提供地下構造的數據建構三維的地下構造模型，數值模擬程式是Poly3D，利用Okada在1985年所提出的彈性錯動理論，以推估九芎坑斷層、觸口斷層與所造成地表變形的程度並予實際情況互相比較驗證，以確立地下構造的形貌，同時瞭解地表地殼變形形式與地下斷層構造的運動型態、速率之間的關係。

摘要(英)

GPS (Global Positioning System) data are used to construct three-dimensional underground structural model with geological information. Before calculating the dislocation, stress and strain field on the fault surface and the displacement on the surface of the earth, we need to collect the parameters including GPS data, strain rate, Young’s modulus, Poisson’s ratio, shear modulus and Lame constant. Comparing the real and calculated displacement will help us to find the better solution for the modeling result.
There were some studies about Chukou fault and Chiusiungkeng fault which are located in southwestern Taiwan, including the structural explanations and balance cross-section ( Hung et al., 1999). We build the simplified Chukou fault system models based on the cross-section, and the parameters of the models are taken into the computer programs named Poly3D and Poly3Dinv to do the forward and inversion modeling. By adjusting the fault geometry, geological parameters and smoothing coefficients, we can test the fault models and find the best result. In this research, we find the best result is shown when the dip angles of Chukou and Chiusiungkeng fault are 65°and 45°, when the smoothing operator is 0.05. With this setting, the strongest dislocation on the surface of fault plane caused by Reili earthquake is located on the depth about 6 km which is similar to the focal mechanism.

關鍵字(中)

★ 順推
★ 逆推
★ 數值模擬
★ 同震變形
★ 瑞里地震
★ 觸口斷層
★ 彈性半無限空間

關鍵字(英)

★ Burgers vector
★ Angular dislocation
★ GPS
★ Poly3Dinv
★ Poly3D
★ Forward Modeling

論文目次

目錄
頁碼
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………………………Ⅱ
誌謝…………………………………………………………………………………Ⅲ
目錄…………………………………………………………………………………Ⅳ
圖目…………………………………………………………………………………Ⅶ
表目…………………………………………………………………………………Ⅹ
第一章緒論………………………………………………………………………1
1.1研究動機與目的………………………………………………………………1
1.2研究內容………………………………………………………………………5
第二章研究區域介紹……………………………………………………………6
2.1研究區域範圍…………………………………………………………………6
2.2研究區的地形地質……………………………………………………………10
2.2.1地形…………………………………………………………………………10
2.2.2地質背景……………………………………………………………………10
2.3研究區主要構造………………………………………………………………10
2.3.1大尖山-觸口斷層……………………………………………………………11
2.3.2九芎坑斷層…………………………………………………………………11
2.3.3崙後斷層……………………………………………………………………12
2.4 1998瑞里地震簡介 …….……………………………………………………12
第三章 Poly3D程式介紹…………………………………………………………14
3.1程式概述………………………………………………………………………14
3.2 Poly3D程式的運算程序………………………………………………………15
3.3 Poly3D程式的理論基礎………………………………………………………16
3.3.1 Burger’s Vector…………………………………………………………16
3.3.2 Angular Dislocation……………………………………………………16
3.3.3格點的建立…………………………………………………………………20
3.3.4應力與曳引力影響係數……………………………………………………21
3.3.5多邊形元素的疊加…………………………………………………………22
3.3.6估計曳引力邊界條件………………………………………………………22
3.4 Poly3Dinv程式介紹…………………………………………………………23
3.5程式應用實例簡介……………………………………………………………26
第四章研究方法…………………………………………………………………31
4.1資料蒐集………………………………………………………………………31
4.1.1應變率資料…………………………………………………………………31
4.1.2同震變形資料………………………………………………………………31
4.2數值模擬參數資料蒐集………………………………………………………36
4.3 Poly3D順推模擬………………………………………………………………39
4.4 Poly3Dinv逆推模擬…………………………………………………………42
第五章研究結果…………………………………………………………………44
5.1 Poly3D順推結果………………………………………………………………44
5.1.1觸口斷層、下部斷坡與滑脫面……………………………………………44
5.1.2觸口斷層、觸口斷層下部高傾角分支以及下部斷坡與滑脫面銜接……44
5.1.3加入九芎坑，使其成為完整的斷層組……………………………………44
5.1.4 忽略觸口斷層下部，修正模擬初始狀態之斷層走向……………………50
5.2 Poly3Dinv逆推結果…………………………………………………………50
5.2.1觸口斷層、下部斷坡以及滑脫面斷層組…………………………………50
5.2.2將平滑參數更改為1…………………………………………………………53
5.2.3 增加九芎坑斷層至斷層組…………………………………………………53
5.2.4修改平滑參數至0.05與0……………………………………………………53
第六章討論與結論………………………………………………………………60
6.1討論……………………………………………………………………………60
6.2結論……………………………………………………………………………61
參考文獻……………………………………………………………………………65
附錄一………………………………………………………………………………70
附錄二………………………………………………………………………………72
附錄三………………………………………………………………………………75
圖目
頁碼
圖1-1台灣地體構造三維示意圖.…………………………………………………2
圖1-2台灣南部麓山帶地區區分為19個小網之平均主軸應變率………………3
圖1-3台灣南部各測站相對於澎湖白沙站（S01R）之平均速度圖……………3
圖2-1模擬區域範圍彩繪明暗圖………….………………………………………7
圖2-2台灣西南部地質簡圖及構造剖面線位置…………………………………8
圖2-3 LINE4地下構造剖面圖……………………………………………………8
圖2-4台灣西南部地質簡圖及構造剖面線位置…………………………………9
圖2-5 B-B’地下構造剖面圖. …………………………………………………9
圖2-6瑞里地震發震構造模型與震源機制解……………………………………13
圖2-7瑞里地震分佈構造面. ……………………………………………………13
圖3-1元素示意圖. ………………………………………………………………15
圖3-2晶格受力產生移動錯位……………………………………………………17
圖3-3晶格受力產生扭曲錯位……………………………………………………17
圖3-4角度錯動疊加概念圖………………………………………………………18
圖3-5 Angular Dislocation示意圖……………………………………………19
圖3-6電腦建構斷層面之三角元素分佈圖………………………………………25
圖3-7 Hector Mine地震斷層分佈圖……………………………………………27
圖3-8 Hector Mine地震斷層面建構模型與分析圖……………………………29
圖4-1台灣南部麓山帶GPS點位分佈圖.…………………………………………32
圖4-2台灣南部地區區分34個小網之平均主軸應變率分佈圖…………………33
圖4-3位於模擬區之之應變率資料點位分佈圖…………………………………35
圖4-4瑞里地震同震變形量點位分佈圖…………………………………………38
圖4-5 Poly3D順推流程圖…………………………………………………………40
圖4-6簡化後斷層組模型…………………………………………………………41
圖4-7 Poly3Dinv逆推流程圖……………………………………………………43
圖5-1觸口斷層與滑脫面模型……………………………………………………45
圖5-2觸口斷層與滑脫面錯動量分佈圖…………………………………………46
圖5-3地表面觀察網格東西方向位移量分佈圖…………………………………46
圖5-4加上高傾角觸口斷層下部之模型…………………………………………47
圖5-5各斷層面錯動量圖…………………………………………………………47
圖5-6地表面網格分佈圖…………………………………………………………48
圖5-7加入九芎坑斷層的斷層模型圖……………………………………………48
圖5-8各斷層錯動量分佈圖………………………………………………………49
圖5-9地表面網格東西向位移量分佈圖…………………………………………49
圖5-10去除觸口斷層下部之斷層模型……………………………………………51
圖5-11斷層面錯動分佈圖…………………………………………………………51
圖5-12地表觀察網格位移量分佈圖………………………………………………52
圖5-13觸口斷層與滑脫面斷層面錯動分佈圖……………………………………52
圖5-14設定平滑參數為1時斷層面的錯動量分佈圖……………………………55
圖5-15設定平滑參數為1時地表觀察網格的位移量分佈圖……………………55
圖5-16加入九芎坑斷層之後斷層面的錯動量分佈圖……………………………56
圖5-17加入九芎坑斷層之後地表面觀察網格的位移量分佈圖…………………56
圖5-18平滑參數設定為0時的斷層面錯動量分佈………………………………57
圖5-19將平滑參數設定為0時的地表面觀察網格位移分佈……………………57
圖5-20將平滑參數設定為0.05時斷層面的錯動量分佈圖………………………58
圖5-21將平滑參數設定為0.05時地表觀察網格的位移量分佈圖………………58
圖5-22實際GPS水平位移量分佈圖………………………………………………59
圖5-23實際觀測資料與數值模擬結果比較圖……………………………………59
圖6-1車籠埔斷層同震變形之斷曾滑移量分佈圖………………………………62
圖6-2大尖山斷層模型與瑞里地震餘震分佈……………………………………62
圖6.3瑞里地震發震構造模型……………………………………………………63
表目
頁碼
表4-1經篩選後之應變率…………………………………………………………34
表4-2瑞里地震同震位移量………………………………………………………37
表4-3前人研究材料參數表………………..……………………………………38

參考文獻

英文文獻
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指導教授

洪日豪(Jih-Hao Hung)

審核日期

2005-7-22

推文