| 姓名 |
黃秉榮(Ping-Jung Huang)
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物理學系 |
| 論文名稱 |
921斷層泥中奈米礦物微粒的探尋
與滑動時地層溫度標定
(Nanometric characteristics of fault gouge on the Chi-Chi earthquake, Taiwan
)
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| 摘要(中) |
地震發生時，所產生的能量與預期所要釋放出的能量低，因而，有自然學家推論地震發生時，滑動層中應存在單層的奈米級顆。而奈米級顆粒的存在，能使地震發生時所磨擦的能量減少。而本篇論文，發現到在921地震的滑動層中的確存在奈米級的顆粒，而奈米級的顆粒的最多的分佈範圍在10nm~40nm之間。另外，在X-光的繞射分析中，發現在滑動層中和滑動層的外圍的稜鐵礦(FeCO3)的強烈變化。在滑動層中，稜鐵礦在滑動層中，稜鐵礦幾乎消失不見，而碳酸鈣在地震的過程中，並沒太大變化，所以，推論在地震發生時滑動層當時的溫度介於兩者熔解溫度之間(580℃~894℃)。 |
| 摘要(英) |
Atomic force microscopy (AFM) and General Structure Analysis System (GSAS) program have been used to investigate the nanometric characteristics of the fault gouge in the 223.45 m cores of Chi-Chi earthquake. Nano grains were revealed in the slip zone, with a mean diameter is ~20nm, while only μm grains were found outside the slip zone. X-ray diffraction patterns were refined following the Reiveld refinement method and reveal three main structural phases, namely quartz (hexagonal P6222 symmetry of SiO2), siderite (R-3CH symmetry of FeCO3), and calcite (R –3cRS symmetry of CaCO3), respectively. Among them, FeCO3 shows a rapidly percentage reduction from being at 35% to at 4 % as the specimen were taken from depths of 223.37 m (outside of the fault gouge) to 224.45 m (the fault gouge), while the composition of CaCO3 remains essentially unchanged. This founding can be used as an indicator for the temperature of the slip zone during the earthquake. |
| 關鍵字(中) |
★ 921 |
關鍵字(英) |
★ 921 |
| 論文目次 |
目 錄
論文摘要…………………………………………………………..……Ⅰ
目錄…………………………………………………………………..…Ⅱ
圖目與表目……………………………………………………………..Ⅳ
第一章 簡介…….………………………...…...………………………...1
1-1 源由…….………………………...…...………………………...1
1-2 921斷層鑽井計劃…….………………………...…...…………3
第二章 成分與組成分析…….………………………...…...…………...7
2-1 樣品處理…….………………………...…...…………………..7
2-1-1 221.9 系列樣品…….………………………...…...……..7
2-1-2 223.45系列樣品…….………………………...…...…….8
2-2 X光繞射儀實驗裝置…….………………………...…...……..10
2-3 X光繞射譜圖分析…….………………………...…...………..12
2-3-1 221.9 系列樣品成份分析…….………………………...13
2-3-2 223.45 系列樣品成份分析…….………………………..17
第三章 地層泥裡奈米級顆粒探尋…….………………………...…....27
3–1 地層泥的光學顯微影像…….………………………...…...….27
3-1-1 221.9 系列樣品…….………………………...…...……..27
3-1-2 223.45 系列樣品…….………………………...…...……28
3–2 地層泥的原子力顯微鏡影像…….……………………….....32
3–2–1 儀器裝置與樣品備置…….……………………….....32
3–2–2 原子力顯微影像討論…….……………………….....34
第四章 結論……………………………….………………………. 46
4-1 顯微影像與層泥顆粒觀測結論………………………………46
4-2 X光繞射譜圖成份分析結論……………………………….…48
4-3 奈米顆粒生成的機制與滑動層溫度標定……………………49
圖目與表目
圖1-1 豐原市鑽井地點，BH 1和BH 2為不同的挖岩地點……………5
圖1-2 岩心所挖出的地點的水平高度位置………………………..…5
圖1-3 斜深221.9 系列樣品……………………………………...…..6
圖1-4 斜深223.45系列樣品………………………………………….6
圖2-1 221.9系列，樣品取自斜深(a)221.9m (b)221.88m (c)221.85m。 圖中樣品已靜置三天，可見大部分層泥已沉澱在下方，肉眼能可見少量層泥懸浮於溶液…….……...….9
圖2-2 223.45系列樣品，岩塊大小約為5.2×2.5×1.7 cm3。
黑色部份為斷層泥，其色澤與臨近區域明顯不同………..9
圖2-3 X光繞射儀反射式架設示意圖……………………..……..….11
圖2-4 221.9系列三組樣品的繞射譜圖，由上而下分別得
自斜深221.85公尺221.88公尺和221.9公尺的樣品…….21
圖2-5 斜深221.9公尺樣品GSAS分析結果…………………………21
圖2-6 斜深221.85公尺樣品的GSAS分析結果………………….…22
圖2-7 221.9系列相對成份相對圖………………………………….22
圖2-8 221.9系列繞射峰半高寬與取樣地點關係圖……………….23
圖2-9 (a)223.45系列樣品的繞射譜圖。由上而下分別為223.45公尺 223.44公尺223.43公尺………………………………..23
圖2-9 (b)223.45系列樣品的繞射譜圖。由上而下分別為223.45公尺 223.46公尺223.47公尺 223.5公尺………………….24
圖2-10 斜深223.45公尺樣品GSAS分析結果……………………...24
圖2-11 斜深223.5樣品GSAS分析結果…………………………….25
圖2-12 223.45系列相對成分與取樣地點關係圖。圖中可看到FeCO3的成分在滑動層有明顯少，而Fe3O4的變化並不大…….…25
圖2-13 223.45系列稜鐵礦繞射峰的半高寬與採樣地點關係圖…..26
圖3-1 221.9系列滑動層泥的光學放大圖。圖中隨著放大倍率的增加，可以看到更多小顆粒層泥……………………………..29
圖3 -2 221.9系列滑動層外圍。在圖(c)中可看到有10μm左右的顆粒……………………………………………………………..29
圖3-3 223.45系列地層的目視照片。圖中黑色部分為921地震的滑動層……………………………………………………………..30
圖3-4 滑動層泥光學顯微放大影像。左圖所示影像為右圖中綠框區域的放大圖，可清楚看到葉裡狀的分佈……………………..31
圖3-5 更高倍的光學顯微鏡放大圖…………………………………..31
圖3-6 原子力顯微鏡基本運作原理示意圖…………………………..37
圖3-7 (a)221.9系列滑動層樣品AFM影像頂面鳥瞰圖。(b)221.9系
列滑動層樣品AFM影像的立體圖。在此二圖可看到顆粒的
分佈以20nm~30nm為多…………………………………….38
圖3-7 (c)221.9系列滑動層樣品的AFM立體影像之一，顯示尺度為40nm……………………………………………….……..39
圖3-8 221.9系列滑動層泥的奈米尺度顆粒之粒徑分佈圖………..39
圖3-9 221.9系列滑動層外圍層泥的原子力顯微影像。圖中所看到顆粒大小均為次微米尺寸在0.1mm左右………………………...40
圖3-10 (a) 221.9系列滑動層樣品AFM影像頂面鳥瞰圖(b)221.9系列滑動層樣品的AFM影像立體圖。在圖(a)(b)中，可看到在滑動層中有小顆粒存在，且分佈呈帶狀……………..41
圖3-11 圖(a)與(b)，可看到在滑動層中，奈米顆粒的分佈情形…42
圖3-12 圖3-11的區域放大圖，顯示顆粒粒徑在100nm左右…….43
圖3-13圖3-11的區域放大圖，顯示顆粒粒徑在20nm左右………44
圖3-14 223.45系列滑動層泥的奈米尺度顆粒之粒徑分佈圖……..45
圖3-15 223.45系列滑動層外圍層泥的AFM影像圖………………..45
表2 -1 由上而下分別為FeCO3(稜鐵礦)，SiO2(石英)和CaCO3(方解石)的晶體結構參數……………………………………….….14
表2-2 斜深221.9公尺的GSAS擬合參數值………………….……..15
表2-3 斜深221.85公尺的GSAS擬合參數值…………………….…15
表2-4 斜深221.88公尺的GSAS擬合參數值……………………….16
表2-5 Fe3O4的解構方式………………………………...…...……….18
表2-6 斜深223.45公尺的GSAS擬合參數值………………………..19
表2-7 斜深223.5公尺的GSAS擬合參數值……………….…………19 |
| 參考文獻 |
參考資料
[1]洪日豪教授，廖卿妃，中央大學應用地質所提供
[2]SHIN-ICHI UDA，AINMING LIN AND KEIJI TAKEMURA，The Island Arc(2001)10,439-446
[3]余樹楨著,"晶體之結構與性質" |
| 指導教授 |
李文献、李冠卿
(Wen-Hsien Li、Kuan-Ching Lee)
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審核日期 |
2003-7-15 |
| 推文 |
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