博碩士論文 90622018 詳細資訊


姓名 王郁如(Yu-Ju Wang)  查詢紙本館藏   畢業系所 地球物理研究所
論文名稱 台灣弧陸碰撞構造之地殼及頂部地函的三維S波衰減模型
(Three dimensional S-wave attenuation model of the crust and uppermost mantle beneath arc-continent collision, Taiwan)
檔案 [Endnote RIS 格式]    [Bibtex 格式]    [檢視]  [下載]
  1. 本電子論文使用權限為同意立即開放。
  2. 已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
  3. 請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。

摘要(中) 台灣位於歐亞大陸板塊和菲律賓海板塊交界處,由於板塊的隱沒與碰撞造成台灣本島複雜的地體構造以及頻繁的地震活動。而台灣的強震網(TSMN)為全球最密集的區域,此豐富的波形資料恰好提供一個機會使構造研究有良好的解析。台灣地體構造的分析自1986年以來,經由地震資料分析得出細部的三維速度構造(Roecker et al., 1986;Ma et al., 1996;Rau and Wu., 1995 )。但此三維速度構造在對於構造的瞭解,仍無法有較深入的分析。由於某些地體構造的岩石特性對於Q的影響遠勝於對速度構造的影響(Eberhart-Phillips and Chadwick, 2002;Chen et al., 1996),而S波對於孔隙液體的塑性也較P波有更高的敏感度。因此,若能求出Qs,對於速度構造所無法給予的訊息,可以有更進一步的參考,進而加強對於台灣地體構造的解釋。
為避免震源複雜性的影響,本研究利用1993~1998年,ML4.5~5.5的強震資料。經資料篩選及處理後,共用173個地震,超過2000筆的資料,在ω2-source model以及Qs與頻率無關的假設下(Rietbrock, 1999),以非線性逆推擬合1~20Hz的頻率範圍求得t*。進而利用已知的三維S波速度構造,以影像層析法(Tomography)逆推求得台灣三維Qs模型。
逆推結果顯示本研究所得的Qs分布大致反應出台灣地體構造現況。在台灣西部沿岸以北緯23.5∘為界,淺於十公里的西北部和西南部Qs值差異正好反應出台灣西部沿岸南北基盤深度不同所造成岩性的差異,以北較淺的基盤構造比南部的沉積物有較小的衰減值。臺東縱谷東西部Qs的差異則恰好反應出其西側為大陸邊緣山脈,東側為由島弧改造而成的山脈在構造特性上的變化。在27公里至38公里深處,由北緯24.0∘向北延伸至北緯25.0∘的高Qs構造可能與連結臺灣北部陸上火山帶和琉球島弧的隱沒構造有關。中央山脈地質區下為一低Qs構造,深度至少達30~40公里深,且其高的衰減值和地熱流的分布有很大的關係。而在北緯23.7∘~24.05∘,有一個自東經120.55∘下5公里深的位置以20∘向東傾斜的高Qs構造,此構造可能與集集地震的機制有很大的關聯。在地震和Qs的分布關係上,地震主要分布在較高Qs的區域,低Qs的區域,其地震分布相當少,可能原因為地熱流的影響,導致該處地殼的塑性增加,降低地震的發生率。最後,台灣北部和中部的Qs深度分布較初始模型有較大的變化。北部的Qs值大致隨深度而增加,中南部則在20~30公里處有突然變小的情況。
摘要(英) The S-wave attenuation structures (Qs) of Taiwan are imaged using the S-wave data from the dense deployed strong motion network of Taiwan. The image of 3-D Qs is essential in Taiwan because Qs is sensitivity to localized permeability and heterogeneity, which are important characters for interpreting active tectonic regions as Taiwan. The attenuation images of S-wave are obtained using t* values measured from S-wave spectra from Taiwan strong motion network for moderate size earthquakes (ML4.5-5.5) to avoid the source complexity. The time period used in this study is from 1993-1998. Over 2000 velocity spectra of S wave arrivals from 173 earthquakes were analyzed. A non-linear least square technique is applied to the spectra for t* by assuming a ?-2 model for the frequency band of 1-20Hz. A frequency-independent Qs was assumed in this study. Combined the existed three-dimensional S-wave velocity model, the three-dimensional Qs images were obtained.
The Qs-tomography shows general consistent feature to geological structure. At shallow depth (4~9km), the Qs tomography separated the western Taiwan into high Qs and low Qs images to the north and south, respectively, along latitude of 23.5∘N. The low Qs image within southwestern Taiwan is related to its thicker sediment; while the high Qs image within northwestern Taiwan is related to the formation of foreland sequence. The image also reveals the variation across Longitudinal Valley, which is the suture zone of the arc-continent collision. At deeper depth, 27-38 km, a high Qs images extended from latitude of 24∘N to 25∘N, which is related to the subduting slab. A relative low Qs zone beneath the Central Range was found in the depths of 30-40 km. This low Qs zone is consistent with the low velocity zone obtained in Vp and Vs velocity images. The profile across the Chi-Chi hypocenter shows clear variation on Qs image across the ruptured Chelungpu fault. Our results show that the Qs images provide significant information for further understanding the tectonic structure of Taiwan.
關鍵字(中) ★ S波
★ 衰減
★ 臺灣
關鍵字(英) ★ attenuation
★ S wave
★ Qs
★ Taiwan
論文目次 頁碼
論文提要 ……………………………………………………………….. i
致謝 …………………………………………………………………….. ii
目錄 …………………………………………………………………….. iii
圖目 …………………………………………………………………….. v
表目 ……………………………………………………………………. vii
第一章 緒論 …………………………………………………………….. 1
1.1 研究動機與目的 …………………………………………………. 1
1.2 台灣的地質背景與地體構造 ……………………………………. 5
1.3 文獻回顧 …………………………………………………………. 7
1.4 本文內容 …………………………………………………………. 12
第二章 研究方法 ……………………………………………………….. 13
2.1 原理 ………………………………………………………………. 13
2.2 非線性逆推(LSQENP) …………………………………………… 16
2.3 區域性地震影像層析(L E T) …………………………………….. 18
2.4 分布函數(spread function) ……………………………………….. 26
第三章 資料處理和模型參數設定 …………………………………….. 27
3.1 波形資料篩選 ……………………………………………………. 27
3.2 模型與網格點設定 ………………………………………………. 34
iii
第四章 逆推結果與討論 ……………………………………………….. 41
4.1 逆推結果測試與解析度分析 ……………………………………. 41
4.2 三維衰減模型的展示與討論 ……………………………………. 41
第五章 結論 …………………………………………………………….. 85
附錄一 非線性逆推(LSQENP)的取樣方式 …………………………… 86
附錄二 場址效應對Qs的影響 ………………………………………… 95
附錄三 集集地震序列相關震源參數資料 …………………………….. 102
參考文獻 ………………………………………………………………… 107
英文摘要 ………………………………………………………………… 112
iv
圖 目
頁碼
圖 1.1.1 台灣和鄰近地區的板塊碰撞模式 ………………………. 2
圖 1.1.2 1990~1997年規模4以上的台灣三維地震分布 ……….. 3
圖 1.1.3 台灣強地動觀測網測站分布圖 …………………………. 4
圖 1.1.4 1992~1998年,ML4.5~5.5的地震波線涵蓋範圍圖 …... 6
圖 1.2.1 台灣地質分區圖 …………………………………………. 8
圖 1.2.2 台灣板塊構造及弧陸碰撞的立體示意圖 ………………. 9
圖 2.1.1 觀測振幅頻譜公式(Scherbaum, 1990)示意圖 ………….. 14
圖 2.3.1 區域性影像層析法(LET)概圖 …………………………... 20
圖 2.3.2 三維模型中由兩點( , )擾動找出新點( )的示意
圖 …………………………………………………………. 24
圖 2.3.3 波徑曲率方向和速度梯度與波線垂直分量的幾何關係示
意圖 ………………………………………………………. 25
圖 3.1.1 波形資料分類圖例 ………………………………………. 28
圖 3.1.2 波形處理流程圖 …………………………………………. 29
圖 3.1.3 非線性逆推擬合結果圖例 ………………………………. 30
圖 3.1.4 拐角頻率與觀測振幅頻譜理論曲線的關係示意圖 ……. 32
圖 3.1.5 八個地震事件的拐角頻率統計分布 ……………………. 33
圖 3.1.6 六個地震事件的t*分布圖 ………………………………. 35
圖 3.1.7 本研究用於影像層析之173個地震、2178個t*的波線涵
蓋圖 ………………………………………………………. 36
圖 3.2.1 Rau and Wu(1995)的三維S波速度模型 ………………… 37
v
圖 3.2.2 衰減模型網格點設定示意圖 ……………………………. 40
圖 4.1.1 採初始均值Qs模型所得的逆推結果 …………………... 42
圖 4.1.2 採用均值Vs模型所得的逆推結果 ……………………... 43
圖 4.1.3 採用陳燕玲(1995)的衰減模型及Rau and Wu (1995)Vs速
度模型所得的逆推結果 ………………………………... 44
圖 4.2.1 Qs深度剖面分布圖 …………………………………….. 47
圖 4.2.2 台灣西部中生代基盤深度分布圖 ……………………... 55
圖 4.2.3 Qs緯度剖面位置示意圖 ……………………………….. 58
圖 4.2.4 Qs緯度剖面分布圖 …………………………………….. 59
圖 4.2.5 劉和馬(1995)速度構造剖面圖 …………………………. 64
圖 4.2.6 臺灣地區地熱流的分布圖 ……………………………… 66
圖 4.2.7 集集地震序列與Qs構造關係圖 ……………………….. 68
圖 4.2.8 Qs經度剖面位置示意圖 ………………………………... 71
圖 4.2.9 Qs經度剖面分布圖 ……………………………………... 72
圖 4.2.10 北緯24.0∘向北傾斜的班氏帶剖面圖 ………………… 80
圖 4.2.11 Qs與地震分布關係圖 …………………………………... 82
圖 4.2.12 台灣區域性Qs分布與深度關係圖 …………………….. 84
附錄圖 1.1.1 非線性逆推(LSQENP)計算的取樣方式示意圖 ……. 87
附錄圖 1.1.2 非線性逆推(LSQENP)計算三種取樣方式的逆推結果
圖例 ………………………………………………….. 88
附錄圖 2.1.1 各場址測站的拐角頻率分布統計 …………………... 96
vi
表 目
頁碼
表 3.2.1 陳燕玲(1995)東南部衰減模型 ………………………….. 38
表 3.2.2 本研究初始Qs模型的設定 …………………………….. 38
附錄表 1.1.1 非線性逆推(LSQENP)取樣方式評估統計 ………... 94
附錄表 2.1.1 GEO場址分類(Lee et al.,1999) …………………….. 95
附錄表 2.1.2 附錄圖2.1.1各場址測站拐角頻率之數值資料 …... 99
附錄表 3.1.1 Kao and Chen (2000)所定出的集集地震序列震源參數
資料 ………………………………………………….. 103
vii
參考文獻 Aki, K. and Lee, W. H. K., Determination of the three-dimensional velocity anomalies under a seismic array using first P arrival times from local earthquakes,Ⅰ, A homogeneous initial model, J. Geophys. Res., 81, 4381-4399, 1976.
Aki, K., Scaling law of seismic spectrum, J. Geophys. Res., 72, 1217-1231, 1967.
Bowin, C., R. S. Lu, C. S. Lee and H. Schouten, Plate convergence and accretion in the Taiwan-Luzon region, Bull. Amer. Petrol. Geol., 62, 9, 1645-1672, 1978.
Chen, K.-J., Y.-H. Yeh, and C.-T. Shyu, Qp Structure in the Taiwan Area and Its Correlation to Seismicity, TAO, 7, 4, 409-429, 1996.
Chen, K.-J., S-wave Attenuation Structure in the Taiwan Area and Its Correlation to Seismicity, TAO, 9, 1, 97-118, 1998.
Chen, C. H., Hot spring and geotherm heat in Taiwan, Ti-Chih, 9, 327-340 , 1989.
Thurber C., D. Eberhart-Phillips, Local earthquake tomography with flexible gridding, Computer and Geosciences, 25, 809-818, 1999.
Crosson, R. S., Crustal structure modeling of earthquake data 1. simultaneous least squares estimation of hypocenter and velocity parameters, J. Geophys. Res., 81, 3036-3046, 1976.
Eberhart-Phillips D., M. Chadwick, Three-dimensional attenuation model of the shallow Hikurangi subduction zone in the Raukumara Peninsula, New Zealand, JGR, 107, B2, 3-1-3-15, 2002.
Hashida, T., Three-dimensional seismic attenuation structure beneath the Japanese Islands and its tectonic and thermal implications, Teconophys., 159, 163-180, 1989.
Iyer H. M. and K. Hirahara, Seismic Tomography Theory and Practice, 563-580, 1993.
Ho-Liu, P., H. Kanamori and R. W. Clayton, Applications of attenuation tomography to Imperial Valley and Coso-Indian Wells region, Southern California, J. Geophys. Res., 93, 10501-10520, 1988.
Hu, C. C. and Chen, W. S., Gravity and magnetic anomalies of eastern Taiwan, Mem. Geol. Soc. China, 7, 341-352, 1986.
Kao H. and W. P. Chen, The Chi-Chi Earthquake Sequence: Active, Out-of-Sequence Thrust Faulting in Taiwan, Science, 288, 2346-2349, 2000.
Lee, C. R., and Cheng, W. T., Preliminary heat flow measurements in Taiwan, paper presented at fourth Circum-Pacific Energy and Mineral Resources Conference, Singapore, 1986.
Less, J. M., and G. T. Lindley, Three dimensional attenuation tomography at Loma Prieta: Inversion of t* for Q, J. Geophys. Res., 99, 6843-6863, 1994.
Lin, A. T. and Watts A. B., Origin of the west Taiwan basin by orogenic loading and flexure of a rifted continental margin, J. Geophys. Res, 107, B9, 2158, 2002.
Lin, C.H., Thermal modeling of continental subduction and exhumation in Taiwan, Tectonophysics, 324, 3, 189-201, 2000.
Liu, T. K., Neotectonic crustal movement in northeastern Taiwan inferred by radiocarbon dating of terrace deposits, Proc. Geol. Soc. China, 33, 65-84, 1990.
Ma, K.-F., A. T.-R. Song., S.-J. Lee and H.-I. Wu, Spatial Slip Distribution of the September 20, 1999, Chi-Chi, Taiwan, Earthquake (Mw7.6) –Inverted from Teleseismic Data, Geophysical Research Letters, 27, 20, 3417-3420, 2000.
Ma, K.-F., J.-H. Wang and D. Zhao, Three-Dimensional Seismic Velocity Structure of the Crust and Uppermost Mantle beneath Taiwan, J. Phys. Earth, 44, 85-105, 1996.
Rau, J.-R., F.-T. Wu, Tomographic imaging of lithospheric structures under Taiwan, Earth and Planetary Science Letters, 133, 517-532, 1995.
Roecker, S.W., Yen, Y. H. and Tsai, Y. B., Three-dimensional P and S wave velocity structure beneath Taiwan: Deep structure of an arc-continent collision. J. Geophys. Res., 85, 1358-64, 1987.
Rietbrock, A., and F. Scherbaum, The influence of the recording site on the combined inversion for source parameters and attenuation from Loma Prieta aftershocks, EOS, 75, 460, 1994.
Rietbrock A., P-wave attenuation structure in the fault area of the 1995 Kobe earthquake, JGR, 106, 4141-4154, 2001.
Scherbaum, F., Combined inversion for the three-dimensional Q structure and source parameters using microearthquake spectra, J. Geophys. Res., 95, 12, 423-12, 428, 1990.
Scherbaum, F. and M. Wyss, Distribution of attenuation in the Kaoiki, Hawaii, Source volume estimated by inversion of P wave spectra, J. Geophys. Res., 95, 12.439-12.448, 1990.
Suppe, J., Mechanics of mountain building and metamorphism in Taiwan, Mem. Geol. Soc. China, 4, 67-89, 1981.
Thurber, C. H., Earthquake location and three-dimensional crustal structure in the Coyote Lake area, central California, J. Geophys. Res., 88, 8226-8236, 1983.
Um, J. and Thurber C. H, A fast algorithm for two-point seismic ray tracing, Bull. Seism. Soc. Am., 77, 972-987, 1987.
Wang, J. H., K. C. Chen and T. Q. Lee, Depth distribution of shallow earthquakes in Taiwan, J. Geol. Soc. China., 37, 125-142, 1994.
Wang, C.-Y., Calculations of Qs and Qp using the spectral ratio method in the Taiwan area, proceedings of The Geological Society of China, 31, 1, 81-98, 1988.
Yu, S. B. and H. Y. Chen, Global positioning system network for crustal deformation study in Taiwan, Bull. Inst. Earth Sci. Acad. Sin., 12, 52-55, 1992.
Zhao, D., A tomographic study of seismic velocity structure in the Japan Island, Ph. D. Thesis, Tohoku University, 1990.
鄭文彬(2000),臺灣地區三維震波衰減構造之探討。中央氣象局地震測報中心八十九年度研究報告地CW89-1A-16號,台北,共39頁。
何春蓀(1997),台灣地質概論。台灣地質圖說明書,經濟部中央地質調查所,台北,18、144、145頁。
何春蓀(1982),臺灣地體構造的演變,台灣地質圖說明書,經濟部中央地質調查所。
畢慶昌(1972b),西臺灣斷層仍否衝動?國立臺灣大學地質系研究報告,第十五期,69~81頁。
紀文榮、藍生傑、蘇強(1981),臺灣東部海岸山脈板塊互撞之地層紀錄,中國地質學會地質專刊,第四號,155~194頁。
劉乃菁、馬國鳳(1995),由三維速度構造探討台灣地區隱沒帶特性,中央大學地球物理研究所,碩士論文。
王乾盈、張建興、林祖尉(2000),集集大地震:薄皮逆衝理論之傑作?,八十九年中國地質年會論文集摘要,96-99頁。
指導教授 馬國鳳(Kuo-Fong Ma) 審核日期 2004-5-31
推文 facebook   plurk   twitter   funp   google   live   udn   HD   myshare   reddit   netvibes   friend   youpush   delicious   baidu   

若有論文相關問題,請聯絡國立中央大學圖書館推廣服務組 TEL:(03)422-7151轉57407,或E-mail聯絡