剖面模擬

綜合以上觀念模型之討論，本研究認為底下構造為主控此區地表變形之機制，

因此將更進一步利用Huang et al. (2004)所繪製之平衡剖面進行更完整的模擬討論，

為避免模型邊界條件的影響，將原始剖面延長，建立85 公里寬 × 10 公里深的二 維模型(如圖 4-46)，模型設置考慮了不同岩性、不同強度的斷層以及高壓層，參數 設置如表4.5，然而，因斷層帶與岩層的彈性係數差異過大，向西推擠之下，易使 斷層帶體積應變過大，而無法反映斷層滑移機制，且根據Conceptual Model II(圖 4-32)之模擬結果顯示材料力學特性的影響極小，故在此將所有材料的彈性係數設為 相等，為砂岩與泥岩之平均值。此外，高壓層的摩擦角(cohesion angle)需考慮流體 的影響，故設為極小。邊界條件設左右及底部邊界條件設定正向應力為固定，剪應

運動；模型上邊界則為一完全自由面，正向應力及剪應力皆可隨模型計算改變。

表4.5 剖面模擬材料參數設定值

weak fault strong fault high pressure zone Density (kg/m³) 1900 1900 1800

sandstone mudstone interbedded Density (kg/m³) 2430 2150 2200

圖4-46 剖面模型示意圖。紫色為高壓層，紅色為弱斷層，黃色為強斷層，深藍色為泥岩層，淺藍

色為砂岩層，綠色為砂泥岩互層，模型右邊界施以40 mm/yr 向西的大地構造應力。

根據圖4-47 結果顯示，當模型執行至約兩萬年，應力達到平衡後，應變速率 仍集中於覆疊構造及西傾斷層，而此模型將西傾斷層視為具有高壓層富含流體、易 流動的特性，故西傾斷層的變形機制以黏性變形(viscous deformtaion)為主，而非塑 性變形(plastice deformation)，如圖 4-48 所示。模型結果亦指出垂直速度場集中於 西傾斷層之上盤(圖 4-49)，因受到斷層滑移作用的影響，垂直速度場區間為 18-23 mm/yr，滑移瞬間可達 30 mm/yr，若利用模型執行兩萬年與三萬年(圖 4-50)的位移 差計算其平均抬升速率則約為21 mm/yr，與 Conceptual Model III 垂直速度場結果 相比，更符合觀測資料(圖 4-23)，推測應為高壓層特性使西傾斷層更易反映應力傳 遞的影響，故能貢獻較高的垂直速度，而垂直位移最大區域也位於西傾斷層上盤 (圖 4-50)。

圖4-47 剖面模擬之應變速率分布，色階代表應變速率大小(執行時間：20676.9 年)。

圖4-48 剖面模擬之塑性應變分布圖，色階代表塑性應變大小(執行時間：20676.9 年)。

圖 4-49 剖面模擬之垂直速度場，色階代表垂直速度大小，黑色箭頭為節點速度方向(執行時間：

20540.4 年)。

圖4- 50 剖面模擬之垂直位移分布，色階代表垂直位移大小，黑色箭頭為垂直速度(執行時間：20676.9

年)。

圖4-51 剖面模擬之垂直位移分布，色階代表垂直位移大小，黑色箭頭為垂直速度(執行時間：30500.3

年)。

綜合以上4.3.1 及 4.3.2 節之討論，將此剖面模擬與 Conceptual Model III 對於 垂直速度場貢獻之結果與水準測量資料相比(圖 4-52)，並將模擬結果校正至與水準 測量同一基準點，可發現Conceptual Model III 最大垂直速度為 11 mm/yr，位於西 傾斷層西側約一公里；而剖面模擬最大垂直速度高達21.2 mm/yr，位於西傾斷層，

判斷此速度場主要來自於高壓層之黏性變形，而非斷層兩側岩層之速度變化量，若

將Conceptual Model III 最大速度場位置對應至剖面模擬同一位置，垂直速度為 18.3 mm/yr，與圖 4-23 速度剖面之測量結果差異不大，應為高壓層提供更軟弱、更易滑 動之斷層面，與Conceptual Model II 相比，模擬出的抬升速率更符合實際觀察值，

因此本研究認為，臺灣西南部間震期地表變形主要受控於底下構造及高壓層作用。

此外，龍船斷層東側一公里，水準資料顯示有一速度場突降，且速度可達 -10 mm/yr，

速度變化量高達 -30 mm/yr，此現象與模擬結果甚有差異，模擬結果顯示因抬升速 度主控於西傾斷層，因此跨西傾斷層即有明顯的速度下降梯度，然而此速度變化量 僅有-10 mm/yr，與 PSInSAR 結果較為相似(圖 4-23)。

圖4-52 剖面模擬、Conceptual Model III 與水準測量資料地表垂直速度場比較，紅色與藍色分別為

為Conceptual Model III 與剖面模擬結果，空心三角形為水準測線，實心三角形為 GPS 垂直速度場，

斷層由東到西分別為龍船斷層及西傾斷層。

為了有效將數值模擬結果與PSInSAR 觀測值比對，將模型之地表速度場投影 至ALOS 衛星之視衛星方向，如圖 4-53 所示，可觀察到模型計算值與觀測值趨勢 大致相符，然而受限於模型邊界條件的設定，兩端點誤差相對較大，而龍船斷層以 東的區域，因屬於內麓山帶，構造較為複雜，平衡剖面僅考慮較大型的構造作用，

使此處仍有一些局部小區域之變形特徵較不符合。

圖4-53 剖面位置之 PSInSAR 觀測結果與數值模擬計算結果比對圖(以西側為固定端做基準)，藍色

點為ALOS 衛星之 PSInSAR 觀測結果及其平均值，紅色線為 DynEarthSol2D 模型計算結果，縱坐

標為視衛星速度(單位：mm/yr)，橫坐標為剖面長度；下圖為剖面圖。

因本研究之最終模型同時考慮了高壓層、構造及岩性差異，為了更有效確認此 處地表變形之主要機制，將進一步修改模型設置，將各變因獨立考慮，在此分為三 項討論之：

1. 無西傾斷層，考慮岩性差異

模型設置如圖4-54 所示，邊界條件皆與前述模型相同，不考慮龍船斷層西側的 西傾斷層，僅考慮典型的東傾逆衝斷層及岩性差異。模擬結果顯示，塑性應變仍主 要集中於斷層及滑脫面上，淺部泥岩層亦具有較大的塑性變形(圖 4-55)。而根據垂 直速度場分布顯示，可在深部覆疊構造及西側的逆衝斷層觀察到明顯的速度梯度 變化(圖 4-56)，代表速度場沿上述構造傳遞，然而若僅考慮這些變因，其所表現之 地表速度場變化特徵與本研究區域觀測不同，且最大垂直速度場僅達7 mm/yr。

圖4-54 剖面模型示意圖。紅色為弱斷層，黃色為強斷層，深藍色為泥岩層，淺藍色為砂岩層，綠

色為砂泥岩互層，模型右邊界施以40 mm/yr 向西的大地構造應力。

圖4-55 模型之塑性應變分布圖，色階代表塑性應變大小(執行時間：20591.4 年)。

圖4-56 模型之垂直速度場，色階代表垂直速度大小，黑色箭頭為節點速度方向(執行時間：20591.4

年)。

圖4-57 模型之軸差應變第二不變量分布，色階代表應變大小(執行時間：20591.4 年)。

2. 有西傾斷層，但不具高壓層特性，考慮岩性差異

模型之塑性應變分布大致與圖4-55 之分布相同，唯因額外考慮了西傾斷層此變因，

而在該處有較大的塑性應變分布(圖 4-59)，垂直速度場變化則顯示，覆疊構造具有 明顯的速度梯度，即代表速度場沿滑脫面向西傳遞至覆疊構造的斷坡，並進一步向 上傳遞，而因此模型考慮之西傾斷層會受覆疊構造傳遞上來之速度場影響，因此具 有更明顯的速度變化，此外，可由圖4-57 及圖 4-61 之模擬結果觀察具有西傾斷層 之剖面，其strain II 分布差異。

根據模擬結果指示，最高的垂直速度場約10 mm/yr，與未考慮西傾斷層之圖 4-56 結果相比，約增加了 3 mm/yr，代表西傾斷層額外貢獻了些微垂直抬升速度場；

若與純粹只考慮西傾斷層及覆疊構造的Conceptual Model III (圖 4-38)相比，最大 抬升速度減少約 2.8mm/yr，推測應為此模型考慮了東側的逆衝斷層，分散了部分 應力傳遞。雖此模型之速度場大小仍具有差距，但模擬結果之變形特徵分布與圖 4-47 之剖面模擬結果極為相似，驗證西傾斷層確實為影響此處變形特徵之重要角色。

圖4-58 剖面模型示意圖。紫色為弱斷層，黃色為強斷層，深藍色為泥岩層，淺藍色為砂岩層，綠

色為砂泥岩互層，模型右邊界施以40 mm/yr 向西的大地構造應力。

圖4-59 剖面模擬之塑性應變分布圖，色階代表塑性應變大小(執行時間：20288.9 年)。

圖 4-60 剖面模擬之垂直速度場，色階代表垂直速度大小，黑色箭頭為節點速度方向(執行時間：

20288.9 年)。

圖4-61 模型之軸差應變第二不變量分布，色階代表應變大小(執行時間：20288.9 年)。

3. 有具高壓層特性的西傾斷層，但不考慮岩性差異

模型設定如圖4-62 所示，在此考慮所有構造特性，包含斷層強弱、高壓層特性，

但並未考慮岩性差異，因此將設定所有岩層皆為砂岩層。因砂岩層強度較高，應變 較難傳遞，故此模型執行至約三萬年才趨於平衡，此時西傾斷層具有斷層滑移特性 (圖 4-63)，而此模型雖未考慮地層岩性，但其餘構造所貢獻之地表垂直速度場可高 達21.4 mm/yr，與實際觀測值極為接近，驗證此處變形機制主要為斷層及高壓層等 構造因素。

圖4-63 剖面模擬之塑性應變分布圖，色階代表塑性應變大小。(執行時間：30740.6 年)

圖4-64 剖面模擬之垂直速度場，色階代表垂直速度大小，黑色箭頭為節點速度方向。(執行時間：

30740.6 年)