構造平衡法在石油探勘的應用包含了：(1).確定地質構造與生油 和油氣遷移的相對時間關係，(2).地質構造變形量的估算，(3).瞭解 造山運動前沉積相的關聯，(4).構造解釋之重新檢驗以及構造形貌預 測，(5).找出探勘新封閉型態，(6).推測構造高區。另外，Geosec2D 技術的引進有下列功能： (1).增加對區域地質的瞭解 (2).軟體能增 加對目標層的瞭解 (3).應變及應力的檢查 (4).提供構造模擬之定 性與定量的工具 (5).互動式傾角及引導地質模擬建置工具(王佳彬 等，2005)。復原剖面及變形剖面必須同時建立，如果一條剖面能夠 被復原至未變形的狀態，那麼它就是一條合理的剖面。根據 Dahlstrom
（1969）描述：如果剖面能被復原，它可能是正確的；如果不能被復
原，它肯定是錯誤的。剖面平衡的過程要求將變形剖面與復原剖面來 做比較，其平衡的意義為此兩條互相比較的剖面在線條長度以及面積 要一致的。在繪製平衡剖面時，是以轉折法（kink method）來執行，
也就是沿著剖面線地層傾角在一定距離之內大致為相等的，在某處突 然改變至另一組新的傾角（dip domain），此可用來決定地層傾角轉折 變化的位置。其構造恢復後必須符合原先地層沉積之合理外貌，並且
力比值須固定。當模型具備以上三種相似性時，此模型就可以稱為比 例物理模型（scaled physical model）。
Rich（1934）為最早提出斷層彎曲褶皺的始祖，以 Appalachian fold-and-thrust belt 地區為例子（圖 4），指出斷層面容易沿著頁岩滑 動，到一定距離後會因為摩擦阻力增大而往斜對角方向切向另一層頁 岩層，依此模式最後斷層將切出地表。本研究利用紙材質（piling paper sheets）之物理模型模擬 Cumberland 逆衝斷塊之構造發育，並且假定 地表看到之背斜以及向斜都為逆衝斷層活動所造成之淺部構造，僅侷 限於斷層之上盤。
Hubbert（1951）以水平擠壓與張裂之砂盒模型來模擬逆斷層與 正斷層的發育情形，並且利用應力分析之觀點來說明斷層的成因。研 究結果發現用未膠結鬆散之乾砂來模擬岩石的脆性變形，可以得到良 好的效果，因為未膠結鬆散砂體的內摩擦角（30o）與自然界中大多 數岩石的內摩擦角相似，其在應力作用下變形與破裂的行為，與自然 界中的岩石受到大地應力而產生變形與破裂相同，所以未膠結鬆散的 乾石英砂可以用來模擬自然界岩石之脆性變形行為。
圖4、(A)沉積岩中逆衝斷層發育軌跡圖，斷層面容易沿著頁岩滑動，
到一定距離後便往斜對角方向切向另一層頁岩層；(B)為斷層發育結 果圖示，經侵蝕和傾斜後類似現今之Cumberland thrust block；(C)利 用紙質物理模型模擬(A)之構造發育(引自 Rich, 1934)
Naylor et al.（1986）利用砂盒模型來研究基盤走向滑移斷層所發 育之傾角、走向和三度空間的幾何形貌及時序關係。實驗結果發現走 向 滑 移 斷 層 之 破 裂 面 發 育 順 序 最 早 呈 雁 行 排 列 的 雷 多 剪 力 破 裂
（Riedel shears）與分枝斷層（splay fault），接著發育 P 剪力破裂（P shears），最後 Riedel shear 與 P shear 會連結形成剪力透鏡體（shear lense），而且透鏡體會分佈於整個斷層帶上。若觀察其剖面可以發現 雷多剪力破裂是一個往上凹的曲面，其外觀類似鬱金香的形狀。另 外，Naylor et al.（1986）發現上覆沉積物的應力狀態會影響走向滑移 斷層的幾何形貌與複雜程度，例如當最大壓應力方向平行基盤斷層運 動方向時，雷多剪力破裂會呈雁行排列並平行於基盤斷層；相反的，
當最大應力方向與基盤斷層運動方向垂直時，雷多剪力破裂與基盤斷
層走向夾ㄧ高角度，傾角較小，形成明顯的螺旋狀且此斷層帶較寬、
較複雜。
Calassou et al.（1993）利用不同界面條件的砂盒模型，探討在楔 形體中逆斷層系統轉型帶之發育機制與特性，其實驗結果顯示出控制
Lu and Malavieille（1994）利用三維的砂盒模型實驗來模擬台灣 造山帶的運動模式，他們認為海岸山脈與中央山脈組成的後阻體（走
分支連結到走向滑移斷層變形帶，在兩者交會之處，其斷層走向會改 變且斷層性質兼具逆衝與走向滑移的特性。
四、研究方法
4.1 平衡剖面研究方法與流程
一般在選取剖面位置時，都會假定平行於構造運動方向，且假定 垂直剖面的方向上沒有（或極少數）物質流進或流出剖面（Mitra and Namson, 1997）。依此，大部分剖面會設定為垂直主要構造之走向。
有些剖面的設定視資料量（包含地表、地下資料、井下資料）或研究 對象而定，其位置線可以有轉折（bends）或者有落差（offsets），不 過落差的幅度不能超過2 公里。剖面重建的過程包含收集沿剖面線附 近的地表以及地下資料，例如：地層、地層與斷層位態、斷層位置和 鑽井資料，將資料投影到剖面上（圖 5-A）。在一定範圍內之地層傾 角若非常相近可以把整體視為一個傾角組（dip domain），並且在傾角 組和傾角組之間的角平分線設定為地層轉折軸（axial surfaces）（圖 5-B），最後再根據斷層、地層邊界的位置將地表資料延伸至地下深處
（圖 5-C）。地表下的斷層型態可以參考地表上斷層位置與地層傾角 之間的關係，其深部的傾角也和斷層上、下盤地層位態有關聯，而通 常褶皺後翼的傾角會反映出斷坡的位置與幾何型貌。
圖5、剖面繪製流程圖。（A）將地表及地下資料投影到剖面上，（B）
繪出傾角組之間的角平分線（C）根據地層邊界的位置將地表資料延 伸至地下深處
在繪製地質平衡剖面的過程中，要遵循基本的假設及限制（吳榮
根據 Mount et al（1990），將前推模型策略（Forward Modeling Strategy）運用在平衡剖面上，內容主要為整合及檢視資料，包含地
理想且符合資料的平衡解（balanced solution）。
平衡剖面可以分為分析他人的剖面與自己建置的剖面（王佳彬, 2004）（圖 6），資料的品質愈佳和控制點愈多，其繪製出的平衡剖面 也愈合理且完整，一個平衡剖面是一個假設與資料合理化的剖面，其 高度依賴於假設的可性度，剖面資料會依不同的假設而產生不同的解 答。
圖6、建立平衡剖面之流程圖（修改自王佳彬, 2004）
4.2 砂盒物理模型研究方法與流程
要相同。根據Hubber（1951）與 Naylor et al.（1986）的研究，乾砂 的破壞行為是遵循 Navier-Coulomb 定律，其內聚力可以忽略，內摩 擦角為30°，與自然界多數岩體的內摩擦角相同。當模型與自然界實
設定模型邊界條件
實驗觀察與紀錄
實驗結果與區域地質現況比對
結論
整理區域地質相關之前人研究
提出區域地質問題
模型配置與架設
製作模型實驗
符合 不符合
圖 7、 實驗研究流程
體的比例在10-4 與 l0-7之間時，乾石英砂是最適合作為模擬脆性變形 行為的材料。因為本研究對象為上部地殼的脆性沈積岩，故本研究選 定乾石英砂作為模擬的材料。本實驗研究對象為造成斷層彎曲褶皺
（fault-bend fold）所需之前向斷坡（frontal ramp），此斷坡必須具有 阻擋應力傳遞之特性，所以當變形應力到達此處時將被阻擋而無法向
圖 8、砂體表面圖示，每方格為 5cm2。
4.2.5 鋪設投影膠片
投影膠片（transparency）為實驗材料進行模擬三義斷層前向斷坡
的存在，根據平衡剖面其斷坡是介於五指山層以前到河排層之間，所 以在鋪完上述兩層之間的厚度時，於石英砂體中作記號並插入一傾斜 約30o 之投影膠片，此步驟完成後會看見投影膠片的頂部剛好會出露 於石英砂體表面，因此投影膠片的長度必須掌控好。因為三義斷層約 在更新世開始發育，所以最後再繼續鋪石英砂模擬直到頭嵙山層（更 新世所沈積）為止的厚度。
4.2.6 實驗觀察與紀錄
對於實驗過程中砂體所發育之各種構造現象，除了以肉眼觀察並 紀錄外，並以照相機置於模型實驗儀器的正上方及側方，以手動拍照 方式（即時掌控）來紀錄在整個實驗過程中模型表面及剖面的變形情 形。
4.2.7 剖面處理與紀錄
在砂盒實驗完成後，必須鋪上一層厚約 2 公分的石英砂，以防止 後續灑水的步驟擾亂地表形貌。灑水以噴霧的方式進行，先噴濕石英 砂的表面，使表面構造能固定，不致受到震動等方式而破壞砂層表面 的構造，再持續對砂層噴水，直到所施加之水量足夠滲透、浸溼整個 砂層。等待一段時間（約8~10 小時）後，當砂體內水分溼度恰當時，
再以細薄刀子來切剖面，使剖面完整呈現，再以照相的方式紀錄剖面 上的構造。
五、平衡剖面結果
圖 9、本研究新繪製之平衡剖面 Line 2，此剖面由西到東橫跨了大窩山斷層、細道邦構造、小南勢斷層、紙湖向斜、桂 竹林斷層(三義斷層向北延伸)、出磺坑背斜、銅鑼向斜、通宵背斜等構造。TKS：頭嵙山層；CL：卓蘭層；CS：
錦水頁岩；KC：桂竹林層；SF：上福基砂岩；TU：東坑層；KY：觀音山砂岩；TL：打鹿頁岩；PL：北寮層；
CHK：出磺坑層；TK：大寮層；MS：木山層；WS：五指山層；Pre-WS：前五指山層
此在剖面細道邦背斜中之出磺坑層（1040 公尺）繪製一條局部的底 滑面，此底滑面除了可以解釋斷層擦痕的存在之外，還可以解決地表 與地下之地層傾角的重大變化。
圖10、平衡剖面中細道邦二號井與地表之地層傾角關係圖，可以觀 察到地表的傾角到了出磺坑層卻轉變成極為平緩的角度。
在繪製平衡剖面東半部之細道邦背斜的過程中，其斷層彎曲褶皺 的形貌有經過地層褶皺和斷層彎曲兩者之間幾何形貌上之定量關係 的驗證（Suppe and Namson, 1979；Suppe, 1983）。根據 Suppe and Namson（1979）的描述，斷層彎曲褶皺的形成可以解釋為斷層由原 滑離面逆衝上升到另一個滑離面時，因為斷層彎曲而引起斷層上盤地 塊內之地層褶皺，而地層褶皺和斷層彎曲兩者之間幾何形貌上有定量 關係。圖 11 中斷層形貌和褶皺形貌之間的定量關係（φ、β、γ、θ）
有四個基本假設：(1)必須是二維情況、(2)體積（或面積）守恆、(3) 岩層厚度守恆（parallel folding）、(4)斷層彎曲及造成之地層褶皺為遵
有四個基本假設：(1)必須是二維情況、(2)體積（或面積）守恆、(3) 岩層厚度守恆（parallel folding）、(4)斷層彎曲及造成之地層褶皺為遵