日活躍趨勢

為了理解長微震的週期性活躍期在甚麼時間發生，我們進一步將長微震兩兩 事件的時間差(interval)進行分析。如圖 5.2.3a 所示，一月的長微震事件多數具 有短於一天的間格，一月至七月有時間差集中在~24 小時的趨勢，而二月到八月 有interval 集中在~48 小時的趨勢，而三月至十月的長微震時間差集中在~74 小時 的趨勢，這三個不同的時間差皆為M2 週期的倍數，代表同一機制的重複展現。

這些有規律事件的時間差，分別對應到半日潮倍數，代表潮汐帶來的應力擾動有 效地激化長微震的發生，然而為什麼~24 小時、~48 小時、~74 小時以漸進的方 式在時間軸上展開 (如圖5.2.3b 紅色虛線，後稱”漸進發生”)? 為了檢視這個 M2 倍數的線性趨勢，我們將事件數目以顏色標示如圖 5.2.3，我們發現在時間 軸上的漸進發生已經難以辨認，說明在~48 小時、~74 小時是否分別集中在二~

八月及三~十月，並沒有足夠統計數目證實。而圖 5.2.4 亦指出~24 小時的週期 性，確實在一月到五月是好發期，對應到潮汐年週期中水位正在攀升的時期(圖 4.3.4 的比較及圖 5.2.1)，說明這期間潮汐帶來的應力變化(stressing rate)有效 地加速了鄰近長微震震源的活動。更短時間差的長微震事件，在一月之前發生，

62

代表在潮汐應力攀升的前期，激發的長微震以更「時間密集」的方式活動，並且 沒有對應到特定的時間差，有可能代表在這個時期，不同長微震震源區的相互觸 發遠比潮汐應力的同步觸發更為重要。

圖5.2.3 長微震事件間格之時間分布圖。每個黑點代表一個長微震事件對，右側 數字標出 M2 週期的 2、4、6、8 倍時間，紅色虛線標示間格為 M2 倍數事件在 時間分布上移動的可能線性。

圖5.2.4. 長微震事件間隔之時間分布圖。不同顏色代表長微震事件數目。每個 網格為1 小時 x 10 天。

63 rake)=(60°,40°,90°)之剪應力門檻為 1kPa、0kPa、-1kPa 所反應出的長微震活 動以快速傅立葉轉換分析的結果。

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資料中的比例明顯高於MS4(圖 5.2.5b-e 紅色虛線)。這暗示了計算長微震觸發 的假設理論週期模型並不完整，而在理論潮汐應力資料也沒有模擬出明顯年週期 (圖4.3.4e、圖 4.5.1)。

圖5.2.5 理論潮汐、理論潮汐截去(cut off)波形與長微震頻譜圖(振幅歸一化)。

此為將每小時1 點的資料以快速傅立葉轉換成頻譜後之結果。垂直虛線標示分潮 之週期與代表符號。(a)最佳影響面上剪應力完整資料進行轉換。(b)截去剪應力 小於1kPa 之頻譜。(c)截去剪應力為負之頻譜。(d) 截去剪應力小於-1kPa 之頻 譜。(e)每小時長微震持續時間之轉換頻譜。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

65

5.3 長微震之孕震機制

於第四章提到目前的長微震定位結果，因為深度誤差過大，無法確定發震構 造的線性，以下將對其他可以用以了解發震構造之方法與初步結果進行討論。

5.3.1 超低頻地震(VLF)

藉由搜索長微震目錄中之超低頻事件，我們試圖解析長微震震源區的可能構 造機制。由於超低頻地震主頻在 0.02~0.05Hz 之間，我們主要搜索有較多寬頻 測站的2007 年，發現了一個可能的事件(圖 5.3.1a)。由於無法確認此超低頻事 件之震源是否處於長微震發震區域，故此在進行震源機制分析時，我們以網格指 定不同震源，試圖尋找最佳波形擬合結果，最終具有最高 VR 值的位置落在 120.94°E,23.02°N,47 公里深，提供了一組可能的面解 NP1 (strike, dip, rake)

= (114.78° , 39.32° , 33.71°)與 NP2=(-2.52° , 69.41° , 124.27°)。然而 其VR 值僅 17.24% (圖 5.3.1b)，比 Ide et al(2015)利用合成波形所擬合的 VR 值 = 33%還要低。由於超低頻事件的發震時間也是一不確定因素，現階段所假設 的發震時間是以對應到微小初動為主(圖5.3.2)，此震源機制的測試可能仍需要 調整其假設發震時間，使其後振幅較大的波相得以被納入擬合。

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圖5.3.1 (a)2007 年 4 月 6 日的超低頻事件。黑色波形為長微震頻段(2~8Hz)，

紅色波形為超低頻事件頻段(0.02~0.05Hz)，其振幅皆調整至適合視窗大小。(b) 超低頻事件以不同震源為假設進行震源機制解的最大VR 值分布。

圖5.3.2 以震源為 120.94°E,23.02°N 深度 47 公里進行網格式搜索最佳震 源機制之最佳擬合波形。黑色線為實際觀測資料，紅色線為理論合成資料，視窗 為取理論到時的前30 秒至後 70 秒共 100 秒資料，與 Ide et al,(2015)相同。

67 為 5~7 倍標準差左右。這個方法目前也被廣泛應用在微地震(micro earthquake) 的搜索上。

68

圖 5.3.4 用波形疊合的 P 波 S 波定位結果與 hypoecc 定位結果之比較。紅色星 星為疊合波形的定位結果，空心圓圈為hypoecc 的定位結果。

5.3.3 長微震震源區域環境

將研究區域切五個剖面如圖5.3.5 所示，黑色圓圈標示長微震，灰色圓圈為 M≦5 之背景地震，其大小反應規模，紅色星號為 M>5 的地震事件，虛線為引用 自 Huang et al(2014)的 Moho 面。注意到長微震震源區域向西部麓山帶的淺處 延伸，有一無震區(圖 5.3.5 的 D-D’)，這個無震區與長微震震源區同樣具有 高地熱梯度(Hsieh et al., 2014)，代表較為高溫的環境可能讓應變能的累積無 法進行(圖 5.3.9)。而淺部無震區具有異常低的地電阻，對應到流體含量約為 0.4~1.4% (圖 5.3.8, Bertrand et al., 2012)。與速度構造(Kuochen et al., 2012) 相比如圖5.3.5 和 5.3.6，我們發現長微震震源位於同深度上的低速區域，P 波 波速約介於5.7~7 km/s 之間、S 波波速則約在 3~4.5 km/s，這些事件深度略淺 於Moho 面(圖中虛線)，然而考慮到定位的深度誤差大(標準差達 10 公里)，長 微震群可能穿透Moho 面。其含水可能是由隱沒過程的變質作用脫水而來，例如

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長微震區域或更深部的變質作用脫水，流體的存在與周圍應力(和淺部比有較高 的圍壓)的相互作用，造成孔隙壓急遽變化，在這個過程可能有效的弱化岩石/

斷層面強度，產生長微震訊號。若對 20~50km 的深度做速度平面分布圖，如圖 5.3.9~11 所示，我們發現相對於中央山脈其餘地區，長微震震源區有相對高的 Vp/Vs 值，可能指示長微震區域含水量較中央山脈其餘地區高，這一點亦顯示在 地熱梯度的分布上(高值集中在長微震震源區)，這說明了地熱梯度可能是造成局 部含水量高的原因，與我們推測在高溫下變質作用的脫水效應是一致的。

圖 5.3.5 長微震區域以緯度每 0.1 度垂直橫切的 P 波波速剖面。黑色圓圈標示 長微震，灰色圓圈為 M≦5 之背景地震，其大小反應規模，紅色星號為 M>5 的 地震事件，虛線為引用自Huang et al(2014)的 Moho 面。

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圖 5.3.6 長微震區域以緯度每 0.1 度垂直橫切的 S 波波速剖面。黑色圓圈標示 長微震，灰色圓圈為 M≦5 之背景地震，其大小反應規模，紅色星號為 M>5 的 地震事件，虛線為引用自Huang et al(2014)的 Moho 面。

圖5.3.7 長微震區域以緯度每 0.1 度垂直橫切的 Vp/Vs 剖面。黑色圓圈標示長 微震，灰色圓圈為 M≦5 之背景地震，其大小反應規模，紅色星號為 M>5 的地 震事件，虛線為引用自Huang et al(2014)的 Moho 面。

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圖5.3.8 Bertrand et al.(2012)地電阻研究中南部測線位置與其 2D、3D 逆推剖 面，紅色虛線標示出長微震發生位置。

圖5.3.9 從居禮溫度(580°C)估算之台灣地熱梯度分布(Hsieh et al.,2014)。

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圖5.3.10 台灣中南部 P 波波速分布圖，從 25 至 50 公里每 5 公里各一張切面。

長微震由空心圓圈標示，虛線框對應到長微震主要發生區域。

圖5.3.11 台灣中南部 S 波波速分布圖，從 25 至 50 公里每 5 公里各一張切面。

長微震由空心圓圈標示，虛線框對應到長微震主要發生區域。

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圖5.3.12 台灣中南部 Vp/Vs 比值分布圖，從 25 至 50 公里每 5 公里各一張切面。

長微震由空心圓圈標示，虛線框對應到長微震主要發生區域。

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1. 長微震主要發生於中央山脈南段120.8~121˚E,23.3~22.9˚N 呈現南北向狹長 分布，深度約15~50 公里深，大致呈現東北-西南走向並向東南方向傾沒之位

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參考文獻

Agnew, D. C. (2012), SPOTL: Some programs for ocean-tide loading, SIO Tech. Rep., Scripps Institution of Oceanography.

Bertrand, E. A., M. J. Unsworth, C.-W. Chiang, C.-S. Chen, C.-C. Chen, F. T. Wu, E.

Türkoğlu, H.-L. Hsu, and G. J. Hill (2012), Magnetotelluric imaging beneath the Taiwan orogen: An arc-continent collision, J. Geophys. Res., 117, B01402, doi:10.1029/2011JB008688.

Beroza, G. C. & Ide, S. (2011),Slow earthquakes and nonvolcanic tremor. Annu.

Rev.Earth Planet. Sci. 39, 271–296.

Chao, K., Z. Peng, C. Wu, C.-C. Tang, and C.-H. Lin (2012), Remote triggering of non-volcanic tremor around Taiwan, Geophys. J. Int., 188,301–324, doi:10.1111/j.1365-246X.2011.05261.x.

Chi, W. C., and D. L. Reed (2008), Evolution of shallow, crustal thermal structure from subduction to collision: An example from Taiwan, Geol. Soc. Am. Bull., 120, 679–

690, doi:10.1130/B26210.1.

Chiang, C. W., C. C. Chen, M. J. Unsworth, E. A. Bertrand, C. S. Chen, T. D. Kieu, and H. L. Hsu (2010), The deep electrical structure of southern Taiwan and its tectonic implications, Terr. Atmos. Ocean. Sci., 21(6), 879–895, doi:10.3319/TAO.2010.02.25.01(T).

Chuang, L. Y., Chen, K. H., Wech, A., Byrne, T., Peng, W. (2013), Ambient tremors in a collisional orogenic belt, Geophys. Res. Lett., 41, 1485–

1491,doi:10.1002/2014GL059476.

Dragert, H., K. Wang, and T. S. James (2001), A silent slip event on the deeper Cascadia subduction interface, Science, 292, 1525 – 1528.

Dziewonski, A. M., and A. Anderson (1981), Preliminary reference Earth model, Phys.

76

Earth Planet. Inter., 25, 297–356.

Egbert, G. D., and L. Erofeeva (2002), Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides, J. Atmos. Oceanic Technol., 19, 183–204.

Frank, W. B., N. M. Shapiro, V. Kostoglodov, A. L. Husker, M. Campillo, J. S. Payero, and G. A. Prieto (2013), Low-frequency earthquakes in the Mexican Sweet Spot, Geophys. Res. Lett., 40, 2661–2666, doi:10.1002/grl.50561.

Gomberg et al., (2010). Slow slip phenomena in Cascadia from 2007 and beyond: A review. GSA Bull. 122, p. 963 – 978. doi: 10.1130/B30287.1

Hsieh, H.H., Chen, C.H., Lin, PY., Yen, H.Y. (2014), Curie point depth from spectral analysis of magnetic data in Taiwan, Journal of Asian Earth Sciences, 90, 26-33.

doi:10.1016/j.jseaes.2014.04.007

H.-H. Huang, Y.-M. Wu, X. Song, C.-H. Chang, H. Kuo-Chen, S.-J. Lee, (2014).

Investigating the lithospheric velocity structures beneath the Taiwan region by nonlinear joint inversion of local and teleseismic P wave data: Slab continuity and deflection. Geophys. Res. Lett. 41, doi:10.1002/2014GL061115

Hirose, H. and Obara, K. (2010). Recurrence behavior of short-term slow slip and correlated nonvolcanic tremor episodes in western Shikoku, southwest Japan.

Journal of Geophysical Research 115. doi: 10.1029/2008JB006050. issn: 0148-0227.

Ide, S. (2008), A Brownian walk model for slow earthquakes, Geophys. Res. Lett., 35, L17301, doi:10.1029/2008GL034821.

Ide, S. (2010), Striations, duration, migration and tidal response in deep tremor, Nature, 466, 356–359, doi:10.1038/nature09251.

Ide, S. (2012), Variety and spatial heterogeneity of tectonic tremor worldwide, J.

Geophys. Res., 117, B03302, doi:10.1029/2011JB008840.

Ide, S., and Y. Tanaka (2014), Controls on plate motion by oscillating tidal stress:

77

Evidence from deep tremors in western Japan, Geophys. Res. Lett., 41, 3842–3850, doi:10.1002/2014GL060035.

Ide, S., and S. Yabe (2014), Universality of slow earthquakes in the very low frequency band, Geophys. Res. Lett., 41, 2786–2793, doi:10.1002/2014GL059712.

Ide, S., D. R. Shelly, and G. C. Beroza (2007), The mechanism of deep low frequency earthquakes: Further evidence that deep non-volcanic tremor is generated by shear slip on the plate interface, Geophys. Res. Lett., 34, L03308, doi:10.1029/2006GL028890.

Ide, S., K. Imanishi, Y. Yoshida, G. C. Beroza, and D. R. Shelly (2008), Bridging the gap between seismically and geodetically detected slow earthquakes, Geophys.

Res. Lett., 35, L10305, doi:10.1029/2008GL034014.

Ide, S. (2010), Striations, duration, migration and tidal response in deep tremor, Nature, 466, 356–359, doi:10.1038/nature09251.

Ide, S., S. Yabe, H.-Ju. Tai, K. H. Chen(2015), Thrust type-focal mechanisms of tectonic tremors in Taiwan: Evidence of subduction, Geophysical Research Letters, in press, doi:10.1002/2015GL063794, 2015/04.

Kao, H., Y.-H. Liu, and P.-R. Jian, 2001. Source parameters of regional earthquakes in Taiwan: January-December 1997, Terr. Atmos. Oceanic Sci., 12, 431-439.

Kuo-Chen, H., 2011. Imaging Deep Structures under the Taiwan Orogen: Toward Tectonic Model Testing. Ph.D. Dissertation, State University of New York, Binghamton, New York.

Kuo-Chen, H., F. T. Wu, D. M. Jenkins, J. Mechie, S. W. Roecker, C.-Y. Wang, and B.-S. Huang (2012), Seismic evidence for the α-β quartz transition beneath Taiwan from Vp/Vs tomography, Geophys. Res. Lett., 39, L22302, doi:10.1029/2012GL053649.

Kuo-Chen, H., Wu, F.T., Roecker, S.W., (2012),. Three-dimensional P velocity

78

structures of the lithosphere beneath Taiwan from the analysis of TAIGER and related seismic datasets. J. Geophys. Res. 117, B06306.

doi:10.1029/2011JB009108.

Lambert, A., H. Kao, G. Rogers & N. Courtier (2009) Correlation of tremor activity with tidal stress in the northern Cascadia subduction zone. J. Geophys. Res. Solid Earth 114, doi:10.1029/2008JB006038

La Rocca, M., et al. (2009), Cascadia tremor located near plate interface constrained by S minus P wave times, Science, 323(5914), 620 – 623, doi:10.1126/science.1167112.

Lee, C. P., N. Hirata, B. S. Huang, W. G. Huang, and Y. B. Tsai (2010), Evidence of a highly attenuative aseismic zone in the active collision orogen of Taiwan, Tectonophysics, 489(1-4), 128–138

Nakata,R., N. Suda, & H. Tsuruoka, (2008), Non-volcanic tremor resulting from the combined effect of Earth tides and slow slip events. Nature Geosci. 1, 676–678 Nadeau, R. M. & Guilhem, A, (2009), Nonvolcanic tremor evolution and the San

Simeon and Parkfield, California, earthquakes. Science 325, 191–193

Okaya, D., Wu, F., Wang, C.Y., Yen, H.Y., Huang, B.S., Brown, L., Liang, W.-T., 2009.Joint passive/controlled source seismic experiment across Taiwan. Eos Trans.Am. Geophys. Union 90

Rubinstein, J. L., J. Gomberg, J. E. Vidale, A. G. Wech, H. Kao, K. C. Creager, and G.

Rogers (2009), Seismic wave triggering of nonvolcanic tremor, episodic tremor and slip, and earthquakes on Vancouver Island, J. Geophys. Res., 114, B00A01, doi:10.1029/2008JB005875

Saffer, D.M., Wallace, L.M., 2015. The frictional, hydrologic, metamorphic and thermal habitat of shallow slow earthquakes. Nature Geoscience 8, 594–600.

Shelly, D. R., G. C. Beroza, S. Ide, and S. Nakamula (2006), Lowfrequency earthquakes

79

in Shikoku, Japan, and their relationship to episodic tremor and slip, Nature, 442, 188 – 191, doi:10.1038/nature04931.

Shelly, D. R., G. C. Beroza, and S. Ide (2007), Complex evolution of transient slip derived from precise tremor locations in western Shikoku, Japan, Geochem.

Geophys. Geosyst., 8, Q10014, doi:10.1029/ 2007GC001640.

Shelly, D. R., G. C. Beroza, and S. Ide (2007), Non-volcanic tremor and low-frequency earthquake swarms, Nature, 446,305 – 307, doi:10.1038/nature05666.

Shin, T. C., C. H. Chang, H. C. Pu*, H. W. Lin, and P. L. Leu, 2013: The Geophysical Database Management System in Taiwan. Terr. Atmos. Ocean. Sci., 24, 11-18, doi:

10.3319/TAO.2012.09.20.01(T)

Thomas, A.M., R.M. Nadeau R. Bu¨rgmann (2009) Tremor-tide correlations and near-lithostatic pore pressure on the deep San Andreas fault, Nature, 462, 1048-1051;

doi:10.1038/nature08654

Vidale, J. E. & Houston, H. (2012), Slow slip: A new kind of earthquake. Phys. Today, 65, 38–43.

Wang, Y. J., K. F. Ma, F. Mouthereau, and D. Eberhart-Phillips (2010), Three-dimensional Qp- and Qs-tomography beneath Taiwan orogenic belt: Implications for tectonic and thermal structure, Geophys. J. Int., 180(2), 891–910, doi:10.1111/j.1365-246X.2009.04459.x.

Wang, Y. J., K. F. Ma, F. Mouthereau, and D. Eberhart-Phillips (2010), Three-dimensional Qp- and Qs-tomography beneath Taiwan orogenic belt: Implications for tectonic and thermal structure, Geophys. J. Int., 180(2), 891–910, doi:10.1111/j.1365-246X.2009.04459.x.