砂箱試驗

鍾春富（2007）採用無凝聚性砂土進行1/100 小尺度逆斷層砂箱試驗，在斷層 傾角 30°、50°、60°下模擬逆斷層錯動引致上覆土層變形，在基盤抬升比（∆H/H）

達0.2 時，斷層尖端擴展距離分別為 1.63H、1.10H、0.99H，當斷層尖端擴展至近 地表時，斷層面的軌跡逐漸由陡變緩，水平地層發展成單斜褶皺構造，崖面之坡度 分別為12°、15°、15°，如圖 2. 15所示。

圖 2. 15 不同傾角之逆斷層砂箱自由場結果（鍾春富，2007）

地表與地下變形範圍形成一指向斷層尖端之三角剪切帶（Triangular shear zone）。若加快基盤抬升速度，斷層尖端擴展距離比（W/H= 0.95）略小於速度慢者

（W/H= 0.99），但變形量較大，崖面坡度較陡。然而砂箱試驗的錯動速度與真實地 震破裂速度有極大差距，不同速度之試驗僅做為比對的參考，未來如有更精密模型 可對斷層破裂速度進一步研究。

有別於逆斷層作用造成地表明顯的隆起變形，平移斷層錯動最顯著的特徵是 會使覆土層產生雁型排列（en échelon array）的地表破裂跡，被稱為雷氏剪裂，Naylor et al.（1986）在砂箱試驗中探討乾砂受橫移斷層錯動的地表破裂跡演化（圖 2. 16）。 Ueta et al.（2000）運用X 光斷面掃描技術，研究平移斷層的破裂跡從基盤尖 端往上螺旋發展的過程，剖面上可觀察到一花狀構造，初步建構出雷氏剪裂的三維 樣貌（圖 2. 17），詹佩臻（2017）利用攝影測量技術，建立高解析度的砂箱試驗地 表地形模型（DSM, Digital surface model），分析平移斷層錯動引致上覆土層的細微 地型變化與破裂跡線型，透過指準層計算相對錯位量，分析地表斷層變形帶範圍，

圖 2. 16 乾砂受平移斷層錯動，地表破裂跡的發展過程（Naylor et al., 1986）

圖 2. 17 透過 X 光斷面掃描平移斷層引致覆土層中的破裂跡（Ueta et al., 2000）

若同時考慮走向滑移與傾向滑移，則為斜移斷層砂箱試驗，然而過去少有針對 三維斜移砂箱的研究。Richard（1990）模擬複合地層受斜移斷層錯動，在斷層傾角 54 度下，利用砂與軟矽膠以不同厚度搭配模擬脆性與塑性地層，觀察上覆土層受 斜移斷層錯動的變形行為，若上覆土層只有砂土材料，在受斜逆移錯動（走向滑移 /傾向滑移=1:1）後，斷層帶內發展兩條破裂跡，在地表產生斜交斷層線的斷層崖，

使平坦地形成1~2 階隆起，呈現雁型排列之鞍部，如圖 2. 18所示。

詹佩臻（2017）簡化斷層面傾角為 90 度，進一步探討不同滑移角（rake）的 斜移錯層錯動對覆土層的地表變形與地下破裂跡分布，由相對錯移量擬合曲線的 平均數判斷斷層影響範圍是否偏態，而標準差可得知影響範圍寬度，如圖 2. 19，

在滑移比（S/H）達 0.25 時，走向滑移的平均數 0.04，標準差為 0.025，影響範圍 未偏態；傾向滑移的平均數為-0.027，標準差降至 0.016，影響範圍偏態且束縮；斜 向滑移的平均數為-0.036 與-0.025，標準差為 0.008 與 0.021，影響範圍偏態且束縮。

圖 2. 19 不同滑移角錯動下，相對錯移量的平均數與標準差（詹佩臻，2017）

不同滑移角的斷層錯動，使地表產生不同的地形地貌特徵，透過 GIS 軟體計 算坡向面積比，可以得到優勢坡向，回歸斷層滑移角與地表優勢坡向面積比之關係，

可得2 次多項式分布，如圖 2. 20，透過回歸線可由地表優勢坡向回推斷層滑移角。

圖 2. 20 優勢坡向與斷層滑移角二次函數（詹佩臻，2017）

從砂箱剖面觀察地下破裂跡之分布，走向滑移剖面中可見破裂跡由斷層尖端 延伸至地表，呈花狀構造；傾向滑移剖面中斷層跡的發展偏向下降側，擴展至地表 傾角越緩；斜向滑移剖面中，可見走向滑移分量引致的雷氏剪裂與傾向滑移分量引 致的斷層跡彼此截切或連通，形成複雜的地下破裂跡分布，如圖 2. 21所示。

圖 2. 21 斜移砂箱剖面觀察結果（詹佩臻，2017）

離心機試驗部分，Chang et al.（2013）利用離心機試驗，模擬60 度傾角的斷 層在1g、40g、80g 下逆移錯動引致上覆土層變形，三者都發展出兩條地下破裂跡，

破裂跡擴展地表逐漸變緩，但1g 下，有較寬的三角剪切帶，崖面亦有較陡的坡角，

如圖 2. 22所示。Chang et al.（2015）利用砂箱地表高程的斜率變化，擬合得地表 變形趨勢，並以斜率1/150 為門檻值，地形變化超過此斜率之區域即為斷層影響範 圍（Fault affected width），如圖 2. 23所示，隨著滑移量增加，地表變形趨勢的鐘 形曲線越來越集中，代表斷層影響範圍束縮。

圖 2. 22 離心機 1g、40g、80g 下逆移錯動引致上覆土層變形（Chang et al., 2013）

圖 2. 23 地表變形範圍與地表變形趨勢（Chang et al., 2015）

過去研究多以二維為主，逆斷層試驗觀察剖面，平移斷層試驗觀察地表面，大 多為定性的觀察紀錄，缺少定量的統計，對於地表影響範圍的定義與統計方式也各 自不同，但藉由各種試驗方法，對於土中斷層面與地表破裂跡的行為已有足夠的認 識。