礫石旋轉特徵

石層的最大旋轉角度分別為 19°、71°、86°、88°和 88°，G2 礫石層的最大旋轉角度 分別為 18°、51°、76°、84°和 85°，顯示在各抬升比之下，G1 礫石層正方向的最大 旋轉量均比 G2 礫石層大；但觀察負方向則情況相反，原因可能為 G2 礫石層的礫

圖 4. 22 複合地層砂箱與數值模型的礫石旋轉角度（逆斷層傾角 30°）

圖 4. 23 數值分析各抬升比之礫石最大旋轉角度

根據Allmendinger（1998）的三角剪切帶的理論，其假設斷層為單一滑動面，

斷層錯動形成的三角剪切帶向外、向上傳遞，靠近地表的土壤應變會逐漸累積，而 曾經在滑動面兩側的土壤則不再受到影響。但在複合地層的砂箱與數值模型中，發 現靠近斷層尖端的礫石仍然持續旋轉，這是因為斷層在礫石層中較難沿著一個固 定的滑動面，會受到大顆礫石的阻礙，礫石密集的交疊且轉動時又互相影響，使得 斷層滑動面可能並非一個弧面，故在整個斷層試驗的過程中，地層變形範圍裡面的 礫石幾乎都會隨著抬升比的增加而持續轉動。也因此在判釋礫石層中的滑動面位 置時，僅以顆粒之間相對位移最明顯的線型來描繪。此現象如同卵礫石自然邊坡的 破壞模式相似，潛在滑動面通常會繞過堅硬的礫石發展成鋸齒狀的滑動面（Woo et al., 1982）。

此外，圖 4. 22中的半透明綠色色塊是一般繪製三角剪切帶的區域，但是從複 合地層的砂箱與數值模型中都可以發現 G1 礫石層的礫石旋轉範圍已超出此區域，

觀察全部礫石的旋轉情形，發現礫石的旋轉方向大多是逆時針旋轉（正方向），

圖 4. 24 抬升比 0.1~0.25 之礫石旋轉角度（扣除±20°內）

觀察三角剪切帶內的礫石旋轉角度可以證實隨著抬升比愈高，地層累積了更 多的應變。而綜觀整個砂箱的旋轉角度分布情形可以了解三角剪切帶的範圍變化，

如圖 4. 25所示，橫座標為砂箱長度，縱座標為礫石旋轉角度，為了統計整體的整 體範圍，此礫石旋轉角度包含了正負方向。以抬升比 0.25 為例，分別統計 G1 礫石 層與 G2 礫石層的礫石位置與其旋轉角度如圖 4. 25中的點，G1 礫石層的點分布較 集中且靠近斷層尖端，G2 礫石層的點分布較分散而遠離斷層尖端，顯示三角剪切 帶是向上且向前擴散。圖中的曲線是利用常態分布繪製而成，抬升比 0~0.05 的礫 石層以及抬升比 0.1 的 G2 礫石層旋轉角度太小，無法繪製出突出的峰值曲線，故 沒有放在此圖討論。在同樣的抬升比之下，G2 礫石層的曲線寬度較 G1 礫石層的 曲線寬度寬，且峰值高度較小，表示地層應變愈靠近地表時愈小，且變形量愈分散。

圖 4. 25 抬升比 0.25 時的礫石位置與旋轉角度分布（斷層尖端初始位置 x=45cm）

本研究之複合地層為參考新城斷層篤行營區 1 號槽溝的配置，圖 4. 26是利用 ArcGIS 分析之礫石旋轉量的結果，在此照片中的斷層下盤並沒有記錄到 G1 礫石 層的樣貌，只可見位於 G2 礫石層，而上盤的礫石層因為缺乏可定年的材料，故沒 有可以比對的地層（參考圖 2. 4的礫石層分布）。根據本研究進行物理砂箱試驗與 數值分析探討複合地層變形行為的結果，推測上盤的礫石層應比對 G1 或更深處的 礫石層，原因剖面可以見到高角度排列的礫石，長軸方向與水平方向最大夾角為 85°，且上盤礫石層變形前緣有許多負方向排列的礫石，最大角度為-73°，但下盤的 G2 礫石層中的礫石排列角度幾乎在±30°內。由前面討論的結果可推測 G2 礫石層 沉積完成後，頂多經歷抬升比 0.1 之內的逆斷層作用歷史，但上盤的礫石層可能受 到抬升比 0.25 或更大的逆斷層錯動。

圖 4. 26 新城斷層篤行營區 1 號槽溝之礫石旋轉角度