行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
台灣西南海域活斷層的調查與孕震構造研究
計畫類別： 整合型計畫 計畫編號： NSC90-2611-M-002-003-執行期間： 90 年 08 月 01 日至 91 年 12 月 31 日 執行單位： 國立臺灣大學海洋研究所 計畫主持人： 劉家瑄計畫參與人員： Benoit Deffontaines, Serge Lallemand
報告類型： 精簡報告
報告附件： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 國際合作計畫研究心得報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果
報告
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※ 地震及活斷層研究(孕震帶構造)－
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※ 台 灣 西 南 海 域 活 斷 層 調 查 與 孕 震 構 造 研 究 ※
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計畫類別：□個別型計畫
[X]整合型計畫
計畫編號：NSC 90-2611-M-002-003
執行期間：90 年 8 月 1 日至 91 年 12 月 31
日
計畫主持人：劉家瑄 (
csliu@ccms.ntu.edu.tw
)
計畫參與人員：Benoit Deffontaines
Serge Lallemand
陳之馨
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
[X]出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
[X]國際合作研究計畫國外研究報告書一份
執行單位：國立台灣大學海洋研究所
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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
地震及活斷層研究(孕震帶構造)－
台灣西南海域活斷層調查與孕震構造研究
Investigation of the active faults offshore southwestern Taiwan
and their seismogenic properties
計畫編號：NSC 90-2611-M-002-003
執行期限：90 年 8 月 1 日至 91 年 12 月 31 日
主持人：
劉家瑄 台灣大學海洋所
計畫參與人員：Benoit Deffontaines, Ecole Pratique des Hautes
Etudes,
France
Serge Lallemand, CNRS, Univ. MontpellierⅡ
陳之馨 台灣大學海洋研究所
一、 中文摘要 本研究擬以兩年的時間分析台灣西南 海域的地形與反射震測資料，以調查測繪 台灣西南海域斷層分布與活動型態。由於 台灣造山帶由北向南發育，從台灣西南海 域向北到陸上造山帶，在空間上提供了一 個觀察從無震的斷層構造演化為孕震帶斷 層構造（seismogenic fault structure）。本研 究的一個重點即在於探討分析在台灣南部 海域中的一條主要脫序逆斷層從南往北的 構造變化及斷層帶孔隙水的地球化學性質 之改變。本報告在此提出計畫執行第一年 的初步成果。 在西南海域活斷層的分布與活動型態 方面，本研究分析了高解析度的水深資料 及反射震測資料，觀察到大陸地殼開始進 入隱沒帶時在增積岩體上所形成的特殊構 造型態。台灣西南海域增積岩體靠近南海 大陸坡的一側發育出許多線性構造，這些 線性構造主要受到弧陸碰撞擠壓作用造成 的台灣西南地塊向西南方向逃脫(tectonic escape)作用影響，另加上原大陸邊緣基盤 形貌的控制。一篇探討這個地區特殊構造 的論文即將完成。 在研究主要脫序逆斷層的工作上，本 計畫執行期間亦曾利用海研一號與海研三 號在震測剖面上顯示斷層露頭處採集岩心 標本，進行孔隙水分析(與游鎮峰、楊燦堯 教授合作)。然或許因為採集到之岩心標本 太短，或許因為岩心採集器落點偏移斷層 露出海床之位置，孔隙水分析結果與海水 性質相當接近，未能證實斷層為一活躍的 傳導深部流體到海床表面的孔道。但在震 測剖面分析上，卻可辨識出這條劃分台灣 南部海域增積岩體上部斜坡(upper slope) 與下部斜坡(lower slope)兩個構造帶的主 要逆斷層有相當清晰的斷層面反射，這通 常代表斷層帶中有流體的存在。特別是其 中一處震測剖面上可辨識出一深一淺兩個 斷層面，而多音束測深資料則顯示該處(高 屏峽谷右壁)的海床似有部份崩塌現象。另 外，該處震測剖面上亦有 BSR 的跡象。由 於這條主要逆斷層往北可能連接上陸上造 山帶前緣的脫序逆斷層，如能在此進行海 洋鑽探取樣，將可探討台灣南部海域這條 最主要的脫序逆斷層其深度是否向下延伸 到增積岩體底部的滑脫面，以及其在弧陸 碰撞發展過程中如何由滑動面開始「鎖住」 (lock)，到形成能產生像「集集大地震」的 孕震構造。本研究第二年的工作，即是要 整理、提供更多觀測資料與模式，以爭取 日本新造的海洋鑽井船「地球」號前來此 處進行鑽探研究。 關鍵詞：台灣西南海域、反射震測、脫序逆 斷層、孕震構造。Abstract
This 2-year research project intends to investigate the active fault systems and their seismogenic properties in the area offshore southwestern Taiwan. The preliminary results from the first year study are reported here.
In the active fault investigation, high-resolution bathymetry map of the study area has been compiled which reveal detailed fault systems distribution. Unique structural pattern has been observed that shows the effect of the continental margin crust to the development of the accretionary wedge near Taiwan. Many topographic lineaments have been developed on the frontal portion of the accretionary wedge off southwestern Taiwan. These lineaments could be developed due to the tectonic escape of the southwestern Taiwan block during the arc-continent collision processes. The different nature of the continental margin crust (from oceanic crust in the south to continental crust in the north) also contributes to the unique structural pattern observed.
Two coring cruises have been conducted to collect pore waters of the sea floor sediments in the hope to find chemical evidence of fluid seepages from deep along active fault planes. However, probably due to inadequate penetration depths of the core samples, or due to the deviation of the coring sites from the active fault outcrops, geochemical signatures of the pore fluid samples are similar to that of seawater. Seismic reflection profiles running across a major out-of-sequence thrust, however,
show strong fault-plane reflections that usually indicate the existence of fluid along fault planes. Further investigation of this major out-of-sequence thrust is planned in the 2nd year study of this project. An IODP drilling proposal or letter of intend will be submitted to IODP in the 2nd year also for drilling consideration.
Keywor ds: Offshore Southwestern Taiwan,
Seismic reflection, Active faults, Seismogenic structures. 二、緣由與目的 台灣西南海域是呂宋隱沒系統向北開 始 接 觸 到 非 活 動 性 歐 亞 大 陸 邊 緣 的 交 接 帶，也是呂宋隱沒系統向北轉變為弧陸碰撞 系統的過渡帶(Liu et al., 1997)。台灣西南海 域的構造延續了呂宋隱沒系統增積岩體前 緣的摺皺與斷層構造形態，在地形上表現出 受逆衝斷層控制的背斜山脊以及山脊與山 脊間的斜坡盆地（slope basin）。由於受到歐 亞大陸棚與大陸坡的影響，承受大量台灣造 山帶沖積下來而快速增長的台灣西南海域 增積岩體其構造走向由北緯 22 度以南的西 北— 東南方向向北轉變為南— 北方向，再向 北 則 被 高 屏 陸 棚 與 台 灣 西 部 海 岸 平 原 （costal plane）的沉積物所覆蓋。從海域逆 衝斷層與摺皺構造的型態與台灣西部麓山 帶構造相仿以及從大地構造的架構來看，這 些構造應該是相連的(Liu et al., 1997)。然由 於高屏陸棚與陸坡上快速沈積物的覆蓋以 及澎湖峽谷及其支流的切割，台灣西南海域 在接近台灣本島的部份其構造走向並不明 確，斷層的分布及其活動特性也不清楚。由 於此地區的斷層界於陸上較淺的孕震斷層 構造與南部海域深部的孕震構造之間，或能 提供觀測斷層的孕震機制從深往淺發育的 資訊。因此研究之主要目的在於： 1. 建立台灣西南海域斷層的分布，瞭解 各個斷層之型態與活動情形。 2. 觀察與探討台灣西南海域一條主 要脫序逆斷層從隱沒帶向北延伸至碰撞帶
6 其間構造上的改變，並配合地球化學與同 位素分析，從此斷層在海床上露頭處以及 研究地區中許多海底泥火山處所取得的水 體標本之化學成分與性質，來探討台灣隱 沒-碰撞系統中從無震構造（海域）演化為 孕震構造（陸上）過程中增積岩體內部物 理、化學性質以及構造的改變情形。 三、研究步驟 本 年 度 在 活 斷 層 分 布 調 查 研 究 方 面，本研究整編完成了台灣西南海域的高 解析度(100 ｍ點格)數值地形模式，並利 用不同角度的打光投影，辨識出多組地形 線形構造。透過震測剖面的分析與地形的 控制，本研究對於台灣西南海域澎湖峽谷 流域內變形前緣一帶的構造分布與與型態 已有相當明確的掌握，並提出一地體動力 模式來解釋台灣西南海域斷層的分布。 在斷層構造之孕震演化方面，本計畫 曾分別利用海研一號 614 航次與海研三號 767 航次到活動斷層海床露頭處以及海底 泥貫入體頂部去採集海床沈積物孔隙水， 以進行化學特性分析。然或許因為採集到 之岩心標本太短（最長只有一公尺多），又 或許因為岩心採集器採樣地點偏離了斷層 出露在海床的裂隙口，經由楊燦堯與游鎮 峰兩位教授之實驗室協助分析的岩心孔隙 水化學特性與海水相仿，未能證實沈積物 孔隙水中含有地殼深部液體利用斷層為流 通管道而傳遞到海床淺處。要解決採樣不 理想的問題，需要一方面加長岩心標本採 樣的長度(至少十幾二十公尺)，另一方面 也要提升採樣位置點的控制(加裝深海攝 影機及採樣器定位裝置)。本計畫在採樣技 術改善前將暫緩地球化學方面的研究。 為了瞭解台灣西南海域一條主要脫 序逆斷層與陸上斷層間之關係，本計畫於 2002 年 6 月間海研一號 647 航次收集了一 些高解析度震測資料。其資料分析結果將 在本計畫第二年度的成果報告中說明。 四、研究結果 本研究第一年中整編完成台灣西南海 域高解析度(100 ｍ點格)數值地形模式。利 用高解析度數值地形資料配合震測剖面的 分析、解釋，本研究發現台灣西南海域的增 積岩體在開始接觸到南部大陸坡時產生了 許多特殊的地形構造型態。變形前緣的構造 在此不是一條單純的的構造線，而是由一系 列呈覆瓦狀排列的背斜與逆斷層構造所組 成。另外在增積岩體的前緣地帶發育出數組 線形構造。這些線形構造應是由於台灣西南 地 塊 向 西 南 方 逃 脫 (tectonic escape) 作 用 (Lacombe et al., 2001; Lu et al., 1998)所產 生，同時也受到原大陸邊緣機盤構造的控 制。 在脫序斷層的孕震構造演化方面，若要 從斷層中流體的化學特性來判斷斷層活動 的深度以及閉鎖(lock)的發育過程，我們需 要更佳的海床岩心標本採集能力（更長的岩 心標本以及更精確的採樣點控制）。目前將 著重於地球物理技術，特別是震測資料之分 析方面。此將為本計畫第二年度工作重點。 五、參考文獻
Lacombe, O., Mouthereau, F., Angelier, J., Deffontaines, B. (2001) Structural, geodetic and seismological evidence for tectonic escape in SW Taiwan.
Tectonophysics, 333, 323-345.
Liu, C.S., Huang, I.L., and Teng, L.S. (1997) Structural features off southwestern Taiwan: Mar. Geol., 137, 305-319.
Lu, C.Y., Jeng, F.S., Chang, K.J., and Jian, W.T. (1998) Impact of basement High on the Structure and Kinematics of the Western Taiwan Thrust Wedge: Insights From Sandbox Models: Terre. Atmos. Oceanic Sci., 9(3), 533-550.
