行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
□ 成 果 報 告
□期中進度報告
「地震及活斷層研究」－地震地質－車籠埔斷層沿線同震單斜褶皺
構造幾何形態與運動機制之初步研究
Preliminary geometric and kinematic analysis of monoclinal
structures formed during the 1999 Chichi earthquake in central
Taiwan.
計畫類別：□ 個別型計畫 ˇ 整合型計畫
計畫編號：NSC 91－2119－M－002－025－
執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日
計畫主持人：楊昭男 教授
共同主持人：
計畫參與人員：專任助理 1 人及研究生助理 2 人
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：ˇ精簡報告 □完整報告
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
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
目 錄
中文摘要………3 英文摘要………..4 報告內容 一 緣由……….6 二 褶皺崖與斷層崖的區別及這種區別的意義……….8 三 褶皺崖的形狀與褶皺形狀關係……….11 四 斷層擴展三角形剪動褶皺作用運動學模式……….15 五 褶皺崖地底下褶皺與斷層的關係……….20 六 褶皺崖的形狀及其在區域上的變化……….31 七 結論……….37 參考文獻………..40 圖版………..43中 文 摘 要
依據地面的觀察及已發表的照片顯示，921 集集大地震時在地面產生的崖 狀地形，絕大多數為褶皺崖，而非斷層崖。此種褶皺崖的形狀可以當作一個只 有一個斜面的單斜褶皺(monocline)。這種單斜褶皺是因為盲斷層在擴展過程 中，在斷層面尖端線前方的岩層受到剪動作用所造成的結果。 從通過褶皺崖的槽溝所顯現的褶皺型態特徵以及褶皺與斷層的關係大多可 以 trishear fault-propagation folding 運動模式加以解釋。這些褶皺的特徵為，由 地面往地下深處：褶皺的緊密度由地面的開放單斜褶皺逐漸轉變為緊密的褶皺 或甚至是倒轉的褶皺，前翼的傾角變陡、岩層的厚度變薄，前翼向斜軸部的岩 層變厚，前翼背斜軸部與前翼向斜軸部的形狀均為弧形。若有斷層的話，斷層 通常是切過前翼岩層變薄程度最為嚴重的反曲點位置，而且從斷層尖端沿著斷 層往下，岩層的斷距會越來越大。 從褶皺崖的形狀及崖高沿著車籠埔斷層跡的變化以及槽溝剖面所顯現的構 造高度的變化，顯示斷層跡沿線在地震時所形成的地質構造，是由一些構造高 度(structural relief)由北向南逐漸降低的雙傾伏的單斜褶皺(doubly-plunging monoclines)串連而成的褶皺帶。依據斷層擴展褶皺理論，推測這可能是斷層移 動向量在垂直斷層面走向的分量由北向南逐漸減低所造成的現象。英 文 摘 要
AbstractFrom observations in the field and photo published, it is revealed that only a few of the escarps, formed during the 921 Chichi earthquake in 1999, is truly fault escarp which only occurs at the river bed without or with very thin sediments, and most of the escarps are monoclinal fold, because the dipping surface of the escarps is still the original ground surface other than newly-produced fault surface. This fact suggests that most part of the fault that caused the earthquake is still a blind fault and the monoclines are fault-propagation folds. From the variation of the escarp height along the Chelongpu shear zone, it is deduced that the zone can be divided into several doubly-plunging folds that produce culmination and salient structure along the shear zone.
In trench excavations cross the monoclines, it is shown that the layering of recent sediments such as clay, sand and conglomerate under the ground surface have been severely deformed into folds and/or faults. Although the detailed structures are complex, but in general, the monoclinal folds have some characteristic feature in common. The overall monoclinal fold is tightening downward, and broadens upward toward ground. The forelimb becomes steeping and thickens near the synclinal hinge, thinning between the anticlinal and synclinal hinge. In the case where the forelimb of monoclinal fold was truncated by thrust fault, the displacements (fault separation) along the fault are decreasing toward the ground surface. All such characteristics strongly suggest that the monoclinal fold is resulted from trishear fault-propagation folding (Erslev, 1991) during fault event(s). It is also noted that in a monocline, the higher the escarp height, the steepness of the forelimb. This also indicates that the monocline is a plunging fold, plunging from the portion where the height of the escarp is high toward the portion where the height of the scarp is low.
It seems that the formation of individual doubly plunging monocline may due to the lateral propagation of the tip-line of the fault. The saddle structure may result from the linkage of two separate propagating faults in the soft sediments underneath ground surface. The factors that controlling the formation of the regional
culmination and salient structure along the Chelongpu shear zone may include the variation along strike of the fault in magnitude of slip, dip of the fault plane, epical angle of the triangular shear, the ratio between the rate of tip line of propagating fault and the amount of slip on the fault (i.e. P/S ratio) as suggested by Cristallini & Allmendinger (2001). In the present case, it seems that the change of slip and the dip
of the fault plane along strike maybe more important than others. This imply that the higher uplift height in the Choulan and Shihkang area the dip angle of the fault is steeper than that in the area from Shihkang to Chushan where uplift height is lower.
一 緣由
1999 年 921 地震時，由卓蘭經石岡到竹山，大致沿著車籠埔斷層跡的地面 上，由北到南產生一連串東高西低的崖狀構造(見全部的圖版)。對於這些崖狀 構造，大多數有關 921 地震的報告都稱之為斷層崖(fault scarp)。但實際上，除 了沈積物很薄或缺乏的河床有斷層切穿地面外(見圖版 1 及 3)，大多數的地面 並未錯斷，而是在局部地帶形成一個弧形的斜面，斜面兩側的地面大致上沒有 什麼變形，仍然維持著原來的平面性質。由於地面只是被彎曲而沒有被錯斷， 因此作者認為這種崖狀構造應該稱為褶皺崖而不是斷層崖。就地面被彎曲後的 形狀而言，這種兩翼長而水平，只有局部傾斜的褶皺，在構造地質學上稱為單 斜褶皺(monocline)。就地面形狀的描述而言，此種崖狀構造顯然地不能稱為斷 層崖，應稱之為褶皺崖(fold scarp)，或更進一步地稱之為單斜褶皺陡崖 (Monoclinal scarp)(Cotton, 1958)。 由於大部分的崖狀構造是褶皺崖而非斷層崖，顯示 921 地震時，激發地震 的斷層絕大部分並未穿透地面而仍然以盲斷層的狀態存在於地面下。假使引發 地震的斷層的斷層面是連續的話，則為什麼這個斷層的斷層面有的是切穿地 面，有的仍然停留在地底下？這種問題是本研究的主要動機。 依據國外的研究顯示，最早是認為這種單斜褶皺是因為基盤中的逆斷層作 用使覆蓋在基盤上面的岩層產生褶皺的所謂的強迫褶皺作用(forced folding)，或 基盤中的正滑斷層作用使覆蓋在基盤上面的岩層產生褶皺的所謂的桌巾下垂褶 皺作用(drape folding)造成的。以後，則認為很可能是斷層面擴展褶皺作用所造 成的，即這種褶皺是盲斷層的斷層面在往上擴展(propagate)其斷層面的面積 時，在斷層面的尖端線(tip line)前方所產生的褶皺構造。這種在盲斷層上方所形 成的前翼陡後翼緩平的褶皺，不同的學者給予不同的名稱，例如：塑性珠(ductile bead)(Elliott, 1976)，前緣褶皺(leading edge folds) (Boyer, 1986)，斷層尖端褶皺 (tip anticline)(Mitra et al., 1988)，三角形剪動斷層擴展褶皺(trishearfault-propagation fold)(Erslev, 1991)。對於這種褶皺的運動學機制，有很多的學 者提出各種不同的模式，例如，斷層擴展稜角形褶皺作用(kink-band
fault-propagation folding )(Suppe and Medwedeff, 1984, 1990)，逆衝斷層切穿褶皺 (break-thrust folds)(Fisher et al., 1992)，斷層位移梯度褶皺(fault
displacement-gradient folds)(Wickham, 1995)及被逼褶皺作用(forced
folding)(Johnson and Johnson, 2002)等等。這些運動學模式當中，kink-band fault-propagation folding 自提出後，因為主要是幾何學的運算，簡單易懂，只要 知道其基本假設、控制褶皺型態的幾何參數，則由地面的岩層位態及地下鑽井 資料，即可用來推論被廣泛地應用於地下地質構造的解釋與描繪，因此廣泛地
應用於受石油油田的探勘。Trishear fault-propagation folding 則自 Erslev 於 1991 年提出後，要到 1995 年左右，因為可以解釋褶皺前翼隨著深度變陡、變厚的現 象，而逐漸地與前者一起被廣泛地採用。這兩種模式的主要差別，在於 kink-band fault-propagation folding 所模擬出來的褶皺前翼因為是 kink-band 的形狀，因此 是褶皺軸部是尖銳的稜角形，前翼的岩層層面不會隨著深度的增而增加傾斜角 度，而是保持平行的位態；而 Trishear fault-propagation folding 所模擬出來的褶 皺則是褶皺軸部是圓滑的弧形，前翼的岩層層面會隨著深度的增加而增加傾斜 角度，並不呈現平行的位態。 由於在南投縣霧峰畚箕湖鳳梨園所進行的車籠埔斷層槽溝中，所顯現的褶 皺現象具有三角形剪動斷層擴展褶皺的特徵，因此，推測其它槽溝中的地下構 造也是本研究當初的主要動機。 就學理而言，引起地震的斷層作用所引起的地表變形作用大致可分為兩種： （1）岩層的破碎作用(cataclasis)：斷層活動時，斷層面穿透地面，斷層面兩側 的岩層沿著斷層面滑動時產生破裂面，破碎成碎塊，形成狹窄的斷層破碎帶 (fault zone)。 （2）岩層的褶皺(folding)：斷層活動時，斷層面靠近地面但未穿透地面，在地 表附近斷層前端的岩層受到推擠而彎曲變形，形成寬廣的褶皺帶(fold zone)。921 地震後對地質構造與災害的觀察顯示，有些建築物是因為剛好蓋在褶皺崖斜面 形成的位置而傾倒。了解褶皺崖形成的原因，將有助於地震災害的減輕或甚至 避免。921 地震後對地質構造與災害的觀察顯示，車籠埔斷層跡沿線建築物倒 蹋的原因除了地震外，有很多是因為靠近地表的變形作用改變建築物的基礎的 形狀所造成的。變形帶在不同的地區寬度有寬有窄，有的是斷層，有的則是褶 皺，因地而異。由於斷層擴展褶皺的形成是因為原本集中於狹窄斷層帶的剪力， 分散到較為寬廣的褶皺帶裡面，這也可以解釋 921 地震的變形帶在不同的地區 寬度有寬有窄，有的是斷層，有的則是褶皺，因地而異的現象。 本計畫原擬採用三角形剪動斷層擴展褶皺作用的模式，由槽溝中的褶皺形 態，利用斷層的擴展速率與斷層滑動速率比值(P/S)的觀念(Williams and Chapman, 1983)，來判斷斷層初始滑動的位置。但由於作者力學理論與電腦操 作能力的缺乏，只能提供想法與台大土木研究所林銘郎副教授共同指導該所碩 士班學生王景平進行地表單斜褶皺與盲斷層關係的研究。
二 褶皺崖與斷層崖的區別及這種區別的意義
褶皺崖(fold scarp)與斷層崖(fault scarp)都是在描述陡崖地形時所使用的地形 學名詞。褶皺崖與斷層崖的區別主要在於陡崖的斜面是原來的地面或是新形成 的地面而定（見圖 2）。褶皺崖(fold scarp)指的是地面上的陡崖是因為地面受到 褶皺作用而被彎曲，只在很局部的一個地帶形成的一個陡崖，其傾斜的崖面仍 然是原來未被彎曲前的地面。斷層崖(fault scarp) 指的是地面因為受到斷層作用 而被錯開，在局部地區形成一個陡崖，陡崖的崖面是新形成的斷層面，而非原 來的地面。由於車籠埔斷層跡沿線所產生的褶皺崖，斜面兩側的地面大致上沒 有什麼變形，仍然維持著原來的平面性質，因此依照構造地質學的用法稱之為 單斜褶皺(monocline)。由於有關車籠埔斷層跡沿線陡崖的描述，多稱之為斷層 崖，而非褶皺崖或撓起崖，以為無甚差別，但作者則認為兩者差異極大，有必 要謹慎使用。茲在此說明區別斷層崖與褶皺崖的意義： （1）一般而言，在地震後所產生的斷層面上，我們可以直接觀測到地震時斷層 活動的基本資料，例如，這次斷層活動所產生的滑動向量(方向與距離)、可以 指示斷盤滑動方向的擦痕、斷盤受到剪切作用產生的 Riedle 剪裂面等等。而褶 皺崖的崖面並非斷層面，有關斷層活動的基本資料必須間接地依據斷層與褶皺 兩者之間如何互動的理論才能獲得，這也是本研究的一個主要動機。 （2）在科學的研究上，對同一個地質現象的描述，如果使用代表意義截然不同 的名詞，將給予後人錯誤的訊息並造成解釋上的困擾。地質學的研究是以現在 的地殼為研究對象，主要是希望可以從地殼中岩石的組成(岩石內部顆粒的大 小、礦物成份、化學成份)與結構(岩石及岩石內部大小顆粒的排列方式)的現象 (簡稱為地質現象)，利用地質學的理論來解釋這些現象的形成原因與形成的過 程，並由此推測這些現象將來可能發生的變化。這些地質學理論主要是觀察自 然的與人造的現象，以物理、化學及生物學的理論為基礎，了解這些現象形成 的原因與條件後所歸納出來的規律。對於同一種現象有不同的解釋時，就會歸 納出不同的規律，而形成不同的理論，至於哪種理論較能被接受，要看其理論 是否較為合理。自然界不同的地質現象是經由不同的機制所造成，但一種看似 同樣的地質現象也可以經由不同的機制造成(殊途同歸)。在地質學裡，不同的 地質現象或不同的形成機制都分別給予不同的專有名詞。此次的地震事件中， 從卓蘭到石岡再向南到竹山，沿線地面產生不等量的鉛直移動而造成一邊高一 邊低的崖狀構造現象。大部分的地質學者在論文或地質圖中均以「斷層崖」來 描述這種崖狀構造現象，而只有少數人使用「褶皺崖」、「撓曲崖」或「單斜構 造」等意義接近的名詞。後人如果到地質圖標示斷層崖的地點觀察時，將會觀 察不到這種的地質構造，雖然逆斷層活動所造成的斷層崖很容易受到人為或自
然的破壞，但仍然會質疑當初的地質學者為何沒有直接量測斷層的基本資料。 （3）斷層崖在地震後不久即被水流所破壞，後人難以從斷層面上量取該地斷盤 滑動向量(方向與方位)。因此也顯示地震後在第一時間趕到斷層崖產生的地點 直接量取到的斷層面位態與斷盤滑動向量的資料是萬分地珍貴。例如，中台醫 專北側大里溪河床在地震後不久仍可以直接觀測到兩階斷裂(見圖版 3)，較東者 的走向為北 8 度東，以逆衝斷層為主，垂直分量約 3 公尺﹔較西的一階，斷裂 面的走向則為北 60 度西，擦痕顯示左移的逆衝斷層性質，垂直分量約 2.5 公尺 (陳勉銘與何信昌，2000)。但目前該露頭已被破壞無存，要不是當初及時的量 測，就無法得知上述的資料方向與方位。在褶皺崖，盲斷層的斷層面位態及斷 盤滑動向量必須先了解褶皺崖的形成機制與斷盤滑動量之間的關係後，再依據 此種關係間接地推算出來。 （4）地震時車籠埔斷層帶沿線建築物的破壞，很少是因為地基直接被斷層錯斷 而造成的，大部分是因為褶皺崖的形成使地基產生不等量的抬升而遭破壞。例 如，建築物的位置剛好在褶皺崖傾斜的崖面上，因而造成建築物基地的傾斜； 橋樑的橋墩剛好位在褶皺崖的兩側，褶皺崖不等量的抬升造成橋面傾斜而滑離 支撐橋面的橋墩，而往下掉落。有的橋樑(例如一江橋)則是橋墩隨著地面的移 動造成橋面離開橋墩的支撐而掉落。
三 褶皺崖的形狀與褶皺形狀關係
在描述褶皺崖的形狀之前，作者先定義用來描述褶皺崖形狀的名詞。「崖面」 指的是崖狀構造的斜面。「崖頂面」指的是斜面上方的平面。「崖腳面」指的是 斜面下方的平面。「崖頂線」指的是斜面與崖頂面的交線。「崖腳線」指的是斜 面與崖腳面的交線(見圖 3-1) 。依照上述的定義，在這次地震時所產生的褶皺 崖似可分為兩類：一類為崖高沿著崖頂線保持一定值的平台形褶皺崖，與崖高 沿著崖頂線改變的穹隆形褶皺崖(見圖 3-1(A)及(B))。平台形褶皺崖又可再依照 崖頂線的形狀分為直線平台形褶皺崖與曲線平台形褶皺崖(見圖 3-1(A)及(B))。 由於這些褶皺崖的地面仍是原來的地面，只是被彎曲成階梯狀的褶皺。仔細地 加以觀察柏油路面或地震後未被人工破壞的褶皺崖，在與褶皺崖走向垂直的剖 面上，可以發現崖面兩側的地面仍然大致保持水平狀態，這種兩翼平而長而只 有一個傾斜面的褶皺，在構造地質學上一般稱為單斜褶皺(Monocline 或Monoclinal fold) (Hills,1953)。一個單斜褶皺的單斜面，也就是褶皺崖的崖面， 稱為這個褶皺的前翼(forelimb)。當這個前翼並非平整的平面，而是彎曲成Ｓ形 的曲面時，以Ｓ形中的反曲點為界，將前翼分割為分為靠近崖頂的背斜形前翼 (anticlinal forelimb)，與靠近崖腳的向斜形前翼(synclinal forelimb)。雖然除非崖 頂面與斜面都是平面的情況下，崖頂線與前翼背斜的軸線以及崖腳線與前翼向 斜的軸線才會一致，但一般而言，相差有限，因此褶皺崖的形狀大致可以代表 單斜褶皺的形狀，例如，可以把崖頂線當作前翼背斜的軸線，把崖腳線當作前 翼向斜的軸線，把崖高當作單斜褶皺的構造高程(structural relief) (見圖 3-1A)。 但在此要強調的是在單獨分析單斜褶皺的構造時，則不能做如此的比對。依照 斷層擴展理論，褶皺崖的崖高大致上還可以當作是斷層滑距的鉛直分量。
利用褶皺崖的形狀即為單斜褶皺形狀的想法，我們可以發現局部地區褶皺 的褶皺軸線會有不同的形狀，但大致上可以分為三種形狀：
1. 前翼背斜的軸線與前翼向斜的軸線是相互平行的水平直線：形成側向延伸
長而直的水平單斜褶皺(non-plunging fold or horizontal fold)。斜面的形狀為 長方形(見圖 3-1(A))。
2. 前翼背斜的軸線與前翼向斜的軸線是相互平行的曲線：形成斜面為凹凸不
平的曲面(見圖 3-1(B))。
得斷層面尖端線前方的岩體為了調適斷盤的滑動而變形。地面的隆起、斷裂即 是這些岩體變形的具體表現。直線平台形褶皺崖表示地底下造成此褶皺的斷層 尖端線也是水平的直線。曲線平台形褶皺崖表示地底下造成此褶皺的斷層尖端 線也是水平的曲線。穹隆形褶皺崖表示地底下造成此褶皺的斷層尖端線是向上 突出的曲線。 圖 3-1 褶皺崖形狀與褶皺型態及斷層尖端線的關係。
(A) 平台形褶皺崖。平直的崖頂線顯示單斜褶皺為褶皺軸線(hinge line)側向延 伸長而直的水平單斜褶皺(non-plunging fold or horizontal fold)。斜面的形狀為長 方形。這種平而直的褶皺軸線(hinge line)表示地底下造成此褶皺的斷層尖端線 也是水平的直線。
圖 3-1 (B) 曲線平台形褶皺崖。彎曲但是水平的崖頂線顯示單斜褶皺為褶皺軸 線(hinge line)側向延伸長而彎的水平單斜褶皺(non-plunging fold or horizontal fold)。斜面為凹凸不平的曲面。水平彎曲的褶皺軸線(hinge line)表示地底下造 成此褶皺的斷層尖端線也是水平的曲線。
圖 3-2(A) 穹隆形褶皺崖。崖頂線與弧形的崖腳線相交成三角形形狀時，代表此 種褶皺崖為傾伏褶皺(plunging fold)。
圖 3-2(C) 由兩個傾伏褶皺連接所形成的馬鞍型構造。傾伏褶皺表示其底下的斷 層尖端線是向下凹陷的曲線。
圖 3-3 馬鞍型構造的形成與斷層面尖端線及斷層滑動量的關係(Burbank & Anderson, 2001)。注意斷層面尖端線向下凹陷的線段與馬鞍形構造之間的對應 關係。
四 斷層擴展三角形剪動褶皺作用運動學模式
Trishear fault-propagation folding 最早是 Erslev 於 1991 年為了解釋 Rocky mountains 中部一些褶皺的形狀所提出的一種運動學模式。處在一條基盤斷層上 面，這種褶皺在位置較高的構造階層中受到褶皺作用的岩層範圍顯得甚為廣 闊，但隨著深度的增加，這種以褶皺為變形方式的範圍卻越來越窄，而變成一 條狹窄的斷層帶。在這個範圍內形成的褶皺，其形狀的特徵是軸部的形狀為稜 角形與而圓弧形都有，但稜角形的主要是在向斜軸部；褶皺的褶皺軸面向下聚 合，直到錯開基盤與蓋層界面的斷層帶為止。由於這種褶皺的形狀無法以 kink-band fault-propagation folding 運動模式加以解釋(見圖 4-1(B))，為了解決這 個問題，因此提出另外一種的運動模式。 Erslev 的基本想法，認為這種變形帶的範圍在剖面上呈三角形的形狀，因 此認為這種褶皺的形成基本上是因為本來集中在狹窄的斷層帶內的剪動作用， 在斷層尖端點由基盤與蓋層的界線往上擴展到上面的蓋層時，在斷層尖端點前 方的蓋層裡面形成一個應變不均勻但可以相容的三角形剪動帶，在把剪動作用 全部分散(distributed)在這三角形的的範圍內，然後隨著斷盤繼續地沿著斷層面 的滑動，三角形內岩層的剪應變也隨著累積而增加，結果是以褶皺的方式呈現。
Erslev 的 Trishear fault-propagation folding 運動模式的基本原則： 1.三角形剪動帶內的體積不會隨著剪動而改變。 2.三角形剪動帶內的應變是可以相容的。 控制褶皺形狀的參數主要為(見圖 4-3)： 1.上盤沿著斷層面滑動的速度(P)。 2.斷層面尖端點擴展的速度(S)。 3.三角形頂角角度的大小。 4.斷層的傾斜角度的大小。 邊界條件為： 1.在三角形剪動帶與上盤邊界上的質點的速度等於上盤沿著斷層面滑動的速 度。
帶一定要以斷層線為對稱線地分散到三角形裡面，否則會產生體積上的改變(見 圖 4-2)。因此，其最初的模式是以這種對稱的剪動帶為對象。 Erslev 把三角形剪動帶與上盤滑動方式的關係分為兩種，一種是三角形的 頂點是固定在下盤上，並不隨著斷盤的繼續滑動而移動位置；另一種是固定頂 角的位置在上盤的斷層面尖端線上，三角形以固定的形狀隨著斷盤的滑動而移 動。Erslev 再把三角形剪動帶內的應變的分配分為兩種，一種是把應變均勻地 分配在這三角形中，一種則是把應變較為集中在三角形的中心線上。 Erslev 在其最初的模式中是設定三角形的頂角角度是固定的，三角形頂角 角度平分線為斷層線的延伸線，然後用其所設計的 TRISHEAR 電腦程式以符合 上述假設的速度場及參數，以逐次積分速度場的方法，進行模擬可能形成的褶 皺形狀。其模擬的結果(見圖 4-4)相當符合 Rocky mountains 中褶皺的特徵。由 於褶皺形成的範圍呈三角形，因此 Erslev 稱之為 Trishear fault-propagation folding。這種模式在這幾年內已經成為一個與 kink-band fault-propagation folding 相提並論的運動模式。
目前已發表各種 fault-propagation folding 運動模式式中，其基本假設與邊 界條件大多相同，不同的是決定剪動帶速度場的方法及三角形的形狀與斷層線 方向的關係。
圖 4-1 目前較為被普遍採用的兩種斷層擴展褶皺作用的運動學模式：(A)斷層擴 展線前方三角形剪動帶褶皺作用(trishear fault-propagation folding)
(Erslev,1991)：兩翼的層面不再保持平行，軸部為弧形。(B)斷層擴展線前方急 折褶皺作用(kink-band fault-propagation folding) (Narr and Suppe,1994) ：兩翼的 層面仍然保持平行，軸部為尖銳的三角形。斷層擴展褶皺作用：盲斷層之斷層 面尖端線在擴展過程中，在斷層面尖端線的岩層受到剪動而形成褶皺的過程。
圖 4-3 trishear 運動模式的基本概念圖。V0為斷層活動時，相對於下盤而言， 上盤平行斷層面運動的速度。水平的虛線代表一層岩層。A 點為這一層岩層被 斷層錯開前在斷層面上的位置，B 點為這一層岩層被斷層錯開後在斷層面上的 位置。因此 AB 線段代表這一層岩層被斷層錯開後，沿著斷層面滑動的距離(Slip) (S)。A 點也是這一層岩層被斷層錯開前，斷層面尖端點的位置，C 點為這一層 岩層被斷層錯開 S 距離後，斷層面尖端點的位置。因此，AC 線段代表斷層面 尖端點擴展的距離。AC/AB 代表斷層面尖端點擴展的距離與上盤沿著斷層面滑 動距離的比值(P/S)。三角形中的箭頭代表質點在三角形剪動帶內運動速度向量 的大小與方向。平行斷層方向的速度分量由上盤往下盤及由斷層尖端點往上逐 漸地遞減。(摘自 Zender & Allmendinger, 2003)
圖 4-4 變換斷層傾角、三角形頂角角度、三角形頂點與斷層尖端點位置關係以 及剪動的分配以 trishear 運動模式所模擬出來的褶皺型態。均勻的分配 (homogeneous trishear)：將剪動由上盤往下盤方向及由頂點往上以逐漸遞減的方 式，均勻地地分配在三角形剪動帶內。不均勻的分配(heterogeneous trishear)： 將剪動由上盤往下盤方向及由頂點往上遞減時，在斷層延伸方向上剪動比較集 中。均勻地地分配在三角形剪動帶內。Footwall-fixed：將三角形頂角固定在下 盤斷層面的尖端點上。三角形頂角的位置不會跟著上盤的運動而移動。 Hanging-wall fixed：將三角形頂角固定在上盤斷層面的尖端點上。三角形頂角 的位置會緊釘在上盤斷層面的尖端點上面，而跟著上盤斷層面的尖端點的擴展 而移動位置。
