計畫類別：□氣象 □海象 v 地震 計畫編號：MOTC-CWB- 100-E08
執行期間：100 年 1 月 日至 100 年 12 月 31 日
計畫主持人：
林正洪執行機構：
中華民國地球物理學會本成果報告包括以下應繳交之附件(或附錄)：
□赴國外出差或研習心得報告 1 份
□赴大陸地區出差或研習心得報告 1 份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各 1 份
中華民國 100 年 11 月 25 日
計畫類別：□氣象 □海象 v 地震 計畫編號：MOTC-CWB- 100-E08
執行期間：100 年 1 月 日至 100 年 12 月 31 日
計畫主持人：
林正洪執行機構：
中華民國地球物理學會本成果報告包括以下應繳交之附件(或附錄)：
□赴國外出差或研習心得報告 1 份
□赴大陸地區出差或研習心得報告 1 份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各 1 份
中華民國 100 年 11 月 25 日
本期經費 (單位：千元)
1420
執行進度 預定（％） 實際（％） 比較（％）
100 100
經費支用 預定(千元) 實際(千元) 支用率（％）
1420 1420 100
研究人員
計畫主持人 協同主持人 研究助理
林正洪
報告頁數 使用語言
中英文關鍵詞 火山、地震
研究目的 對臺灣地區中大型地震發生後進行快速研判其發生之原因及 地質構造關係，為了減少未來大地震之衝擊，將針對台灣地 區中大規模地震進行震源破裂過程的時間-空間分佈分析。
研究成果 目前這些資訊氣象局已經於地震發生後快速地做例行公布，因 此在現有的資訊架構下，於中大型地震發生後快速建立震源破 裂過程的初步結果是可以達到的。
具體落實應用 情形
以提供政府單位及所有民眾正確之地震資訊，進行有效之防救 災工作。
計畫變更說明 (若有) 落後原因 (若有) 檢討與建議
(變更或落後 之因應對策) (以下接全文報告)
本期經費 (單位：千元)
1420
執行進度 預定（％） 實際（％） 比較（％）
100 100
經費支用 預定(千元) 實際(千元) 支用率（％）
1420 1420 100
研究人員
計畫主持人 協同主持人 研究助理
林正洪
報告頁數 使用語言
中英文關鍵詞 火山、地震
研究目的 對臺灣地區中大型地震發生後進行快速研判其發生之原因及 地質構造關係，為了減少未來大地震之衝擊，將針對台灣地 區中大規模地震進行震源破裂過程的時間-空間分佈分析。
研究成果 目前這些資訊氣象局已經於地震發生後快速地做例行公布，因 此在現有的資訊架構下，於中大型地震發生後快速建立震源破 裂過程的初步結果是可以達到的。
具體落實應用 情形
以提供政府單位及所有民眾正確之地震資訊，進行有效之防救 災工作。
計畫變更說明 (若有) 落後原因 (若有) 檢討與建議
(變更或落後 之因應對策) (以下接全文報告)
摘 要
歷史上地震對人類所造成之災害，堪虞為自然界中最嚴重的一 項。特別台灣更位處於環太平洋地震帶上，地震發生非常頻繁。過去 無數次的大地震，均曾經對臺灣地區造成嚴重之衝擊與災害。為了減 少未來大地震之衝擊，本計畫首先針對台灣地區中大規模地震進行震 源破裂過程的時間-空間分佈分析。透過高解析與高精確度的聯合震源 逆推，以 311 日本東北大地震為例，結果發現的破裂過程是由大尺度的 重複破裂所構成。此重複破裂行為造成異常大的最大滑移量於最大破裂 集中區中，最大滑移量甚至超過 50 公尺。從破裂的時間分佈上來看，
此次地震的能量釋放大致可分為三個階段：第一個階段從 0-40 秒，為震 央附近的初始破裂所釋放；第二個階段為 40-100 秒，為震央區的重複破 裂行為所釋放出來的能量；第三階段 100-160 秒的能量是破裂沿日本海 溝朝南北兩端傳播延伸所釋放。其次本計畫彙整其他三項研究分析結 果，包括(1)震源機制與地震破裂面之迅速判定、(2)庫倫應力變化之推 演、(3)震源區域地質與孕震構造之分析，對臺灣地區中大型地震發生後 進行快速研判其發生之原因及地質構造關係，以提供政府單位及所有民 眾正確之地震資訊，進行有效之防救災工作。過去一年主要初步成果在 大型地震之庫倫破壞應力研究，甲仙地震可能觸發觸口斷層（△CFS =
~0.05 MPa）的破裂並抑制旗山斷層（△CFS = ~ -0.01 MPa）的破裂；庫 倫應力的變化在潮州斷層以及旗山斷層更為複雜，同時可見到應力增加 和減小的區域。此外，即時自動確定地震震源機制系統已經初步建立完
摘 要
歷史上地震對人類所造成之災害，堪虞為自然界中最嚴重的一 項。特別台灣更位處於環太平洋地震帶上，地震發生非常頻繁。過去 無數次的大地震，均曾經對臺灣地區造成嚴重之衝擊與災害。為了減 少未來大地震之衝擊，本計畫首先針對台灣地區中大規模地震進行震 源破裂過程的時間-空間分佈分析。透過高解析與高精確度的聯合震源 逆推，以 311 日本東北大地震為例，結果發現的破裂過程是由大尺度的 重複破裂所構成。此重複破裂行為造成異常大的最大滑移量於最大破裂 集中區中，最大滑移量甚至超過 50 公尺。從破裂的時間分佈上來看，
此次地震的能量釋放大致可分為三個階段：第一個階段從 0-40 秒，為震 央附近的初始破裂所釋放；第二個階段為 40-100 秒，為震央區的重複破 裂行為所釋放出來的能量；第三階段 100-160 秒的能量是破裂沿日本海 溝朝南北兩端傳播延伸所釋放。其次本計畫彙整其他三項研究分析結 果，包括(1)震源機制與地震破裂面之迅速判定、(2)庫倫應力變化之推 演、(3)震源區域地質與孕震構造之分析，對臺灣地區中大型地震發生後 進行快速研判其發生之原因及地質構造關係，以提供政府單位及所有民 眾正確之地震資訊，進行有效之防救災工作。過去一年主要初步成果在 大型地震之庫倫破壞應力研究，甲仙地震可能觸發觸口斷層（△CFS =
~0.05 MPa）的破裂並抑制旗山斷層（△CFS = ~ -0.01 MPa）的破裂；庫 倫應力的變化在潮州斷層以及旗山斷層更為複雜，同時可見到應力增加 和減小的區域。此外，即時自動確定地震震源機制系統已經初步建立完
關鍵詞:
中大規模地震、源機制解、庫倫破壞應力、破裂過程Abstract
Earthquake disaster is one of the most significant impacts in nature. Particularly, Taiwan is located at parts of Pacific belts where a lot of earthquakes have been occurred. Some deadly earthquakes had impacted Taiwan during the past decades. In order to mitigate possible earthquake damages in the future, at first, this project will analyze the spatial-temporal slip distribution of large earthquakes occur in Taiwan. The body wave source inversion method will apply in this study. To follow this approach, basic source parameters should be prepared, including the magnitude, epicenter location, focal mechanism and fault plane solution. Recently, these source parameter information are routinely reported by Central Weather Bureau. Based on these information, rapid source inversion analyze can be done once big earthquake occur. In addition, we will combine results from some other studies, including (1)
Rapid Determination of Earthquake Focal Mechanism and Fault Plane, (2)Static Coulomb stress changes associated with large earthquakes and (3) geological analyses in the earthquake source area, to interpret the
關鍵詞:
中大規模地震、源機制解、庫倫破壞應力、破裂過程Abstract
Earthquake disaster is one of the most significant impacts in
nature. Particularly, Taiwan is located at parts of Pacific belts where a
lot of earthquakes have been occurred. Some deadly earthquakes had
impacted Taiwan during the past decades. In order to mitigate
possible earthquake damages in the future, at first, this project will
analyze the spatial-temporal slip distribution of large earthquakes
occur in Taiwan. The body wave source inversion method will apply in
this study. To follow this approach, basic source parameters should be
prepared, including the magnitude, epicenter location, focal
mechanism and fault plane solution. Recently, these source
parameter information are routinely reported by Central Weather
Bureau. Based on these information, rapid source inversion analyze
can be done once big earthquake occur. In addition, we will
combine results from some other studies, including (1)
Rapid Determination of Earthquake Focal Mechanism and Fault Plane, (2)Static
Coulomb stress changes associated with large earthquakes and (3)
geological analyses in the earthquake source area, to interpret the
stress, rupture process.
一、 背景
地震對人類所造成之災害，堪虞為自然界中最嚴重的一項。台灣更 位處於環太平洋地震帶上，地震發生非常頻繁。過去無數次的大地 震均對臺灣造成嚴重之衝擊與災害。
為了減少未來大地震之衝擊，本 計 畫 首 先 將 針 對 台 灣 地 區 中 大 規 模 地 震 進 行 震 源 破裂 過 程 的 時 間 -空 間 分佈分 析。所 採 用 的 方 法 為 體 波 震 源 逆 推 法 ， 此 方 法 在 進 行 分 析 前 需 要 完 整 的 震 源 參 數 資 訊 ， 包 括 地 震 規 模 、 震 源 位 置 、 震 源 機 制 、 斷 層 面 解 等 ， 目 前 這 些 資 訊 氣 象 局 已 經 於 地 震 發 生 後 快 速 地 做 例 行 公 布 ， 因 此 在 現 有 的 資 訊 架 構 下 ， 於 中 大 型 地 震 發 生 後 快 速 建 立 震 源 破 裂 過 程 的 初 步 結 果 是可 以 達 到 的 。
其 次 本 計 畫 將 彙 整其 他 三 項 研 究分 析 結 果，包 括 (1)震源機制與地 震破裂面之迅速判定、(2)庫倫應力變化之推演、(3)震源區域地質與孕 震構造之分析，對臺灣地區中 大 型 地 震 發 生 後 進 行 快 速 研 判 其 發 生 之 原 因 及 地 質 構 造 關 係 ， 以 提 供 政 府 單 位 及 所 有 民 眾 正 確 之 地 震 資 訊 ， 進 行 有效 之 防 救 災 工作 。
二、 震源區域地質與孕震構造
震 源 區 域 地 質 與 孕 震 構 造 之 分 析 本 年 度 工 作 重 點 為 新 城 ( 圖 1)、獅 潭 (圖 2)、梅 山、大 尖 山、六甲 及觸 口 等 斷 層。 先 利 用
stress, rupture process.
一、 背景
地震對人類所造成之災害，堪虞為自然界中最嚴重的一項。台灣更 位處於環太平洋地震帶上，地震發生非常頻繁。過去無數次的大地 震均對臺灣造成嚴重之衝擊與災害。
為了減少未來大地震之衝擊，本 計 畫 首 先 將 針 對 台 灣 地 區 中 大 規 模 地 震 進 行 震 源 破裂 過 程 的 時 間 -空 間 分佈分 析。所 採 用 的 方 法 為 體 波 震 源 逆 推 法 ， 此 方 法 在 進 行 分 析 前 需 要 完 整 的 震 源 參 數 資 訊 ， 包 括 地 震 規 模 、 震 源 位 置 、 震 源 機 制 、 斷 層 面 解 等 ， 目 前 這 些 資 訊 氣 象 局 已 經 於 地 震 發 生 後 快 速 地 做 例 行 公 布 ， 因 此 在 現 有 的 資 訊 架 構 下 ， 於 中 大 型 地 震 發 生 後 快 速 建 立 震 源 破 裂 過 程 的 初 步 結 果 是可 以 達 到 的 。
其 次 本 計 畫 將 彙 整其 他 三 項 研 究分 析 結 果，包 括 (1)震源機制與地 震破裂面之迅速判定、(2)庫倫應力變化之推演、(3)震源區域地質與孕 震構造之分析，對臺灣地區中 大 型 地 震 發 生 後 進 行 快 速 研 判 其 發 生 之 原 因 及 地 質 構 造 關 係 ， 以 提 供 政 府 單 位 及 所 有 民 眾 正 確 之 地 震 資 訊 ， 進 行 有效 之 防 救 災 工作 。
二、 震源區域地質與孕震構造
震 源 區 域 地 質 與 孕 震 構 造 之 分 析 本 年 度 工 作 重 點 為 新 城 ( 圖 1)、獅 潭 (圖 2)、梅 山、大 尖 山、六甲 及觸 口 等 斷 層。 先 利 用
圖 1 新城斷層及其鄰近的水系分布情形 圖 1 新城斷層及其鄰近的水系分布情形
用 近 場 強 震 資 料 、 GPS 同 震 位移 資 料 以 及遠 場 體 波 資 料 進 行聯 合 震 源 過 程 逆 推。在這 個 研 究 中 採用 一 個西 北 -東 南 走 向、朝 東 北 下 傾 的 斷 層 面 做 為 斷 層 模 型 (圖 3)， 此 斷 層 模 型 可 以 對 GPS 同 震 位 移 資 料 以 及 餘 震 分 佈 有 比 較 好 的 解 釋 。 此 外 研 究 中 我 們 採 用 三 維 格 林 函 數 來 擬 和 近 場 資 料 ， 並 採 用 平 行 化 非 負 最 小 平 方 法 來 進 行 逆 推，希 望能 藉 此 獲 得 較高 解析 度 的 震 源 時 間 -空 間 破 裂 過 程 模 型 。
用 近 場 強 震 資 料 、 GPS 同 震 位移 資 料 以 及遠 場 體 波 資 料 進 行聯 合 震 源 過 程 逆 推。在這 個 研 究 中 採用 一 個西 北 -東 南 走 向、朝 東 北 下 傾 的 斷 層 面 做 為 斷 層 模 型 (圖 3)， 此 斷 層 模 型 可 以 對 GPS 同 震 位 移 資 料 以 及 餘 震 分 佈 有 比 較 好 的 解 釋 。 此 外 研 究 中 我 們 採 用 三 維 格 林 函 數 來 擬 和 近 場 資 料 ， 並 採 用 平 行 化 非 負 最 小 平 方 法 來 進 行 逆 推，希 望能 藉 此 獲 得 較高 解析 度 的 震 源 時 間 -空 間 破 裂 過 程 模 型 。
僅侷限在沿日本海溝的斷層淺部，同時破裂亦延伸到比較深的隱沒帶深 處。從破裂的時間分佈上來看，此次地震的能量釋放大致可分為三個階段 (圖 5)：第一個階段從 0-40 秒，為震央附近的初始破裂所釋放；第二個階 段為 40-100 秒，為震央區的重複破裂行為所釋放出來的能量；第三階段 100-160 秒的能量是破裂沿日本海溝朝南北兩端傳播延伸所釋放。此震源 破裂模型可以對區域強震記錄的特性有很好的解釋。
僅侷限在沿日本海溝的斷層淺部，同時破裂亦延伸到比較深的隱沒帶深 處。從破裂的時間分佈上來看，此次地震的能量釋放大致可分為三個階段 (圖 5)：第一個階段從 0-40 秒，為震央附近的初始破裂所釋放；第二個階 段為 40-100 秒，為震央區的重複破裂行為所釋放出來的能量；第三階段 100-160 秒的能量是破裂沿日本海溝朝南北兩端傳播延伸所釋放。此震源 破裂模型可以對區域強震記錄的特性有很好的解釋。
圖 4 日本 311 地震錯動量空間分佈：(a)錯動量分佈水平投影，(b) 錯動量分佈斷層面投影。
圖 4 日本 311 地震錯動量空間分佈：(a)錯動量分佈水平投影，(b) 錯動量分佈斷層面投影。
四 、 庫 倫 應 力 變 化 :
目 前 以 2010 年 3 月 4 日 ，台 灣 西 南 部 發生 了 芮 氏 規模 6.4 的 甲 仙 地 震 ， 此 地 震 為 一 個 未 知 斷 層 之 破 裂 所 引 發 。 主 震 震 央 位 置 靠 近 六 龜 鄉 ，震 源 深 度 23 km， 斷 層破 裂 主 要 向 西 延 伸。
經 由 台 灣 GPS 連 續 觀測 網 所 計 算出 之 同 震滑 移 分 布(圖 6)，顯 示 在 震 央 西 側 具 有 5-27 mm 的 水平 位 移 量 ，運 動 方 向 界 於 西 北和 西 南 向 ， 在 震 央 東側 則 沒 有 顯 著的 水 平 位 移 ； GPS 垂 直 位移 顯 示 在 震 央 附 近 之 測站 抬 升 了 5-25 mm，相較 之 下 ， 在 遠 場 GPS 四 、 庫 倫 應 力 變 化 :
目 前 以 2010 年 3 月 4 日 ，台 灣 西 南 部 發生 了 芮 氏 規模 6.4 的 甲 仙 地 震 ， 此 地 震 為 一 個 未 知 斷 層 之 破 裂 所 引 發 。 主 震 震 央 位 置 靠 近 六 龜 鄉 ，震 源 深 度 23 km， 斷 層破 裂 主 要 向 西 延 伸。
經 由 台 灣 GPS 連 續 觀測 網 所 計 算出 之 同 震滑 移 分 布(圖 6)，顯 示 在 震 央 西 側 具 有 5-27 mm 的 水平 位 移 量 ，運 動 方 向 界 於 西 北和 西 南 向 ， 在 震 央 東側 則 沒 有 顯 著的 水 平 位 移 ； GPS 垂 直 位移 顯 示 在 震 央 附 近 之 測站 抬 升 了 5-25 mm，相較 之 下 ， 在 遠 場 GPS
層 面 上 的 剪 切 應 力變 化， μ '為 視摩 擦 係 數，受 孔 隙 液 壓 之影 響
，其 值 一 般 約 介 於 0~0.7，Δ σn為 正 應力變 化，壓 制（ clamping
）為 正。若 Δ CFS＞ 0，斷 層 破 裂 會 被 激 發；相 反 地，若 Δ CFS
＜ 0，斷 層 破 裂則 會 被 壓 制 （King et al., 1994）。我 們 利 用 Okada
（ 1992） 的 方 法 來 計 算 斷 層 錯 動 造 成 的 應 力 改 變 ， 泊 松 比 和 剛 性 係 數 採 用 固 定 值，分 別 為 0.25 和 60 GPa。然 後，再 將應 力 張 量 旋 轉 到 目 標 斷 層 的 法 線 向 量 ， 求 取 目 標 斷 層 面 上 之 正 應 力 以 及 斷 層 滑 移 方 向 之 剪 應 力 ， 藉 已 求 取 庫 倫 應 力 變 化 量 。 但 是 庫 倫 應 力 的 變 化 在 潮 州 斷 層 以 及 旗 山 斷 層 更 為 複 雜 ， 同 時 可 見 到 應 力 增 加 和 減 小 的 區 域 。
圖 6 甲仙地震同震滑移分佈與斷層幾何形貌。
層 面 上 的 剪 切 應 力變 化， μ '為 視摩 擦 係 數，受 孔 隙 液 壓 之影 響
，其 值 一 般 約 介 於 0~0.7，Δ σn為 正 應力變 化，壓 制（ clamping
）為 正。若 Δ CFS＞ 0，斷 層 破 裂 會 被 激 發；相 反 地，若 Δ CFS
＜ 0，斷 層 破 裂則 會 被 壓 制 （King et al., 1994）。我 們 利 用 Okada
（ 1992） 的 方 法 來 計 算 斷 層 錯 動 造 成 的 應 力 改 變 ， 泊 松 比 和 剛 性 係 數 採 用 固 定 值，分 別 為 0.25 和 60 GPa。然 後，再 將應 力 張 量 旋 轉 到 目 標 斷 層 的 法 線 向 量 ， 求 取 目 標 斷 層 面 上 之 正 應 力 以 及 斷 層 滑 移 方 向 之 剪 應 力 ， 藉 已 求 取 庫 倫 應 力 變 化 量 。 但 是 庫 倫 應 力 的 變 化 在 潮 州 斷 層 以 及 旗 山 斷 層 更 為 複 雜 ， 同 時 可 見 到 應 力 增 加 和 減 小 的 區 域 。
圖 6 甲仙地震同震滑移分佈與斷層幾何形貌。
圖7 斷層系統的庫倫應力變化(ΔCFS)
五 、 震 源 機 制 與 地 震 破裂 面 之 迅 速 判定
震 源 機 制 與 地 震 破 裂 面 之 迅 速 判 定 是 首 先 對 該 系 統 加 以 改 善 來 提 高 它 的 穩 定 性 ， 適 應 性 和 震 源 機 制 解 之 精 確 性 ， 然 後 在 準 確 確 定 地 震 震 源 機 制 的 基 礎 上 在 三 維 速 度 模 型 中 進 一 步 分 析 地 震 的 有 限 地 震 矩 以 便 對 地 震 的 實 際 斷 層 面 作 出 判 斷 。 在 過 去 幾 個 月 的 計 劃 執 行 中 ， 主 要 針 對 目 前 震 源 機 制 計 算 流 程 做 了 一 些 改 進 (圖 8)， 以 提 高 系 統的 穩 定 性 和適 應 性 。
圖7 斷層系統的庫倫應力變化(ΔCFS)
五 、 震 源 機 制 與 地 震 破裂 面 之 迅 速 判定
震 源 機 制 與 地 震 破 裂 面 之 迅 速 判 定 是 首 先 對 該 系 統 加 以 改 善 來 提 高 它 的 穩 定 性 ， 適 應 性 和 震 源 機 制 解 之 精 確 性 ， 然 後 在 準 確 確 定 地 震 震 源 機 制 的 基 礎 上 在 三 維 速 度 模 型 中 進 一 步 分 析 地 震 的 有 限 地 震 矩 以 便 對 地 震 的 實 際 斷 層 面 作 出 判 斷 。 在 過 去 幾 個 月 的 計 劃 執 行 中 ， 主 要 針 對 目 前 震 源 機 制 計 算 流 程 做 了 一 些 改 進 (圖 8)， 以 提 高 系 統的 穩 定 性 和適 應 性 。
同 時 在 提 高 震 後 快 速 反 應 能 力 方 面 經 初 步 嘗 試 建 立 了 一 個 根 據 地 震 速 報 報 告 提 供 的 震 源 位 置 和 震 源 機 制 即 時 自 動 計 算 臺 灣 全 島 強 地 面 運動，製 作地 震 動 動 畫 (shake movie)，以 及計 算 和 繪 製 PGA 和 PGV 分佈 圖 的 系 統 。目 前此 系 統 已 經 經 過 測試 ( 圖 9)， 如 果 與 現有 的 地 震 預 警和 即 時 自 動震 源 機 制 反 演 系 統連 接，對 於 臺 灣 及 其附 近 有 感 地 震該 系 統 將能 夠 在 15 分 鐘 左 右 提 供 模 擬 得 到 的 shake movie 和 PGA 和 PGV 分 佈 圖 。 若 進 一 步 利 用 志 願 者 提 供 計 算資 源 (volunteer computing)的 理 念，shake movie 和 PGA 和 PGV 分 佈 圖 的 計 算 和 製 作 將可 以 縮 減 到 5 分 鐘 以 内
。
圖 8 即時自動震源機制逆推系統運行流程圖
同 時 在 提 高 震 後 快 速 反 應 能 力 方 面 經 初 步 嘗 試 建 立 了 一 個 根 據 地 震 速 報 報 告 提 供 的 震 源 位 置 和 震 源 機 制 即 時 自 動 計 算 臺 灣 全 島 強 地 面 運動，製 作地 震 動 動 畫 (shake movie)，以 及計 算 和 繪 製 PGA 和 PGV 分佈 圖 的 系 統 。目 前此 系 統 已 經 經 過 測試 ( 圖 9)， 如 果 與 現有 的 地 震 預 警和 即 時 自 動震 源 機 制 反 演 系 統連 接，對 於 臺 灣 及 其附 近 有 感 地 震該 系 統 將能 夠 在 15 分 鐘 左 右 提 供 模 擬 得 到 的 shake movie 和 PGA 和 PGV 分 佈 圖 。 若 進 一 步 利 用 志 願 者 提 供 計 算資 源 (volunteer computing)的 理 念，shake movie 和 PGA 和 PGV 分 佈 圖 的 計 算 和 製 作 將可 以 縮 減 到 5 分 鐘 以 内
。
圖 8 即時自動震源機制逆推系統運行流程圖
圖 9 台 東 地 震 (2008 年 5 月 13 日 )震 源 機 制 解 比 較 。 ave.
0.734
PHU B ave.
0.842
圖 9 台 東 地 震 (2008 年 5 月 13 日 )震 源 機 制 解 比 較 。 ave.
0.734
PHU B ave.
0.842
交通部中央氣象局
委託研究計畫期末成果報告
庫倫應力變化之推演
計畫類別：□氣象 □海象 ▓地震 計畫編號：MOTC-CWB-100-E-08
執行期間：100 年 1 月 1 日至 100 年 12 月 31 日 計畫主持人：許 雅 儒
執行機構：中華民國地球物理學會
本成果報告包括以下應繳交之附件（或附錄） ：
□赴國外出差或研習心得報告 1 份
□赴大陸地區出差或研習心得報告 1 份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各 1 份
中華民國 100 年 12 月 日 交通部中央氣象局
委託研究計畫期末成果報告
庫倫應力變化之推演
計畫類別：□氣象 □海象 ▓地震 計畫編號：MOTC-CWB-100-E-08
執行期間：100 年 1 月 1 日至 100 年 12 月 31 日 計畫主持人：許 雅 儒
執行機構：中華民國地球物理學會
本成果報告包括以下應繳交之附件（或附錄） ：
□赴國外出差或研習心得報告 1 份
□赴大陸地區出差或研習心得報告 1 份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各 1 份
中華民國 100 年 12 月 日
政府研究計畫期末報告摘要資料表
計畫中文名稱 庫倫應力變化之推演 計畫編號 MOTC-CWB-100-E-08 主管機關 交通部中央氣象局 執行機構 中華民國地球物理學會
年度 100 執行期間 100 年 1 月 1 日至 100 年 12 月 31 日 本期經費
（單位：千元）
執行進度 預定（％） 實際（％） 比較（％）
100 100 100
經費支用 預定（千元） 實際（千元） 支用率（％）
研究人員
計畫主持人 協同主持人 研究助理
許 雅 儒
報告頁數 使用語言
中英文關鍵詞
研究目的 大地震發生過後，常伴隨許多餘震，科學家為了解主震所造成 的應力改變對鄰近斷層的影響，在 1994 年首次提出庫倫破壞 應力的概念。當庫倫破壞應力為正值時表示鄰近地區之斷層有 可能發生破裂；為負值時則表示較不容易發生破裂。藉由計算 目標區或鄰近斷層上庫倫破壞應力之上升和下降，可評估該區 地震之潛能。台灣地區震頻繁，經由計算大地震過後造成之庫 倫應力改變，可評估較大餘震可能發生之區域，避免造成災害 傷亡。
政府研究計畫期末報告摘要資料表
計畫中文名稱 庫倫應力變化之推演 計畫編號 MOTC-CWB-100-E-08 主管機關 交通部中央氣象局 執行機構 中華民國地球物理學會
年度 100 執行期間 100 年 1 月 1 日至 100 年 12 月 31 日 本期經費
（單位：千元）
執行進度 預定（％） 實際（％） 比較（％）
100 100 100
經費支用 預定（千元） 實際（千元） 支用率（％）
研究人員
計畫主持人 協同主持人 研究助理
許 雅 儒
報告頁數 使用語言
中英文關鍵詞
研究目的 大地震發生過後，常伴隨許多餘震，科學家為了解主震所造成 的應力改變對鄰近斷層的影響，在 1994 年首次提出庫倫破壞 應力的概念。當庫倫破壞應力為正值時表示鄰近地區之斷層有 可能發生破裂；為負值時則表示較不容易發生破裂。藉由計算 目標區或鄰近斷層上庫倫破壞應力之上升和下降，可評估該區 地震之潛能。台灣地區震頻繁，經由計算大地震過後造成之庫 倫應力改變，可評估較大餘震可能發生之區域，避免造成災害 傷亡。
研究成果 本研究利用 GPS 觀測之同震位移和彈性半空間錯位模 型，推求 2010 年 3 月 4 日甲仙地震（Mw=6.4）斷層最佳模型 為走向 N324°，傾角 40°往東北。斷層面上的傾向滑移量為 0.05~0.1 m，左移分量為 0.04 m。斷層幾何形貌與台灣寬頻地 震網（BATS），美國地質調查（USGS/NEIC），和全球 CMT 所 計算出的震源機制比對也相當吻合。斷層最大滑移量約 0.12 m，位在震源西側深度 15 ~20 km 處。計算主震對鄰近斷層系 統之庫倫應力變化（△CFS）顯示：甲仙地震可能觸發觸口斷 層的破裂並抑制旗山斷層的破裂；庫倫應力的變化在潮州斷層 以及旗山斷層更為複雜，同時可見到應力增加和減小的區域。
另計算 2002 年 3 月 31 日發生在宜蘭花蓮外海之 331 地震
（Mw=7.1）之同震滑移分佈及主震造成之應力改變。331 地震 震源深度約40 km，斷層面可能為台灣北部隱沒帶上之分叉斷 層。使用GPS 資料逆推得到最佳斷層模型為走向 N290°、傾角 30°，斷層頂部沒有出露海床，位於深度 12 km 處。斷層面上最 大滑移量為0.56 m，分佈在震央東側深度 25 km 處。計算台灣 東部縱谷斷層、中央山脈斷層、及台灣北部山腳斷層斷層面上 之庫倫應力變化顯示：331 地震過後，山腳斷層及縱谷斷層中 段及南段斷層滑移面上的庫倫應力增加；而縱谷斷層北段及中 央山脈斷層大部份區域庫倫應力下降。
具體落實應用 情形
1. 藉由大地震過後計算主震造成之庫倫應力，評估較大餘震可能發 生之區域，避免造成災害傷亡，並了解主震造成之區域應力改變 對周遭區域地震活動度及鄰近斷層帶之交互影響。台灣地區地 震頻繁，可提供足夠多的地震數目從事相關研究，再利用統計 學進行可信度及危害度分析，對地震防災提供實質助益。綜言 之，由於甲仙地震規模較小，而2002 年花蓮外海之 331 地震又 是外海地震，初步研究顯示主震造成的應力改變對台灣本島斷 層之影響有限。
計畫變更說明 （若有）
落後原因 （若有）
檢 討 與 建 議
（變更或落後
研究成果 本研究利用 GPS 觀測之同震位移和彈性半空間錯位模 型，推求 2010 年 3 月 4 日甲仙地震（Mw=6.4）斷層最佳模型 為走向 N324°，傾角 40°往東北。斷層面上的傾向滑移量為 0.05~0.1 m，左移分量為 0.04 m。斷層幾何形貌與台灣寬頻地 震網（BATS），美國地質調查（USGS/NEIC），和全球 CMT 所 計算出的震源機制比對也相當吻合。斷層最大滑移量約 0.12 m，位在震源西側深度 15 ~20 km 處。計算主震對鄰近斷層系 統之庫倫應力變化（△CFS）顯示：甲仙地震可能觸發觸口斷 層的破裂並抑制旗山斷層的破裂；庫倫應力的變化在潮州斷層 以及旗山斷層更為複雜，同時可見到應力增加和減小的區域。
另計算 2002 年 3 月 31 日發生在宜蘭花蓮外海之 331 地震
（Mw=7.1）之同震滑移分佈及主震造成之應力改變。331 地震 震源深度約40 km，斷層面可能為台灣北部隱沒帶上之分叉斷 層。使用GPS 資料逆推得到最佳斷層模型為走向 N290°、傾角 30°，斷層頂部沒有出露海床，位於深度 12 km 處。斷層面上最 大滑移量為0.56 m，分佈在震央東側深度 25 km 處。計算台灣 東部縱谷斷層、中央山脈斷層、及台灣北部山腳斷層斷層面上 之庫倫應力變化顯示：331 地震過後，山腳斷層及縱谷斷層中 段及南段斷層滑移面上的庫倫應力增加；而縱谷斷層北段及中 央山脈斷層大部份區域庫倫應力下降。
具體落實應用 情形
1. 藉由大地震過後計算主震造成之庫倫應力，評估較大餘震可能發 生之區域，避免造成災害傷亡，並了解主震造成之區域應力改變 對周遭區域地震活動度及鄰近斷層帶之交互影響。台灣地區地 震頻繁，可提供足夠多的地震數目從事相關研究，再利用統計 學進行可信度及危害度分析，對地震防災提供實質助益。綜言 之，由於甲仙地震規模較小，而2002 年花蓮外海之 331 地震又 是外海地震，初步研究顯示主震造成的應力改變對台灣本島斷 層之影響有限。
計畫變更說明 （若有）
落後原因 （若有）
檢 討 與 建 議
（變更或落後
之因應對策）
（以下接全文報告）
之因應對策）
（以下接全文報告）
庫倫應力變化之推演
許雅儒
中央研究院地球科學研究所
摘 要
本研究計算大型地震之庫倫破壞應力（△CFS），藉以了解主震所造成的應力 改變對鄰近斷層的影響，庫倫破壞應力為正值時表示鄰近地區之斷層很有可能發 生破裂；為負值時則表示較不容易發生破裂。藉由計算目標區或鄰近斷層上庫倫 破壞應力之上升和下降，可評估該區地震之潛能及較大餘震可能發生之區域，避免 造成災害傷亡。
2010 年 3 月 4 日，台灣西南部發生了芮氏規模 6.4 的甲仙地震，此地震為盲 斷層破裂所引發。震央位置靠近六龜鄉，震源深度23 km，斷層破裂主要向西延伸。
台灣GPS 連續觀測網所計算出之同震地表位移顯示：在震央西側具有 5~27 mm 的 水平位移量，運動方向介於西北和西南向，在震央東側則沒有顯著的水平位移；
GPS 垂直位移顯示在震央附近之測站抬升了 5~25 mm，相較之下，在遠場 GPS 測 站只觀測到5~10 mm 的垂直位移量。利用 GPS 同震位移和彈性半空間錯位模型，
即可逆推甲仙斷層的幾何形貌和同震滑移分佈。最佳斷層模型顯示斷層走向為 N324°（西北-東南），傾角40°往東北方向，斷層面上的傾向滑移量為 0.05~0.1 m，
左移分量為 0.04 m。斷層幾何形貌與台灣寬頻地震網（BATS），美國地質調查
（USGS/NEIC），和全球 CMT 所計算出的震源機制比對也相當吻合。斷層最大滑 移量0.12 m 位在震源西側深度 15 ~20 km 處。計算主震對鄰近斷層系統之庫倫應 力變化顯示：甲仙地震可能觸發觸口斷層（△CFS~0.05 MPa）的破裂並抑制旗山 斷層（△CFS~ -0.01 MPa）的破裂；庫倫應力的變化在潮州斷層以及旗山斷層更為 複雜，同時可見到應力增加和減小的區域。
本研究另外選取 2002 年 3 月 31 日發生在宜蘭花蓮外海之 331 地震（Mw=7.1）
計算其同震滑移分佈及主震造成之應力改變。台灣東北部海域地震頻繁，歷史地 震記錄中已有多次規模大於7.5 之地震及可能海嘯事件發生，計算 331 地震對陸地 上主要斷層系統之影響，將有助於地震災害評估。331 地震震源深度約 40 km，斷 層面可能為台灣北部隱沒帶上之分叉斷層。GPS 觀測之最大水平同震位移在蘇澳 可高達 50 mm，運動方向為東南方，位移量往西北方遞減，新竹以南地區同震位
庫倫應力變化之推演
許雅儒
中央研究院地球科學研究所
摘 要
本研究計算大型地震之庫倫破壞應力（△CFS），藉以了解主震所造成的應力 改變對鄰近斷層的影響，庫倫破壞應力為正值時表示鄰近地區之斷層很有可能發 生破裂；為負值時則表示較不容易發生破裂。藉由計算目標區或鄰近斷層上庫倫 破壞應力之上升和下降，可評估該區地震之潛能及較大餘震可能發生之區域，避免 造成災害傷亡。
2010 年 3 月 4 日，台灣西南部發生了芮氏規模 6.4 的甲仙地震，此地震為盲 斷層破裂所引發。震央位置靠近六龜鄉，震源深度23 km，斷層破裂主要向西延伸。
台灣GPS 連續觀測網所計算出之同震地表位移顯示：在震央西側具有 5~27 mm 的 水平位移量，運動方向介於西北和西南向，在震央東側則沒有顯著的水平位移；
GPS 垂直位移顯示在震央附近之測站抬升了 5~25 mm，相較之下，在遠場 GPS 測 站只觀測到5~10 mm 的垂直位移量。利用 GPS 同震位移和彈性半空間錯位模型，
即可逆推甲仙斷層的幾何形貌和同震滑移分佈。最佳斷層模型顯示斷層走向為 N324°（西北-東南），傾角40°往東北方向，斷層面上的傾向滑移量為 0.05~0.1 m，
左移分量為 0.04 m。斷層幾何形貌與台灣寬頻地震網（BATS），美國地質調查
（USGS/NEIC），和全球 CMT 所計算出的震源機制比對也相當吻合。斷層最大滑 移量0.12 m 位在震源西側深度 15 ~20 km 處。計算主震對鄰近斷層系統之庫倫應 力變化顯示：甲仙地震可能觸發觸口斷層（△CFS~0.05 MPa）的破裂並抑制旗山 斷層（△CFS~ -0.01 MPa）的破裂；庫倫應力的變化在潮州斷層以及旗山斷層更為 複雜，同時可見到應力增加和減小的區域。
本研究另外選取 2002 年 3 月 31 日發生在宜蘭花蓮外海之 331 地震（Mw=7.1）
計算其同震滑移分佈及主震造成之應力改變。台灣東北部海域地震頻繁，歷史地 震記錄中已有多次規模大於7.5 之地震及可能海嘯事件發生，計算 331 地震對陸地 上主要斷層系統之影響，將有助於地震災害評估。331 地震震源深度約 40 km，斷 層面可能為台灣北部隱沒帶上之分叉斷層。GPS 觀測之最大水平同震位移在蘇澳 可高達 50 mm，運動方向為東南方，位移量往西北方遞減，新竹以南地區同震位
移已不顯著；花蓮鄰近測站之水平位移約為 10 mm，往西北方運動；琉球群島上 之測站位移量約為 5~15 mm，主要往東南方運動。在垂直位移量方面，近震央處 之蘇澳觀測到最大下陷量25 mm，宜蘭和台北之間之 GPS 測站大部份呈現下陷，
琉球群島上之GPS 測站有些許抬升現象。使用 GPS 資料逆推之最佳斷層模型為走 向N290°、傾角 30°，斷層頂部沒有出露海床，位於深度 12 km 處。斷層面上最大 滑移量為0.56 m，分佈在震央東側深度 25 km 處。
利用 331 同震滑移計算台灣東部縱谷斷層、中央山脈斷層、及台灣北部山腳 斷層斷層面上之庫倫應力變化顯示：331 地震過後，山腳斷層及縱谷斷層中段及南 段斷層滑移面上的庫倫應力增加（0.001~0.02 MPa）；而縱谷斷層北段及中央山脈 斷層大部份區域庫倫應力下降（~0.005 MPa）。
綜言之，由於甲仙地震規模較小，而 2002 年花蓮外海之 331 地震又是外海地 震，初步研究顯示主震造成的應力改變對台灣本島斷層之影響有限。
移已不顯著；花蓮鄰近測站之水平位移約為 10 mm，往西北方運動；琉球群島上 之測站位移量約為 5~15 mm，主要往東南方運動。在垂直位移量方面，近震央處 之蘇澳觀測到最大下陷量25 mm，宜蘭和台北之間之 GPS 測站大部份呈現下陷，
琉球群島上之GPS 測站有些許抬升現象。使用 GPS 資料逆推之最佳斷層模型為走 向N290°、傾角 30°，斷層頂部沒有出露海床，位於深度 12 km 處。斷層面上最大 滑移量為0.56 m，分佈在震央東側深度 25 km 處。
利用 331 同震滑移計算台灣東部縱谷斷層、中央山脈斷層、及台灣北部山腳 斷層斷層面上之庫倫應力變化顯示：331 地震過後，山腳斷層及縱谷斷層中段及南 段斷層滑移面上的庫倫應力增加（0.001~0.02 MPa）；而縱谷斷層北段及中央山脈 斷層大部份區域庫倫應力下降（~0.005 MPa）。
綜言之，由於甲仙地震規模較小，而 2002 年花蓮外海之 331 地震又是外海地 震，初步研究顯示主震造成的應力改變對台灣本島斷層之影響有限。
壹、 前 言
近年快速發展的全球衛星定位系統（GPS），已成為研究地殼變形與地體動力 學之利器。中央研究院地球科學研究所於1989 年，建立涵蓋台灣全島及附近主要 離島的「台灣 GPS 觀測網」監測地殼變形。台灣地區運轉中的原有約 50 站 GPS 連續觀測站，分別由內政部、中央氣象局、中央研究院、成功大學及交通大學設 立與營運；其中有 8 站位於金門、馬祖、澎湖、東沙、小琉球及蘭嶼等離島。在 1999 年集集地震發生後，中央氣象局地震測報中心與中央研究院地球科學研究所 合作於2001-2005 的五年期間在台灣地區新設 150 個 GPS 連續觀測站。連同各機 構原有的50 站，形成一個總數超過 200 站的密集 GPS 連續觀測網（余水倍等, 2010）。
配合近斷層GPS 密集觀測結果，可偵測活動盲斷層的位置及其變形，估算斷層的 滑移率，據以判定斷層活動度，提供地震潛勢評估之重要依據。當有較大地震發 生時，密集的連續GPS 資料更能有效用於觀測震前、同震與震後變形，並計算主 震所造成的應力改變對鄰近斷層及地震活動度之影響，獲知地殼應變累積與能量 釋放過程、震源斷層之力學性質及地殼應力重新分配之情形。
本研究選取2010 年 3 月 4 日發生的甲仙地震（Mw=6.4）及 2002 年 3 月 31 日 發生的花蓮 331 大地震（Mw=7.1）計算庫倫破壞應力。甲仙地震由未知的盲斷層 活動所引起，餘震之分布大致呈西北東南走向，但和主震斷層及鄰近斷層之走向 有顯著之差異，其發震構造和周遭大地構造之關係至今尚未釐清。花蓮331 地震，
震央位於宜蘭南澳外海與隱沒作用有關，震源深度約40 km。台灣東北部海域地震 頻繁，歷史地震記錄中已有多次規模大於7.5 之地震發生，這些地震和歷史記載海 嘯事件之關係仍不清楚。另外，東部外海大型地震對陸地上主要斷層系統影響之 相關研究仍欠缺。有鑑於此，本研究特別選取花蓮 331 地震，了解主震發生後，
鄰近斷層系統之應力改變及地震活動度變化之情形。
貳、 GPS 資料蒐集及分析
（一）甲仙地震
2010 年 3 月 4 日之甲仙地震發生在高雄甲仙地震站東南方 17 km 處，主震 深度為 23 km，不過甲仙地震並非鄰近的潮州斷層活動引起，而是由未知的盲斷
壹、 前 言
近年快速發展的全球衛星定位系統（GPS），已成為研究地殼變形與地體動力 學之利器。中央研究院地球科學研究所於1989 年，建立涵蓋台灣全島及附近主要 離島的「台灣 GPS 觀測網」監測地殼變形。台灣地區運轉中的原有約 50 站 GPS 連續觀測站，分別由內政部、中央氣象局、中央研究院、成功大學及交通大學設 立與營運；其中有 8 站位於金門、馬祖、澎湖、東沙、小琉球及蘭嶼等離島。在 1999 年集集地震發生後，中央氣象局地震測報中心與中央研究院地球科學研究所 合作於2001-2005 的五年期間在台灣地區新設 150 個 GPS 連續觀測站。連同各機 構原有的50 站，形成一個總數超過 200 站的密集 GPS 連續觀測網（余水倍等, 2010）。
配合近斷層GPS 密集觀測結果，可偵測活動盲斷層的位置及其變形，估算斷層的 滑移率，據以判定斷層活動度，提供地震潛勢評估之重要依據。當有較大地震發 生時，密集的連續GPS 資料更能有效用於觀測震前、同震與震後變形，並計算主 震所造成的應力改變對鄰近斷層及地震活動度之影響，獲知地殼應變累積與能量 釋放過程、震源斷層之力學性質及地殼應力重新分配之情形。
本研究選取2010 年 3 月 4 日發生的甲仙地震（Mw=6.4）及 2002 年 3 月 31 日 發生的花蓮 331 大地震（Mw=7.1）計算庫倫破壞應力。甲仙地震由未知的盲斷層 活動所引起，餘震之分布大致呈西北東南走向，但和主震斷層及鄰近斷層之走向 有顯著之差異，其發震構造和周遭大地構造之關係至今尚未釐清。花蓮331 地震，
震央位於宜蘭南澳外海與隱沒作用有關，震源深度約40 km。台灣東北部海域地震 頻繁，歷史地震記錄中已有多次規模大於7.5 之地震發生，這些地震和歷史記載海 嘯事件之關係仍不清楚。另外，東部外海大型地震對陸地上主要斷層系統影響之 相關研究仍欠缺。有鑑於此，本研究特別選取花蓮 331 地震，了解主震發生後，
鄰近斷層系統之應力改變及地震活動度變化之情形。
貳、 GPS 資料蒐集及分析
（一）甲仙地震
2010 年 3 月 4 日之甲仙地震發生在高雄甲仙地震站東南方 17 km 處，主震 深度為 23 km，不過甲仙地震並非鄰近的潮州斷層活動引起，而是由未知的盲斷
層活動所引起，由於地表無顯著破裂面，因此在甲仙地震發生後，中研院地球所 利用GPS 連續站之資料來找尋可能的地震破裂面、計算同震滑移分布及同震應力 改變對鄰近斷層之影響。位於甲仙地震附近之GPS 連續觀測站在震前至少有五年 之觀測資料，研究中選取距甲仙地震震央距離小於80 km 之測站，逆推斷層幾何 形貌及滑移分佈。蒐集之GPS 資料以 Bernese 4.2 軟體求解，利用加權最小二乘法 處理不同觀測時段的所有資料，以決定各測站的坐標。求解過程中使用 IGS 提供 之精密星歷表，以最小二乘法同時調整對流層天頂延遲估計及測站座標。最後，
固定位於中國大陸邊縁較穩定之澎湖白沙測站（S01R），使其座標值與國際地球 參考框架ITRF00 一致，進而求取其它測站之座標。研究中使用甲仙地震前後 4 天 GPS 觀測之平均值估算同震位移（Hsu et al., 2010）。
（二）花蓮 331 地震
2002 年 3 月 31 日發生規模 7.1 之 331 大地震，震央位於宜蘭南澳外海，震源 深度約40 km，此次地震與台灣北部菲律賓海板塊向琉球海溝隱沒之作用有關。台 灣東北部海域地震頻繁，歷史地震記錄中已有多次規模大於7.5 之地震發生，為了 研究東部外海大型地震對陸地上主要斷層系統之影響，本研究蒐集在台灣東部、
北部及在琉球群島之GPS 資料，計算同震位移。台灣本島 GPS 測站資料由中研院 地球所提供，而琉球附近的GPS 資料可經由日本國土地理院（Geospatial Information Authority of Japan, GSI）之網站申請。GPS 資料以 RunGamit 自動化 GPS 資料處理 系統解算各測站每天之ITRF2005 座標。RunGamit 系統乃以 GAMIT/GLOBK 軟體 為核心之自動化GPS 資料處理系統，由美國地質調查所（USGS）出資研發後提供 各界免費使用。可自動將一大型GPS 觀測網分成數個由不大於 40 個測站組成的子 網，並分配於不同的伺服器同時計算，提高資料處理效率。各子網未經約制之每 日鬆弛解，經由GLOBK 結合約制在 ITRF2005 座標架構下；整合一段期間的每日 解而獲得各測站之ITRF2005 座標時間序列（余水倍等, 2010）。另藉由美國噴射推 進實驗室（JPL）董大南博士發展的 QOCA 軟體（Quasi Observation Combination Analysis, http://gipsy.jpl.nasa.gov/qoca/）進行時間序列分析，移除 GPS 測站共有之 誤差並進行雜訊分析，最後再利用所得之 ITRF2005 時間序列及最小二乘法計算 331 地震之同震位移。
層活動所引起，由於地表無顯著破裂面，因此在甲仙地震發生後，中研院地球所 利用GPS 連續站之資料來找尋可能的地震破裂面、計算同震滑移分布及同震應力 改變對鄰近斷層之影響。位於甲仙地震附近之GPS 連續觀測站在震前至少有五年 之觀測資料，研究中選取距甲仙地震震央距離小於80 km 之測站，逆推斷層幾何 形貌及滑移分佈。蒐集之GPS 資料以 Bernese 4.2 軟體求解，利用加權最小二乘法 處理不同觀測時段的所有資料，以決定各測站的坐標。求解過程中使用 IGS 提供 之精密星歷表，以最小二乘法同時調整對流層天頂延遲估計及測站座標。最後，
固定位於中國大陸邊縁較穩定之澎湖白沙測站（S01R），使其座標值與國際地球 參考框架ITRF00 一致，進而求取其它測站之座標。研究中使用甲仙地震前後 4 天 GPS 觀測之平均值估算同震位移（Hsu et al., 2010）。
（二）花蓮 331 地震
2002 年 3 月 31 日發生規模 7.1 之 331 大地震，震央位於宜蘭南澳外海，震源 深度約40 km，此次地震與台灣北部菲律賓海板塊向琉球海溝隱沒之作用有關。台 灣東北部海域地震頻繁，歷史地震記錄中已有多次規模大於7.5 之地震發生，為了 研究東部外海大型地震對陸地上主要斷層系統之影響，本研究蒐集在台灣東部、
北部及在琉球群島之GPS 資料，計算同震位移。台灣本島 GPS 測站資料由中研院 地球所提供，而琉球附近的GPS 資料可經由日本國土地理院（Geospatial Information Authority of Japan, GSI）之網站申請。GPS 資料以 RunGamit 自動化 GPS 資料處理 系統解算各測站每天之ITRF2005 座標。RunGamit 系統乃以 GAMIT/GLOBK 軟體 為核心之自動化GPS 資料處理系統，由美國地質調查所（USGS）出資研發後提供 各界免費使用。可自動將一大型GPS 觀測網分成數個由不大於 40 個測站組成的子 網，並分配於不同的伺服器同時計算，提高資料處理效率。各子網未經約制之每 日鬆弛解，經由GLOBK 結合約制在 ITRF2005 座標架構下；整合一段期間的每日 解而獲得各測站之ITRF2005 座標時間序列（余水倍等, 2010）。另藉由美國噴射推 進實驗室（JPL）董大南博士發展的 QOCA 軟體（Quasi Observation Combination Analysis, http://gipsy.jpl.nasa.gov/qoca/）進行時間序列分析，移除 GPS 測站共有之 誤差並進行雜訊分析，最後再利用所得之 ITRF2005 時間序列及最小二乘法計算 331 地震之同震位移。
參、台灣地區大型地震之庫倫破壞應力
（一） 甲仙地震
甲仙地震所造成之GPS 同震水平位移約為 5~27 mm，移動方向為西北至西南 方向，水平運動在震央東側並不顯著。垂直位移在近震央處有5~25 mm 之抬升量，
遠場之垂直位移則不顯著，大概只有 5~10 mm（圖一）。由於甲仙地震之破裂並 沒有延伸至地表，我們使用主震震源機制來約制斷層幾何形貌。假設模擬斷層的 長度為50 km，寬度為 62 km，斷層傾角界於 40°〜70 °之間，斷層由地表延伸至 40 km 的深度，將斷層劃分成 64 個小區塊，根據地表 GPS 測站移動方向，限制斷 層滑移方向為左移及逆斷層滑移，並以彈性半無限空間錯位模型（Okada, 1985）
及加權最小二乘算法來推求最佳的斷層幾何形貌和同震滑移分布。地表GPS 觀測 值（d）和斷層面上的滑移（s ）可以寫成下列關係式：
d G(m)s )
(m
G 為格林函數，m為斷層參數，包含斷層的走向、傾角、長度、寛度、深度和 位置， 為觀測誤差。在逆推中，給定各個斷層參數合理的範圍，經由網格搜尋法
（grid search）求得一組較佳之斷層參數並計算相對應之同震滑移量。
由於甲仙地震為盲斷層破裂引發，無法由地表破裂決定斷層面。逆推中使用 地震震源機制解求得的二個可能斷層面進行逆推，雖然二者都能夠提供令人滿意 之結果。但是西北-東南走向之斷層面相較於東北-西南走向之斷層面有較低之殘差 值。另外，甲仙地震餘震投影至地表有一 N300 °之條帶，顯示西北-東南走向、向 東北傾之斷層似乎是比較可能之斷層面。因此，在網格搜尋過程中假設斷層走向 為 290 °~330 °，斷層傾角為 30 °~70°，研究中得到的最佳斷層模型為走向為N324 °、
傾角 40 °。斷層面上有 0.05~0.1 m 之傾向滑移，0.04 m 之左移運動 （圖二）。圖 三顯示 GPS 的殘差值在大部份區域都在一倍的標準偏差之下，少數較大之殘差值 可能涉及震後變形或受限於簡單的彈性錯位模型假設。斷層最大滑移量為 0.12 m，
分佈在震央西側，深度範圍介於 15~20 km，該區在主震前地震活動度並不顯著 （圖 三）。若假設剛性係數為 60 GPa，大地測量求得地震釋放之能量為 4.95×1018牛頓 米，相當於規模 6.4 地震，與全球 CMT、NEIC、和台灣 BATS 震源機制解所估計 之地震矩一致（Hsu et al., 2010）。
為了調查甲仙地震對於鄰近斷層系統之影響，研究中計算台灣西南部主要斷 層在甲仙地震過後之庫倫應力變化。庫倫應力變化的定義為，ΔCFS=Δτ-μ'Δσn，其
參、台灣地區大型地震之庫倫破壞應力
（一） 甲仙地震
甲仙地震所造成之GPS 同震水平位移約為 5~27 mm，移動方向為西北至西南 方向，水平運動在震央東側並不顯著。垂直位移在近震央處有5~25 mm 之抬升量，
遠場之垂直位移則不顯著，大概只有 5~10 mm（圖一）。由於甲仙地震之破裂並 沒有延伸至地表，我們使用主震震源機制來約制斷層幾何形貌。假設模擬斷層的 長度為50 km，寬度為 62 km，斷層傾角界於 40°〜70 °之間，斷層由地表延伸至 40 km 的深度，將斷層劃分成 64 個小區塊，根據地表 GPS 測站移動方向，限制斷 層滑移方向為左移及逆斷層滑移，並以彈性半無限空間錯位模型（Okada, 1985）
及加權最小二乘算法來推求最佳的斷層幾何形貌和同震滑移分布。地表GPS 觀測 值（d）和斷層面上的滑移（s ）可以寫成下列關係式：
d G(m)s )
(m
G 為格林函數，m為斷層參數，包含斷層的走向、傾角、長度、寛度、深度和 位置， 為觀測誤差。在逆推中，給定各個斷層參數合理的範圍，經由網格搜尋法
（grid search）求得一組較佳之斷層參數並計算相對應之同震滑移量。
由於甲仙地震為盲斷層破裂引發，無法由地表破裂決定斷層面。逆推中使用 地震震源機制解求得的二個可能斷層面進行逆推，雖然二者都能夠提供令人滿意 之結果。但是西北-東南走向之斷層面相較於東北-西南走向之斷層面有較低之殘差 值。另外，甲仙地震餘震投影至地表有一 N300 °之條帶，顯示西北-東南走向、向 東北傾之斷層似乎是比較可能之斷層面。因此，在網格搜尋過程中假設斷層走向 為 290 °~330 °，斷層傾角為 30 °~70°，研究中得到的最佳斷層模型為走向為N324 °、
傾角 40 °。斷層面上有 0.05~0.1 m 之傾向滑移，0.04 m 之左移運動 （圖二）。圖 三顯示 GPS 的殘差值在大部份區域都在一倍的標準偏差之下，少數較大之殘差值 可能涉及震後變形或受限於簡單的彈性錯位模型假設。斷層最大滑移量為 0.12 m，
分佈在震央西側，深度範圍介於 15~20 km，該區在主震前地震活動度並不顯著 （圖 三）。若假設剛性係數為 60 GPa，大地測量求得地震釋放之能量為 4.95×1018牛頓 米，相當於規模 6.4 地震，與全球 CMT、NEIC、和台灣 BATS 震源機制解所估計 之地震矩一致（Hsu et al., 2010）。
為了調查甲仙地震對於鄰近斷層系統之影響，研究中計算台灣西南部主要斷 層在甲仙地震過後之庫倫應力變化。庫倫應力變化的定義為，ΔCFS=Δτ-μ'Δσn，其
中 Δτ 是在斷層面上的剪切應力變化，μ'為視摩擦係數，受孔隙液壓之影響，其值 一般約介於 0~0.7，Δσn為正應力變化，壓制（clamping）為正。若 ΔCFS＞0，斷 層破裂會被激發；相反地，若ΔCFS＜0，斷層破裂則會被壓制 （King et al., 1994）。
我們利用Okada（1992）的方法來計算斷層錯動造成的應力改變，泊松比和剛性係 數採用固定值，分別為0.25 和 60 GPa。然後，再將應力張量旋轉到目標斷層的法 線向量，求取目標斷層面上之正應力以及斷層滑移方向之剪應力，藉已求取庫倫 應力變化量。
在甲仙地震震央附近，地震破裂潛在的來源包括潮州斷層、旗山斷層、新化 斷層及觸口斷層（圖四）。潮州斷層分隔西側之屏東平原的第四紀地層及東側的中 央山脈中新世地層。從地形圖上，其地層差異和線性特徵顯示此斷層具有垂直與 走向滑移二種分量（Ho, 1988; Shyu et al., 2005）。東北-西南走向的旗山斷層屬於右 移逆斷層（Lacombe et al., 2001）。由間震期 GPS 觀測結果顯示，橫跨斷層有明顯 之右移分量，速率為24~30 mm/yr（Hu et al., 2007）。新化斷層造成 1946 年規模 6.3 之台南新化地震，為一右移斷層，傾角向北（Hsu, 1971）。其斷層傾角隨深度 有明顯改變，近地表約為70°到斷層深部約為 17°（Lee et al., 2000）。觸口斷層為 台灣西部褶皺逆衝帶和嘉南地區沿海平原之分界線（Ho, 1986），斷層為向東傾 30°~40° 之逆斷層。在庫倫應力計算中所使用的斷層參數列於表一。
將這些斷層分為小區塊，並利用甲仙地震的同震滑移分布計算其庫倫應力在 斷層面上的變化量。計算庫倫應力變化需要假定視摩擦係數（μ'）。本研究測試結 果發現使用不同的 μ'值（0-0.75），庫倫應力變化並沒有顯著變化。此外，研究台 灣區域之震源機制發現視摩擦係數約介於0.2~0.5（Hsu et al., 2010）。本研究決定 使用μ'值 0.4 計算庫倫應力。結果顯示：庫倫應力在潮州斷層（圖四 a）的深部，
旗山斷層之大部分區域（圖四c）以及觸口斷層（圖四 f）為增加（~0.05 MPa）。
另一方面，庫倫應力在潮州斷層的淺部（圖四a）以及新化斷層（圖四 e）為減少
（~0.01 MPa）。大部分餘震分佈在震央西側，位於深度 15~20 km 範圍（圖四 e）。
餘震排列呈西北西-東南東走向，似乎與此區域現存的斷層構造不相關。由於只有 少數的餘震落在表一中斷層模型深度加減5 km 之範圍，餘震僅標示於圖四 e。
為了探討斷層幾何形狀對庫倫應力的影響，研究中改變潮州斷層之傾角，使 用60 °的斷層面（圖四b）；旗山斷層使用60°的斷層傾角（圖四d），計算庫倫應力 並和表一受地質資料控制之斷層模型作比較（圖四 a和b，表一）。測試發現在潮 州斷層深部和旗山斷層北側，庫倫應力有顯著變化。該結果顯示在解釋庫倫應力 變化時須謹慎（Hsu et al., 2010）。此外，庫倫應力大小對於同震滑動分佈和地質材 料特性（例如剛性係數）也相當敏感；近一步的研究將有助於研究其影響量。
中 Δτ 是在斷層面上的剪切應力變化，μ'為視摩擦係數，受孔隙液壓之影響，其值 一般約介於 0~0.7，Δσn為正應力變化，壓制（clamping）為正。若 ΔCFS＞0，斷 層破裂會被激發；相反地，若ΔCFS＜0，斷層破裂則會被壓制 （King et al., 1994）。
我們利用Okada（1992）的方法來計算斷層錯動造成的應力改變，泊松比和剛性係 數採用固定值，分別為0.25 和 60 GPa。然後，再將應力張量旋轉到目標斷層的法 線向量，求取目標斷層面上之正應力以及斷層滑移方向之剪應力，藉已求取庫倫 應力變化量。
在甲仙地震震央附近，地震破裂潛在的來源包括潮州斷層、旗山斷層、新化 斷層及觸口斷層（圖四）。潮州斷層分隔西側之屏東平原的第四紀地層及東側的中 央山脈中新世地層。從地形圖上，其地層差異和線性特徵顯示此斷層具有垂直與 走向滑移二種分量（Ho, 1988; Shyu et al., 2005）。東北-西南走向的旗山斷層屬於右 移逆斷層（Lacombe et al., 2001）。由間震期 GPS 觀測結果顯示，橫跨斷層有明顯 之右移分量，速率為24~30 mm/yr（Hu et al., 2007）。新化斷層造成 1946 年規模 6.3 之台南新化地震，為一右移斷層，傾角向北（Hsu, 1971）。其斷層傾角隨深度 有明顯改變，近地表約為70°到斷層深部約為 17°（Lee et al., 2000）。觸口斷層為 台灣西部褶皺逆衝帶和嘉南地區沿海平原之分界線（Ho, 1986），斷層為向東傾 30°~40° 之逆斷層。在庫倫應力計算中所使用的斷層參數列於表一。
將這些斷層分為小區塊，並利用甲仙地震的同震滑移分布計算其庫倫應力在 斷層面上的變化量。計算庫倫應力變化需要假定視摩擦係數（μ'）。本研究測試結 果發現使用不同的 μ'值（0-0.75），庫倫應力變化並沒有顯著變化。此外，研究台 灣區域之震源機制發現視摩擦係數約介於0.2~0.5（Hsu et al., 2010）。本研究決定 使用μ'值 0.4 計算庫倫應力。結果顯示：庫倫應力在潮州斷層（圖四 a）的深部，
旗山斷層之大部分區域（圖四c）以及觸口斷層（圖四 f）為增加（~0.05 MPa）。
另一方面，庫倫應力在潮州斷層的淺部（圖四a）以及新化斷層（圖四 e）為減少
（~0.01 MPa）。大部分餘震分佈在震央西側，位於深度 15~20 km 範圍（圖四 e）。
餘震排列呈西北西-東南東走向，似乎與此區域現存的斷層構造不相關。由於只有 少數的餘震落在表一中斷層模型深度加減5 km 之範圍，餘震僅標示於圖四 e。
為了探討斷層幾何形狀對庫倫應力的影響，研究中改變潮州斷層之傾角，使 用60 °的斷層面（圖四b）；旗山斷層使用60°的斷層傾角（圖四d），計算庫倫應力 並和表一受地質資料控制之斷層模型作比較（圖四 a和b，表一）。測試發現在潮 州斷層深部和旗山斷層北側，庫倫應力有顯著變化。該結果顯示在解釋庫倫應力 變化時須謹慎（Hsu et al., 2010）。此外，庫倫應力大小對於同震滑動分佈和地質材 料特性（例如剛性係數）也相當敏感；近一步的研究將有助於研究其影響量。
（二） 花蓮 331 地震
2002 年 3 月 31 日發生規模 7.1 之 331 大地震，震央位於宜蘭南澳外海，震源 深度約40 km，此次地震與台灣北部菲律賓海板塊向琉球海溝隱沒之作用相關。雖 然震央距台北市約100 km，不過由於盆地效應，災情卻集中在遠離震央的台北市
（Chen, 2003）。此次地震為宜蘭花蓮近海 16 年來規模最大之地震，前一次的大地 震發生在 1986 年，地震規模 6.8，震央位於花蓮外海（圖五），當時造成 15 人死 亡。
331 地震之最大 GPS 水平同震位移在蘇澳測站（SUAO）可高達 50 mm，向東 南方運動，位移量往西北方遞減（圖六a），到板橋測站（BANC）只有 18 mm，
到新竹及其以南地區水平位移已不顯著；在花蓮鄰近測站之同震位移量約為10 mm，
往西北方運動；琉球群島上之測站位移量約為 5~15 mm，主要往東南方運動。在 垂直位移量方面，近震央處之蘇澳測站（SUAO）觀測到最大下陷量 25 mm，宜蘭 和台北附近的GPS 測站大部份呈現下陷，琉球群島上之測站有些許抬升現象，抬 升量小於5 mm（圖六 b）。
由於 331 地震之破裂並沒有延伸至海床，因此，使用主震震源機制及餘震分 佈來約制斷層幾何形貌。地震震源機制中的二個斷層面分別為向北及向南傾，斷 層走向介於 N270°至 N290°，由於大部份的餘震分佈在震央的西北方（圖六 b），
向北傾的斷層面較能符合餘震分布及區域大地構造，此斷層面有可能是菲律賓海 板塊往北隱沒到歐亞大陸板塊時在板塊介面附近所發育之分叉斷層（spray fault）。
模型假設斷層的長度為小於100 km，斷層傾角介於 20°〜70 °之間，斷層由地表延 伸至50 km 之深度，將斷層劃分成 25 個小區塊，根據地表 GPS 測站移動方向，限 制斷層滑移為右移及逆斷層滑移，並以彈性半無限空間錯位模型（Okada, 1985）
及加權最小二乘算法來推求最佳的斷層幾何形貌和同震滑移分布，逆推方法與甲 仙地震斷層模型之建立相同，請參照前述說明。
研究中得到的最佳斷層模型為走向 N290°、傾角 30°，斷層頂部沒有出露海床，
位於深度 12 km 處，斷層寬度 76 km（圖七）。斷層面上有 0.2~0.4 m 之傾向滑移 及~0.2 m 之右移運動（圖六、七）。斷層最大滑移量為 0.56 m，分佈在震央東側，
深度 25 km 處（圖七）。若假設剛性係數為 40 GPa，大地測量求得地震釋放之能 量為 7.4×1019牛頓米，相當於規模 7.1 地震，與全球 CMT、NEIC、和台灣 BATS 震源機制解所估計之地震矩一致。
本研究亦試圖探討 331 地震對台灣東部之縱谷斷層、中央山脈斷層、及台灣 北部山腳斷層之影響（圖八）。縱谷斷層位於菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊之縫合
（二） 花蓮 331 地震
2002 年 3 月 31 日發生規模 7.1 之 331 大地震，震央位於宜蘭南澳外海，震源 深度約40 km，此次地震與台灣北部菲律賓海板塊向琉球海溝隱沒之作用相關。雖 然震央距台北市約100 km，不過由於盆地效應，災情卻集中在遠離震央的台北市
（Chen, 2003）。此次地震為宜蘭花蓮近海 16 年來規模最大之地震，前一次的大地 震發生在 1986 年，地震規模 6.8，震央位於花蓮外海（圖五），當時造成 15 人死 亡。
331 地震之最大 GPS 水平同震位移在蘇澳測站（SUAO）可高達 50 mm，向東 南方運動，位移量往西北方遞減（圖六a），到板橋測站（BANC）只有 18 mm，
到新竹及其以南地區水平位移已不顯著；在花蓮鄰近測站之同震位移量約為10 mm，
往西北方運動；琉球群島上之測站位移量約為 5~15 mm，主要往東南方運動。在 垂直位移量方面，近震央處之蘇澳測站（SUAO）觀測到最大下陷量 25 mm，宜蘭 和台北附近的GPS 測站大部份呈現下陷，琉球群島上之測站有些許抬升現象，抬 升量小於5 mm（圖六 b）。
由於 331 地震之破裂並沒有延伸至海床，因此，使用主震震源機制及餘震分 佈來約制斷層幾何形貌。地震震源機制中的二個斷層面分別為向北及向南傾，斷 層走向介於 N270°至 N290°，由於大部份的餘震分佈在震央的西北方（圖六 b），
向北傾的斷層面較能符合餘震分布及區域大地構造，此斷層面有可能是菲律賓海 板塊往北隱沒到歐亞大陸板塊時在板塊介面附近所發育之分叉斷層（spray fault）。
模型假設斷層的長度為小於100 km，斷層傾角介於 20°〜70 °之間，斷層由地表延 伸至50 km 之深度，將斷層劃分成 25 個小區塊，根據地表 GPS 測站移動方向，限 制斷層滑移為右移及逆斷層滑移，並以彈性半無限空間錯位模型（Okada, 1985）
及加權最小二乘算法來推求最佳的斷層幾何形貌和同震滑移分布，逆推方法與甲 仙地震斷層模型之建立相同，請參照前述說明。
研究中得到的最佳斷層模型為走向 N290°、傾角 30°，斷層頂部沒有出露海床，
位於深度 12 km 處，斷層寬度 76 km（圖七）。斷層面上有 0.2~0.4 m 之傾向滑移 及~0.2 m 之右移運動（圖六、七）。斷層最大滑移量為 0.56 m，分佈在震央東側，
深度 25 km 處（圖七）。若假設剛性係數為 40 GPa，大地測量求得地震釋放之能 量為 7.4×1019牛頓米，相當於規模 7.1 地震，與全球 CMT、NEIC、和台灣 BATS 震源機制解所估計之地震矩一致。
本研究亦試圖探討 331 地震對台灣東部之縱谷斷層、中央山脈斷層、及台灣 北部山腳斷層之影響（圖八）。縱谷斷層位於菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊之縫合
