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：台灣南部孕震帶※
※地質及構造的震測研究 ※
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計畫類別：□個別型計畫 ˇ整合型計畫 計畫編號：NSC 89－2921－M－006－004－EAF 執行期間：89 年 6 月 01 日至 90 年 12 月 31 日
計畫主持人：孫鎮球 共同主持人：
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
執行單位：國立成功大學地球科學系
中 華 民 國 九十一 年 四 月 二十九 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
國科會專題研究計畫成果報告撰寫格式說明 Preparation of NSC Project Reports
計畫編號：NSC 89-2921-M-006-004-EAF 執行期限：90 年 6 月 1 日至 90 年 12 月 31 日
主持人：孫鎮球
中文摘要：
台灣西南部台南地區的板塊活動可以用新化斷層與左鎮斷層之東西連線（約在北緯 23°03'）分為南區和北區。南北二區的板塊應力堆積大致相等，約為 30 mm/yr，但應力 消耗的分佈位置差異很大。在北區應力消耗大致集中在觸口斷層沿線，但在南區應力消 耗分佈則是分散在東經 120°20'以東的丘陵地帶及西邊的台南台地及後甲里斷層，這個 應力消耗的差異造成兩區板塊速度不同，而在交界處產生平移斷層。在南北兩區除了有 斷層作用之外，潛移（creeping）亦是應力消耗的重要方式。在北區，東經 120°20'以東 的丘陵地區地層發生明顯的傾斜，傾斜角在觸口斷層高達近 90°。在南區，台南台地東 側的地層傾角約為 15°，關廟地嶄地層為近水平，東經 120°20'以東的丘陵地帶至少有 2 個背斜和 1 個向斜，地層傾角都在 35°以下，並未發現任何斷層或斷層徵兆。這些現象 顯示潛移在本區消耗了相當部份推擠應力，使本地區的地震危險度相對降低。
關鍵字：台灣西南、淺層震測、斷層、潛移、板塊、地震危險度。
ABSTRACT
The tectonic province in the vicinity of the city of Tainan in southwestern Taiwan can be divided into northern and southern divisions with the Hsinhua fault and Tsochen Fault as the boundary. The amount of plate collision stress is virtually the same (about 30 mm/yr) in both divisions, but the way of stress dissipation is very different. In the northern division, the stress dissipation is concentrated in an N-30°-E striking strip along the Chuko Fault. In the southern division, on the other hand, stress dissipation is distributed into the topographic eastern part (east of E120°20′) and the Tainan Plateau in the western end. Such difference in stress-dissipation pattern causes velocity difference between the two divisions, and therefore generates strike-slip faults between them. Creeping (folding), in addition to faulting, plays a significant role in the plate-collision stress’ dissipation in both divisions. In the northern division, folding covers the entire topographic eastern part with maximum dipping angle of nearly 90° along Chuko Fault plane. In the southern division, folding with up to 35° dipping angle and several anticlines and synclines covers the entire topographic eastern part. Folding with up to 15° dipping angle covers the Tainan Plateau in the western end. Such creeping significantly reduces earthquake hazard in this area.
Keywords: Southwestern Taiwan, Shallow Seismics, Faulting, Creeping, Tectoincs, Earthquake Hazard.
計劃緣由與目的
台灣位於太平洋之西緣，菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊之碰撞帶。菲律賓海板塊以 每年 7.1 cm 之速度向西北移動（Seno 1993），是全球板塊運動速度最高者之一，因此 台灣是地震頻繁帶。本計劃在研究台灣西南部台南附近的板塊運動特性及評估本地區的 地震危險度。由 GPS 測量得知台灣中部以南的板塊運動速度大致維持常數，板塊應力 的累積在台灣南部應和中部近似，則在台灣南部發生類似 1999.9.21 大地震的可能性如 何？
本研究使用的方法主要是淺層震測和野外觀察。在可行的地方儘量使用淺層震測，
但在部份地區，特別是東北區的丘陵地帶，由於表面有大約 20 公尺厚的礫石層，震測 品質很差而必須放棄，只能用野外地質觀察。在東南部丘陵地帶則可以淺層震測與野外 地質觀察並用。在西北區及西南區則因地形較平坦，缺少露頭，以淺層震測為主要方法。
本區的板塊運動特性及地震危險度之解釋，是依據本研究所得的資料，配合 GPS 及挖 溝等前人研究成果。
圖 1. 研究區在台灣西南部，以灰線 AA'劃分為北區和南區。東西向灰線 BB'及 CC'分別在北區和南區，
用以說明板塊運動。L1 至 L10 表示震測測線位置，C1 至 C11 表示野外觀察的露頭位置。圖中並 標示各點的淺部地層走向及傾斜。
研究區域及周圍
研究區域位於台灣西南部，北緯 22°55'至 23°15'，東經 120°10'至 120°30'，在台南 市附近一個大約 30 km ×30 km 的區域（圖 1）。研究區東部（E120°20'以東）是丘陵 地帶，屬於台灣西部麓山帶，高度多不超過 200 m。西北部是台灣西南海岸平原的一部 份，高度接近海平面。台南市所在的台南台地位於研究區的西南角，關廟地嶄在研究區 的南部，台南台地與麓山帶之間。台南台地約較關廟地嶄高出約 15 m。
本區已知有數個斷層（圖 1）。觸口斷層是逆斷層，走向北 25°東，是造成 921 地 震的車籠埔斷層的向南延伸，它的南端在台南縣左鎮。新化斷層是右移的平移斷層，東 西走向，位於台南台地之北緣，它曾造成 1946 年的新化地震（M = 6.1）。存疑的後甲 里斷層是南北走向，位於台南台地與關廟地嶄之間。另有存疑的左鎮斷層，其地理位置
大約是新化斷層的向東延伸。
為方便說明，作者將研究區劃分為北區和南區，分界線是沿著新化斷層及左鎮斷層 的灰線 AA'（圖 1）。
研究方法
（1）淺層震測。它是得到地下資訊價廉而有效的方法。此處淺層震測的目標深度是 400 m 以內，這個深度足夠決定板塊運動特性。淺層震測在大部份地區都進行過，但在 東北區因為資料品質太差而予以放棄。
所有測線都是以 48 波道高解度反射淺層震測法施作。以重錘式震波發生器作 為震源，產生的震波尖峰頻率約為 110 hz。接收器是 100 hz 垂直式 geophones、炸 點間距與接收點間距都是 2 m，如此 CDP 間距為 1 m。近支距為 60 m。接收時間 全長為 1023 ms，接收時間間距為 1 ms。
資料處理方面，使用 60-10-160-10 hz 的帶通濾波，濾除速度 340 m/sec 的傾斜 濾波（濾除空氣波）。直達波和表面波是直接消去。經過 NMO 修正之後將同一 CDP 的波道疊加得到震測剖面。
圖 2. 測線 L1 得到的淺層震測剖面。
淺層震測共施作 17 條測線，其中品質可接受的測線共 10 條，分別以 L1 至 L10 標示於圖 1 中。另有 7 條測線，大多在東北區，因品質太差而放棄。
（2）野外觀察。觀察的項目包括地層和地形，主要用在研究區的東半部丘陵地帶。地 層分佈是觀察河流下切或道路施工挖掘的露頭得到。地形的觀察主要在判斷斷層存 在的可能性。
結果與討論
一、北區的淺部地層
北區東半部丘陵地帶的資料全是野外觀察的結果，觀察地點以 C1 至 C10 標示於圖 1。其中 C1 至 C5 在觸口斷層以東，距離逐漸增加，C5 距斷層約 5 km；C6 至 C10 在觸 口斷層以西，亦是距離漸增，C10 距觸口斷層約 7 km。本區岩層以砂岩、頁岩及泥岩為 主。緊貼觸口斷層兩側的地層近乎垂直。觸口斷層以東的地層走向與斷層相同，傾斜向
圖 3. 測線 L10 得到的淺層震測剖面，其中並標示斷層面。
東，傾斜角漸減，在 C5 的傾斜角為 15°。觸口斷層以西的地層走向亦是北 25°東，與斷 層相同，傾斜向西，傾斜角漸減，在 C10 的傾角為 15°。此區近地表數十公尺深有一不 整合面，上部覆蓋礫石層。繼續向西即進入西南海岸平原，北區的西半部，地形平坦，
震測測線 L1 與 L2 在此區，測線 L2 的震測剖面如圖 2，這裡顯示深度 100 m 以內地層 像地形一樣的平坦但深 100 m 或更深處，已出現褶縐，可見此地漸漸受到推擠應力而變 形。
二、南區的淺部地層
南區的淺部地層主要是以淺層震測得到，輔以野外觀察。震測測線 L3 至 L7 在東 半部丘陵地帶，L8 在關廟地嶄，L9 和 L10 在後甲里斷層。由震測剖面可知在關廟地嶄 地層所受的擾動有限。在東半部丘陵地帶，則地層由西向東至少有 2 個背斜和 1 個向斜，
地層多數有傾斜，且傾斜角可達 35°，但看不到任何斷層。由地形觀察也未發現疑似斷 層的線形構造。位於後甲里斷層的 L10 測線震測剖面如圖 3。由此剖面可知，測線跨過 一個背斜，兩側地層傾角可達 15°，並有二個傾角約 60°的斷層面。
三、板塊運動特性
北區的淺部地層可利用圖 1 中灰線 BB' 說明。觸口斷層的斷層面是近乎垂直的，
緊接它兩側的地層也是近乎垂直的。離開觸口斷層愈遠，地層傾斜角愈小，在東側 C5 位置傾斜角降至 15°，在西側 C10 位置傾斜角亦降至 15°。這些現象顯示此區板塊推擠 應力有相當一部份是以產生褶縐的潛移方式消耗。潛移消耗應力最多的地方是地層傾角 最高的地方，即斷層面附近。潛移消耗量隨地層傾角減少而減少，也就是隨著與斷層面
的距離增加而減少。在灰線 BB' 的西端，即西南海岸平原區，地層近乎水平，也未發現 斷層，顯示板塊推擠應力消耗極少。
圖 4 是 GPS 測量的板塊運動速度場。沿著灰線 BB'，顯然在觸口斷層附近有大約 20 mm/yr 的速度下降。板塊移動速度在灰線 BB' 的東端是大約 30 mm/yr，在西端則只 有 5 mm/yr。這表示 GPS 速度場分析的結果也顯示板塊推擠應力大多消耗在觸口斷層附 近，與本研究的結果一致。
在南區，淺部地層可以用灰線 CC' 做為代表。在東區的丘陵地帶（E120°20'以東）
有數個向斜和背斜，但沒有斷層，也沒有疑似斷層的構造，地層傾斜為中度，都不超過 35°。在關廟地嶄，地層近乎水平。在灰線 BB' 的西端是台南台地，出現背斜構造，地 層傾斜可達 10°，且可以看到後甲里斷層的破裂面。這些現象顯示板塊推擠應力的消耗 大多發生在東區的丘陵地帶及西端的台南台地及後甲里斷層。位居中間的關廟地嶄則消 耗量很少。
由 GPS 測得的南區板塊運動速度場亦如圖 4。沿著灰線 CC'，在東部丘陵地帶有大 約 20 mm/yr 的速度下降，在關廟地嶄則幾乎沒有速度下降，在西端的台南台地的速度 下降也是微量。這顯示在南區的板塊推擠應力消耗主要發生在東部的丘陵地帶口在西端 的台南台地，消耗的應力較關廟地嶄多，但較東部丘陵地帶少。
由以上得到的資訊可以獲致幾個有用的推論。首先，既然菲律賓海板塊向西北的運 動速度在台灣中部以南大致維持固定，則本研究的南區與北區的板塊推擠應力大致相
圖 4. 台灣南部 GPS 測量的速度場，箭頭前端圓圈表示 95%信心水準的誤差範圍，□ =研究區。（摘自 Yu et al., 1997）
同，這點可由圖 4 的 GPS 速度場顯示，不論南區或北區，東部的板塊運動速度大致都 是 30 mm/yr，得到印證。南北兩區的速度下降主要是在東半部的丘陵地帶（約 30 mm/yr），但在北區集中在觸口斷層附近。南區分散在整個東半部丘陵地帶。在西半部 方面，在南區的關廟地嶄，有幾個 mm/yr 的速度，使西端的台南台地有幾個 mm/yr 的速 度下降；但在相同經度的北區則速度及速度下降都很微小。這個南區和北區的板塊速度 及速度下降差異使兩區的分界線（灰線 AA'）形成一個產生平移斷層的自然界限，這個
斷層在西半部應是右移，在東半部應是左移。1946 年的新化地震（M = 6.1）就是平移 的新化斷層造成。而存疑的左鎮斷層，根據本研究的推論，應確實存在。
第二，後甲里斷層應確實存在，且其年齡較台南台地年輕。後甲里斷層在台南台地 之東緣，該地為一向東之坡面，坡度約 3%，該地的淺部地層為向東傾斜約 10°。圖 3 是跨過後甲里斷層 L10 測線的震測剖面，顯示斷層面亦是向東傾斜，傾斜角約 60°。GPS 速度場顯示此地仍是向西的板塊運動，且向愈往西速度漸減，因此本區的地殼正在縮 短，也就是說後甲里斷層是逆斷層。它的發生應不是與斜坡同一時間，而是在斜坡之後。
四、地震危險度評估
第三，我們可以用本研究的結果評估地震危險度。在研究區內有很大的褶縐現象，
在北區板塊速度下降最大的觸口斷層附近，地層傾斜甚至可達 90°。在南區，東半部的 丘陵地帶有連續的褶縐，地層傾斜可達 35°，在西端的台南台地亦有褶縐，地層傾斜可 達 10°。這些現象顯示潛移在本地區的應力消耗上佔有相當重要的角色，這將使造成斷 層滑移的應力減少。因此相對減低了地震的危險度。
計劃成果自評
本研究原規劃以淺層震測為主要方法，探測整個研究區的斷層位置及地層構造，據 以探測本地區的孕震帶構造及評估地震危險度。淺層震測在研究區的南區及北區的西部 得到的資料品質尚可，但在北區的東部則品質很差而無法使用。因此在北區東部以野外 地質觀察代替。在解釋孕震帶，本研究參考 GPS 測量、挖溝等前人研究結果。
本研究共完成 17 條震測測線，其中可用的有 10 條，配合其他研究成果，解釋台南 地區的板塊活動與 GPS 觀測的結果非常一致，因此成果相當好。主持人在正在就研究 成果撰寫論文，預定 2002 年 6 月以前投稿至 Tectonophysics 期刊。
參考資料
Seno, T., Stein, S. and Gripp, A.E. (1993) A model for the motion of the Philippine Sea Plate consistent with VUVEL-1 and geological data: J. Geophys. Res., 98, 17,941-17,948.
Yu, S.B., Chen, H.Y. and Kuo, L.C. (1997) Velocity field of GPS stations in the Taiwan area:
Tectonophysics, 274, 41-59.
