計 畫 名 稱:斷層活動性整合觀測與潛勢分析(2/4)
主管單位:經濟部中央地質調查所
執行單位:國立臺灣大學
執行期間:103年01月~103年12月
年度:103年
核定經費:14,130仟元
計畫主持人:胡植慶
中文摘要:摘要

  本計畫103年度完成精密水準30條測線共1,099個測段之施測及查核;GPS完成北宜地區116點、桃竹苗地區112點、嘉南地區181點、中部地區155點、高屏地區111點、花東地區69點和恆春地區32點之移動站測量及查核工作。藉由誤差分析及與GPS連續站座標時間序列比對後,顯示觀測資料品質符合歷年施測水準且穩定可靠。PS-InSAR工作為彙整臺灣北部地區衛星影像,由ALOSERS-1/2 以及ENVISAT等衛星所拍攝的SAR影像,利用影像對相關值挑選出主影像干涉配對副影像,產生雷達影像干涉圖,並且與此區域同期間水準測線和連續GPS測站得到的變形速率比較。ERS結果顯示,北部區域於1996年到1999年之間最大抬升速率為位於士林、北投地區的8 mm/yr。而土城地區則有最大下陷速率,約為5 mm/yr。以ENVISAT結果來看,在2003年到2008年這段期間,最大下陷速率為位於泰山、五股地區的9 mm/yr,而盆地西側則為平均3~4 mm/yr的下陷速率。其PS結果與四條由北至南的水準測線比較,雖有部份速率不同但趨勢相當一致,皆為由西向東跨過山腳斷層下陷速率越來越大。最後,由ALOS結果顯示,此區域在2007年到2011年其間,臺北盆地主要以往視衛星方向輕微抬升或不動的運動為主。其速率結果與CGPS相當一致。另外,與水準測線比較上,由於此期間地表變動不大,在第一條與第二條測線上因PS-InSAR誤差較大,無法明確比較兩者異同,而第三條與第四條測線則呈現相同的變形情形。另在與LiDAR對比上,除了將PS-InSAR速度場套疊在臺北盆地DTM上以呈現更精確的PS-InSAR選點位置可靠性外,也套疊在構造線形相對較多的臺灣東部地區。結果顯示線形明顯的地方也為視衛星方向抬升活躍的區域,具有高度的吻合。

  藉由三維塊體模型DEFNODE,針對臺灣中部及西北部地區由GPS所觀測到的現今(2002-2012)水平地表變形速率進行運動學分析。研究結果顯示大甲斷層及屯子腳斷層上的平均滑移虧損率皆大約1 ~ 2 mm/yr,因此此兩斷層的地震潛能可能相對較小。在三義斷層部分則計算出11.4 mm/yr的高平均滑移虧損率。總結來說,在中臺灣以麓山帶斷層之滑移虧損率最高,而北臺灣則是整體構造活動度較低,各斷層面上反應的滑移虧損皆較小。

  井下應變儀部份,處理臺北網、新竹網及嘉義網共11個測站,目前利用幾年來多次較大氣壓變化時的資料,試圖建立氣壓對井下應變儀資料的影響模式並做修正,以建立移除環境影響因素後的殘餘地殼應變時間序列,作為尋找與大地震相關的應變"異常"201312月至201411月期間,在嘉義網觀測到1個應變異常事件:521日芮氏規模5.9花蓮地震;新竹網觀測到1個應變異常事件:25日至28日新竹群震;臺北網觀測到2個應變異常事件:212日芮氏規模4.2陽明山地震和816日芮氏規模3.8新北市烏來區地震。以上地震除了使用原本的平面應變來分析,也嘗試利用剪應變來分析新北市烏來區地震案例,初步判斷出該應變異常為該地震的前兆訊號。而在井下應變儀應變異常判釋統計方面,分析至20148月為止,檢視井下應變儀含有前兆訊號並成功對應地震的機率在嘉義網、新竹網與臺北網分別有:40%71%67%;而有前兆訊號卻沒有對應地震的誤判機率分別為:60%29%33%;地震前沒有前兆訊號的機率為:0%29%25%

  在2014115日芮氏規模5南投地震發生前於大平地、古坑和池上土壤氣體觀測站,以及2014521日芮氏規模5.9花蓮鳳林地震發生前於中崙和東華站都有出現顯著的土壤氡氣濃度異常上升,可視為該地震的前兆訊息。此外,大平地測站對於2月初發生在新竹地區的群震,也觀察到土壤氡氣異常升高的反應;期間,新樂地下水位站也出現顯著的異常變化,也可視為成功的前兆反應。2014年水位異常多對應於當地的小型地震,主要為2月份新竹群震與嘉義地區零星地震;大型地震僅521日花蓮鳳林地震,於中興站出現震前水位異常。201411月前,海岸山脈南段及恆春半島附近均未發生強震(Mw6),此期間安通站與社頂站地下水水氡濃度觀測均無發現異常下降之地震前兆。由長期觀測結果發現,安通站水樣來自受限含水層,地下水水氡濃度不受降雨及其他環境因子影響。社頂站水樣出自自由含水層,地下水水氡濃度受降雨環境因子影響。

  整合分析部分,包括地下水位異常、地化異常、井下應變儀異常和地震訊號異常之整合,整合期間含跨2009年整年到201411月間174個地震事件。考慮的異常觀測中為2014/05/21規模5.9發生在花蓮縣鳳林鎮的地震(ID=163),造成嘉義網中同時觀測到地下水位、井下應變儀和地化氣體記錄三樣異常。另外在201425 ~ 8日間在新竹有十個群震,規模在 2.3 ~ 3.4之間,有多種當地的觀測異常,對這兩系列的地震觀測,都做了綜合性的整合解釋。

  斷層潛勢評估完成北部9條進行評估,分別為山腳斷層、湖口斷層、新竹斷層、新城斷層、三義斷層、獅潭斷層、屯子腳斷層、鐵砧山斷層、大甲斷層。首先建立活動斷層參數表,透過本計畫建立之活動斷層潛勢評估方法論,了解斷層的重複間隔相關資訊後,以機率法評估活動斷層未來3050100年最大可能地震規模之發生機率。山腳斷層利用BPT模式,得到未來30年、50年及100年發生地震矩規模6.2~7.56.5以上和7.0以上之機率分別為9.9%、15.0%及24.6%; 8.1%、12.5%及21.4%;0.7%、1.1%及2.4%。湖口斷層利用Poisson模式,其未來3050100年發生地震矩規模6.1~7.36.5以上和7.0以上之機率分別為19.6%、29.8%及48.7%;13.5%、21.0%及35.5%;1.1%、1.8%及3.2%。新竹斷層Poisson模式,其未來3050100年發生地震矩規模6.1~7.26.5以上和7.0以上之機率分別為18.4%、28.3%及47.3%;8.5%、13.4%及23.4%;0.2%、0.3%及0.5%。新城斷層利用BPT模式,得到未來30年、50年及100年發生地震矩規模6.1~7.16.5以上和7.0以上之機率分別為28.1%、41.6%及63.9%;15.3%、23.3%及37.6%;0.1%、0.2%及0.4%。三義斷層利用Poisson模式,其未來3050100年發生地震矩規模6.4~7.46.5以上和7.0以上之機率分別為10.0%、15.8%及28.1%;9.9%、15.6%及27.7%;1.4%、2.2%及4.1%。獅潭─屯子腳斷層系統,利用BPT模式,得到未來30年、50年及100年發生地震矩規模5.9~7.26.5以上和7.0以上之機率分別為45.2%、58.6%及74.9%;17.1%、23.6%及32.8%;0.3%、0.5%及1.1%。鐵砧山斷層屬於大甲斷層的背衝斷層,不會有單獨破裂之可能性,不會造成大規模的地震,因此鐵砧山斷層不列入潛勢評估中考慮。大甲─彰化斷層系統利用BPT模式,得到未來30年、50年及100年發生地震矩規模6.2~7.66.5以上、7.0以上和7.5以上之機率分別為27.7%、39.9%及58.9%;26.8%、38.6%及57.3%;9.6%、14.5%及23.1%;0.05%、0.08%及0.16%。

關鍵詞:全球衛星定位系統、連續觀測站、塊體模型、PS-InSAR、井下應變儀、氣體地球化學、水位觀測井、斷層活動潛勢分析、滑移虧損率








重要工作項目:(1) 移動式GPS及精密水準測量

(2) 連續式GPS及PS-InSAR

(3) 井下應變儀資料分析

(4) 地球化學及地下水觀測 

(5) 整合觀測資料分析 

(6) 活動斷層發生潛勢圖建置
預期具體成果及效益:1. 結合GPS 測量、水準測量、GPS 連續觀測站與PSInSAR 之地表水平與垂直方向的變位量,獲取活動斷層地區水平速度場及垂直速度場,分析區域內之主應變、剪應變累積情形,討論不同時期之地殼變形特性,瞭解應變場分布及其變化情形。推測斷層可能活動位置、幾何參數及短期滑移速率等資訊。

2. 處理及分析井下應變儀觀測站資料,分析地表與地下岩盤變形的關係。

3. 分析土壤與水溶解氣體成份變化、水位觀測結果,建立與鄰近地震之關聯,並檢討每個觀測站對於地震的敏感反應區,評估斷層與地震活動之可能前兆因子。

4. 建立臺灣陸域活動斷層之地下幾何形貌。

5. 四年內舉辦2 次國內專題式研討會,邀請各界人士共同參與,公開交流與討論計畫執行成果。

6. 彙整活動斷層參數表,召開專家討論會議凝聚共識,合理解決各項斷層參數之不確定性。

7. 繪製斷層活動機率潛勢圖,提供工程耐震評估、地震危害度分析與地震災害潛勢評估使用。

 
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