中研院地球科學研究所 - 地殼變形研究室
IES, Academia Sinica - Crustal Deformation Observatory


研究計畫

研究人員之相關實驗或計畫

 呂宋地區菲律賓斷層系統地殼變形觀測與模式研究 (主持人: 余水倍)

菲律賓斷層系統是一條長約1200公里的左移走向滑移大斷層,沿著N30°- 40°W的走向,從呂宋島的西北端到民達那峨島的南端切過整個菲律賓群島;是菲律賓海板塊和歐亞板塊/桑達地塊(Sunda Block)之間隱沒聚合作用下所產生的。菲律賓斷層在呂宋中部地區形成幾條分支斷層有Gabaldon斷層、San Jose斷層、San Manuel斷層和Digdig斷層等。中研院地球所於2008-2011年在測站密度及廣度可有效擴大延伸之呂宋中北部地區,建立一個由56個測點組成的GPS定期重測密集網與22個GPS連續觀測站,本計畫將維持GPS連續觀測站的運轉與密集網每年定期重測;並結合台灣地區連續觀測GPS資料一併以RunGamit自動化GPS資料處理系統解算分析,精確估計呂宋地區之地殼運動速度場。據此計算地殼應變率;以了解應變率在空間之變化與菲律賓斷層活動及板塊運動之間的關係。此外,將根據GPS觀測之間震期速度場、地震和地質資料,藉Matsu'ura et al. (1986) 之間震期地殼變形錯位模式,推求菲律賓斷層系統的斷層幾何形貌和滑移速率,以獲知該地區地殼應變累積和菲律賓斷層及其分支斷層的孕震帶深度與變形量分配情形,提供地震潛勢評估之依據。(圖示)


 台灣GPS連續觀測資料分析與地震前兆偵測研究 (主持人: 余水倍)

目前分別由中央氣象局、中央研究院、內政部、中央地質調查所及其他機構營運之台灣GPS連續觀測網的測站總數超過360站。每日蒐集之大量GPS資料須經去除各項雜訊,始可用於偵測微小地形變訊息。本計畫將整合各機構營運之GPS連續觀資料,以RunGamit自動化GPS資料處理系統解算各測站每天之ITRF2005座標;結合一段期間的每日解而獲得各測站之座標時間序列。持續分析『台灣GPS連續觀測網』之時間序列資料,估算年週期及半年週期變化量、同震位移量、及震後變形,並求得較可靠的地殼運動速度及其誤差值。探討地殼形變時空變化與地震活動之關聯性,偵測可能之地殼形變地震前兆現象。(圖示一)(圖示二)


 台灣西部麓山帶斷層滑移之時空演化及其物理特性研究 (主持人: 許雅儒)

台灣GPS連續觀測網、強震網及寬頻地震觀測網,提供豐富的資料了解台灣造山帶地殼應變、P波和S波之三維速度構造、岩石圈應力狀態、及地震活動特性。本研究藉由這些觀測資料及大地動力學模型,了解台灣西部造山帶的演化過程、大地震前後各時段地表變形之特性、斷層滑動如何由脆性變形過渡到塑性變形、塑性變形集中在斷層深部之剪切帶,還是涉及整個下部地殼和上部地函。由於台灣造山帶主要的大地應力方向受到板塊運動影響,數值模擬研究將測試不同的邊界應力、地質材料,岩石流變特性,計算地表、地殼至地函之應力三軸方向,並與觀測結果相比較。同時,將嘗試獲取更多地震震源機制解及剪切波分離研究之結果,約制下部地殼及地函之變形行為,期能了解邊界應力條件和岩石圈流變特性對斷層演化、區域應變場、及山脈發育之影響。此外,將針對1999年的集集地震及2003年的台東成功地震之震後變形做更深入之研究,以期能了解斷層的摩擦行為和溫度、流體、岩性、及地震活動之關係。


 馬尼拉隱沒帶及菲律賓呂宋地區之地殼變形研究 (主持人: 許雅儒)

馬尼拉海溝為桑達地塊向東隱沒至菲律賓海板塊之聚合邊界,此隱沒帶大致呈南北向並綿延1500 km(N13°-23°),每年聚合速率可高達81 mm。隱沒作用在北端的台灣及南端的巴拉旺島(Palawan)終止並轉為碰撞作用。由於板塊間之斜向聚合作用,在菲律賓群島上發展出一條長約1200公里的菲律賓斷層,從呂宋島的西北端一直延伸到民達那峨島的南端。菲律賓斷層為左移之走向滑移斷層,在其週遭區域發生之地震多為走向滑移機制。推測菲律賓斷層可能主要釋放斜向聚合作用中平行板塊運動之分量;而沿著馬尼拉海溝之隱沒帶則釋放垂直板塊運動之分量。菲律賓在過去400多年之歷史地震記錄中並未記載任何地震規模大於8之地震,但由於此隱沒帶與板塊垂直的聚合速率高達81 mm/yr,累積在此處之能量必需由無震滑移或地震的型式釋放。受限於馬尼拉海溝兩側的地震站及GPS測站並不多,此隱沒帶之孕震行為仍不清楚。為了評估馬尼拉隱沒帶將來可能發生之大地震之斷層參數,本研究除了利用在呂宋島已有的GPS觀測資料,將在北呂宋島菲律賓斷層兩側設立更多GPS測站,每年定期重測,藉以釐清馬尼拉海溝和菲律賓斷層之間地殼變形作用分解之情形。並整合在南中國海地區及菲律賓的GPS和地震資料,以彈性錯位模型研究隱沒帶可能孕震之區域及間震期變形特性。(圖示一)(圖示二)


 台灣東部井下應變儀觀測網 (主持人: 許雅儒)

地球科學是以觀測為基礎之科學,若想要對地底下地震及斷層活動有更進一步之了解就必須排除地表人類活動所造成之雜訊。井下應變儀通常埋設於地下200至1000公尺處,主要用於觀測頻率由數秒至數月之間的地殼運動,其解析度介於地震儀和全球衛星定位系統(GPS)之間,尤其適合觀測慢地震(slow earthquake)或斷層暫態滑移(transient slip)。其觀測精度可達到10-11 ~ 10-12量級。在監測小區域(<101 km)之地殼變動,較GPS觀測精度高;在短時間內(10-2 ~ 103秒)的穩定度也較GPS觀測網來的好,因此結合GPS連續觀測網與井下應變儀的聯合觀測,將可截長補短。觀測慢地震與斷層滑移之間的關係將有助於了解地震如何被觸發,及慢地震在釋放間震期地殼累積應力所扮演之角色。

高精度之井下應變儀可用來偵測震前、同震及震後可能產生的微小應變。前人研究顯示斷層帶液壓的作用和地震的發生有密切之關係,若能以井下應變儀量測地下應變,同時監測水位改變、地震數目、及地震發生時間之間的關係,將可進一步的了解孕震之過程及地震預警之可能性。此外,地球科學家研究發現地震所釋放之能量遠小於地殼累積之應變,二者之差異可能是因為部份地殼應力以無震滑移之形式釋放,例如地震後斷層緩慢的持續滑移或斷層近地表之潛移,或是在間震期發生規律的慢地震或斷層暫態滑移,例如在加拿大Cascadia及日本Nankai隱沒帶觀測到數周至數月的重複慢地震及斷層暫態滑移。由於慢地震多發生在孕震帶的最底部,除非破裂的範圍或規模較大,否則不易由連續GPS站及地震儀記錄判讀。而井下應變儀所使用之頻率恰巧可以補足GPS和地震儀之空缺,因此,特別適合用來偵測慢地震或斷層暫態滑移。如果能更精準的計算各種型式之地震所造成之地震矩,將可較準確的評估地震的重複周期。另外,有關慢地震和斷層暫態滑移是否由同一物理機制造成、二者是否總是伴隨發生也是值得研究的課題,但由於這些事件所造成的訊號非常微小,利用地震儀和GPS連續站無法清楚辦別,也必須藉由井下應變儀資料協助判識。

目前中研院地球所與美國卡內基研究院合作,在台灣東部太魯閣、瑞穗-奇美、及池上-成功地區設置11組井下應變儀,這些儀器埋設於地下200到270公尺處,連續地監測地殼岩石之應變量。初步研究中發現從2003年8月到2007年8月之間,共偵測到數十個慢地震,並發現其中有11個慢地震是和颱風同時發生的,而每次的變形持續數小時至數十小時。根據所蒐集到的氣壓與地震的資料,推測颱風可能引發慢地震(Liu et al., Nature 2009)。

本研究將建立井下應變儀觀測資料之處理方法,去除井孔內水泥收縮、地潮、氣壓、降雨、地下水位變動之效應,並比較井下應變儀記錄之岩石應變量及地表GPS觀資料推求之應變,計算不同時空尺度之應變率及其與地震及斷層活動之間的關係。若能結合地表GPS及地震測站之資料,將可對東部縱谷斷層之潛移特性及其與地面降雨和地下水位之關係有更深入之了解。除此之外,井下應變儀將有助於評估無震滑移在釋放地殼間震期累積之能量所占有之比重,進而對東部縱谷斷層之地震破裂行為及重複周期提供額外資訊。(圖示一)(圖示二)


 花東縱谷南段地殼變形監測 (主持人:陳宏宇)

在台東地區,縱谷斷層主要沿著卑南溪,向西有鹿野逆衝斷層,而向東有平移的海岸山脈斷層。本計畫主要的目的是研究縱谷斷層南段的地殼變形,藉由全球定位系統(GPS)量測方法,輔以精密水準測量,及配合雷達干涉技術,來監測研究區域的近斷層地殼變形,進而建立本區的變形模式,確立地殼運動的幾何架構,並瞭解間震期的應變累積情形,冀望此結果能有助於區域的地震防災。(圖示一)(圖示二)