台湾西南部活断层研究整合计画书Active Fault Study in Southwestern Taiwan

台灣西南部活斷層研究整合計畫書
Active Fault Study in Southwestern Taiwan
壹、整合之必要性
一、背景
研究區域規劃為兩個區域，（1）、嘉南構造區，（2）、高屏構造區。

從地殼變形監測結果顯示此兩個區域的地表應變速率有很大差異。

另外從地質構造特性來看，嘉南構造區是以一系列疊瓦狀逆衝斷層與褶皺構成的構造地塊，且逆衝斷層主要朝西活動。

高屏構造區的西側構造雖是由逆衝斷層與褶皺所構成，但此褶皺帶主要朝向西南活動與其西側嘉南地塊的活動特性有所差異。

高屏構造區與其西側嘉南構造區在地質構造上亦有不同，潮州斷層以東屬於中央山脈變質岩地塊，因此高屏構造區是否同於麓山帶的褶皺-逆衝斷層帶的構造特性是非常值得深入探討的問題。

因此本計畫將西南地區劃分為兩個構造區塊進行分區研究。

嘉南構造區涵蓋範圍由海岸平原至麓山帶西側，高屏構造區涵蓋範圍麓山帶東側至中央山脈。

本研究暫以平溪斷層作為兩個構造區的分界，平溪斷層以西屬於嘉南構造區，以東屬於高屏構造區。

嘉南構造區域中活動斷層與可能的活動斷層計有梅山斷層、新化斷層、九芎坑斷層、木屐寮斷層、六甲斷層、小岡山斷層、大尖山斷層、觸口斷層、崙後斷層、左鎮斷層、口宵里斷層、竹頭崎斷層與平溪斷層，以及其他的活動褶皺構造。

高屏構造區涵蓋可能的活動斷層計有平溪斷層、龍船斷層、旗山斷層、土壟灣斷層、六龜斷層、潮州斷層與恆春斷層、與其他活動褶皺構造，以及恆春及宜蘭海域的活動斷層調查研究。

二、總體目標
本整合計畫有兩項重要目標，（1）活動構造的特性，（2）發生大地震的潛能評估。

西南地區的地質構造特性屬於褶皺-逆衝斷層帶，褶皺變形特性分為兩種類型，斷層轉折褶皺構造帶與斷層擴展褶皺；西部麓山帶的褶皺構造已發育成為斷層擴展褶皺型態，而海岸平原尚屬於逆斷層發育初期的轉折褶皺型態，這些特徵代表台灣西部造山帶的構造特性。

本研究將針對上述構造區的活動斷層位置、斷層與褶皺構造特性、地形特徵、地殼變動、地震特性、古地震週期、與斷層活動性作詳細的調查研究，並探討大地構造與地震之間的關係。

由上述的研究資料將作為斷層活動的潛勢評估，斷層活動是地殼產生應變造成斷層產生的滑移，所以量測地殼的應變量可以作為估算斷層是否即將產生滑動的重要指標。

所以針對活動斷層進行觀測，是評估斷層活動與發震潛能的重要方法。

本項研究包括水準測量與GPS 觀測斷層兩側地殼的變動速率、古地震槽溝開挖研究、定量地形研究估算地殼長期變動量、地震背景資料解析與微震監測、以及斷層帶地球化學觀測來監測斷層的活動徵兆。

上述研究資料的建置都是作為台灣未來地震潛勢評估與地震災害模式評估（地震週期、發震機率）的重要依據。

近十年來利用全球衛星定位系統觀測台灣島地殼變動結果來看，嘉南與高屏地區是地殼變動速率最大的區域之ㄧ。

如此快速的變動速率而言，此地區是世界上研究活動構造與地震地質的最佳區域。

因此本計畫首先選擇嘉南與高屏地區作為研究活動斷層與地震的區域。

因此，本計畫主要研究目的乃針對晚更新世以來西南地區的活動構造與地震地質，以及探討褶皺-逆衝斷層帶的運動機制。

新期活動構造與地震地質的研究須整合各方研究方法才能有效的深入了解活動構造與地震特性。

三、研究項目及其相關性
由以往研究，體認要有效建立構造運動模式以及評估地震的潛能，必須整合構造地形、
構造地質、地球物理、地球化學與定年學等研究工作，才能具體掌握此地區構造特性與地體構造的演化史。

首先須對於地表地質（地層、構造）、構造地形、地下構造（地球物理探勘）以及地球化學監測的研究，來了解褶皺-逆衝斷層帶的構造變形方式與特性。

同時配合地殼變動監測、地震背景資料解析、微震活動性與古地震槽溝挖掘等研究，來探討構造運動機制與發生大地震的潛能。

整合上述各研究主題才能更進一步了解西南地區活動構造與地震特性，作為嘉南與高屏地區地震災害評估的重要依據。

因此本研究規劃相關的研究主題如下：構造地質、構造地形、地球物理探勘、地震背景資料解析、微震活動性、古地震槽溝挖掘、大地測量與地球化學監測。

（1）構造地質
從地表露頭量測斷層帶擦痕資料推演斷層的移位方式，以及在不同時空位置上的運動方式。

此種演化方式是否持續至今日，並反映在第四紀地形上。

因此為瞭解活動斷層及褶皺的構造特徵，並配合地形計測指標的變化來推演斷層運動關係。

不同的地下構造型態可能指示不同的運動型態，地下構造的幾何型態直接影響第四紀地形的發育，所以配合地下構造解釋，對地形發育的研究是不可或缺的方法。

（2）構造地形
臺灣島地形快速的變動是活動構造區的特性，早期地形面多受侵蝕破壞，但晚更新世以來地形面部份尚保持完整。

其中以河階分佈最廣泛，延續性最佳，是探究區域地形演育史以及近期地殼變動最重要的素材，所以階地定年是最重要的研究之一。

以活斷層研究而言，由於活動斷層常在第四紀地表殘留特殊的地形特徵，所以可以研判活動構造的位置和特性，並配合地形年代分析可更進一步建立構造演化模式。

構造地形的研究包括野外調查及數值地形分析，航空照片判釋，以及計量地形統計等各種指標，包括面積高度積分，河流坡降、河流蜿延度，河流密度以及河階分布及對比等等，此等結果可以評估構造的活動性與地殼變動速率。

（4）地球物理探勘
西部山麓沖積平原以及海岸平原區的堆積速度極為快速，經常造成新期發育的斷層與褶皺構造被厚層沖積層所覆蓋。

因此，以地電、淺層震測或透地雷達針對地下盲斷層或被覆蓋的構造進行探勘將有助於地下構造特性的解析。

（5）地震背景資料解析與微震活動性
三維速度模型建立可以協助我們掌握地下的側向速度變化，並為其後的地震重新定位（雙差分定位法重新訂定高精度之地震震源位置），提供最佳的速度模型；透過地下速度場的變化，亦可以幫助我們掌握地下構造或岩性的變化。

因此透過地震活動特性之分析，並結合地表斷層來建構完整的地震斷層幾何型態以及應力狀態的確立。

（6）古地震槽溝挖掘
古地震研究著重於槽溝挖掘的研究，主要為開挖地下斷層的地層剖面或利用排鑽，分析地下淺層剖面的擾動沈積層來判斷地震斷層的活動與構造特性，並利用碳14或光螢光定年方法定出地層沉積年代，再由斷層與地層交集關係解釋斷層活動年代。

過去20年以來，地質學者與地震學者對於古地震以及地震再現週期研究已有初步成果，尤其美國加州聖安地列斯斷層研究非常詳細。

台灣數十年以來雖然已有利用槽溝挖掘進行古地震研究，目前僅有車籠埔斷層有正式發表斷層再現週期與活動性的相關研究。

古地震的研究乃針對地震潛能的評估，古地震研究是提供斷層活動週期與長期活動速率的主要研究方法。

槽溝研究可以知道古地震的發生時間與滑移速率，進一步提供地震規模、再現週期等等的地震潛能評估。

（7）大地測量
全球衛星定位系統衛星測量方法，可精確獲知測點的三維座標和測點之間的基線向量變化，經嚴謹的誤差修正與資料處理程序，可達毫米級的定位精度，同時具有全球性、全天候及連續性觀測的能力，故可應用於高精度需求之地殼變形測量。

因此，全球衛星定位系統衛
星測量已逐漸取代傳統大地測量，而成為研究地殼變形與活動地質構造的利器。

由於地殼變形速率在大地震孕育過程中極為緩慢，短時間內的變形量極為微小，僅數毫米至數厘米。

當大地震發生時，更可獲知震前、同震及震後變形，使我們對地震的震源機制、地殼應變的累積與能量釋放過程有更多了解。

臺灣地區自1991年由中央研院地球科學研究所建立「台灣全球衛星定位系統測網」，接著中央地質調查所、臺灣大學地質科學系、中央大學及成功大學地球科學系等學術單位亦建立區域性的衛星觀測網，過去幾年的多次重複觀測資料，已能大致了解台灣現今地殼運動型態與應變累積情形。

然而，台灣地區斷層密布，而大部分測網測點間距為數十公里，故仍難以獲知個別斷層的活動情形。

本研究以密集全球衛星定位系統觀測結合高精密水準測量，以估算斷層滑移速率，並與地質觀測的較長期間平均滑移率比較，即可據以評估個別斷層的地震潛勢。

另外本研究亦建立全球衛星衛星定位系統連續觀測網，每個固定連續觀測站可全年連續接收衛星訊號(每1秒接收十筆至30秒接收一筆)，即時掌握地殼應變累積的微小時空變化，將有助於了解孕震機制，並可做為地震潛勢評估依據。

（8）地球化學監測
台灣西南部是最有可能發生災害性地震的區域之一，如何能夠精確的標示出主要活動斷層位置，並評估其可能之活動性，實為迫切的工作。

本研究嘗試利用廣為國外學者所用之氣體地球化學方法，來找尋台灣西南部可能之盲斷層位置，進而監測其可能之活動性。

源自於地殼深處之天然逸氣常有高於地表空氣之組成，而氡氣、氦氣、氫氣與二氧化碳等揮發性氣體易沿著地殼破裂帶逸散至地表而顯示出異常高濃度值；此特性除了可用於監測斷層活動以外，亦常被用來協助確認地表斷層構造之位態與分佈。

目前為止，可以用於野外現地分析之儀器有：攜帶式氡氣分析儀、攜帶式氦氣分析儀、迷你型氣相層析儀、及簡便型四極桿質譜儀，這些儀器已可以分析出樣品中主要之氣體成份。

通常位於活斷層上的一些有利測站，有較敏感的成份變化，且經常與地震活動有明顯關連；這些“敏感”的測站通常沿著活斷層，特別是在二條斷層的交會或彎曲的地方，或一些構造上處於應變集中之處。

我們於確定斷層分佈位置後，便可以選擇幾處有利的地點，設置長期之監測站，進一步評估其可能之活動性。

貳、人力與資源整合
為達成本計畫之研究目標以及在眾多國際學者的競爭下，有具體的成果，則必要整合國內相關的研究工作（包括地球物理、地球化學與地質學等）以及與各國學者進行合作研究，才能在為期四年的研究期間對於西南部地區的活動構造與地震特性有全盤的了解，並達成計畫目標。

目前，本計畫整合了國內台灣大學地質科學系、台灣大學海洋研究所、中央研究院地球科學研究所研究、國立中央大學地球科學系、成功大學與清雲科技大學等學者，分年進行約十數項子計畫。

國內參與計畫學者的專長如表一所示。

就進行上述規劃工作而言，國內研究人員均符合研究工作所需之專業。

此外，為訓練研究人才，本整合計畫研究人員將指導約二十位研究生並預期與數位博士後研究人員進行相關研究工作。

所需儀器設備，除少部份仍須添購外，絕大部份均可由國內研究機構提供。

參與本計畫合作研究人員，任職單位與參與工作性質如表一所示。

從完成整體規劃工作而言，人力與資源均屬完備。

參、申請機構或其他單位之配合度
本計畫邀請了國內各學校和研究機構之學者專家約十數人參加，分屬於中研院、大學、技術學院等。

因此，此研究群將為大學的研究與國家級研究單位，在此架構之下，可將國內不同單位做相關研究的同行結合起來，發揮團隊合作的功能。

除了本規劃案的『台灣西南部活斷層研究』外，必須與台灣地震科學中心其他四個整合計畫，在相關議題上互相配合，其研究成果並將整合，發揮相輔相成之力量。

整體分工架構
本整合型計畫為國內地球科學界提議規劃未來五年計畫並則成「台灣地震科學中心」（Taiwan Earthquake Center, TEC）規劃的六個主題研究之一。

台灣地震研究中心為一跨領域，以台灣地震研究及防震減災為目的，任務包括：收集所有有關台灣地震之資料，經由科學分析，以求獲得對台灣地震模式之較完整的了解並將研究成果與防震工程等和政府防救災部門，及一般民眾充分溝通，以達到科學成果適時回饋社會的目的。

研究將由資深之卓越學者帶領，訂定明確目標，找出關鍵問題，集中力量來研究，期能在適當時間內，再次大幅提昇台灣地震之研究水平，並對地震防震減災問題作出深入的貢獻。

台灣地震科學中心提出各主題研究關係密切需相互支援，本整合計畫與其他計畫之整體架構如下：
肆、預期研究成果
計畫完成時，除了可達到預期科學研究目標外，並提供研究生與博士研究人員的研究訓練，並與合作對象進行研究生互訪與交流。

執行計畫過程中，配合國際學術合作與促進國際交流之目的。

本整合型計畫屬基礎科學研究並且針對國家防災整體性的規劃提供更多且詳細有關西南部地震地質的資料與成果，作為評估大地震發生潛能與地震災害的重要依據，其成果亦具有相當高的經濟效益。

（一）科學研究成果：
1.重新勘查西南部活動構造，與平原區存在盲斷層。

2.提供活動斷層的滑移速率、再現週期或發震機率。

3.活動斷層的構造特性與行為模式。

4.探討地震斷層型式和應力狀態，建立斷層變形模式。

5.提供斷層發震潛能及發震規模的評估。

6.褶皺-逆衝斷層帶的運動機制與地體構造演化。

7.造山帶的大地構造演化模式。

（二）民生與經濟效益：
100年以來（1896-1999年），台灣島發生8個規模7.0以上的地震，現今台灣島的人口密度為613人/平方公里（人口密度為世界第二位）；加州發生1次規模7.0以上的地震（1909年），現今的人口密度約為60人/平方公里，是台灣島的十分之一。

以此來看，未來台灣島發生地震災害將較加州嚴重數十數百倍以上，且被列為全球地震災害極危險區域之一。

從400年以來歷史災害性地震以西南部發生的頻率最高，因此，本研究針對此地區活動構造研究以及古地震的再現週期以及發生機率，將有助於大地震發生潛能與地震危害度的評估。

尤其、近年來南部地區高科技工業園區的設立，本研究將有助於此地區在國土開發與經濟建設的評估。

本計畫工作旨在透過系統性調查研究，落實行政院「災害防救方案」有關「災害防治研究」以及因應未來「地質法」所規範的工作項目中與地震及活動斷層有關的措施，以供我國各級政府在國土規劃、重大經建計畫規劃及施工等事項之參考。