2004年6月28、6月29日教師研習
建構中......
[台灣車籠埔斷層鑽探計畫(TCDP)](建構中)
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九二一集集地震是台灣陸地上百年來規模最大的地震(MW=7.6)(圖一),該地震表現出幾項特徵: 1)震源深度淺(8公里),觸動「車籠埔斷層」,造成地表激烈錯動,而且斷層東側之上盤比西側之下盤有超出甚多之位移與振動,2)震源破裂向北發展,但在大甲溪南岸之石岡附近東轉,並造成此區域地表高達水平9公尺垂直5公尺之巨大位移,3)震源破裂在南段與北段(以霧峰分界)特性差很多,南段錯動小但放出許多高頻震波,北段錯動大但很平滑,放出低頻震波。
台灣位處於歐亞板塊與菲律賓海板塊碰撞交界處,六百萬年前開始「蓬萊造山運動」,菲律賓海板塊攜帶海岸山脈撞上台灣島,擠壓西部麓山帶,壓縮地層,造成許多褶皺與斷層(圖二),而車籠埔斷層即為其中靠西側邊緣之一條斷層,迄今仍相當的活躍。
「薄皮逆衝理論」可以合理解釋車籠埔斷層之錯動行為(圖三)。該理論認為地下5至20公里處有一傾角很小(最多8度)之基底滑脫面,當受到擠壓時,基底滑脫面以上之淺部地層(薄皮)被剝離滑動,擠成一團,地層大量水平縮收,產生許多褶皺與斷層,並形成覆瓦狀構造。這些覆瓦狀構造內,也發展出許多淺部滑脫面。九二一地震之車籠埔斷層係沿著錦水頁岩層滑動,此頁岩層岩性較弱形成淺部滑脫面,地震時,地層即沿此弱面(滑脫面)向西逆衝而上。此弱帶之輕易滑動,可解釋為何斷層東側之上盤比西側之下盤有超出甚多之位移。
車籠埔斷層面之形貌控制了地震時斷層之破裂行為(圖四)。車籠埔斷層面主要是向東傾斜20–40度(平均30度),但也向南傾斜約10度,也就是,從震源(集集)處之8公里深,向北昇高至大甲溪南岸之1公里深。更有趣的,在此由南而北之方向上,有四個大的抬升,第一個在集集北方(與哮貓斷層有關),此抬升之底部即是震源的位置。第二個抬升在烏溪(草屯)南岸,因此烏溪以南斷層面較深,較不易產生大的滑動。第三個抬升發生在霧峰至頭汴溪之間,形成屏障,造成霧峰凸出。第四個抬升發生在大坑以北大甲溪以南,此一大的抬升(稱為TT-boundary:大甲溪東勢屏障),使斷層面在大甲溪南岸幾乎接近地表,故斷層更容易滑動,錯動量更大,而地表破裂也因此在大甲溪兩岸出現,造成東轉的現象(圖五)。車籠埔斷層面在大甲溪南岸之大抬升,相信與新社台地之抬起形成有密切關係。另外,有學者認為「水」也有可能參與,証據是在豐原東方沿斷層之一口鑽井,發現其中某一破裂帶內含有高達45%的水,合理的推論是,大甲溪的水下到淺部斷層面上,潤滑斷層,使其更易滑動,因此產生埤豐橋瀑布等巨量錯動之現象。
薄皮逆衝所引起的現象,在車籠埔斷層周圍清楚可見,圖(六)說明主要的三種薄皮作用機制:斷層彎曲褶皺,如新社台地;斷層延展褶皺,如車籠埔斷層若干部分;滑脫褶皺,如東勢背斜。九二一地震車籠埔斷層之活動,完全是薄皮逆衝理論一次精彩的演出。
1935年四月二十一日上午6時02分,台灣中部發生規模7.1的地震,震央在現今之苗栗鯉魚潭水庫及關刀山一帶(北緯24.3度、東經120.8度),史稱為1935年新竹-台中大地震(因當時只有新竹州及台中州),近年來以震央所在,稱為關刀山地震。1935年新竹-台中大地震共造成3276人死亡、5萬4千多棟房屋倒塌,因當時民房都為土角厝,抗震能力薄弱,因房屋倒塌壓死者不少,日人又稱為「土角厝」地震,災情比九二一地震還嚴重。
一般認為1935年關刀山地震之震源機制為右移斷層(圖七),斷層面東西向且近乎垂直。震源深度僅5公里,引發三條明顯地表破裂之地震斷層:屯子腳斷層、獅潭斷層及神桌山斷層(徐鐵良,1989)。屯子腳斷層為主震所在之右移斷層,但同時也向東北推起出磺坑背斜東側之獅潭斷層(相關位置見圖三之地質圖),造成獅潭斷層為西側抬升之逆斷層。
屯子腳斷層為東西向,從東端之泰安車站,經后里(即經中山高之后里收費站),跨大甲溪,經神岡,到西端之清水。屯子腳為一舊地名,位於現在台中縣神岡鄉以北舊社附近,為災情極慘重地區,故以此為名。斷層於地震當時所見長度約20公里,沿斷層兩側作相對水平位移,其水平位移幾達2公尺餘,垂直變位最大約60公分,除於后里車站附近一小段南側為降側外,其餘降側在北側。
獅潭地震斷層位於苗栗縣獅潭鄉台3線以東約800公尺之一狹長丘陵地帶。斷層呈北20度至30度東之走向,與紙湖背斜軸平行。地表龜裂與位移以在獅潭鄉最為顯著。斷層全長約21公里,為一斷續延展之斷裂。斷層向西傾斜約70至80度,為一逆斷層,西側較東側相對高3公尺,且於數處見有小規模之右移現象。最大垂直變位幾達2.5公尺,水平位移不明。此外,尚同時產生不少平行且陡直之小規模地裂羣,為引起當時山崩原因之一。
神桌山地震斷層為隨著獅潭斷層發生之伴生斷層,位於獅潭斷層以東約1∼2公里處,二者平行。此斷層全長10公里,水平位移不明顯,垂直位移最大達60公分,斷層西側為降側,適與獅潭斷層相反。
1935年新竹-台中大地震斷層沿線及左右兩側地區結構物造成嚴重的破壞,並直接影響傷亡空間分佈,且兩斷層兩側地動加速度VI震度以上傷亡人數與房屋倒塌數最多且嚴重。