中央大學應用地質研究所學位論文
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Newmark位移法是目前用來分析地震造成邊坡滑動最常用的一種方法。Newmark位移Dn是對地震加速度歷時中，大於臨界加速度Ac的部份做兩次積分而得。唯在分析過程中，地震加速度歷時只在有強震站的位置才有記錄，在沒有強震站或距離較遠的地點則須使用經驗式推求Dn。Jibson (1993)及 Jibson et al. (1998) 以愛氏震度Ia當參數，建立估計Dn的經驗式。 由於該經驗式發表至今已有一段時間，近年一些具代表性的強震資料尚未納入分析，在台灣地區之適用性也尚未檢驗，所以本研究利用台灣集集、日本Kobe，土耳其Kocaeli、Duzce以及美國Loma prieta和Northridge地震的強震資料來找出 Dn -Ia 和Dn -Ac 間的相關性，並利用此相關性來探討現有的迴歸模式的改進可能。 分析結果顯示Dn 和Ia的相對關係中，若將Dn 及Ia同時取對數，可得到較好的線性相關，而Dn 和Ac的相對關係中，若只對Dn 取對數也可以得到較好的直線關係。在迴歸分析中發現隨著Ac變大，LogDn- Log Ia 分佈圖的斜率會隨著變大，因此我們加入了新的變數來修正斜率的改變，並建立新的模式。將此新模式應用到前述六組強震資料後，均可得到較佳的迴歸成果，顯示此新模式較舊有的模式佳。 最後將不同場址分類的強震資料分別代入新模式進行迴歸分析，得到岩盤站及土壤站的經驗式。此兩個經驗式的估計誤差及合適度皆較不分類經驗式佳。在應用上，計算一般邊坡的Newmark位移時應採用岩盤站經驗式，回填土及軟弱土壤的邊坡則宜使用土壤站的經驗式。
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1999年集集地震至今，吸引中外學界熱烈投入各項研究，然而針對斷層帶岩石密度及孔隙率變化之探討卻異常的貧乏。本研究藉由TCDP台中大坑鑽井C井（深度1050-1280米包含四大斷層帶中圍岩與破裂帶取出之岩心），透過密集取樣並使用精密儀器，並參考A井實驗之經驗，更改取樣方法(加大切割取樣)及各項參數均取自同部位，以減少誤差。 ???賑膍s顯現，岩石密度隨著斷層變化有明顯之變化，即為密度由圍岩漸往斷層中心變小，孔隙率則隨之變大，熱傳導係數隨之變小，而熱擴散速率則隨之變大，熱傳導係數平均在2.5 W/m/K，隨著密度增大而增大，且砂岩的變化會比頁岩大。熱擴散速率平均在1.5 m m2/s則隨著密度增大而減小，但砂岩(1.72)比頁岩(1.13)大。推算出之比熱平均約700 J/kg/K，砂岩(625)為最小，砂頁岩(670)次之，最大為頁岩(820)。 密度與孔隙率試驗有高度的線性關係(R2=0.9)，並且樣本達到104個，證明本研究方法可行，砂岩之無孔隙密度為2.8 g/cm3，砂頁岩為2.84 g/cm3，頁岩為2.9 g/cm3，整體母岩之濕密度在2.6 g/cm3左右。孔隙率部分母岩都在10 %以下，頁岩(9.5 %)則比砂岩(7.5 %)大，砂頁岩互層(8.3 %)特性在砂岩與頁岩之間。 本實驗發現深度1178.7米處，擁有達到40% 的高孔隙率，且可以直接用手指輕易搓入，岩心未切割前，外觀上也顯現出鬆散，所以合理的懷疑此為921地震所引起之斷層帶。
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台灣西南部地區的台南層紀錄了全新世以來的沉積現象及構造 運動，是一個研究古地震和全新世構造運動的絕佳地點。由於構造運 動活躍，有一些區域已經有明顯的褶皺現象。本研究蒐集了台灣西南 部許多重要的鑽探、槽溝和定年資料，並選取其中七孔鑽井進行磁感 率的量測，以利於進行地層對比，並綜合了相關的地形、地層與構造 分析，期望能夠了解台灣西南部地區台南層之分布及其構造之演化。 從地層分析得知，受到全球海水面變遷的影響，此研究區在鑽井 深度範圍內最少堆積了兩個層序的地層。除在基盤高區層序一直接與 基盤接觸外，其餘地點兩個層序間均有一層古土壤或是風化的岩屑， 代表一次陸相的環境。本研究利用台南井建立標準剖面，並將層序一 底部的假整合面界定為台南層底面，其C-14 年代約為18Ka。台南層 頂面則界定於林朝棨（1963）所定義之台南層頂面，其年代約為3Ka。 根據構造分析與地形剖面顯示，台南層底部地層之傾角比6 Ka 時間面及頂面為陡，反應出本研究區為一成長褶皺(growth fold)的構 造形態。並由各時間面所求得之上升速率，在現今的地形高區有逐漸 抬升的趨勢。在地形低區，曾文溪口及海岸地區皆有明顯的持續沉降 現象。高雄地區之上升速率，在18 Ka 附近顯示為抬升，而在6 Ka 則開始轉變為沉降。 台南層在本研究區域分布範圍相當廣闊，除了高雄地區已岀露地 表的更新世基盤外，其餘地區的鑽井岩心中皆可見到台南層的分布。 由相關研究瞭解，台南層向北可延伸至濁水溪沖積扇南緣。在屏東地 區，可能可以延伸進入屏東平原之西部。
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花崗岩是作為核廢料處置場周圍母岩的最佳岩石材料之一，當核廢料衰退的熱有機會透過介質與母岩接觸並加熱其中的地下水，便可能會造成處置場周圍母岩產生物理性及礦物相的變化，進而去影響母岩本身的結構。本研究鑽取金門田埔的花崗岩岩心作為實驗材料，並設計90 度及60 度兩組熱水浸泡試驗，溶液則採用海水、RO逆滲透水、pH值3，5，9 五種不同濃度的水溶液。為了能觀察花崗岩受熱水浸泡後在滲透率、孔隙率及裂隙發展上的變化情形，本研究利用日本京都大學嶋本利彥教授在台灣設置的滲透率、孔隙率量測儀器以及偏光顯微鏡對在實驗進行後第15、35、70、120 天取出的樣本作分析。 根據實驗結果顯示，花崗岩浸泡在偏酸性及中性(pH3、5、RO 逆滲透水)熱水環境中，滲透率、孔隙率的變化就如同所預期的行為一般，隨浸泡時間增加，滲透率、孔隙率漸漸呈現出增加的趨勢，裂隙的長度、開口寬度及數量也隨之變多，但是，花崗岩浸泡在偏鹼性(pH9、海水)的熱水環境中，所表現出來的卻是不同的反應趨勢。花崗岩浸泡在濃度為pH9 的熱水中，滲透率跟孔隙率的變化趨勢大體上呈現的是相反的情況。花崗岩浸泡在加熱後的海水中一段時間後，孔隙率卻是逐漸的在減少。
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三角剪切模式(Trishear model)是用於解釋斷層與褶皺關係之運動學模式，在模式中影響褶皺形貌變化重要參數為斷層破裂距離和斷層滑移量之比值(P/S)。然而，三角剪切模式為運動學分析模式，因此P/S值之力學意義並不清楚。為了解P/S之力學意義，本研究以有限差分程式FLAC模擬斷層擴展褶皺(Fault-propagation fold)之地層變形過程，分析使用之彈性模式考慮斷層前緣初始深度、上覆地層彈性常數，而彈塑性模式考慮上覆地層與基盤間之摩擦性質對地層變形之影響。至於力學模型中P/S值乃利用位移-距離法(Displacement/Distance Method)加以計算，同時將變形反饋至三角剪切模式進行逆分析，以驗證位移-距離法於FLAC分析剖面之適用性。本研究採用位移-距離法獲得之結果充分反應累積剪應變增量之分佈，經將褶皺變形帶依變形特性分為三段後，本研究得以合理解釋並計算斷層擴展褶皺三角剪切模式中之P/S值。根據FLAC斷層擴展褶皺模擬及利用位移-距離法分析變形剖面之P/S值變化，結果顯示P/S值變化趨勢於斷層錯動過程中符合斷層成長模式(Fault-growth model)。除此之外，斷層前緣初始深度越深、上覆地層與基盤間之摩擦角越大則P/S值越大，其中尤以斷層前緣初始深度影響P/S值最為顯著，而上覆地層彈性常數對P/S值之影響則不明顯。
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1999年9月21日集集大地震重創台灣，除造成草嶺與九份二山兩處大山崩外，同時也使中部山區發生數千處大小不一的山崩。李錦發等人以數值航測技術進行山崩立體判釋，圈繪紅菜坪地滑分佈位置及影響範圍，根據其圈繪結果，紅菜坪地滑地之滑動面積廣達100多公頃，此與滑動面積亦超過100公頃之九份二山只相距約2公里。然而，根據區域地質圖以及地形圖，得知九份二山與紅菜坪現地地質、地形條件類似，受集集地震之影響也相似，但紅菜坪之滑動相對於九份二山山崩卻較緩慢，造成兩大型山崩之運動特性差一之原因值得深入探究。本研究根據現地調查確認紅菜坪地滑之滑動區域面積約88.6公頃，滑動材料則為厚層崩積層，根據滑動體地表位移方向及地形特徵，研究將紅菜坪滑動塊體分為三塊（滑動塊體A、滑動塊體B、滑動塊體C），其中滑動塊體A主要為崩積層沿頁岩層面滑動。其次蒐集中央氣象局於紅菜坪地滑地以及九份二山地滑地附近之強震資料(12地震測站)，除分析強震資料之方向性外，並利用累積位移分析法計算強震引致邊坡位移之方向性。結果發現水平加速度、艾氏震度以及邊坡永久位移之最大值幾乎分佈於E ~W及WNW ~ ESE等方向。本研究定量計算集集地震對紅菜坪地滑地及九份二山地滑地運動特性之影響，逆分析結果顯示，九份二山之破壞摩擦角比紅菜坪大2.6°，根據引入速度相關摩擦率累積位移量計算結果，得知九份二山之地質材料對於滑動速度之影響比對紅菜坪影響敏感，由此可知，此二大型滑動之運動特性與震波方向、坡向、地質材料以及構造特性皆有相當大的關係。
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TCDP-A井的連續岩心(台灣車籠埔斷層計畫岩心，總深度2003公尺)獲得了台灣中部地區，上新世至更新世台灣前陸盆地的層序。TCDP-A井岩心記錄著台灣前陸盆地淺海沉積環境的演化過程，由形成初期(桂竹林層，1300-1710公尺)，經過發育期(錦水頁岩，1013-1300公尺)，進入成熟期(卓蘭層，0-1013公尺、1710-2003公尺)的這些階段。 經由岩心完整岩性與地球物理電測資料的結合，使得這些連續的岩心紀錄提供了我們一個獨一無二的機會，來研究一個逐漸發育形成之海洋前陸盆地的岩石地層與沉積作用演化過程。我們描述岩心的岩性、顆粒度變化、沉積構造、生物擾動指數、生痕化石、岩層間的接觸關係與特殊岩層(如貝類化石富集帶、泥塊或是小礫石富集帶、碳層、結核等特徵)。由上述的岩相特徵，可將研究岩心分出濱海海岸沉積體系及淺海大陸棚沉積體系。利用上述所建立的基礎，可分別定義出15種岩相與12種生痕化石相。結合相鄰與相關的岩相可辨認出8種岩相組合，分別為外遠濱相、內遠濱相、下濱面相、上濱面相、障壁島相、潮坪相、潟湖相及沼澤相。經由這些岩相組合的建立，使我們得知台灣前陸盆地的環境由淺變深再由深變淺的演化過程。
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受節理切割之岩體，其不連續面所形成之複雜網絡往往是地下水滲流之重要通道。過去研究顯示，由室內試驗獲得之岩石材料滲透係數值，要明顯較由現地試驗所得之值低了幾個數量級，室內實驗所得岩體之滲透係數值之所以與現地極為不同，主要即因現地岩體滲透係數受現地之斷層、節理、裂隙等不連續面所影響。不連續面異向性分佈，將造成滲透係數之異向性。除了不連續面之異向性分佈外，異向性應力將造成不同方向之不連續面內寬閉合量不同，因此異向性應力亦將導致節理岩體之滲透係數異向性。本研究利用擬連續體模式，計算異向性節理岩體不連續面內寬隨正向應力改變之滲透係數張量（Permeability Tensor），此一滲透係數張量為節理岩體所受現地應力之函數。經參數敏感度分析結果顯示滲透係數異向性（k11/k33）將隨節理分佈異向性以及應力異向性（σ11/σ33）增加而增加；隨著節理長度增加，k11/k33不致造成明顯改變；節理正向勁度常數h與形狀係數c，雖將造成k11/k33值改變，但影響並不明顯。根據車籠埔鑽井岩心獲得之不連續面密度與方位資料，運用組構張量分析技術，可獲得節理空間分佈之定量資料，配合現地應力估計值，即可求得車籠埔鑽井附近節理岩體之破裂張量（Crack Tensor），進而探討車籠埔鑽井附近岩體之滲透係數張量異向性。於本研究假設之參數範圍內，k1/k3可達4～7之間。
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國內土壤及地下水的污染問題相當嚴重而且普遍。污染地下水的有機物，又稱NAPL（Non Aqueous Phase Liquid，非水相液體），為土壤及地下水污染主要來源之一。土壤及地下水有機化合物污染監測不易，採樣時需設置監測井採集地下水樣，過程耗力、費時且成本高。所以國外已發展可即時(real-time)、現地(in-situ)的新興監測技術，但國外儀器昂貴、維修不易且不適合台灣水文地質狀況。因此需要發展適合台灣水文地質狀況的即時、現地的調查監測技術，稱為薄膜擴散採樣器(Membrane Diffusion Sampling，MDS)。MDS主要分為採樣模組與分析模組兩大部分，採樣模組利用高分子薄膜當作透氣不透水的門戶，收集NAPL蒸氣相後由攜帶氣體帶到地表給分析模組，分析模組可得到水中污染物的種類與濃度。本研究著重於採樣模組的部分，目的為製造採樣模組雛型機並由砂箱實驗與數學模式建立採樣室中NAPL蒸氣相濃度與砂箱內水溶液濃度間的轉換關係。實驗結果證明採樣模組確實可在砂箱內採集NAPL蒸氣相；發展的數學理論能與實驗數據匹配良好，並瞭解苯、甲苯、乙苯與二甲苯的蒸氣相濃度與其水溶液濃度間的關係。
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南橫公路為連絡南台灣東西部的交通要道，兼具觀光旅遊及國防等功能。2004年7月2日敏督莉颱風帶來豪雨，造成南橫荖濃到埡口至少120處山崩，交通中斷36天。野外工作發現大半山崩屬於淺層碎屑崩塌，碎屑來源與崩塌機制值得深入研究。 南橫公路西段從荖濃到埡口，大部分路段穿過梅山層硬頁岩，風化碎屑主要來自硬頁岩，快速風化的硬頁岩是影響南橫山崩的重要因子。本研究利用岩石單壓強度會隨著風化進行而降低，嘗試測量岩石的風化速率，以瞭解岩石風化因子與山崩之關聯性。 測量岩石單壓強度有許多方法，例如超音波試驗、點荷重試驗、單壓試驗、岩石消散耐久試驗等。施密特（Schmidt）硬度錘試驗不須採樣，不會破壞試體，岩石留在現地逐月風化，每月去測量，可得到岩樣單壓強度的改變而求得風化速率。 本研究以南橫岩石樣本，於現地利用施密特硬度錘，每月測量其單壓強度，連續測量4個月。結果發現南橫出露岩石，風化最快的是硬頁岩，其風化速率78.8百萬帕/年；風化最慢的是板岩，其風化速率是13.5百萬帕/年。單壓強度超過80 MPa的新鮮硬頁岩，經4個月的風化後，單壓強度降為約8 MPa，同時，鉛筆構造出現。根據現地調查發現許多硬頁岩組成之山坡發生山崩，多導因於硬頁岩風化碎屑受重力或因下雨沖刷，形成淺層碎屑崩塌。另根據山崩統計結果發現，風化速率與山崩之崩塌比有高度之相關性。