新城斷層

新城斷層南起苗栗頭份,往東北經新竹縣寶山鄉、新竹市東區、竹東、竹北、芎林,最後往東至關西(圖一),大致呈東北東走向,全長約28.5公里,為向西北逆衝的逆斷層(圖二、圖三)。斷層沿線階地群主要分布於頭前溪南岸,依高度可分為五個階地群(陳文山等,2003)(圖五),越遠離頭前溪階面高度越高,形成年代越久。斷層往南進入竹東丘陵,為頭前溪與中港溪之間的切割台地。階地群岩層為店子湖層,丘陵區岩層為頭嵙山層與卓蘭層(圖四)。


    前人研究

    地調所的新城五號井(位置見圖五)井深7.5公尺(對應至斷層上盤)及17.9公尺(對應至斷層下盤)處皆可看到風化的礫石土層和基盤的交界,若此二交界面原對比相同的地表面,則斷層垂直抬升量為10.4公尺,經井中貝殼及有機沈積物碳十四定年得知年代大於28540 ± 260 yr,因此垂直抬升速率至少為0.37公厘/年,若斷層角度34°(頭前溪露頭量測),滑移速率至少為0.7公厘/年。另外,LT2階地(位置見圖五)被斷層垂直錯動35公尺,若階面年代寬估不老於四萬年,則垂直抬升速率為0.88公厘/年,滑移速率不超過1.6公厘/年。綜合以上資訊,推估新城斷層滑移速率為0.7-1.6(1.15 ± 0.45)公厘/年(石同生等,2003)。

    陳文山等(2003)量測Lt3階地(位置見圖五)垂直錯動70公尺,由光螢光定年得知階地年代為63.4-66.9 ky,因此垂直抬升速率為1.075 ± 0.025公厘/年。

    Chen et al. (2004)利用震測剖面圖(位置見圖五)研判卓蘭層錯動1400公尺,頭嵙山層年代約2 Ma,若此年代代表卓蘭層沉積間斷的年代,則斷層滑移速率為0.7 mm/yr。


    野外調查

    工研院位在LT1階地,此階被新城斷層截切形成東高西低的地形,而工研院位在斷層上盤(東側)處(圖五)。自工研院正門口穿越馬路(中興路四段)至農田為一陡坡(表一1),現地量測崖高至少有26公尺,陡坡兩側皆有延續性。本研究利用數值高程模型針對同一階地量測崖高,垂直高差約38 - 42公尺。此階地部分被河流截切,於光明路的橋下河流旁可觀察階地紅土露頭剖面,露頭中有礫石層,礫石層之上為紅土,依紅土風化程度研判階地形成年代約30 - 150 ky(表一2)。

    頭前溪南岸於中正橋下游約400公尺處可觀察新城斷層露頭,露頭中底岩向西逆衝至礫石層之上,此礫石層由碳十四定年得知其沉積年代為270 ± 35 yr BP(陳文山等,2003),顯示自礫石層沉積後至今約300年內斷層曾經活動過。斷層角度約45度,垂直滑移量約6公尺,其上覆蓋另一層未被錯動過的礫石層(表一3)。


    表一:野外調查地點與照片,照片位置標示於圖三

新城斷層 照片 描述 座標位置
1
(1)河階被斷層錯動而形成的崖,於工研院正門向東南方拍攝。 TWD97座標:254075,2741187
2
(2)階地紅土剖面。礫石層之上覆蓋著紅土,推估年代30 - 150 ky。照片向東拍攝。 TWD97座標:256021,2740137
3
(3)新城斷層露頭,位於頭前溪南岸。斷層角度約45度,垂直滑移量約6公尺。照片向南拍攝。 TWD97座標:255417,2742245

    活動速率與再現週期

    由數值高程模型量測LT1階地被斷層垂直錯動38 - 42公尺,由階地紅土風化程度推測階地形成年代約30-150 ky,顯示自階地形成後斷層垂直錯動38 - 42公尺,其垂直滑移速率為0.25 - 1.40公厘/年。假設斷層角度為20 - 40度,換算沿斷層面滑移速率為0.39 - 4.09公厘/年。由經驗公式計算單一事件滑移量假設為0.90 - 1.55公尺,則活動再現周期為220 - 3970年,詳細參數如表二所示。


    表二:新城斷層參數表。

    斷層名稱 斷層種類 長度(km) 傾角(deg) 深度(km) 寬度(km) 面積(km2) Mw Mo
    1025 dyne-cm
    平均滑動量(m) 平均速度(mm/yr) 活動週期(yr)
    新城斷層 Reverse Fault 28.5 20 - 40 16.90 - 43.45 9.77 - 20.92 481.65 - 1238.32 6.74 - 7.11 (W&C)
    6.68 - 7.09 (Y&M)
    13.03 - 57.54 0.90 - 1.55 0.39 - 4.09 220 - 3970

    A斷層面之寬度由計算所得。

    B斷層面之面積由計算所得。

    C矩震級(moment magnitudes)W&C為參考Wells & Coppersmith (1994)的公式計算所得:(適用於逆斷層)、(適用於走向滑移斷層)、(適用於正斷層),其中A為斷層面之面積(Wells and Coppersmith, 1994)。Y&M為參考Yen & Ma (2011)的公式計算所得:,其中A為斷層面之面積,H=35 km,β=6.9,const.=4。

    D地震矩(seismic moments)由計算所得。

    E單一事件滑移量由計算所得,其中為斷層面積,為單一事件滑移量,

    F再現周期由計算所得。



    石同生、盧詩丁、林偉雄、李元希 (2003) 新城斷層定位與斷層活動性研究。經濟部中央地質調查所特刊第十四號,第37-52頁。

    陳文山、劉力豪、顏一勤、楊小青、李龍昇、游能悌、張徽正、石瑞銓、陳于高、李元希、林偉雄、石同生、盧詩丁 (2003) 新城斷層的古地震研究。經濟部中央地質調查所特刊第十四號,第11-23頁。

    Chen, Y.-G., Shyu, J. B. H., Ota, Y., Chen, W.-S., Hu, J.-C., Tsai, B.-W., Wang, Y. (2004) Active structures as deduced from geomorphic features: a case in Hsinchu Area, northwestern Taiwan. Quat. Int., pp.189-199.

    Wells, D. L. and K. J. Coppersmith (1994) New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement. Bull. Seis. Soc. Am., 84, 974-1002.

    Yen, Y. T., and Ma, K. F. (2011) Source-scaling relationship for M 4.6-8.9 earthquakes, specifically for earthquakes in the collision zone of Taiwan. Bull. Seismol. Soc. Am., 101, 464-481.