九芎坑斷層

九芎坑斷層北起雲林古坑鄉,往南經嘉義梅山、竹崎、番路至中埔鄉(圖一),走向呈東北偏北,全長約33.6公里,為向西逆衝的逆斷層(圖二、圖三)。斷層沿線多為侵蝕殘丘,階地分布零星,分別於古坑劍湖山、牛稠溪、清水溪、八掌溪、澐水溪旁皆有階地,然而河道旁的階地無明顯斷層崖,唯古坑劍湖山的階地因斷層抬升,促使河流改道而得以保存原始樣貌,因此本研究將針對古坑劍湖山的階地進行量測。斷層沿線的地層主要有頭嵙山層與卓蘭層(圖四)。


    前人研究

    位於斷層上盤處(華山橋)的古沖積扇經光螢光定年顯示年代為80 ka,由下盤的岩心資料(CCKF-BH-2、CCK-BH-3)得知相同年代(80 ka)的地層在下盤的地下深度平均約44.8公 尺。假設斷層傾角為25度,可得到沿斷層面的滑移量為117公尺,長期滑移速率約1.5 mm/yr(Chen et al., 2009)。

    Lin et al.(2007)於大湖口溪觀察九芎坑分支斷層露頭(Fault A),斷層面走向為N16°E,傾角為34°E,粉砂岩層及上覆的礫石層皆被垂直位移2.6 m,換算沿斷層面滑移量為4.7 m;石牛溪同樣也可觀察到Fault A,但缺乏指準層可供測量位移量,下盤礫石層採集到碳樣,經C14定年為16540±150 yr BP,計算分支斷層(Fault A)滑移速率為0.28 mm/yr。


    野外調查

    石牛溪河道旁有九芎坑斷層出露,砂岩逆衝至礫石層之上,斷層面向東傾斜(表一1)。本研究於劍湖山附近觀察九芎坑斷層崖,劍湖山位在斷層上盤處(表一2、3),由5-m DEM量測崖高為45公尺(圖五剖面A)。大湖口溪自麓山帶流入平原時,因斷層活動使河床抬升,促使河道改道形成近90度的大轉彎(圖三),河道旁有河階發育,階地上因人為開發、植披茂盛不易尋找露頭,僅在大湖口一處民宅後方找到土壤露頭,土壤風化程度不高,估計年代為5-25 ka(表一4),由5-m DEM量測階地崖高為30 - 40公尺(圖五剖面B)。


    表一:野外調查地點與照片,照片位置標示於圖三。

九芎坑斷層 照片 描述 座標位置
1
(1)九芎坑斷層露頭,位於石牛溪。 TWD97座標:207235,2616230
2
(2) 因斷層活動抬升形成的崖,位於劍湖山世界旁。 TWD97座標:206386,2612943
3
(3)因斷層活動抬升形成的崖,位於劍湖山世界旁。 TWD97座標:206604,2613043
4
(4)階地土壤露頭,推估年代5-25 ka TWD97座標:206419,2611565
...
...
圖五:地形剖面線


剖面線位置標示於圖三,資料取自5-m DEM


    活動速率與再現週期

    本研究於大湖口調查階地,階地年代推估為5-25 ka,由5-m DEM量測斷層崖高,為30-40公尺,則斷層垂直滑移量為1.2-8.0公厘/年。假設斷層角度為20-40度,換算沿斷層面滑移速率為1.87-23.39公厘/年。由經驗公式計算單一事件滑移量假設為0.95-1.66公尺,則活動再現週期為40-890年,詳細參數如表二所示。


    表二:九芎坑斷層參數表。

    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)
    九芎坑斷層 Reverse fault 33.6 20 - 40
    10 - 14 15.56 - 40.93 522.82 - 1375.25 6.78 - 7.15 (W&C)
    6.72 - 7.16 (Y&M)
    18.41 - 68.39 0.95 - 1.66 1.87 - 23.39 40 - 890

    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。


    Chen, Y.W., Chen, Y.G., Murray, A.S., Watanuki, T., Chen, W.S., Yang, C.C.B., Liu, T.K., Lin, C.W., (2009) Long-term crustal movement caused by the Chiuchiungkeng Fault in southwestern Taiwan: Constraints from luminescence dating. Quaternary International, 199, 15-24.

    Lin, C.-W., Hsu, C.-Y., Yu, T.-D., (2007) The Chiuhsiungken fault: a candidate to trigger a hazardous earthquake in western Taiwan. J. Asian Earth Science 30, 390-402.

    Wells, D. L., Coppersmith, K. J. (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.