台灣北部上地幔非均向性之探討

Abstract

台灣北部位在菲律賓海板塊向北隱沒到歐亞板塊的西緣，地體構造上有其獨特的地位。雖然地表的變形與應力狀態在過去已經有許多研究，但是仍然欠缺對於更深部的岩石圈變形與動力機制的討論。目前可以直接對應地幔流場與應變的觀測當屬地震的非均向性，因此本文企圖透過分析上地幔非均向性之特徵，以探討台灣北部岩石圈變形以及可能的地幔流場型態。 本文採用波形交對比法分析台灣北部幾個寬頻地震測站的S波分離現象，以分離S波的快方向(ψ)及延遲時間(δt)來描述測站下方非均向性的特徵，地震波形資料則分別來自遠震和區域深震的直達S波。根據來自東加地區幾個震央相當接近的遠震S波分離結果，本研究發現震源端的非均向性極有可能影響到實際的觀測結果，意味著震源端的效果不可忽略。 即使假設下地幔非均向性可忽略，區域深震及遠震S波對部分測站而言，仍會經過包括板下地幔與隱沒板塊本身的路徑，這可能是WFSB和TATO對遠震S波極TATO和YHNB對區域深震S波的觀測相當散亂的原因。 整體而言，位於班尼奧夫帶上方的WFSB和ANPB其快波極化方向大致平行於隱沒板塊的等深線或往西延伸的琉球海溝而呈東西向，區域深震的S波延遲時間則有隨深度地增的趨勢，根據ANPB的結果，初步推論非均向性至少存在於175公里以上的地幔楔內。而位在更西側的MT19和MT21其區域深震的快S波方向則呈現南北向，與鄰近的ANPB站結果大異其趣。台北盆地南緣TATO站的觀測結果十分凌亂，推測是波線通過的構造較為複雜所致。關於南邊的YHNB站，由區域深震所得的快方向也是相當散亂，原因應與TATO站一樣；不過遠震S波可能已經脫離隱沒板塊的影響範圍，因此所得的快方向顯得一致且約略與山脈走向平行。 ANPB與WFSB的快方向有兩種可能性，一是隱沒板塊後退驅動板塊側邊流場(slab edge flow)在地幔楔造成與海溝平行的地幔流，致使橄欖石的a軸順著流場方向排列。另一種可能性則是地幔楔的角隅流垂直海溝方向，但是隱沒板塊在弧前的脫水作用使得在高壓低溫狀態下含水量較高的B型橄欖石a軸與流場方向垂直。至於YHNB的遠震S波以高角度入射，判斷只通過大陸岩石圈，因此其非均向性應反映造山運動的大陸岩石圈變形。