利用驗潮紀錄估計臺灣沿岸地表垂直運動

Abstract

驗潮站設立於碼頭或岸邊，記錄即時水位變化，反應水面與陸地的相對高程變化。吾人利用中央氣象局海象測報中心所提供臺灣沿岸之23個驗潮站之紀錄，估計地殼在垂直方向上運動的量值。本研究主要有二工作方向： 一、估計近十年臺灣沿岸地區地殼垂直運動量 驗潮紀錄在陸地保持不動時，即為絕對海水面變化。因此驗潮紀錄與絕對海水位變化的差值，可視為地表相對於固定參考高程在垂直方向上的運動量。本研究以TOPEX/Poseidon與Jason-1兩組測高衛星於臺灣周圍海域的測量值，為絕對海水面的變化值，將驗潮紀錄以及測高衛星資料的時間序列，使用最小平方法（Least Squares Method）移除季節性與潮汐訊號，並同時取得整個時間序列的平均線性趨勢，這兩種觀測資料的線性趨勢的差值，即反應資料所涵蓋之時間段，其陸地的平均運動率。研究結果顯示，臺灣全島沿岸的地表幾乎是以下降為主，在臺灣西部嘉南地區的下陷量達-52.2 mm/yr，此應與該區域抽取地下水有關。在臺灣東部，地表運動的量值分布自-37.1至+7.5mm/yr，而沿著岸線自富岡約至花蓮有下陷量增大的趨勢。 二、研究1951年花蓮歷史地震的震源機制 1951年10月22日花蓮市區東南外海發生ML7.3之地震，六小時後在主震北方約22公里處發生ML 7.1之餘震，與該餘震時間對應，花蓮驗潮紀錄基線下降大約350 mm，我們認為此顯示驗潮站所在的地點受到餘震的同震變形抬升約350 mm。然而我們利用氣象局對這個地震的規模及震源機制定義模擬花蓮驗潮站於餘震的同震位移，顯示對應的地表變動量約為100mm的下陷運動，與驗潮紀錄的觀測量不符合，造成觀測量及模擬結果定性上的差異。參考該地區所發生過之地震的震源機制及破裂行為，與Cheng et al. [1997] 之震源機制相似而可信賴；而當時為數不多的地震儀及其在本島的分布主要於臺灣島西部，對於東部外海的地震，可能有相當的定位誤差。本研究以花蓮驗潮站350mm的抬升量為參考值，使用網格空間索，重新驗證花蓮地震主要餘震發生的震源位置。研究結果顯示，斷層的空間最佳位置與米崙斷層一致，我們依此推測1951年花蓮地震應為米崙斷層的錯動，斷層幾何中心之深度可能在13.5km附近。所以本研究驗證1951年花蓮地震的餘震的發震機制，為米崙斷層的再次錯動。

This study adopts 23 TG records from the Marine Meteorology Center of the Central Weather Bureau over several decades to estimate the magnitude of vertical crustal motion along the coast around Taiwan. There are two main targets in this study: A. Estimating vertical crustal motion along Taiwan coast in recent decades The tide gauge (TG) monitors the relative sea level w.r.t. the ground at the TG location, whereas satellite altimetry (ALT), for example TOPEX/Poseidon and Jason-1, measures the absolute sea level w.r.t. the terrestrial reference frame. Their difference signifies the absolute vertical ground motion for each of the available TG locations. Seasonal signals, primarily periodic tides are removed from both TG and ALT data beforehand by linear regression. We can therefore map out a whole profile of vertical crustal motion along the Taiwan coast. The majority of these motions tend to descend during the latest decade. Southwestern Taiwan shows a clear land subsidence reflecting the over withdrawal of groundwater with the largest magnitude -52.2 mm/yr in Bozihliao. The sites in the eastern Taiwan from Fugang to Hualien generally have a smaller descending rate with higher descending trend northward. B. Re-examination of the coseismic deformation of the 1951 Hualien earthquakes We re-examine the earthquake events occurring in Hualien downtown on Oct. 22, 1951. The mainshock was magnitude of ML 7.3, and a large ML 7.1 aftershock event occurred 6 hours afterwards, which caused the vertical shift of 350 mm in the TG record that reflected a vertical crustal uplift. We simulate the amount in this event based on the focal mechanic reconstructed by Chen et al. [1997]. The result shows the TG location had a -100mm coseismic vertical drop in contrast with the observed 350mm uplift, apparently because of the sparse seismometer distribution and the resultant mis-locationing of the epicenter. Furthermore, we use the gridding search method to relocate the epicenter which fits the TG observation, putting the epicenter along the onland portion of the active Meilun Fault nearby the downtown of Hualien.