海底大地测量-结合GPS和水下声波定位应用於海洋板块监测.PDF

海底大地測量 - 結合 GPS和水下聲波 定位應用於海洋板塊監測 Acoustic Positioning Linking to GPS on the Oceanic Plate monitoring – Seafloor Geodesy ＜構想書＞ 撰寫人：郭隆晨 中央研究院 地球科學研究所 2005 年 09月 29日 一、前言 台灣地區處於菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊交互碰撞帶，菲律賓 海板塊在台灣東方沿琉球海溝向北隱沒於歐亞大陸板塊下，弧溝系統 包含沖繩海槽、琉球島弧、琉球海溝，交互作用之系統甚為複雜；而 在台灣東部海岸山脈與縱谷則是以擠壓碰撞之形式進行著。此兩大板 塊在台灣東部陸上與近海處以碰撞和隱沒形式交互作用，此乃台灣地 區大地構造主要動力來源，整個碰撞隱沒區域之地殼變形劇烈，應力 變化、累積極為快速，地震非常頻繁；對生活在島上居民的生命財產 威脅很大。過去對板塊間之運動或邊界之碰撞、隱沒、聚合等現象， 常用全球板塊運動模型來加以描述，其主要用在計算之數據大致上有 三類：第一為地磁正、負異常間距資料，紀錄著中洋脊擴張速率。第 二種是由在轉形斷層或海溝附近的大地震資料，以震波反演地震破裂 面的滑移向量，代表過去數十年～數百年累積之應變，推估板塊運動 之方向。第三種則是轉形斷層方位，通常此種資料是由多波束測深儀 (multi-beam) 、海底地形側掃(side-scan)聲納或衛星測高儀 (Altimeter) 等直接測量或逆推而得之海底地形，再由海底地形淬取出轉形斷層之 方位。這些估測的地磁資料紀錄著數百萬年平均的板塊運動速率；而 轉形斷層則反應出平均的板塊運動方位 ；地震滑移向量則是代表著現 代的板塊運動方向。以 DeMets et. al.(1990)提出的 NUVEL-1 全球板 塊模型最具代表，經全球各地專家印證，公認為目前較佳的板塊運動 模型，對板塊邊界附近的運動現象也較能解釋。 全球主要板塊間之相對運動速度，多由地質觀測資料所推導 出的板塊運動模型，在速率上有數個 mm/y的精度及 ±幾度的方位誤 差（DeMets et al., 1990 ），這種模型是根據中洋脊（mid-ocean ridge ） 擴張（ spreading ）速率、地磁的數百萬年平均異常(anomaly) 、轉形斷 層方位（ azimuth of transform fault ）、地震滑移量（slip vector ）等所 推算的；這種數百萬年的平均板塊運動模型所推算的速度，和短時 期、近代的大地測量所推算的或許會有些許不同（尤其在時間的尺度 上），這可解釋為長期平均值與瞬間值之差異。此外，除在板塊邊界 之變形及板塊內之相對變形，或板塊邊界之快速翻轉等，不易由板塊 運動模型充分表述外，大體上板塊運動模式是正確的且不容置疑的。 近年來，由於太空定位技術純熟，像 VLBI ，SLR ，GPS 等方式觀測 所得之成果，也一一併入模型中，或增進模型之可靠度，或檢視模型 之正確性。美國 NASA在板塊運動觀測之估算時，利用 VLBI和 SLR 太空定位技術，來確認板塊間相對運動的正確性。即便模型已有經過 太空技術之再確認，但有些板塊邊界處因無法取得有效之資料，仍缺 少觀測或約制；因此，靠 GPS 、VLBI或 SLR 來對模型作出貢獻，似 乎是另外的選擇。 有些板塊因邊界定義不明（如菲律賓板塊）或不甚明顯（如 Caribbean ），板塊幾何中心也不明確，導致相對於鄰近板塊之運動速 度因而估算不準。同時，由於轉形斷層之走向及地震滑移方位可能受 到大陸地殼(continent crust)影響而有偏差，以致相對運動之方位不易 估算準確；在隱沒帶 (subduction zone)之預估運動速度值，因海溝地 震之滑移量系統誤差而有偏差。若地區性的資料缺少或有偏差、錯 誤，板塊相對運動因閉合條件弱化了而不易估算準確， GPS 、VLBI 或 SLR恰好可補強此一缺失。再者板塊邊界處隱沒、聚合 (convergent) 附近的地殼變化是複雜的，不容易用簡單的模型來描述，高精度的 GP