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研究生： 林哲銓
Che-Chuan Lin
論文名稱： 台灣西南海域含天然氣水合物地層之構造架構與沈積特徵
Structure and Sedimentary Characteristics of Gas Hydrate-Bearing Sediments off Southwest Taiwan
指導教授： 林殿順
Andrew Tien-Shun Lin
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 地球科學學院 - 地球物理研究所
Graduate Institue of Geophysics
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 152
中文關鍵詞： 天然氣水合物 、增積岩體 、沈積作用 、逆衝斷層帶 、褶皺
外文關鍵詞： gas hydrates, thrust-and-fold, accretionary prism, sedimentation
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    • 台灣西南海域地體構造處於初期弧陸碰撞的階段，在變形前緣以東主要構造運動以褶皺、逆衝斷層與泥貫入體構造為主；變形前緣以西的大陸斜坡則以張裂作用為主。本研究分析了MCS647與MCS681兩批震測剖面，根據構造與沈積特徵，將研究區域劃分為：南中國海大陸斜坡區、褶皺區與逆衝斷層區。
    南中國海大陸斜坡區位於變形前緣至大陸坡折之間的區域，在本區西北方發育一主要鍬型生長正斷層。斷層將上盤地層產生旋轉，向陸棚方向傾斜，使深埋於陸棚下之上新統至更新統、以泥岩為主的地層，向斜坡延伸並被海床所截切。上部斜坡發育許多水下切蝕溝，顯示以侵蝕作用為主；下部斜坡則發育斜坡前端堆積，沈積過程以堆積作用為主。
    褶皺區介於逆斷層前緣到變形前緣之間，許多向西逆衝的盲斷層將地層抬升形成背斜。本區屬於澎湖海底峽谷的流域，由震測相顯示東半部受到水道侵蝕、沈積作用盛行，西半部則以半遠洋沈積物為主。
    逆斷層區介於出露逆斷層前緣到高屏峽谷之間，出露斷層以向西逆衝為主，亦有因盲斷層而形成的背斜構造。斷層上盤常發育斜坡盆地，沈積物可能為半遠洋沈積物或濁流堆積物。本區東部的高屏峽谷西岸常有濁流溢堤堆積物或改道遺跡。東北方的高雄峽谷在本區亦留下峽谷充填構造，可見本區東部的沈積作用主要受到高屏海底峽谷與高雄海底峽谷的影響。
    根據各構造之不整合面分析，發現構造發育年代大體上向西越來越年輕，顯示造山帶向西逐漸擴展。逆衝斷層區構造活動次數頻繁，褶皺區的構造活動次數由東向西逐漸減少。
    海底仿擬反射(BSR)指示天然氣水合物穩定基底之位置，分布以逆衝斷層區最為富集，在褶皺區的分布最零散。分布範圍約僅限於水深為600～1800公尺左右。研究區域的BSR深度與海床大致平行，並有隨著水深增加而BSR深度增加的趨勢。海床到BSR之厚度也與海床深度成正比，可知天然氣水合物在高壓環境下，可存在於較高的地溫。

    A seismic interpretation study was carried out on a dense grid of multichannel seismic data off SW Taiwan. The study area can be divided into three geological domains on the basis of structure and sedimentary characteristics: the South China Sea (SCS) continental slope domain, the folded domain, and the thrusted domain. The folded and thrusted domains occupy the frontal accretionary prism.
    The SCS continental slope domain situates between the Taiwan Strait shelf break and the deformation front of the accretionary prism. There are many erosional gullies in the upper slope of this domain, manifesting an erosion dominant region. Beneath the upper slope, the strata are eroded and truncated at the seabed, exposing Pliocene-Pleistocene sediments that are deeply buried in the adjacent shelf. By contrast, in the lower slope, there has developed slope-front fills revealing a deposition dominant region.
    The region between the deformation front and the fringe of emergent thrusts is the folded domain. Several west-vergent blind thrusts have uplifted the strata and formed a series of anticlines. Seismic facies suggests that the western half of this region is dominated by hemipelagic sedimentation and the eastern half is dominated by the chanelling and deposition of the Penghu submarine canyon system.
    The thrusted domain lies in between the westernmost emergent thrusts and the Kaoping Canyon. Westward emergent thrusts and anticlines prevail in this area. On top of each thrust sheets, it has developed a slope basin. Seismic facies show that the sedimentation is governed by hemipelagic sediments and/or turbidite deposits. Sedimentation in the eastern half of this region is influenced by the Kaoping and Kaohsiung submarine canyons as evidenced by turbidite levee deposits, channel and canyon infills.
    In each thrust or anticline, there is an array of unconformities associated with the episodic development of the growing structures. An analysis of the timing for the development of these unconformities suggests that thrusts in the rear of the frontal prism occurred earlier (about 2.3Ma) than that in the region near the deformation front. Thrust activities were frequent in the thrust domain when compared to the folded domain.
    Bottom simulating reflectors(BSRs), marking the base of hydrate stability zone, exist in the region deeper than c.600m and are commonly observed in thrusted domain, whereas it is less commonly found in the folded domain. The sub-bottom depth of the BSRs increases with icreasing water depths, a characteristic which is governed by the phase diagram of hydrate stability.

    目 錄 摘要 i 英文摘要 ii 致謝 iii 目錄 iv 圖目 vii 表目 xi 第一章 緒論 1 1.1 台灣西南海域地質背景 1 1.1.1台灣西南海域的地形特徵 2 1.1.2台灣西南海域的地體構造 5 1.1.3台灣西南海域的沈積環境 11 1.2 研究動機與目的 12 1.3 論文內容安排 14 1.3.1 緒論 14 1.3.2 震測資料蒐集與分析流程 14 1.3.3 震測資料的構造解釋 14 1.3.4 震測相分析 15 1.3.5 研究區域天然氣水合物的調查 15 1.3.6結論 15 第二章 震測資料蒐集與分析流程 16 2.1 震測資料蒐集 16 2.2 震測資料處理 20 2.2.1近支距剖面展示 20 2.2.2幾何修正 20 2.2.3 濾波與振幅修正 21 2.2.4 預測解迴旋 21 2.2.5同中點集合 22 2.2.6垂直隔距時差修正 22 2.2.7重合 23 2.2.8移位 23 2.3 震測剖面的展示 23 2.4震測資料分析流程 24 2.5震測解釋的陷阱 26 2.5.1 海床重複反射 27 2.5.2 水波震盪 27 2.5.3 繞射 29 2.5.4 水道下方速度異常 29 2.5.5 地形、地層過陡 29 2.5.6移位造成的雜訊 29 第三章 震測資料的構造解釋 33 3.1南中國海大陸斜坡區 34 3.2褶皺區 35 3.3 逆衝斷層區 37 3.4 構造發育年代分析 39 第四章 震測相分析 86 4.1 研究方法 86 4.2 分析結果 88 4.2.1 南中國海大陸斜坡區 88 4.2.2 褶皺區 90 4.2.3 逆衝斷層區 92 第五章 研究區域天然氣水合物的調查 119 5.1 天然氣水合物簡介 119 5.2天然氣水合物的探測方法 122 5.2.1 海底仿擬反射層 124 5.2.2 BSR辨識的依據 127 5.2.3 BSR辨識的困難 128 5.3台灣西南海域天然氣水合物的研究 128 5.3.1 天然氣水合物調查研究現況 129 5.3.2研究區域之天然氣水合物分布與特徵 133 5.3.3 BSR與構造、沈積之間的關係 135 5.3.4天然氣水合物穩定基底的變化 138 第六章 結論 143 參考文獻 148 圖 目 圖1-1、台灣西南海域地體構造與研究區域圖 1 圖1-2、台灣西南外海的海底地形 4 圖1-3、台灣西南海域的構造分布圖 6 圖1-4、台灣南部增積岩體分區圖 7 圖1-5、台灣南部海域增積岩體的構造剖面 9 圖1-6、台灣西南海域泥貫入體分布圖 10 圖1-7、台灣西南海域海底仿擬反射分布圖 13 圖2-1、MCS647、MCS681測線位置圖 17 圖2-2、海研一號研究船震測系統與作業架構圖 19 圖2-3、震測資料處理流程圖 19 圖2-4、本研究震測解釋分析流程圖 25 圖2-5、重複反射圖 28 圖2-6、水波震盪圖 28 圖2-7A、B、繞射的兩個例子 30 圖2-8、水道下方呈現假的向斜構造 31 圖2-9、地形坡度過陡無法正確成像 31 圖2-10A、B、移位處理所造成的雜訊 32 圖3-1、研究區域的構造分佈圖 45 圖3-2、構造分區圖 46 圖3-3A、MCS681-17剖面原始資料 47 圖3-3B、MCS681-17經過解釋後的剖面 48 圖3-4A、MCS681-15剖面原始資料 49 圖3-4B、MCS681-15經過解釋後的剖面 50 圖3-5A、MCS647-15及681-13剖面原始資料 51 圖3-5B、MCS647-15及681-13經過解釋後的剖面 52 圖3-6A、MCS647-13及681-11剖面原始資料 53 圖3-6B、MCS647-13及681-11經過解釋後的剖面 54 圖3-7A、MCS647-11及681-09剖面原始資料 55 圖3-7B、MCS647-11及681-09經過解釋後的剖面 56 圖3-8A、MCS647-09及681-07剖面原始資料 57 圖3-8B、MCS647-09及681-07經過解釋後的剖面 58 圖3-9A、MCS647-07及681-05剖面原始資料 59 圖3-9B、MCS647-07及681-05經過解釋後的剖面 60 圖3-10A、MCS647-05及681-03剖面原始資料 61 圖3-10B、MCS647-05及681-03經過解釋後的剖面 62 圖3-11A、MCS647-03及681-01剖面原始資料 63 圖3-11B、MCS647-03及681-01經過解釋後的剖面 64 圖3-12、MCS647-01剖面原始資料及解釋後的剖面 65 圖3-13、構造特徵剖面的位置圖 66 圖3-14、大陸斜坡下的地層反射向西北方向傾斜 67 圖3-15、R2構造為一低緩的不對稱背斜 67 圖3-16、R3構造南段為一對稱的背斜，向北發育背衝斷層 68 圖3-17、R3構造北段為一不對稱的背斜 69 圖3-18、R3-1構造為一背斜構造 69 圖3-19、R4構造為一東緩西陡的背斜 70 圖3-20、R4構造往東發育背衝斷層 70 圖3-21、R4-1為一向東傾斜的逆衝斷層所抬升形成的 71 圖3-22、R4-2為一對稱的背斜構造 71 圖3-23、R5構造為一向東傾斜的逆斷層構造 72 圖3-24、R5-1構造為一對稱的背斜 72 圖3-25、R5、R5-2及R6構造 73 圖3-26、R6與R6-1構造 73 圖3-27、R7構造為一低緩的不對稱背斜 74 圖3-28、R8-1構造為一隱伏的背斜 74 圖3-29、R8構造南、中、北段構造特徵 75 圖3-30、台灣海峽中生代基盤深度圖 76 圖3-31、台南盆地DD’剖面之震測剖面以及解釋後剖面 77 圖3-32、構造三角帶的成因與構造發展過程 78 圖3-33、逆斷層發育在斷層上盤與前陸向斜形成進覆面 79 圖3-34、不整合面分析的示意圖 80 圖3-35、各構造的斜坡盆地中辨識出的不整合面統計圖 81 圖3-36、各斜坡盆地的不整合面之數量及深度圖 82 圖3-37、site 1148A與CFJ-1井的沈積物聲速對深度比較圖 83 圖3-38、不整合面到海床厚度與不整合面發育年代圖 84 圖3-39、台灣西南沈積速率分布圖 85 圖4-1、定義震測相之分類符號表與解釋的範例 87 圖4-2、震測相的符號A、B、C在一層序中代表的部分 87 圖4-3、大陸棚的震測相 100 圖4-4、上部斜坡的震測相 100 圖4-5、上部斜坡的崩移震測相 101 圖4-6、下部斜坡震測相 101 圖4-7、下部斜坡的斜坡前端充填特徵 102 圖4-8、大陸斜坡末端有斜坡前端充填特徵 103 圖4-9、圖4-8經過解釋後的剖面 104 圖4-10、R4構造北段之斜坡盆地的震測相 105 圖4-11、R4背衝斷層的斜坡盆地震測相 105 圖4-12、R4構造中段之斜坡盆地的震測相 106 圖4-13、R4構造南段斜坡盆地的震測相 106 圖4-14、澎湖峽谷支流PCd2與PCd3之間分水嶺的震測相 107 圖4-15、R4-1構造之斜坡盆地的震測相 107 圖4-16、R4-2構造兩側的震測相 108 圖4-17、R2與R3構造之間的斜坡盆地之震測相 108 圖4-18、R3構造北段之震測相 109 圖4-19、R3背衝斷層兩側的震測相 109 圖4-20、R3構造南段震測相 110 圖4-21、R3-1構造東側的震測相 110 圖4-22、R5構造北段的斜坡盆地之震測相 111 圖4-23、R5構造南段的斜坡盆地之震測相 111 圖4-24、R5-1東側的斜坡盆地之震測相 112 圖4-25、R6與R5-2＋R6前緣斷層之間斜坡盆地的震測相 112 圖4-26、R6構造北段之斜坡盆地的震測相 113 圖4-27、R6與R6-1之間的反射層震測相 113 圖4-28、R6構造南段的震測相 114 圖4-29、R6與R6前緣斷層之間的震測相 114 圖4-30、R6-1東側的斜坡盆地之震測相 115 圖4-31、R7構造北段以東有一峽谷充填構造 116 圖4-32、R7構造南段的斜坡盆地之震測相 116 圖4-33、R8構造至高屏峽谷之間的震測相 117 圖4-34、R8-1構造至高屏峽谷的震測相 117 圖4-35、高屏峽谷西岸的海底山脊之震測相 118 圖4-36、高屏峽谷西岸的震測相 118 圖5-1、天然氣與水二成分系統平衡相圖 120 圖5-2、天然氣水合物生成的溫壓範圍 120 圖5-3、目前全世界已知天然氣水合物賦存地區 121 圖5-4、各種天然氣水合物研究方法示意圖 123 圖5-5、海底仿擬反射(BSR)示意圖 125 圖5-6、海床與BSR相位相反原理示意圖 125 圖5-7、Chi et al.(1998)所繪製的台灣西南海域BSR分布圖 131 圖5-8、劉家瑄(2003)繪製出的BSR分布圖 132 圖5-9、研究區域之BSR分布圖 134 圖5-10、在南海海槽中發現BSR的分布有四種型態 137 圖5-11、海平面到BSR的深度等值線圖 139 圖5-12、BSR到海床的厚度等值線圖 140 圖5-13、BSR在海床下的深度與水深、地熱環境的關係圖 142 表 目 表4-1、大陸斜坡與各斜坡盆地之震測相一覽表 95

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