Field observation at surface process upon Milun conglomerate

標題應該有打錯的意思，不過主要按照11月23日半天時間由老師在奇萊平原乃至於海崖的地表過程講述，來寫一些心得記述。野外觀察的行程：奇萊鼻燈塔旁小路→奇萊鼻海崖→原野牧場旁民宅→七星潭→七星潭民宅→花崗國中→嶺頂。時間：11/23，09:00~12:00。

奇萊鼻海崖岩層受地表抬升與海水侵蝕影響，分布礫石層上覆石灰岩層（珊瑚礁），另外有火山岩出露其上。出露狀況如照片：

米崙礫岩除了是全新世以來的沉積岩，重要的是上覆岩層所能解釋的地表過程，多少帶有受到火山作用與地表抬升作用的影響。最特別的是在原野牧場旁民宅所遺留下來，非人類所能搬運亦不見人類搬運目的的巨石(蛇綠岩系?)，以及在七星潭砂礫灘離岸附近的似混凝土溶解石灰岩塊(受高溫作用)，這些遺留物一般推測很難由中央山脈美崙溪或三棧溪搬運而堆積下來，但如由火山噴發所遺留，則分布應該亦甚廣。

(待續)

Comprehension due to references reading on Earth Surface Process (I)

Earth Surface Process(1997 by Philip A. Allen, Publisher: Blackwell Science, London）
Tectonics, climate, and landscape evolution

1st Week,Introduction.（Sean D. Willett et al.）

這章首要提到立霧溪區域地表在全球地表過程研究中的重要性，雖然在構造活動、地表侵蝕與氣候變遷之間的回饋與進行機制尚待發掘，不過其互相之間的影響是早有被印證的。構造活動形成的地表抬升基本上是大陸均衡條件反應成地殼變厚狀態，而地表抬升、斷層或褶皺發生的地震尤其在造山帶，無論何尺度的範圍空間與時間都會增加地表水侵蝕與搬運的能力，當然也會受到地表自重應力的關係影響構造變形，這當中冰川與構造影響地表的過程有著非線性的回饋機制。同時，地表（侵蝕）作用也會在碳循環的過程中影響到氣候，鎂鈣質的矽酸鹽岩侵蝕提供了一種平衡CO2導入大氣及其被隔絕於碳酸鹽岩的絕佳緩衝作用。

另外本章也談到各篇章多半使用DEM作為地表過程分析的依據。1990年以後逐漸發現，構造活動與地表作用（尤其河流發育致生岩盤崩塌的演化）的時間空間尺度需要有所契合與相關，才能量化並參數化出地表的作用模型。不過在氣候分析模型（如降雨模型算式等）基礎上，卻尚無法建立氣候與長時間尺度的地表演化之間的明確關係（可參考Barros,Anders等人在喜馬拉雅地區的研究）。

熱定年法與同位素放射定年法可提供地表侵蝕所在時點與頻率，例如以磷灰石或鋯石所做的U-Th/He定年、核飛跡法、雲母與長石的Ar/Ar定年法皆擴大了礦物封存溫度與時間的測定範圍，例如Sjostrom et al.以落磯山脈蒙脫石黏土礦物(Smectites）測出同位素組成含量，推定該地區抬升使自至少50Ma。

9/25下午1點所內正好邀請到Dr.Fabien GRAVELEAU演講利用實驗在模擬天山地表變形機制的研究，今年年會也見聞其所屬實驗室的相關發表。大概粗淺的想法有兩個：第一、就是由於該構造活動的模擬設計為穩定擠壓的狀態，和氣候變遷影響構造活動頻率的論點似乎無法契合相關，或許如老師說的對於無法模擬的部份，就天氣狀況與氣候條件尚未完全模擬應提出說明。第二、應可使用模型產出之數值地形或由現場量測，取得構造地形上的一些指標，如坡降指數、集水區不對稱性、測高曲線等，以進一步了解構造活動對不同地質材料變形的影響。

另，8/11就Dorothy Merritts and Tim Hesterberg 於1994發表美國中部密蘇里州的新馬德里地震帶（NMSZ）－地表逕流網及長期表面抬升研究之期刊論文做研讀，NMSZ是美國，同時是全球『板塊內地震』史紀錄上相當有價值的研究區域，1811~1812年所記錄發生3次規模8.1~8.3大地震，使得該區域包括肯塔基、阿肯色及田納西州的河流產生高程變化（elevation changes）及水平錯動（offset），其剪力應變量約為聖安地列斯板塊邊界錯動量的1/3，河流曲線指標（channel sinuosity）及液化砂所形成的石筍說明該區域古地震紀錄至少可追溯7ka。

NMSZ在Lake County地圖

可以發現Lake County這個後期隆起區塊（LCU），造成密西西比河的改道與分支。1970年代，USGS的Russ以數值模型及大地測量將該區塊分Sikeston Ridge、Tiptonville Dome與Ridgeley Ridge三區。為了做比較，作者則以USGS地形圖分析15條1~7級原始現生河道河流坡降指數及河段長等資料，該指數與河床材料、水體水量及沉積物流動有關，假設河床材料皆為均一之密河（Miss. R.）洪積平原的未固結沖積層或為冰期之冰磧黃土，且各河段的總長與河流負載量成函數關係，則可以各河段總長上任一點來計算其平均坡降（高程變化）。

各河段上游端與下游端的變化（drop）可以用下式計算：

在構造地形學當中學到，一河段下游端的長度等於其上各河段總長加上該河段長度，所以l2代表河段下游端長度，l1則為各河段總長l2=l1+河段長，f函數則代表河流長度的緩和變化。g函數則以河段上游端座標(x1,y1)及下游端座標(x2,y2)來計算相對抬升量，藉以上兩函數描出Drop-Length(x-y圖)的結果。

由於河流長度變化的結果呈現三次曲線（亦即為凹或凸曲線），而抬升量的變化也呈現須以張量回歸曲線（tensor regression splines）計算。在緩和與穩定函數變化的考量上必須做此修正。但這一修正亦會導致內插、回歸之類的等高線計算法產生誤差，使得修正後抬升量可能比g函數來得大，故在計量統計上使用Bootstrap重新抽樣已獲取分配趨勢，要注意的是結果不會比g函數來得大，甚可能不明顯。

我們以前述Introduction所說的氣候、構造活動與侵蝕間的關係來看NMSZ，該區域氣候屬大陸型穩定氣候降雨較少，低階河流侵蝕面與該地區不整合地層（多為50~100m冰磧黃土覆蓋上新世~更新世沖積層，該沖積層又覆蓋未固結之始新世三角洲與海洋沉積物）之地層面近似，加上地勢變化不高，使得河流僅緩和下切至地層頂部。在構造上，Russ所訂出3構造分區其實與2條東北向逆衝側移斷層與1西北逆衝左移斷層構造有關，LCU覆蓋在Ridgeley Ridge所涵蓋的斷層上磐之上，液化沙即在斷層附近的Reelfoot lake形成石筍。以過去1811年~1812的大地震造成的抬升量看，NMSZ每千年抬升15~60cm（含同震抬升與間震減壓抬升），作者研究認為該區從全新世晚期LCU區才開始抬升，如果以前述地震週期1000年且淨抬升量未達1m觀之，則在全新世期間已發生1次以上同震變形。

Reference：Stream Networks and Long-Term Surface Uplift in the New Madrid Seismic Zone（1994 by Dorothy Merritts, Tim Hesterberg, USA）

期末報告四：試建立與描述地表位移與地震資料間的關係

以MATLAB程式試建立1994年~2007年花蓮與北埔地表位移觀測量與1994年~2007年每月地震次數等資料之間的關係。首先複習學期間所學，(待續)

期末報告三：地表位移觀測資料

利用GPS LAB並下載1994年~2007年台灣地區GPS觀測站地表位移資料，對照余水倍1997年所得計算資料做重新彙整，並將位移向量比例稍作修正，可得下列圖一~圖七，即自1994~2007年，相對於澎湖白沙S01R點的台灣地區地表位移向量圖：

圖一.1994年及1995年位移向量圖(觀測網建立初期站點尚屬不多)

圖二.1996年及1997年位移向量圖

圖三.1998年及1999年位移向量圖

圖四.2000年及2001年位移向量圖

圖五.2002年及2003年位移向量圖

圖六.2004年及2005年位移向量圖

圖七.2006年及2007年位移向量圖
花蓮奇萊平原地區有花蓮(HUAL)及北埔(PEPU)兩觀測站顯示位移趨勢向西北，應可進一步探究該地區位移與花東縱谷、東部海岸趨勢一致而差異量大小的相關性如何，配合攝影測量、地形測量及遙測方法，以解釋區域構造地形的可能性。以下列出GMT Script供參：
set range=119/123/21/26
set output=Hua_gps_1994.ps
psbasemap -JM6i -R%range% -T119.35/24.7/0.5 -L119.35/24.5/24.5/50 -B1nwSE -P -V -K > %output%
psvelo 1994_GPS_VEL.txt -JM6i -R%range% -Se0.01/0.95/9 -H -K -O >> %output%
pscoast -JM6i -R%range% -Df -W1 -V -O >> %output%
pause

期末報告二：花蓮奇萊平原附近地表起伏與地震剖面等資料

由GMT與Matlab程式應用，來看花蓮奇萊平原地區歷年(1900年~2009年)地震分布在本課程學到不少。另外如使用儀器（3D Scanner）或相關應用軟體（Mapper、Surfer等）描繪課程，與在本課程中以GMT使用twdtm_small.grd檔案繪製立體地形顯示，此grd檔案所做出來的地形效果應僅粗淺顯示地表起伏，而不為高解析度地形分析所可使用，需有更好的grd檔為佳。

以2008年地震資料作出奇萊平原地表剖面起伏與地震剖面來看(如下圖)，顯示地表剖面穿越中央山脈並橫越木瓜溪河谷至奇萊平原(應有穿過米崙台地，惟無起伏變化可見)。地震剖面則集中分布於淺成地震深度範圍，顯示板塊交界處的擠壓作用產生近地表岩層破裂的機制十分頻繁，以下列出下圖Script：

project -C121.25/24 -E121.85/24 -G0.1 -N -Q > temp1.d
gawk "{print $1, $2}" temp1.d > temp2.d
grdtrack temp2.d -Gtwdtm_small.grd -V > temp3.d
gawk "{print $1, $3}" temp3.d > temp4.d
makecpt -Crelief -T0/3000/100 -V -Z > tw_test.cpt
makecpt -Crainbow -T0/400/40 -V -Z > depth.cpt
grdgradient twdtm_small.grd -Gtwdtm_small_temp_shade.grd -A60 -Ne0.9 -V
psbasemap -JM4i -R121/121.85/23.1/24.5 -Ba1f1NwsE -V -K > tw_topo.ps
grdimage twdtm_small.grd -Itwdtm_small_temp_shade.grd -JM4i -R121/121.85/23.1/24.5 -Ctw_test.cpt -V -K -O >> tw_topo.ps
psxy -JM4i -R121/121.85/23.1/24.5 eq_tw_formatted02.txt -Sc -Cdepth.cpt -: -V -K -O >> tw_topo.ps
psxy temp2.d -JM4i -R121/121.85/23.1/24.5 -W10/250 -V -K -O >> tw_topo.ps
pscoast -JM4i -R121/121.85/23.1/24.5 -Dh -W3 -Na -Ia -T121.15/23.85/0.5 -L121.15/23.75/23.75/10k -V -K -O >> tw_topo.ps
psscale -D0.4c/5c/4c/0.25c -Cdepth.cpt -B50 -V -K -O >> tw_topo.ps
psxy temp4.d -JX3/2i -R121.25/121.85/-5000/3000 -Sc0.01 -B1/1000nwSE -X5i -Y3i -V -K -O >> tw_topo.ps
psxy eq1.d -JX3/2i -R121.25/121.85/-100/0 -Sc -B1/25nwSE -X0 -Y-3i -V -O >> tw_topo.ps
pause

rem grd2cpt twdtm_small.grd -Crelief -R121.5/122.5/23.5/24.5 -V -Z > tw_test.cpt



如果將地表地震剖面範圍擴大(如下圖)，則隨著地表變化震源深度也會增加，這是靠近張裂海槽的板塊構造活動特性。(圖示地震規模由ML2~ML6)



以下則為3D震源分佈圖：



以震源機制言，擷取奇萊平原地區在1976年~2008年Havard CMT Project Web資料，可見張應力與壓應力分布與斷層滑動面的符合狀況，並可見奇萊平原有逆斷層帶平移破裂現象，縱谷東側則多為逆斷層破裂，中央山脈東翼則有正斷層破裂機制。
set range=119.5/122.5/21.5/25.5
psbasemap -JM6i -R%range% -P -B0.5nwSE -V -K > focal_mech.ps
psmeca EQ_CMT_Harvard_Over6_Taiwan.dat -JM6i -R%range% -Sd1c/9 -H -V -K -O >> focal_mech.ps
pscoast -JM6i -R%range% -Df -W1 -O >> focal_mech.ps
ps2pdf focal_mech.ps
pause

台灣東部地區2008年地震震源機制圖

在 Windows XP 下裝設Generic Mapping Tools

期末報告一：以地震規模試算台灣地區百年地震相關預測值

本次地科資料處理期末報告，先以TEC DATA CENTER中央氣象局地震紀錄資料選取花蓮奇萊平原地區1900年至2009年初來做EXCEL試算分析，試算百年再現地震規模與其衍生機率。

以Peak Magnitude所列資料經擷取後轉EXCEL，並加入RI(再現週期)、Pe等取半對數圖後，對RI-Peak_Va關係圖取回歸線式，可得圖一，粗估百年再現強震規模5.12：

以Peak_Va-Pe圖則取Y軸反排序即得圖二，計算規模5.12發生機率約為1.097%：

RapidForm at "how to export polydata from files of RiScan Pro"

0.Open RapidForm2006.
1.Import Polydata001~Polydata006 exporting files from which done on RiScan Pro.
2.Select "other" and fill the blank with comma,then click left button of mouse on the columns named "Ignore" to rename them by "R","G",and "B".
3.Bulid/Filter Noise
4.Bulid/Filter Redundancy
5.Open "Enable Undo" as "Smooth Points
6.Triangulate/Surface/3D
7.Export files as "*.fcs",then combine 6 fcs files to form the 3D image,then save as "*.mdl".

Test：數值地形小筆記01

本次閱讀心得係針對4/1專討的報告細節再作一些文獻查找所作的草記：
1.DEM（數值高程模型）的概念是由Miller and Laflamme在1958年所提出。
2.生成DEM的計算方式有數位型態法、不規則三角網(TIN)以及距離反比權重法等。它們在計算結果的呈現上使得DEM會有不合理的平坦山脊、河谷，也有可能是平坦山頂、原始線型破壞、等高線線條奇異等，這些結果需要作進一步檢討與修正。
3.透過數位型態法，以dilation運算元從1/25000地形圖中得到DEM，再以ArcInfo、ArcView展示成果，並作精度評估。(闕文鏈,2001.7)
4.精度指標包含：Max=max{v1,v2,v3v...Vn} ;(最大絕對誤差)、95%排序誤差、RMSE(均方根誤差)、MAE(絕對平均誤差)及ME(平均誤差)。
5.利用DEM產生ortho-image也有影像精確性的問題，影響DEM正確性的因素包含網格大小、地形起伏。我們利用立體對產生正射糾正，消除高差移位，以製作正射影像。在1/5000相片基本圖中以AutoCad半自動擷取DEM，並以Surfer之Kriging內插，化算不同大小網格(5m、10m、20m、40m)至5m網格，比較其適用性，可以發現在符合ISPRS所訂精度範圍內，混合數值高程模型比40m及20mDEM製作之ortho-image平均精度高，並與10m之精度相當。(譚忠華,1999)