利用數值模擬探討覆瓦狀構造的力學機制

臺灣島位於板塊邊界上,是一造山作用仍然活躍的活動帶,故地質活動相當頻繁,間接地構成了台灣豐富的地質景觀。此一活動造山帶,由一系列的褶皺及斷層所形成的增積楔狀體(accretionary wedge)組成。豐富而多樣的褶皺及斷層相互疊置,形成了造山帶前緣典型的一系列相互疊置褶皺及斷層所組成的褶皺衝斷帶(fold-and-thrust belt)。然而此規則排列的覆瓦狀構造(imbricate structure),其形成的條件、原因等力學機制至今仍尚未完全被了解。此一機制的了解,也有助於探究造山帶發育的過程。本研究採用離散元素法PFC2D以及有限元素法ABAQUS模擬覆瓦狀構造的形成,希望藉由數值方法模擬岩層受到推擠、擾動後產生覆瓦狀構造的過程,了解覆瓦狀構造其生成的機制,包括其生成的力學機制以及推估自然界主應力方向的改變以及應力場對其它構造發育之影響。目前的研究成果顯示,在一覆土深度較深,並允許顆粒與顆粒間具有互相傳相傳遞力矩的膠結作用之環境下能夠適當地模擬出一連續之斷層系統(imbricate fault systems),即覆瓦狀構造。當岩層受到推擠作用時,其速度量值可區分成三個部分:(1) 等速區、(2)斷層錯動區、(3) 速度下降區,代表的意義為岩層受到推擠時,其會有應變能累積的情況產生,當能量累積至一定程度之後造成斷層錯動,受到圍壓束制的影響,斷層錯動不會在一錯動面持續發展,而是將能量持續傳遞,形成一系列的斷層系統,並且與介質交界之層面具有一相對滑移之滑脫面(decollement)產生。當周圍環境受到影響時也會改變其岩層之行為模式,由本研究可以了解,圍壓、摩擦係數、鍵結力、以及阻抗比等等皆會影響覆瓦狀構造的演化。

作者:吳曉琦