doi: 10.30067/TECNL.202606_(52).0003

臺灣中西部地殼深部高速構造及其被動大陸邊緣意涵

李恩瑞¹、廖勿渝¹、Ivan Koulakov²、陳珀³、張頌平¹、陳達毅⁴、吳逸民^{5, 6}、梁文宗⁶、羅祐宗⁷、顏宏元⁷、李元希⁸

• ¹國立成功大學地球科學系
• ²Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech), Russia
• ³Department of Geology and Geophysics, University of Wyoming, USA
• ⁴中央氣象署地震測報中心
• ⁵國立臺灣大學地質科學系
• ⁶中央研究院地球科學研究所
• ⁷國立中央大學地球科學系
• ⁸國立中正大學地球與環境科學系

臺灣為全球最活躍的造山帶之一，由於其屬於弧陸碰撞造山系統，因此造山作用的變形模式、地殼幾何形貌與地震活動，深受早期被動大陸邊緣構造所控制。過去研究指出，北港基盤高區、伸張斷層以及大陸邊緣基盤幾何，皆對臺灣前緣褶皺逆衝帶的發育與變形傳遞具有重要影響。然而，相較於淺部構造，深部中下地殼構造的性質與其對造山作用的影響，仍缺乏明確限制。

本研究利用臺灣高密度地震觀測資料，建立新的三維地震速度模型，以探討臺灣深部地殼構造特徵。我們整合CWASN、TSMIP、BATS與TAIGER等多套地震網資料，並透過機器學習挑相模型RED-PAN提升P波與S波到時判定的一致性與精度。相較於過去研究，本研究使用2012年後高品質連續觀測資料，可有效降低早期測站時間誤差對地震層析成像的影響，進一步提升模型解析度與可靠性。

結果顯示，新的三維速度模型除了清楚描繪臺灣主要地質構造與板塊幾何外，也在臺灣中西部約20–30公里深處發現顯著的地殼深部高速異常體（圖一）。該高速體與北港基盤高區的位置具有良好對應，並向東延伸至更深部地殼。

透過Vp、Vs與密度分析比較，其性質較接近基性麻粒岩、輝長岩及角閃岩等高密度基性岩石，顯示此構造可能與早期被動大陸邊緣發育時期的基性岩漿底侵（mafic underplating）或岩漿侵入作用有關。此外，重力資料比對結果亦顯示，該區深部存在高密度物質分布，與速度模型結果具有良好一致性。另一方面，在區域應力分布與地震活動特徵上（圖二），亦可觀察到與此深部高速構造具有明顯相關性。

臺灣造山帶的地表型貌與變形特徵，在淺部受到北港基盤高區的明顯控制，而其形成機制則可能與被動大陸邊緣發育時期的岩漿作用有關。類似的深部高速與高密度構造，也可見於南海北部大陸邊緣的東沙隆起（Dongsha Rise），顯示兩者可能具有相似的構造與岩漿演化背景。本研究結果指出，深部被動大陸邊緣遺留構造，除了影響造山帶幾何形貌外，亦可能對地殼變形、區域應力分布及地震活動扮演重要角色。此研究提供了臺灣弧陸碰撞帶深部構造的證據，也有助於理解被動大陸邊緣構造在後期造山作用中的影響。

圖一、臺灣三維地震速度模型於不同深度之Vp、Vs與Vp/Vs ratio分布圖。圖中展示0、6、25與50公里深度之速度構造特徵。淺部（0公里）低速構造主要分布沉積盆地與花東縱谷地區，顯示速度構造與地表地形及地質單元具有高度對應性。圖中花東縱谷地后虛線標示表菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊之主要碰撞交界帶。於6公里深度可觀察到北港基盤高區（PKH）之高速特徵，而在約25公里深度，臺灣中西部出現顯著地殼深部高速構造，可能與被動大陸邊緣發育時期之基性岩漿底侵（mafic underplating）或岩漿侵入作用有關。此外，在50公里深度之虛線圓圈區域，可觀察到臺灣造山帶深部之低速構造。

圖二、臺灣中西部地震活動與深部高速構造之空間關聯。（a）顯示臺灣中西部地區之地震分布與研究區域位置，背景顏色為地震深度分布，並標示北港基盤高區（PKH）及兩條剖面位置（H–h與I–i）。（b）與（c）分別為25公里深度之dVp與dVs擾動分布，黑點為深度大於20公里之地震活動。結果顯示，臺灣中西部之深部高速異常體周圍，深部地震活動明顯減少。（d）與（e）為沿H–h與I–i剖面之dVp、dVs與地震分布剖面圖。剖面顯示，在高速構造區域下方與周圍，深部地震活動相對較少，顯示深部高速體可能對區域應力分布與地震活動具有重要控制作用。

參考文獻

• Lee, E.-J., Liao, W.-Y., Koulakov, I., Chen, P., Chang, S.-P., Chen, D.-Y., Wu, Y.-M., Liang, W.-T., Lo, Y.-T., Yen, H.-Y., & Lee, Y.-H. (2025). Tomographic Constraints on a Mid‐Crustal High‐Velocity Body Beneath West‐Central Taiwan: Implications for Passive‐Margin Mafic Additions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130(12), e2025JB032225. https://doi.org/10.1029/2025JB032225