學位論文
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Item 非彈性應變回復法之三維應力測量應用於宜蘭地熱探勘之評估(2019) 楊士寬; Yang, Shih-Kuan世界上的化石能源逐年面臨匱乏的危機，這將對人類的生活與經濟發展造成衝擊，因此開發替代能源為全球必行的趨勢，考慮環境保護、永續利用、經濟發展與資源優勢之因素，地熱能為適合臺灣發展的替代能源之一。 位於太平洋火環帶西緣的臺灣，是個富含地熱資源的國家，其中宜蘭地區地下水充足，若能在該地深處找到熱源與水源富集之區域，該地則即為理想的地熱電廠場址。 本研究以宜蘭紅柴林地熱潛能區紅柴林1號井(HCL01)與紅柴林2號井(HCL02)之岩心為樣本，進行非彈性應變回復法（ASR）實驗，量測現地的三維應力場，並以岩心描述取得現地導水裂隙與弱面位態的資料，利用三維應力與裂隙位態評估現地裂隙的滑動與擴張趨勢以及導水效果的好壞，作為地熱開發潛能的評估依據。 紅柴林1號井樣本所解算出的三軸應變場結果顯示，各樣本的三軸應變場沒有特定的規律，每個深度之樣本所對應的應力場型式也不相同。HCL01-01樣本結果不屬於安德森斷層理論的任一種斷層型式的應力場，水平最大應力的擠壓方向為西北-東南向，解算三為主應力之規模由大到小分別為46.05、41.06、34.29 MPa；HCL01-02樣本結果趨近於逆斷層型式的應力場，水平最大應力的擠壓方向為北北西-南南東向，解算三為主應力之規模由大到小分別為57.86、34.03、29.3 MPa；HCL01-03樣本結果趨近於正斷層型式的應力場，水平最大應力的擠壓方向為北北東-南南西向，解算三為主應力之規模由大到小分別為41.35、34.46、27.96 MPa；HCL01-04樣本結果趨近於逆斷層型式的應力場，水平最大應力的擠壓方向為北北東-南南西向，解算三為主應力之規模由大到小分別為68.58、61.16、51.09 MPa。整體而言，各樣本ASR實驗顯示的應力場結果並不一致，但有水平最大主應力的擠壓方向皆趨近為南北向擠壓的共通點。 紅柴林2號井樣本所解算出的三軸應變場結果顯示，各樣本的三軸應變場沒有特定的規律，每個樣本所對應的應力場型式也不同。HCL02-06樣本結果趨近於正與走向滑移間過渡斷層型式的應力場，水平最大應力的擠壓方向為西北西-東南東向，解算三為主應力之規模由大到小分別為65.09、56.46、34.96 MPa；HCL02-07樣本結果趨近於走向滑移斷層型式的應力場，水平最大應力的擠壓方向為西北-東南向，解算三為主應力之規模由大到小分別為80.08、60.79、46.8 MPa。HCL02-6、7樣本水平最大主應力的擠壓方向趨近於西北東南向擠壓，彼此間有水平最大應力擠壓方向雷同的共通點。 紅柴林1號井樣本解算出的滑動趨勢皆小於0.6，各位態的構造弱面均不容易錯動活化。紅柴林1號井樣本解算出的擴張趨勢顯示，深度約1492公尺西北-東南走向、向東北傾斜之中到高傾角的構造弱面有高的擴張趨勢；深度約1560公尺東北-西南走向、向東南傾斜之中傾斜程度傾角的構造弱面有高的擴張趨勢；深度約1579公尺南北走向、向東或向南傾斜之高傾角的構造弱面有高的擴張趨勢；深度約2222公尺西北-東南走向、向東北傾斜之中到低傾角的構造弱面有高的擴張趨勢。 本研究由紅柴林1號井岩心樣本所計算的擴張趨勢與附近深度構造弱面位態進行比對，分析的結果為大部分的構造弱面(如: 層面、劈理、裂隙、礦脈、斷層擦痕面、導水裂隙)位態都沒有高擴張趨勢，於現今應力場下不利於以擴張撐裂的方式發展成為導水裂隙。只有1491.5~1555.7公尺深朝西南方傾沒的礦脈群擁有高擴張趨勢，較有機會以張裂的方式發展成為現今的導水裂隙。 若能由其他資料，例如井測資料，證實該位置導水裂隙的存在，將有利於加強型地熱電廠之注入井與生產井的設井相對位置之評估。Item 宜蘭清水溪流域河道變化及輸砂行為分析(2013) 連中豪; Chung-Hao,Lien台灣位於菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊的斜向聚合碰撞帶上，由於板塊的擠壓作用，導致地震頻繁，地形陡峭，河川因而坡陡流急，沖刷嚴重。同時，台灣位於西太平洋颱風路徑上，大部分颱風帶來的豪雨常引起嚴重的災情。近年全球氣候異常，許多研究指出台灣地區年降雨日數有減少趨勢，但降雨強度增強，豪大雨發生頻率與規模亦有加大現象。由於地質、地形、氣候與人為的影響，使得臺灣地區崩塌、地滑、土石流等災害一再發生，造成生命財產損失。 台灣主要河川源頭多於高山地區，高山對於集水區的輸砂與水文有著重要的關係。中海拔以上地區，因地震與颱風的關係，容易造成許多崩積物運移而堆積於河道。以往欲了解河道的變化，常因交通不便、地形資料缺乏，造成研究無法進行。同時對於河道分析，需要長時間的監測，以取得輸砂量、降雨和河川流量等資料，以進行相關性的分析。針對輸砂量的評估，通常藉由河道中的懸浮顆粒，與河川流量、流速等資料進行計算。但是粒徑大的顆粒，如:礫石等，常以推移、跳動等方式搬運，因此難以進行分析 近年來因遙測技術之快速發展，數值地形模型(Digital Terrain Model; DTM)之建立日趨完備。因此，本研究運用航空照片建置不同時期之高精度數值地形模型，利用ArcGIS對於民國82年至97年宜蘭清水溪流域進行長時間的河道分析。首先對於河道位置的改變及沖積平原的變化作觀察，主河道隨著時間向兩側移動與侵蝕，沖積平原隨著時間有加大的趨勢，並配合各時期高程差變化對清水溪河道歷程作解釋，整體河道以堆積行為為主，河道兩側有大量堆積行為，於82至91年及95至97年期間河道有明顯的變化，推測可能為雨量事件造成之影響。接著，於河道中有變化位置及堆積行為明顯的兩側繪製多條橫剖面，觀察整個河谷變化的情形，其結果顯示，山坡崩塌為兩側大量堆積的主因，且於橫剖面確實看到河道側向侵蝕的行為。而沿著河道繪製縱剖面，觀察從中游至下游河道的變化情形，95年於中游區發生堆積事件使河道改變，整體河道高程於82年後變高，堆積約0.7m於河道。然後對河道中及兩側量體作估算，觀察了侵蝕與堆積的行為與地層岩性構造是相關的，最後藉由野外調查佐證了數值地形模型觀察的結果，映證了DTM之精確性。Item 臺灣宜蘭清水地熱區之應力狀態研究(2014) 孫天祥; Tien-Hsiang Sun為了減緩對石化燃料過度的依賴以及減少二氧化碳的排放，開發新興能源不僅僅是最好的解決辦法，同時也是國際間的趨勢。在各式各樣新興能源當中，地熱發電是個發展較完備的技術。數十年來，宜蘭清水地熱地區以其豐富的地熱資源成名已久。一些初步的調查顯示在宜蘭清水的下方有著龐大的熱儲集層。因此，倘若地熱發電廠能在此處商轉，將對政府能源政策帶來正面的助益。 了解地層中導水裂隙是地熱發電廠以及增強型地熱系統(EGS)建構中關鍵的一環。而評估古應力與現地應力則能幫助我們判別應力場變化的狀態。有了現地應力與裂隙的資料之後，便可知道哪些裂隙會成為導水裂隙。清水地熱地區坐落於臺灣東北角，屬脊梁山脈西部板岩帶。此處位於板塊碰撞轉換到弧後張裂的過渡帶，應力狀態變化十分複雜，因此本研究將探討宜蘭清水地區之應力狀態。 我們使用地表斷層擦痕反演法以期估計應力演化狀態，此方法顯示出宜蘭清水一帶曾經歷至少三期不同的應力場。另一方面，我們透過IC-21號井所取得之岩心進行非彈性應變回復法(ASR)，以評估現地應力，其結果顯示：此區域正受到東北－西南向的擠壓與西北－東南向的拉張，呈現一走向滑移應力場，且此處應力比值極低，容易發生σ2與σ3互換之現象。此一結果與斷層擦痕反演法之最新一期結果一致，因此此結果足以代表宜蘭清水地熱地區之現地應力。Item 應用多成份地質溫度計探討台灣的地熱儲集層溫度(2016) 江家榕; Chiang, Chia-Jung中文摘要 熱水儲集層的溫度是地熱再生能源發電重要的一個環節。水化學地質溫度計是很好估算地熱儲集層溫度的方法之一，其中包括二氧化矽、鈉-鉀、鈉-鉀-鈣、鈉-鋰、鉀-鎂及多成份地質溫度計，本研究將目前世界上使用於地熱區估算儲集層溫度的多成份地質溫度計應用於臺灣。 本研究區域各別選擇位於宜蘭地區及沉積岩區的關子嶺。本研究結果顯示，宜蘭平原東側屬於含鈣濃度較高碳酸氫水體，宜蘭山麓地帶屬於含鈉濃度較高碳酸氫水體，清水地熱的水體屬於碳酸氫鈉泉，而關子嶺的水體屬於氯化物泉。 以多成份地質溫度計估算地熱儲集層溫度，其結果為關子嶺地區以多成分地質溫度計估算中崙的溫度為74.5°C、關子嶺的溫度為72°C、而六重溪的溫度為55 °C。以多成分地質溫度計估算地熱儲集層的溫度時，宜蘭平原儲集層溫度為36°C-110°C，宜蘭平原南側山麓儲集層溫度為31°C-170°C，清水地熱儲集層溫度為151°C-248°C。另外，清水地熱區岩層之礦物相在地熱徵兆現象相當劇烈的地方，礦物相從伊萊石轉變為膨潤石-伊萊石混層。Item 宜蘭紅柴林地區現地應力與導水裂隙關係之研究(2016) 高子恩; Kao, Tzu-En臺灣東北部宜蘭平原歷經造山擠壓與弧後張裂的影響，有較高的地溫梯度，因而產生豐富的地熱資源。透過現地應力場評估可以瞭解現今應力狀態，有助於地熱資源探開與開發，同時也對地熱鑽井工程提供重要資訊。導水裂隙發育與現地應力有密不可分的關係，為了使地熱發電達到最高產能。本研究利用非彈性應變回復法(Anelastic Strain Recovery )評估現地應力狀態進，而瞭解三維應力方向與大小，同時也對結元井200米岩心與養鴨場150米岩心進行岩心中視構造分析，詳細觀察並測量記錄岩心中各個地質構造的特徵與位態，探討地質構造於地底下的分布狀況。最後整合應力場評估與岩心中視構造分析結果，探討其地下構造與應力之關係。 研究結果指出ASR實驗明顯單純受到板劈理異向性的影響，推測岩心板劈理中水分的逸散會使岩心體積收縮，ASR紀錄並非現地應力釋放所產生之應變。岩心中視構造分析結果指出，結元井底下板劈理構造發達，因此大多數非充填裂隙與斷層泥主要順著板劈理面發育，而開口充填裂隙具有平行板劈理及垂直板劈理兩個群集。養鴨場井中開口充填裂隙亦具有兩群集分佈，與結元井不同的是，養鴨場井岩心有急折帶的產生。斷層擦痕反演指出，結元井過去曾有南-北方向拉張之正斷層應力場，以及南-北擠壓之逆斷層應力場。為了探現地應力與導水裂隙之關係，本研究利用DCDA、應力多邊形及斷層擦痕反演提供現地應力大小及方向，並透過3D-stress分析不同情境下開口充填裂隙成為導水裂隙之潛能。結元井與養鴨場開口充填裂隙屬於高擴張趨勢之開口充填裂隙，意味著現地應力具有高潛能使結元井與養鴨場井中切過劈理之開口充填裂隙成為導水裂隙。 綜合上述成果，斷層擦痕結果中逆斷層可能與早期板劈理同時形成；蘭陽平原正斷層應力場可能為沖繩海槽向西南延伸至之後所致，將應力場由南-北方向擠壓之逆斷層應力場轉變為南-北向拉張正斷層應力場；應力演化推測為早期劈理之逆斷層應力場演變至現今正斷層與走向滑移斷層應力場混合帶。