研究區域背景

古新世開始，一系列東北向的地塹(graben)形成於歐亞板塊東南方，中新世 中期，這些地塹連續張裂形成海洋岩石圈及南中國海(Taylor and Hayes, 1983)。

台灣南部及其海域為歐亞板塊隱沒作用向北轉為弧陸碰撞的過渡地帶，呂宋島弧 發育時間為漸新世晚期至中新世中期(Bachman et al., 1983; Karig, 1983; Richard et al., 1986)，板塊隱沒作用造成此島弧區域為增積系統的活躍區。此期間菲律賓 海板塊朝著北北西方向往歐亞板塊前進，使得菲律賓海板塊上俯衝至南中國海板 塊之上(Lewis and Hayes, 1984)，由於隱沒過程中，大量的陸源沉積物被刮起堆積 於海溝的增積楔形體內，造就了增積楔形體的成長，而呂宋島弧隱沒弧溝系統亦 於此時在菲律賓海板塊上持續發育著。在增積楔形體及呂宋島弧間，存在一個的 北呂宋島弧的弧前盆地，內部沉積物厚度約 3.6 公里覆蓋在弧前盆地之上，並 往南朝呂宋方向傾斜(Lewis and Hayes, 1984)，沉積物來源包含島弧、增積楔形體 及弧前盆地中央區域沖刷下的沉積物。在南中國海隱沒帶中，北呂宋海槽弧前序 列少有變形，但由於隱沒加積作用，使增積楔形體東翼有向東傾出的逆衝盲斷層，

稱之為背衝逆斷層作用，其可能逐步形成構造楔形體(tectonic wedge)或是三角帶 (triangle zone)(Lieske et al., 1992; Lundberg et al., 1992)(圖 2.1 C)。完整火山弧範 圍從呂宋島向北延伸，經過蘭嶼和綠島，銜接到台灣東部的海岸山脈，而海溝東 側的增積岩楔則是向北銜接上中央山脈。接著從這時期之後開始在菲律賓海板塊 發生發育隱沒作用(Taylor and Hayes, 1980,1983; Hayes and Lewis,1984)。

位於台灣北部的菲律賓海板塊隱沒至歐亞板塊之下，而在台灣南部形成歐亞 板塊隱沒至菲律賓海板塊之下，兩個隱沒帶上方分別發展出琉球及呂宋島弧系統，

兩系統分別延伸入台灣至台灣北部交會。整個台灣南部海域構造因此，由 20° N 以南的隱沒系統，逐漸朝北邊處轉變為弧陸碰撞(arc-continent collision)。

距今五百萬年前左右，菲律賓海板塊的運動方向由北北西轉為西北西 (Matsubara and Seno, 1980; Seno and Maruyama, 1984; Sarewitz and Karig, 1986;

Teng, 1987)，以 7~9 cm/yr 的速率向歐亞板塊運動(Katsumata and Sykes, 1969;

Seno, 1977; Minster et al., 1979; Seno et al., 1987)，南北走向的呂宋島弧開始以斜 向碰撞大陸邊緣，弧陸碰撞因此開始揭開序幕，於四百萬年前左右，弧陸碰撞以 84 公里速率向南傳遞(Suppe, 1984; Yu and Chen, 1994)。由於歐亞大陸地殼不斷地 受到呂宋島弧逆衝作用，使其外圍之大陸隆坡、大陸坡以及陸棚外緣處岩層，相 積楔形體，此增積楔形體可延伸到恆春半島-中央山脈南段(Huang et al., 2000)。

從海底地形上，恆春海脊為增積楔形體的上斜坡(Upper Slope)(Reed et al., 1992)，

其從中國大陸東南地區侵蝕，並沉積到歐亞大陸斜坡-南海海盆-馬尼拉海溝的深 海沉積物，而深海沉積物受到隱沒作用刮起增積至菲律賓海板塊增積楔形體內。 

在弧陸碰撞初始時期，位於呂宋島弧東側及增積形體西側皆存邊緣斷層系統 (arc-prism boundary fault)(Byrne, 1998)。此邊緣斷層系統往南延伸可與恆春海脊 及北呂宋海槽相連；往北延伸可接續弧陸碰撞後期的縱谷斷層系統。故其可能影

春海脊東側發展出花東海脊(Reed et al., 1992)，並造成北呂宋海槽之向北逐漸封 閉，形成台東海槽南段的窄淺形貌。

在台灣南部的花東海脊位於增積楔形體東側，為弧前盆地閉合後受到背衝斷 層產生的背側增積楔形體(retro-wedge)，此背衝增積楔形體的發展是由弧前盆地 中累積褶皺及斷層所組成的，其發育時間可能在島弧及增積楔形體間的弧前盆地 關閉時期(Lundberg et al., 1997)。關於台東海槽為花東海脊逆衝楔形體之南段 (Lundberg et al., 1992)。當中有一南北流向之台東海底峽谷(Taitung Canyon)，為 台東海槽中主要的地形特色(圖 2.4)。由於花東海脊迅速成長並逆衝上東側的島 弧(Malavieille and Trullenque, 2009)，因此台東海底峽谷能於 22° 25΄ N 處往東穿 越綠島、蘭嶼之間，迂迴綿延至花東海盆(圖 2.4)。在這之後花東海脊以及增積 楔形體之間發育縫合盆地－南縱海槽(South Longitudinal Trough)，其沉積物多來 自中央區域的恆春半島以及海岸山脈(Huang et al., 1992)，向北可與台灣東邊的縱 谷地形－台東縱谷(Longitudinal Valley)相呼應，向西與恆春半島相連(圖 1.1)。與 北呂宋海槽弧前盆地差異，南縱海槽沉積物來自恆春半島，當中更不乏記錄著花 東海脊抬升的成長地層(growth strata)，從前人研究中可以得知花東海脊最上層的 地層，為南縱海槽造山地層所組成(Huang et al., 1992)。碰撞造山作用，造成來自 中央山脈的沉積物，經過台東縱谷後往台東峽谷輸送，進而充填在發育中的南縱 海槽，或者再穿越花東海脊及火山島弧區域，沉積在花東海盆中(圖 2.4)。

圖 2.1 台灣南部海域構造圖及剖面構造解釋。圖 A 為向東傾斜的逆衝 斷層及褶皺之分布；OOST(out of sequence thrust)為脫序斷層，

此斷層以東為上部斜坡帶，增積楔形體西側為下部斜坡帶。增 積楔形體背側為背衝斷層。北呂宋海槽(North Luzon trough)向 北由隱沒(BB’剖面)進入碰撞(AA’剖面)，造成弧前盆地的閉合。

(摘自 Reed et al., 1992) 。

圖 2.2 台灣造山帶由隱沒初期至碰撞及呂宋島弧演化示意圖。(摘自 Huang et al., 2000)。

圖2.3 台灣南部海域三組橫移斷層系統。A 組為分佈在呂宋火山島弧內 略呈南-北走向的左移斷層系統；B 組為位於增積楔形體及後側向 島弧的東北-西南走向之右移斷層系統；C 組為增積楔形體前緣之 北北東-南南西走向的左移斷層。(摘自 Fuh et al., 1997)。

圖 2.4 利用 DEM 呈現台灣東南沿岸地形及構造特徵。由西向東依序為中 央山脈、南縱海槽(黃色區域) 、花東海脊台東海槽、綠島、蘭嶼火 山島弧、花東海盆；中間有一道由西向東切割的台東峽谷。(摘自 Malavieille and Trullenque, 2009)。

Lu and Hsu (1992)提出台灣島造山運動為兩次碰撞而成，台灣島早在

圖2.5 Lu and Hsu(1992)台灣構造演化不同時期示意圖。

Lu et al. (2001)在台灣東南部太麻里區域調查太麻里溪以及南田等地方，在 南北方和東西方向都做過野外調查，利用雁型排列石英脈以及初步的壓力影進行 構造分析，提出中央山脈東南部構造演化史：首先向西伸向擠壓形成向西伸向的 褶皺以及逆衝斷層(west-verging folds and thrusts)；隨著持續聚合過程，會產生背 衝斷層造成此區地層經歷過反轉(over-turned)；造成S-N向的橫向壓縮

(tranpression)形成今日樣貌(圖2.6)。

圖 2.6 台灣中央山脈東南翼三維構造演化圖。圖 A.B.C 為早期伸向向西 及體積縮短階段，造成逆衝褶皺以及地層傾斜。圖 D.E 為第二階 段，剪應力造成一系列向東伸向褶皺以及逆衝斷層。圖 F 為第三

Malavieille et al. (2002)針對台灣三百萬年來造山帶構造演化過程，提出三維 的收縮，皆受到共軛的兩個斷層分別為東傾的脫序逆衝斷層(out of sequence thrust)以及西傾的背衝斷層 (圖 2.8D)。近期弧前盆地已完全隱沒(圖2.7E)，且弧 前盆地的頂端進入碰撞階段而嵌入中央山脈。而現今台灣的構造特色主要有兩個 假設：第一個假設為最北邊的碰撞因為應力增加，在琉球海溝邊界引發出一個西 北走向的轉型撕裂斷層(transform-tear fault)，形成一個滑脫面(décollement)於圖中 第四個構造單位，此外在這個模型中，多數板塊聚合發生在東南邊，在琉球增積 楔形體最東邊底部造成東傾的逆衝盲斷層與琉球增積楔形體以及在琉球海溝系 統出現了基底滑拖面；第二個假設由Chemenda et al. (1997)提出，當弧前地殼消 失後，島弧切穿大陸邊緣的岩石圈，持續收縮產生的西傾逆衝斷層(圖2.6E)。

圖 2.7 Malavieille et al. (2002)針對台灣三百萬年來造山帶構造演化過程，

提出三維砂箱模型。以菲律賓海板塊邊界及基底的逆衝斷層呈現，

圖中數字1-4為不同時期的弧前基磐。(摘自Malavieille et al., 2002)。

圖 2.8 Malavieille et al. (2002)台灣造山帶構造演化橫剖面模型。WF(Western Foothills):西部麓山帶；CR (Central Range):中央山脈；LV(Longitudinal Valley):台東縱谷；Co-R(Coastal Range):海岸山脈。(摘自 Malavieille et al., 2002)

Malavieille and Trullenque (2009)提出菲律賓海板塊前緣可能存在了一個 弧前基磐(圖 2.9)，經由實驗模擬弧前磐的隱沒作用造成新的造山帶增積楔形 體與原先的增積楔形體來探討地形間與實際震測剖面的比較，受到弧前盆地 的隱沒作用會發展出一個次生的造山盆地(orogenic basin)的發展，造山盆地由 現今海底地形推測大概為南縱海槽，以及造山盆地內的沉積物主要受到背衝 斷層碰撞到模擬火山島弧的後阻體，形成一個逆衝的山脊。

圖2.9 台 灣 構 造 地 形 圖( 左 ) 與 三 條 縱 剖 面 示 意 圖 ( 右 ) ， Malavieille and Trullenque (2009)台灣南部剖面從隱沒帶到碰撞帶之間的構造運動演化，

他提出位於菲律賓海板塊前緣可能存在弧前基磐，由於前緣盆地向下隱 沒作用造成發展出初期弧陸碰撞的增積楔形體以及台灣西部的前緣增 積楔形體。