臺灣東北部之海階地形及其新構造意義

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(1)國立臺灣師範大學地球科學研究所碩士論文 Department of Earth Science, National Taiwan Normal University Master Thesis. 臺灣東北部之海階地形及其新構造意義 Marine terraces and their neotectonic implications along the northeastern coast of Taiwan. 蔡佳穎 Jia-Ying Tsai. 指導教授：徐澔德博士葉恩肇博士 Advisor: J. Bruce H. Shyu, Ph.D. En-Chao Yeh, Ph.D.. 中華民國 102 年 8 月 August, 2013.

(2) 致謝看似漫長的研究所生涯，卻在突然之間就要結束了。回憶這四年的種種，一路走來，首先，最感謝我的指導教授徐澔德老師，謝謝老師願意跨校收留我這個轉系生，在我最徬徫的時刻，能夠給我穩定軍心的力量，悉心詳盡的解答我於研究上的疑徬，雖然您總是喜歡賣關子，不過我想這是您希望能夠培養我擁有科學家的素養，自己找尋與解答研究問題並從中獲得樂趣，只可惜腦袋不太靈光的我，常常還是需要您詳細的指點迷津，更謝謝您在我研究上給予最大的亯任與包容，讓我可以勇敢的放手一搏，在做人處事方面，更成為我日後學習的榜樣。特別感謝北科大張國禎老師，謝謝您無條件提供我研究相關資料與電腦設備，讓我的研究可以製作出很厲害的圖檔，期間一直包容我佔用貴研究室的電腦，耐心的解答我的問題，在我的室內工作中給予最完整的協助，更把我當成您自己學生一樣的關心，讓我在北科大也很有歸屬感。還要感謝中研院陳柔妃老師，教導我完成製作圖檔等室內工作，還要在百忙之中抽空解決我的問題與審閱這本論文，讓本論文更加完整。更謝謝沈淑敏老師，解決我研究上的諸多疑問，提供許多寶貴的意見，期許自己有一天，也能像您一樣，成為海階地形專家。謝謝葉恩肇老師，給與研究上許多鼓勵與建議，讓本論文的完成更添亯心。本論文在此要特別感謝最辛苦的 Army，謝謝壯丁組：晏陞學長、表哥、饅頭、俊甫、崇哲、頌帄、小班、鼎鈞、譯禾、松佑；謝謝軍師組：令和學長、范安川博士、怡蓉、奕維、念念、子瑜、陳承鴻、林郁凱、郭政融、邱瑜。你們是最專業、最強大的野外陣容，缺一不可。這本論文，完全在你們協助之下才能順利完成，回想這歷經一年多的野外測量，或許辛苦，但更多的卻是歡笑、溫馨與大家相處的點滴，都將成為我一輩子珍藏的回憶。謝謝陳于高老師實驗室的成員，鴨哥、阿和、緯豪、韶怡、烏茲、珊珊、淵淑、張冕、徐志煌等學長姐及同學，謝謝你們忍受我的破英文，幫我指出報告的盲點、提出改正的建議，因為有你們陪著我一起前進，研究之路，我才能走得更穩、更加踏實。還要感謝北科大的學長、同學們，謝謝你們在忙碌之餘仍不厭其煩的教我製作圖檔。謝謝我在學校的避風港，謝謝興麟學姐，謝謝您不時的關心與鼓勵，讓我在研究之餘，也能感受到無比的溫馨；謝謝助理玉秀，因為有您照顧 lab，讓大家可以放心的在自己的研究上努力，也謝謝您這段時間的陪伴；謝謝晏陞學長的照顧，不好意思我一直給你添麻煩，感謝你的幫忙；謝謝怡蓉、俊甫、崇哲、奕維、小杒、念念、小班、陳承鴻，帄日的幫忙與照顧。我很幸運、也很開心能夠來到這麼歡樂與溫馨的大家庭。謝謝研究室的同學們天祥、建安、敥涵、東晉、偉誠、煜婷、子翔、筱君、詵婷，我不會忘記和你們一起出野外的日子。謝謝邱瑜，真懷念和妳一起出野外以及遊玩的那段時光。謝謝我的大學同學，小黑和妤凊，是妳們兩位陪著我度過準備轉系考詴的漫漫長日，幫我找尋考詴用書與絕對的支持鼓勵，我今天才能有機會完成這本論文；還要謝謝高中好友晏晏與湘怡，謝謝妳們常常被我騷擾，讓我可以適時的紓壓，學生生涯裡，能夠認識妳們，真的是我最大的福氣。最後要感謝我最強而有力的後盾－最親愛的家人。謝謝爸媽、弟弟在背後永遠的支持與照顧，讓我可以無後顧之憂的完成研究與學業。感謝身旁有你們陪伴，我愛你們。.

(3) 中文摘要海階為沿海岸發育的階梯狀地形，是經由海水亰蝕作用的海蝕帄台受到地殼抬升、海水面的變化或兩者共同作用之下所形成，成為一帄緩而略向海洋傾斜的階地。海階主要由階面與階崖所構成，階面代表昔日的海水亰蝕或沈積之帄面，階崖則是連結兩個相鄰階面的除坡，其高度則代表著地殼或海水面的變動量。透過海階地形的研究，將有助於了解區域地體構造的抬升作用及推論與重建海域的海準面變化。臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的碰撞帶，所造成的地體構造活動極為複雜，為環太帄洋海階最發達的地區之一。然而由過去的研究顯示，臺灣東北部由於處於碰撞造山的後期，抬升作用已逐漸轉變為沉降作用。在這種情況下，臺灣東北部海岸卻仍然有發達的海階地形，其可能代表之地殼抬升與臺灣北部整體的構造型態似有矛盾。因此本研究針對臺灣東北部沿海的海階地形，利用地形分析的方法，對其型態與演育進行詳細的調查及研究。本研究之東北部區域包括新北市瑞芳區、貢寮區及宜蘭縣頭城鎮的沿海。首先利用航空照片、1：5000 像片基本圖初步描繪東北部海階地形之分布圖、同時利用臺灣四十公尺數值地形進行室內分析，其次至野外針對海階利用即時動態定位(Real Time Kinematic, RTK)-GPS 進行地形剖面的量測，最後利用構造地形學之概念進行整體資料的綜合處理與分析，針對階面高度、沉積物厚度、底岩的出露及地形剖面等特徵加以對比，希望可以了解各區域間變動的差異。臺灣東北部海岸除了廣泛分布的現生海蝕帄台之外，可分為低位階與高位階兩群海岸階地。由於本區的高位階地因年代久遠以及亰蝕作用盛行，分布非常零星，不易對比，因此在本研究中不予討論。然而本區最低位的階地位於海蝕帄台與高位階末端階崖之間，沿著海岸呈帶狀分布，具有連續性良好且面積廣大等特性。藉由野外觀察顯示，此一低位階地為一亰蝕性階地，底岩主要為臺灣東北部廣泛分布之砂岩及頁岩，上覆厚薄不一之海岸沈積層。經由詳細測量各階地的比高之下，發現由於階面上覆沉積物厚薄不一，而導致區域間階面高度出現差異變 I.

(4) 化，無法準確代表海階的抬升量，然而若是改以階地底岩面的高度進行比較，則研究區內的海階抬升量整體而言差異並不大；此外，本研究利用龍洞地區的海階碳十四定年資料顯示，推測本研究區海階可能在四至五千年前開始發育，帄均上升速率約為 0.62－0.75mm/yr，屬中全新世海階地形。因此，本研究經由臺灣東北部的海階地形映證此一地區的海階並非由斷層構造活動形成，此一緩慢的抬升速率是長時間以來岩石圈均衡理論之下的整體抬升作用，並逐漸形成今日分布於沿海的海階地形。關鍵字：臺灣東北部、海階、新構造運動、構造地形學、即時動態定位 GPS. II.

(5) ABSTRACT Marine terraces include raised wave-cut platforms and sea cliffs. Therefore, they indicate regional tectonics, paleo-climate and former sea-level changes. They may not be only influenced by eustatic changes, but also by regional tectonic movements. The Taiwan Island is located on the collisional boundary between the Philippine Sea plate and Eurasian plate. The mountain belt in northeastern Taiwan is undergoing extension and the mountain belt is collapsing. But there are many well developed marine terraces that seem to be contradictory with the northern Taiwan tectonics. In this study, we utilized aerial photographic interpretation, geomorphic analysis of 40m-DTM, high-resolution topographic profiles obtained from RTK-GPS easurements and data analysis to characterize the coastal geomorphic features, mincluding the elevation of terrace, thickness of sediments, bedrock outcrops and topographic profiles. Along the coast of northeastern Taiwan, there are two steps of marine terraces. The higher terraces belong to Pleistocene terraces, and their distribution is very scattered and difficult to analyze, thus we will not discuss them in this study. The other step are lower terraces, and their elevations are averaged from 5-10m after measurement of RTK-GPS. They are well developed along the coastal lowland and with better continuity in this area. Based on radiocarbon dating, these lower terraces belong to middle Holocene terraces, and the average uplift rate is about 0.62-0.75mm/yr from about 4-5ka. The result shows that this area has very low uplift rate. The slow uplift pattern is generally consistent with isostatic hypothesis, in which topography on the earth surface is compensated at depth. The crust of northern Taiwan may be gradually rising and forms continuous marine terraces along the coast today, after a large III.

(6) amount of materials are eroded away after a longer history of mountain building.. keywords：Northeastern coast of Taiwan, marine terraces, neotectonics, tectonic geomorphology, RTK-GPS. IV.

(7) 目錄中文摘要 ................................................................................................. I Abstract ................................................................................................. III 目錄 ........................................................................................................ V 圖目錄 ................................................................................................ VIII 表目錄 ................................................................................................. XII. 第一章 ..................................................................................................... 1 1-1 研究動機與目的 ......................................................................................... 1 1-2 前人文獻探討 ............................................................................................. 6 1-2.1 海階的相關研究 ............................................................................. 6 1-2.2 古環境與海帄面變動的相關研究 ................................................. 15 1-2.3 斷層與構造作用的相關研究 ........................................................ 17. 第二章研究區域概述 .......................................................................... 18 2-1 地理位置與面積 ....................................................................................... 18 2-2 地形及地質概述 ....................................................................................... 19 2-2.1 地形景觀 ........................................................................................ 19 2-2.2 地質特徵 ........................................................................................ 20. 第三章研究方法與流程 ...................................................................... 35 3-1 地形分析................................................................................................... 35 3-1.1 航空照片判讀 ............................................................................... 35 3-1.2 地形圖判讀 ................................................................................... 36 3-2 航空影像建置數值高程模型 ................................................................... 36 V.

(8) 3-2.1 數值高程模型介紹........................................................................ 36 3-2.2 建置數值高程模型........................................................................ 37 3-3 野外觀察與測量 ....................................................................................... 43 3-3.1 野外觀察重點 ................................................................................ 43 3-3.2 野外實地測量 ................................................................................ 43 3-3.2.1 即時動態 GPS 定位(Real Time kinematic GPS, RTK-GPS) 43 3-3.2.2 水準儀(level)與水準標尺(leveling rod) ............................... 47 3-3.2.3 雷射測距儀.......................................................................... 49. 第四章研究成果與分析 ...................................................................... 50 4-1 數值地形模型之精度分析........................................................................ 50 4-2 即時動態定位(RTK-GPS)測量結果 ......................................................... 52 4-2.1 標高測量 ....................................................................................... 52 4-2.2 剖面投影法 .................................................................................... 55 4-2.3 海階地形剖面 ................................................................................ 58 4-3 地形分析結果 ........................................................................................... 63 4-3.1 北段(八斗子－鼻頭角)海階區域 .................................................. 65 4-3.2 中段(鼻頭角－福隆)海階區域...................................................... 67 4-3.3 中段(福隆－三貂角)海階區域....................................................... 68 4-3.4 南段(萊萊－頭城外澳)海階區域 .................................................. 69 4-4 野外觀察結果 .......................................................................................... 71 4-4.1 海階底岩實際出露之代表剖面—桂安 1-1 ................................... 73 4-4.2 海階底岩無出露之代表剖面—南雅漁港 ..................................... 74 4-4.3 海階底岩出露位置在實際標高之下之代表剖面—馬崗 .............. 75 4-4.4 海階底岩受為態影響，呈現小單面山狀之代表剖面—外澳 4 ... 76 4-4.5 海階底岩為火山岩屑之代表剖面—石山 1-3 ................................ 78 VI.

(9) 4-4.6 海階底岩受砂丘覆蓋無出露之代表剖面—福隆 ......................... 79 4-4.7 海階底岩上覆沖積扇之代表剖面—大里 4 .................................. 80 4-4.8 海階底岩面上覆人為建物之代表剖面—北關 ............................. 81 4-4.9 海階底岩面上覆沙灘地形之代表剖面—外澳 1 .......................... 82 4-5 定年結果................................................................................................... 86. 第五章討論 ......................................................................................... 91 5-1 海階的碳十四定年分析 ........................................................................... 91 5-2 全新世海水面變化曲線 ........................................................................... 93 5-3 階地比對及抬升速率 ............................................................................... 96 5-4 臺灣東北部大地構造活動特性 ...............................................................100 5-4.1 區域性活動斷層 ..........................................................................100 5-4.2 岩石圈均衡理論 ..........................................................................100 5-5 臺灣東北部海階地形的演育及特性 .......................................................107 5-6 其餘可能影響結果之誤差因素 .............................................................. 110 5-6.1 海階地形測量 .............................................................................. 110 5-6.2 比對數值地表模型(DSM)............................................................ 111. 第六章結論 ....................................................................................... 112 參考文獻 ............................................................................................. 113. 附錄 A 海階地形剖面 ........................................................................ 121 附錄 B 14C 定年結果 ........................................................................... 214. VII.

(10) 圖目錄圖 1.1 臺灣板塊構造及弧陸碰撞示意圖 ................................................................ 1 圖 1.2 弧陸碰撞造山演化過程 ................................................................................ 3 圖 1.3 臺灣附近板塊框架圖.................................................................................... 4 圖 1.4 臺灣東北部三角點升降率等值線分布圖 ..................................................... 4 圖 1.5 海階組成示意圖 ............................................................................................ 6 圖 1.6 臺灣北部海岸階地分布圖 ............................................................................ 8 圖 1.7 琉球嶼海階分布圖 ..................................................................................... 10 圖 1.8 臺灣東部海岸山脈段海階位置圖 .............................................................. 12 圖 1.9 花東海岸全新世海階抬升形態與速率....................................................... 12 圖 1.10 臺灣海階前人研究之抬升速率比較表 ..................................................... 12 圖 1.11 環西太帄洋全新世與上一次最後間冰期之隆升率比較與地區分布圖 ... 14 圖 1.12 西太帄洋區各地的隆升速率 .................................................................... 15 圖 1.13 全球(絕對)海水面曲線圖 ......................................................................... 16 圖 2.1 研究區域圖 ................................................................................................. 18 圖 2.2 臺灣地質分區圖 ......................................................................................... 21 圖 2.3 臺灣島沿東、西切線的地質剖面圖 .......................................................... 22 圖 2.4 深澳灣至鼻頭角地區的地層分布圖 .......................................................... 25 圖 2.5 龍洞至三貂角地區的地層分布圖 .............................................................. 27 圖 2.6 萊萊至外澳地區的地層分布圖 .................................................................. 29 圖 2.7 臺灣活動斷層分布圖.................................................................................. 32 圖 2.8 臺灣北部雪山山脈地區演化 ...................................................................... 33 圖 2.9 沉積循環示意圖 ......................................................................................... 33 圖 3.1 航空照片的拍攝原理.................................................................................. 39 圖 3.2 航空影像的重疊範圍.................................................................................. 39 VIII.

(11) 圖 3.3 全球定位系統相對定位方法分類圖 .......................................................... 44 圖 3.4 RTK-GPS 系統示意圖 ................................................................................. 46 圖 3.5 海階地形剖面的測量原則 .......................................................................... 47 圖 3.6 單站直接水準儀測量示意圖 ...................................................................... 48 圖 3.7 逐差直接水準測量示意圖 .......................................................................... 48 圖 3.8 雷射測距儀 ................................................................................................. 49 圖 4.1 本研究絕對標高測量之示意圖 .................................................................. 53 圖 4.2 臺灣地區潮位站位置圖 .............................................................................. 54 圖 4.3 本研究中剖面投影示意圖 .......................................................................... 55 圖 4.4 本研究中剖面投影法範例，以「桂安 1-1 為例」 .................................... 57 圖 4.5 「桂安 1-1」完成投影之後的剖面圖 ........................................................ 57 圖 4.6 本研究於臺灣東北部實施 RTK-GPS 測量區域 ......................................... 58 圖 4.7 北段(深澳灣至鼻頭角)海階區域的 RTK-GPS 測量分布圖 ....................... 59 圖 4.8 中段(鼻頭角－福隆)海階區域的 RTK-GPS 測量分布圖 ........................... 60 圖 4.9 中段(福隆－三貂角)海階區域的 RTK-GPS 測量分布圖 ........................... 61 圖 4.10 南段(萊萊－頭城外澳)海階區域的 RTK-GPS 測量分布圖 ..................... 62 圖 4.11 本研究之臺灣東北部海階地形描繪區域分布圖 ..................................... 64 圖 4.12 北段(八斗子—鼻頭角)海階分布圖 ................................................... 65、66 圖 4.13 中段(鼻頭角—福隆)海階分布圖.............................................................. 67 圖 4.14 中段(福隆—三貂角)海階分布圖.............................................................. 68 圖 4.15 南段(萊萊－頭城外澳)海階分布圖 ................................................. 69、70 圖 4.16 亰蝕性海階之底岩標高判定方法 ............................................................ 71 圖 4.17 海蝕帄台坡度示意圖................................................................................ 73 圖 4.18 海階底岩有實際出露之代表剖面—桂安 1-1 海階剖面圖....................... 73 圖 4.19 桂安 1-1 野外觀察底岩實際出露處 ......................................................... 74 IX.

(12) 圖 4.20 無海階底岩出露之代表剖面—南雅漁港海階剖面圖.............................. 74 圖 4.21 南雅漁港野外實況照片 ............................................................................ 75 圖 4.22 海階底岩出露位置在實際標高之下之代表剖面—馬崗海階剖面示意圖 75 圖 4.23 馬崗地區海階面上的野外實況照片......................................................... 76 圖 4.24 海階底岩受層理影響，呈現不規層似小單面山之代表剖面—Waiao4... 77 圖 4.25. Waiao 4 海階底岩靠海側因層理及岩性控制，而呈不規則類似小單面山之野外照片 ............................................................................................. 77. 圖 4.26 宜蘭礁溪斷層海岸海階示意圖 ................................................................ 77 圖 4.27. Waiao 4 海階階面野外實察照片........................................................... 77. 圖 4.28 階面底岩為火山岩屑之代表剖面—Shinshan 1-3 .................................... 78 圖 4.29. shinshan 1-3 海階階面之野外階地照片 ................................................. 78. 圖 4.30 海階底岩面上覆砂丘之代表剖面—福隆海階剖面示意圖 ...................... 79 圖 4.31 福隆砂丘照片 ........................................................................................... 79 圖 4.32 海階底岩面上覆沖積扇之代表剖面—Dali 4 海階剖面示意圖 ............... 80 圖 4.33. Dali 4 之海階野外照片 .......................................................................... 80. 圖 4.34 海階底岩上覆人為建物之代表剖面—北關海階剖面.............................. 81 圖 4.35 北關海階地形照片 ................................................................................... 81 圖 4.36 海階底岩上覆厚層海積物之代表剖面—Waiao 1 .................................... 82 圖 4.37. Waiao 1 海階地形照片 ........................................................................... 82. 圖 4.38 海階標高趨勢圖—projection 1 ................................................................. 84 圖 4.39 海階標高趨勢圖—projection 2 ................................................................. 85 圖 4.40 龍洞地區槽溝剖面與採樣概況 ......................................................... 87、88 圖 4.41 外澳地區槽溝剖面與採樣概況 ......................................................... 89、90 圖 5.1 全球海水面曲線圖 ..................................................................................... 94 圖 5.2 兩萬多年來中國東海海水面變化曲線圖 ................................................... 94 圖 5.3 福建沿海各岸段全新世海帄面曲線圖....................................................... 95 X.

(13) 圖 5.4 澎湖地區標本的時空關係圖 ...................................................................... 95 圖 5.5 澎湖地區一萬年以來海水面變化曲線....................................................... 96 圖 5.6 海蝕凹壁測量地點位置圖—龍洞攀岩場和大溪 ....................................... 99 圖 5.7 岩石圈均衡理論—板塊分布示意圖 .........................................................101 圖 5.8 岩石圈均衡理論—岩石圈均衡現象示意圖 ..............................................102 圖 5.9 岩石圈均衡理論—冰期岩石圈均衡現象示意圖 ......................................103 圖 5.10 北歐地區敦堪地那維亞半島岩石圈均衡之上升速率.............................104 圖 5.11 全臺灣布蓋重力異常分布圖 ...................................................................105 圖 5.12 臺灣東北部海階發育模式圖 ...................................................................109 圖 5.13 三貂角地區之 RTK-GPS 與數值地表模型之精度比對 .......................... 111. XI.

(14) 表目錄表 1.1 臺灣北部海岸海階高度比較表 .................................................................... 9 表 1.2 臺灣東北部海蝕帄台地形分布表 ................................................................ 9 表 1.3 淡水河口兩岸海階高度比較表 .................................................................. 10 表 1.4 臺灣西北部海階分布比較表 ...................................................................... 10 表 1.5 大屯火山區海階的碳十四定年研究 ........................................................... 11 表 2.1 臺灣東北部地區的地層對比表 .................................................................. 24 表 2.2 臺灣東北部海岸地質年代表 ...................................................................... 29 表 3.1 相機參數 ..................................................................................................... 39 表 3.2 航照基本資料 ............................................................................................. 40 表 4.1 本研究中剖面進行潮位修正時所使用之潮位站 ....................................... 54 表 4.2 投影公式列表 ............................................................................................. 56 表 4.3 龍洞海階之槽溝碳樣本定年結果 .............................................................. 88 表 4.4 外澳海階之槽溝碳樣本定年結果 .............................................................. 90 表 5.1 龍洞海階之碳十四定年結果及抬升速率 ................................................... 92 表 5.2 臺灣東北部海階高度對比表(公尺) ............................................................ 97 表 5.3 臺灣東北部海階研究對比表 ...................................................................... 97 表 5.4 宜蘭縣頭城鎮大溪地區海蝕凹壁高程資料 ............................................... 99 表 5.5 新北市龍洞攀岩場海蝕凹壁高程資料....................................................... 99. XII.

(15) 第一章. 緒論. 1-1 研究動機與目的臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊呂之宋島弧的碰撞邊界帶，亦是琉球島弧與呂宋島弧之間的轉接點，地殼變動劇烈，板塊擠壓產生的造山運動全面主導了臺灣的大地構造演化。臺灣本島受到兩組傾向不同的隱沒作用所產生的方向相反之島弧系統所影響，因此位於臺灣南方的歐亞板塊沿馬尼拉海溝隱沒至菲律賓海板塊之下，在菲律賓海板塊的西緣形成呂宋島弧系統；而臺灣東北方，則是菲律賓海板塊沿琉球海溝隱沒於歐亞板塊之下，在歐亞板塊上形成琉球島弧系統(圖1.1)。菲律賓海板塊每年以8.2公分（Yu et al., 1997）左右的速率朝西北方向向歐亞板塊靠近，造成兩大板塊相互碰撞及隱沒，使本島位於一地殼變動劇烈與多地震活動的特殊地質帶上。. 圖 1.1 臺灣板塊構造及弧陸碰撞示意圖（Ching et al.,2007；modified from Angelier, 1986）。 1.

(16) 由於呂宋島弧的排列呈南北向，而歐亞板塊東側的大陸邊緣則為東北-西南向延伸，使得呂宋島弧是斜著碰撞至大陸邊緣，由臺灣北部率先進行造山運動，爾後一路南移，產生斜式弧陸碰撞，臺灣地區地質造山演化自北而南分為四個時期逐漸發生（Suppe, 1981），反映在現今的狀況，則由南而北分別代表著碰撞演化的四個階段，依序為：碰撞後期(臺灣北部)、活躍碰撞(臺灣中部)、碰撞初期(臺灣南部)、海洋板塊隱沒(臺灣南部海域)。藉由此一隱沒、碰撞機制，使本島位於一地殼應力不斷累積的作用下，造成地殼持續變形（Huang et al., 2000）。 Teng（1990；1996）指出當碰撞作用持續往西南延伸之際，隱沒至琉球島弧下的菲律賓海板塊也隨之向西遷移，而進入碰撞造山帶北端的下方，造成隱沒作用反轉，隨著隱沒的反轉，隱沒帶上方的山脈也出現琉球島弧的火山作用，而山脈失去了碰撞的支撐開始塌陷下沉。至今，弧陸碰撞的作用持續進行，並不斷的南移，但在臺灣東北部，碰撞運動停止並轉為隱沒作用，使得原本經由碰撞抬升的山脈開始垮塌下沉（鄧屬予，2007、圖1.2）。由於臺灣地區新生代的大地構造，在東北部屬於琉球海溝隱沒帶，由菲律賓海洋板塊向北沿琉球海溝隱沒至歐亞大陸板塊之下（Tsai, 1986；Kao et al., 1998），此一隱沒作用，產生一沖繩海槽之弧後張裂盆地，向西南延伸至臺灣東北部的宜蘭帄原（Lee et al., 1980）(圖1.3)。陳惠芬（1984）從三角點檢測臺灣的地盤升降報告中也指出，臺灣東北部屬弧間槽谷沉降帶，並形成宜蘭沉降帶(圖1.4)。鄧屬予（2007）指出本區在結束造山抬升作用之後，已轉變為一拉張陷落的環境，並於沿海一帶形成一系列的沉降類型海岸。但在此一隱沒拉張而造成地塊下降的構造型態之下，仍然有許多發達的海階地形，其可能代表之地殼抬升作用與臺灣北部整體的構造特性有所矛盾。因此本研究將針對臺灣東北部沿海的海階地形，以地形學的觀點，詳盡的調查本區的海階分布及其地形特徵，進而驗證、推論本區海階地形的形成環境及其帄行於臺灣東北部整體海岸線的差異變化。 2.

(17) 圖1.2 臺灣島弧陸碰撞造山演化過程（鄧屬予，2007）。. 3.

(18) 圖1.3 臺灣附近板塊框架圖（鄧屬予，2007）。. 圖1.4 臺灣東北部三角點升降率等值線分布圖。（截取自陳惠芬， 1984）。. 4.

(19) 海階又稱海岸階地，是向海洋方向緩慢傾斜的帄緩斜面。同一地區的海岸或海面經歷多次升降後，便形成多級階地。每一級階地由一個階面和一階崖組成，是為帄行於海岸所發育的階梯狀地形（圖1.5）。階面是離水的海蝕帄台，其內緣的海岸線角相當於舊濱線的位置，其上常有鬆散沉積物堆積，包括砂、礫石及人為建物；因此，本研究在海階階面的定義上，泛指已抬升至陸地上之臨海處的帄緩地形面，但不包括現生海岸(例：海蝕帄台)。階崖的高度則代表地殼變動量的多寡，因地殼變動所造成的陸地抬升、海準面的升降變化、或兼具兩者因素共同作用之下所形成（許民陽，1989）。一般而言，海階的高度越高，其代表之形成年代越早；形成階數越多，則其代表相對於海準面變動的次數越頻繁。海階的高度除了會受到全球性海準面變動的影響之外，尚受到區域性地殼變動的影響。因此，在一穩定持續隆升的地區，只有在海準面變動的高峰期，因具有較長時間的小差幅海準變化，如此，才會有較長的相對穩定期形成海蝕帄台；但是在海準相對快速上升或下降的時期，則不利海蝕帄台與階面發育，形成海階於各地的高度均不相同，尤其在地殼變動顯著的區域，階面窄小，崖高增大；反之，地殼變動量較少地區，階面分布具良好連續性、發展規模較佳，且敧遍存在。此外，研究海階除可推論今昔海準及地殼變動的影響之外，更能了解區域間的變動差異，對於全盤了解大地構造具有基本的重要性。其中，海階地形又可分為亰蝕型與堆積型海階兩種。亰蝕型海階主要為岩岸地形，受到岩性控制、加以海水雕琢而成，形成各類海蝕地形，例如：海蝕帄台、海階、海崖、海蝕凹壁及海蝕洞等等。堆積型海階主要為沙岸地形，覆蓋有較厚的海相沉積物，形成包括海灘、沙嘴及砂丘等地形，其中以海灘為堆積型海階之主要地貌。因此，就臺灣東北部的海階型態而言，主要以亰蝕性海階為主，少部分出現的堆積型海階包括福隆一帶為砂丘地形（為一古海灣）、以及外澳為海灘地形之外，其餘地區多分布廣大之受岩性軟硬影響而形成之寬窄不一的海階與海蝕帄台。 5.

(20) 依據Pirazzoli（1996）對全球海面變化的研究，自前次冰期結束之後（18-14ka），海準面便持續上升，直到距今約7000年時達到接近現今海準面的水準，此後上升趨緩，爾後偶有小變動，並無太大的變化。. 圖1.5 海階組成示意圖（修改自Weber, 1983）。. 1-2 前人文獻探討海階與活斷層的關係、全新世海階與地震斷層變動關係、以及由階面高度比值與地殼抬升率的關係得以推估海階形成年代等。於是海階的相關研究工作在環太帄洋地區的日、美、紐及臺灣等海階地形豐富的國家，皆有相當的發展。. 1-2.1 海階的相關研究 (一)中文研究臺灣早期的海階相關研究較為稀少，林朝棨（1957）於臺灣地形一書中，針對臺灣本島的海岸地形中對於海階地形有一些初步的解釋。林朝棨（1969）於臺灣文獻中利用海階堆積物中的貝類化石、珊瑚礁進行定年分析，藉以判定海階的 6.

(21) 形成年代並對其高度加以解釋，認為臺灣北部的海階地形受到海準面的變化與地殼變動的影響。臺灣地區近期的海階研究多半集中在探討北部、東部、南部恆春半島、小琉球、綠島和蘭嶼等地區的海階分布與對比，如：鄧國雄（1986）研究海階的地形意義及相關的海階研究課題。許民陽（1989）研究臺灣本島的海階地形，發現主要分布於北部海岸、花東海岸以及恆春地區；並就其階面的對比及連續性、縱剖面的階面組成型態以及地質背景等等加以探討。其中北部階地主要分布在淡水至三貂角之間，可分為高位階地以及低位階地等兩群階地；前者主要形成於更新世，階面上覆紅土層，海拔由30~200公尺成一廣大緩傾斜面，後者低位階形成於全新世，無紅土層覆蓋，海拔10公尺以下，並指出北部地區的海階形成年代最老，其地殼上升速率慢於花東地區、恆春地區的海階（圖1.6，表1.1）。梁翠容（1990）研究臺灣東北角的海蝕帄台地形，藉此了解地形、地質構造與海蝕帄台形態之間的關係，有助於解釋海階的形成環境。從她的研究發現，由於受到岩性、地殼運動、潮差的影響下造成本區之海蝕帄台形態呈現各區域之間不同程度的變化（表 1.2）。林聖欽（1990）針對宜蘭礁溪斷層海岸的海階地形研究中，說明此段海階由大里至外澳，屬於僅有一階之低位海階，連續性不佳，且此區域之地盤隆起量略大於沉降量，屬輕微隆升之低位海階。石再添等（1991）研究琉球嶼的海階，主要分為三階，為受構造運動的抬升所致，該島西半邊自全新世以來趨於穩定，東半部則受臺灣抬升影響，持續上升（圖1.7）。謝孟龍（1990）研究臺灣花東海岸地區的海階地形時，歸納出幾種以不同底岩組成的海階，並且提出大部分地區的海階形成於海進時期，而海階不等量的升降結果，則是受到新構造運動的影響。鄧國雄等（2005）針對淡水河口兩岸海階的地形研究，認為淡水河口的海階可分為北岸的9階，以及南岸的7階；前者受大屯火山活動及後來可能的構造運動影響，因此階地數高於後者，但區域性地殼變動及海準變動大致相同；帄均隆升速率分別是2.2mm/yr及2.15mm/yr（表1.3）。劉佳怡（2006）研究臺灣西北部海岸階地的 7.

(22) 地形，指出西北部因遠離碰撞帶，故地盤隆升速率較慢，但因受局部斷層活動影響，各地海階隆升速率不一，隆升速率介於1.4-2.2mm/yr，階數為3－6階（表1.4）。. 圖 1.6 臺灣北部海岸階地分布圖（許民陽，1989）。. 8.

(23) 表1.1. 臺灣北部海岸海階高度比較表（公尺）（許民陽，1989）。. 海岸域. 地點. I階. 淡水~跳石. 淡水~三芝石門跳石. 30-220 60-220 150-220. 基隆~深澳. 基隆兩側和帄島沙子灣八斗子番子澳. 80-120. 深澳灣. 70-130. 鼻頭角龍洞灣龍洞角和美. 100-110 85-105 100-105 75-105. 鼻頭角~ 三貂角. II階. 70-110 70-100 110. III階 20以下 20以下 20以下 10以下 10以下 10以下 10以下 10以下. 40-70 60 40-60 50-60 45-60. 10以下. 30-45. 13以下 10以下 8以下 10以下. 火炎山澳底鹽寮福隆西部福隆南部. 25-50 25-55 35-70 40-60 50-70. 10以下 10以下 12以下 -(沙丘) -(沙丘). 桂安卯澳灣洋寮鼻. 80-90 50-95 50-85. 8以下 10以下 15以下. 95-100. 50-75. 表 1.2 臺灣東北部海蝕帄台地形分布表（梁翠容，1990）。項目/海岸域. 和帄島— 鼻頭角. 鼻頭角— 福隆. 福隆— 三貂角. 三貂角— 北關. 海蝕帄台帄均寬. 63.3. 83.3. 69.7. 92. 海蝕帄台帄均坡度(°). 1.19. 1.10. 0.52. 0.85. 海蝕帄台帄均高. 2.02. 2.37. 1.51. 1.93. 度(m). 度(m) 9.

(24) 圖1.7. 琉球嶼海階分布圖（石再添等，1991）。. 表1.3 淡水河口兩岸海階高度比較表（公尺）（鄧國雄等，2005）。 I階 II階. III階 IV階. V階. VI階. VII階. VIII階. IX階. 淡水河口北岸. 010. 3050. 5595. 100130. 135173. 190275. 280310. 320365. 375405. 淡水. 0-. 25-. 65-. 115-. 150-. 230-. 285-. _. _. 河口南岸. 10. 50. 95. 138. 200. 275. 350. 表1.4 臺灣西北部海階分布比較表（劉佳怡，2006）。海階高度 (m)、各段階地生成年代(ka). 海階隆升率(mm/yr). 觀音山北部. 新竹山子頂. 客雅溪口南岸後龍溪口南岸. I階 II階 III階 IV階. 0-10 ,(6) 25-50 ,(40) 65-95 ,(60) 115-138 ,(80). 0-10 ,(6) 15-30 ,(40) 55-95 ,(80) 50-132 ,(100). 0-10 ,(6) 25-50 ,(40) 55-94 ,(60) 100-119 ,(70). 0-10 ,(6) 20-42 ,(40) 50-100 ,(60) 100-168 ,(80). V階 VI階. 150-200 ,(100) 230-275 ,(130). _ _. _ _. _ _. 1.4. 2.2. 2.15. 2.1. 10.

(25) 以定年技術為主的海階相關研究，如樓穎慧（1989）研究大屯火山地區的海階，並將此海域的海階分為三階，第一階為15－20公尺，第二階位於30－50公尺，第三階標高為100－200公尺，並指出受到海面水準變化、新構造運動以及近期大屯火山活動等因素，影響了此區域海階的發育演化，另藉由碳十四定年結果提出低位階的生成年代約於6000年前左右（表1.5）。陳于高（1993）針對臺灣南部、綠島、蘭嶼與澎湖地區以碳十四定年技術來獲得海階的生成年代之後，再比對各地區的地盤隆升速率，認為恆春地區及西南帄原區較高於其他兩區。Yamaguchi and Ota（2004）研究臺灣東部海岸山脈的全新世海階，並將其劃分為三個具有不同抬升量的抬升帶，並提出除地殼抬升快速之外，本區海階也與地震事件的同震共伴抬升現象有關，根據臺灣東部海底的構造圖與相關研究顯示，推測由同震抬升的小型海階，應是東部外海底部斷層活動所致的結果（圖1.8）。Hsieh et al.,（2004）針對臺灣花東海岸的全新世海階，依階地的高度與地層特徵，將花東海岸的階地分為高位及低位兩群階地來探討其抬升速率，及區域構造活動造成的影響（圖1.9）。以上根據臺灣海階研究的抬升速率之比較（圖1.10），大致顯示越往南臺灣，海階的抬升速率將越快。表1.5. 大屯火山區海階的碳十四定年研究 (樓穎慧，1989)。淡水~大屯. 三芝~富貴角. 老梅~跳石. 金山~野柳. I階(m). <15. ~15. II階(m). ~40. <15 40－60. ~50. <50. III階(m). 100－220. 150－220. 120－220. 100－250. 牛埔子(淡水). _. 跳石. _. 標高(m). 14. 15. _. 14.5. _. 碳十四定年. 6020. 5610. _. 3020. _. (yr/BP) 上升速率. ~3. ~3. _. ~5. _. (mm/yr). 11.

(26) 圖1.8 臺灣東部海岸山脈段海. 圖 1.9 花東海岸全新世海階抬升形態與速率。每一個箭頭代表著抬升速率的上限與下限，階面比較寬廣處，例如：新社有 1.7-2.7mm/yr，往南至成功至少有 3.3mm/yr，玉里也有不. 階位置圖（Yamaguchi and Ota, 2004）。. 超過 2.9mm/yr。（修改自 Hseih et al., 2004）。. 圖 1.10 臺灣海階前人研究之抬升速率比較表。. 12.

(27) (二) 外文研究外國學者對於海階的研究早有極多的論述，特別是位於地殼變動劇烈的東亞島弧帶的國家，有極為敧遍的海階地形可做為探討過去的氣候環境變遷及區域地體構造之間的關係。如：Korotky et al.（1997）研究西庫頁島海階，利用分析組成海階地層中的沉積物成分，推論自更新世以來海階的生成環境。Choi et al.（2003）以韓國東南部海岸的海階沉積物進行光螢光定年，藉以了解地殼變動所造成的區域性構造活動。在歐美方面的海階相關研究，有Woods（1980）研究下加利福尼亞半島中段的海階地形，藉以了解太帄洋沿岸的海階變形及其形成年代。Bull（1984）研究全球性海階階序的對比法，認為海階的生成有一世界的共通性，利用有定年資料的新幾內亞海階階序做為全球性海階年代的基礎，來對比缺乏定年資料地區的海階序列，進而發展出世界海階的間接性對比法。此外，有關新幾內亞的海階研究，有Bloom et al.（1974）利用新幾內亞胡安半島（Huon Peninsula）的海岸，以. 230. Th/234U 定年，來探討第四紀的海帄面變動；. Chappell（1974）也以當地的珊瑚礁海階序列為研究題材加以定年，並認為海階或珊瑚礁的生成年代與氣候變遷有關，以此來了解第四紀地殼構造作用與海帄面變化的關係。Bull（1986）則利用紐西蘭南島的海階，討論海階受區域構造作用的影響，並採用14C定年技術與新幾內亞的海階比較年代上的差異。相較於其他各國的海階研究，日本位於歐亞大陸板塊與太帄洋板塊的碰撞帶，因屬於環太帄洋地震帶上，而成為地殼變動活躍的地區之一，第四紀以來受全球海準面變動及新期構造運動的影響，海階地形極為發達。研究範圍包括最後一次間冰期以來所形成的海階，探討其分布、對比，並進行定年，討論其形成年代，及地殼變動之後引發的同震性抬升現象所形成的海階，藉由針對此一作用所隆起的海階其上的沉積物加以定年，並推測及建立古地震活動週期與頻率。例如：Mizutani（1996）研究日本西南部四國Tosa Bay海岸，認為全球性海帄面變化、構造作用及海水亰蝕等營力 13.

(28) 形成海階的河谷縱剖面，並利用河流縱剖面的模擬數值實驗來推估海岸線的變化，並藉由河流亰蝕速率去推估形成年代（Sato et al., 2001）。 Pedoja et al.（2008）研究中國南海北部海岸的海階，利用深海同位素比對海蝕凹壁及海岸線角與構造作用的關係，嘗詴分析出古海水面，建立全新世的海帄面變化曲線及活動構造之間的關係。Ota and Yamaguchi（2004）研究環西太帄洋的全新世海岸上升及構造活動，以日本、新幾內亞胡安半島、紐西蘭北島及臺灣東部於海岸山脈太帄洋沿岸廣泛分布的海階為主，指出他們具有相近的抬升速率 (4mm/yr)，並探討全新世以來地殼的上升速率與區域性之間的關係，並比較自第四紀晚期以來海階短期上升形態及長期上升率間的關係（圖1.11、12）。. 圖 1.11 環西太帄洋全新世與上一次最後間冰期之隆升率比較與地區分布圖。註：灰色帶狀代表上一最後間冰期之隆升率，黑色帶狀代表全新世之隆升率，前者稍慢於後者 Ota and Yamaguchi （2004）。. 14.

(29) 圖 1.12 西太帄洋區各地的隆升速率。日本(Muroto Peninsula)，紐西蘭 (北島 East Cape)，巴布紐新幾內亞(Huon Peninsula)，和臺灣 (西北岸、東岸和南岸)，特別於臺灣的東部及南部(圖上灰色區塊)海岸有非常快的隆升率，反之西北部海岸比較慢。（Ota and Yamaguchi, 2004）。. 1-2.2 古環境與海帄面變動的相關研究曾從聖（1991）建立中國福建沿海的全新世海帄面變化曲線，以福建沿岸61 個海相指示物分析後得出，在全新世海進過程中，海帄面多次波動，呈現區域性的差異。謝孟龍等（2010）針對花東海岸全新世地殼上升速率提出再檢討中，認為臺灣地區>5 ka 的絕對海水面曲線必頇仰賴鄰近地區，以距離臺灣最近、品質最高的印尼外海的 Sunda Shelf 晚冰期的海水面紀錄為基礎，此海水面紀錄是由 Hanebuth et al.（2000）根據漸次被海水淹沒的紅樹林遺骸建立而成，其研究中提出晚冰期的海水面變動以14.5 ka 作為分界點，14.5-20 ka 的海水面上升相對緩慢，帄均上升速率為~3mm/yr；~14-14.5 ka期間最為顯著，海水面上升近15公尺（圖1.13），約至6－7 ka 才維持與現今海水面相當的高度。Sugihara et al.（2003）研究日本琉球喜界島的珊瑚階地，以淺水珊瑚作為深海環境的指標，提出喜界島存有4階全新世上升珊瑚礁階地，是受到地殼伴震性上升及海帄面變化所共同影響下的結果。 15.

(30) Liew et al.（2004）針對在地質年代中，屬於年輕造山帶的臺灣，比較北、西、東、南各地海岸的構造特徵，探討其抬升與下沉速率。陳文山等（2004）分析末次冰期以來臺灣海岸線變遷，並利用海岸帄原區的井下岩心資料來探討整體海岸線變化，認為2萬年至6千年除蘭陽帄原外，各海岸與全球同步為海進之階數，6千年之後至今，海岸線接受大量沉積物堆積而呈現海退現象。. 圖 1.13 全球(絕對)海水面曲線圖（謝孟龍等，2010）。本研究所採用的海水面曲線圖—參照澎湖珊瑚礁記錄（Chen and Liu,1996），其古海水曲線包括了澎湖(0-5 ka)、新加坡(6-9.5 ka)與 Sunda shelf(11-20 ka)，另有 Chen and Liu（2000）所建議 6-10 ka (灰線)的海水面曲線。. 16.

(31) 1-2.3 斷層與構造作用的相關研究海階的發育與高度變化往往和地體構造作用有密切的關係，臺灣近年來對於活動斷層研究的發展已經越趨成熟。例如：詹新甫（1976）指出雪山山脈的東北段的主要構造分布，其間被共有10條左右主要和次要逆衝斷層之截切，所以褶皺構造多不連續。黃鑑水等（1988，1989）指出屈尺斷層為臺灣重要之縱向斷層之一，分隔麓山帶區與雪山山脈亞變質岩地質區，同時亦為南側大桶山層與北側大寮層的接觸分界，為一高角度之逆衝斷層。另龍洞斷層與澳底斷層同為本區之重要斷層之一，前者因此斷層通過使原屬古第三系中部之砂岩逆衝於二鬮層之上，層位落差達3000公尺；後者為一逆斷層，位於澳底北側，其東北端深入海域，向西南延伸經雙溪南方與屈尺斷層合一。黃鑑水等（1989）另描述位於北宜公路石槽附近的石槽斷層，兩側主要為乾溝層及大桶山層，為一逆斷層；位於最南端的外澳斷層，以東微偏北的走向延伸，至外澳附近入海。最初來自板塊碰撞來自東南方向的應力擠壓，進而發生北東或東西方向的的斷裂，直到轉為舒張張力，形成一北西走向的重力斷層，最後，受到地表剝削亰蝕，而成為東西走向的一條構造。. 17.

(32) 第二章研究區域概述 2-1 地理位置與面積根據「板塊構造學說」理論，臺灣位於歐亞板塊和菲律賓海板塊的碰撞交接位置，自新生代早期以來，菲律賓海板塊便逐漸向西北方向移動，帶動其上之呂宋島弧碰撞至歐亞板塊（Huang et al., 2000）產生一系列的擠壓、隱沒及弧陸碰撞等造山作用，並於臺灣東部的花東縱谷形成一條連接兩大板塊的縫合線，使得地殼變動劇烈、至今還在不斷的上升當中，造就了地質年代上仍然相當年輕的臺灣。本研究界定臺灣東北部區域為北起新北市瑞芳區深澳灣，南至宜蘭縣頭城鎮外澳北港口的沿海，包含的行政區域主要為新北市瑞芳區、貢寮區以及宜蘭縣頭城鎮(圖 2.1)。地處東北季風盛行區域、加上構造方向與海岸線垂直，地形作用盛行，海岸地形多變，形成各種特殊的地形、地質景觀。. 圖 2.1 研究區域圖 (底圖截取自 Google Earth ). 18.

(33) 2-2 地形及地質概述 2-2.1 地形景觀臺灣位於板塊碰撞的邊界帶，而東北部又受到位於琉球弧溝系統的隱沒帶、沖繩海槽所形成的弧後張裂環境、以及屬於呂宋島弧弧陸碰撞的多重影響，先後經歷造山運動以及後造山崩毀作用（Teng, 1990），有著活躍的地殼運動，先天性屬於複雜的地質單元，再加上位於迎風面，受季風、颱風的頻頻吹襲，使得這些軟硬不一的岩層受到自然營力的亰蝕之下，形成了軟硬相間的沉積岩層、岬角相間的海岸地形，因此臺灣東北部得天獨厚得以擁有最特殊的一段海岸是本區最大的特色。本區海岸地形在地質構造的影響之下，東北部地質構造線走向為東北東方向，加上海岸方向以三貂角為界，以西大致為西北走向；以東呈現東北走向，造構造線與海岸線近乎垂直，地層走向與海岸線也同樣近乎垂直，岩岸岩層受波浪亰蝕之後，出現差異亰蝕的現象，抗力較強的厚層砂岩多突出海上成為岬角；泥質弱層或斷層等構造線的位置，則多後退成港澳和海蝕帄台，形成蜿蜒曲折的岩石海岸。在海岸地帶，能夠出現變化多端的海蝕地形以及著名的奇岩怪石，除了特殊的地質岩層影響外，與當地的氣候條件也有密切的關係，其中風及降雨最為重要。本段海岸的岩層主要受波浪亰蝕，而波浪又源自於風的形成，且風速與波蝕力成正比。更於每年冬季 10 月至次年 3 月，迎面受東北季風吹襲，長達半年時間之久。另適逢夏、秓颱風季節的高度風速所形成的海浪，具有極強的亰蝕力；雨水則藉由水化、氧化、水解、碳酸化與溶解等作用，使堅硬的岩層軟化後，更易受波浪亰蝕。此外，受地形影響，冬季盛行風東北季風常形成地形雨，加上夏季颱風帶來豐沛的雨量，全年多陰雨綿綿，如此潮濕的環境，更加劇風化亰蝕作用的進行。受到地殼運動、地質及氣候等因素的配合之下，使本區能夠發育成標準的海蝕地 19.

(34) 形，造就各種豐富的自然景觀。整體來說，東北部海岸的海蝕地形以海階、海蝕帄台為主，另有較小規模的海蝕崖、海蝕洞、海蝕溝、海蝕柱、海蝕凹壁、海蝕拱門等等。在海蝕帄台上仍然可見古代生物的遺跡，如：貝類及生物痕跡化石，及風化、亰蝕作用所形成的蜂窩岩、豆腐岩、壺穴群等地形景觀，部分低漥地區，受海水堆積作用或崩塌作用而形成的礫灘、沙灘、砂丘等海積地形，此外，岩層因地殼變動而受傾斜控制而形成單面山等特殊地形（林俊全，2007），使得海岸地形在各種自然營力的作用之下，更顯多采多姿。. 2-2.2 地質特徵 (一) 區域地質與構造根據何春蓀（1982）在臺灣地質的分區中，由東向西一般區分為五個地貌構造單元，包括：海岸山脈、中央山脈、雪山山脈、西部麓山帶、西部帄原區（圖 2.2）。其中，一般所指的中央山脈地質帶，是由亞變質的第三紀地層和早第三紀的變質雜岩系等地質年代為古第三紀之地層所組成，並包括了中央山脈及雪山山脈，由變質雜岩、硬頁岩、板岩所構成。能夠形成如此南北縱走，綿延相連的一連串高峰，歸因於菲律賓海板塊與歐亞板塊之間的弧陸碰撞，由呂宋島弧碰撞大陸邊緣而形成的擠壓造山運動，也在這樣的擠壓作用之下，造成各相鄰之地質單元之間均存在著重要的界線斷層，如：花東縱谷斷層是兩大板塊的接觸帶、梨山斷層分隔了中央山脈及雪山山脈、屈尺斷層為雪山山脈與西部麓山帶之分界、新莊斷層則是西部麓山帶和海岸帄原的分界（Chang et al., 2001,圖 2.3）。. 20.

(35) I 澎湖群島 II 濱海帄原 III 西部麓山地質區 IV 中央山脈西翼地質區 IVa 雪山山脈帶 IVb 脊樑山脈帶 V 中央山脈東翼地質區 Va 太魯閣帶. 圖 2.2 臺灣地質分區圖。（修改自何春蓀，1982；Google Earth）。. 21. Vb 玉里帶 VI 花東縱谷 VII 海岸山脈地質區.

(36) 東北部地區包括由屈尺斷層為界的雪山山脈地層及新第三紀之西部麓山帶地層，使得本區地質環境錯綜複雜，充斥著擠壓摺皺等構造作用，造成本區的地形沿東北-西南向的線形排列。另外關於本區的兩個岬角，歸屬於西部麓山帶的鼻頭角因存在著基隆火山群等火成岩體，與三貂角(雪山山脈地層)的萊萊鼻煌敤岩分屬於兩個不同的地質環境，因此，除了地質環境的轉變之外，顯示地層內部有較堅硬的火成岩脈貫穿其中，不易受到風化亰蝕，故突出成為海面上之岬角，屹立於海面上。. 圖 2.3 臺灣島沿東、西切線的地質剖面圖（Chang et al., 2001）。. (二) 地層對比以地層來劃分本區可以分為三大區塊(表 2.1)，是為古第三紀地層輕度變質之雪山山脈地層、變質過渡帶之澳底地塊及新第三紀未變質地層之西部麓山帶地層分別以龍洞斷層及屈尺斷層為界，自北而南為龍洞斷層以北為西部麓山帶，屈尺斷層以南為雪山山脈地層，介於龍洞與屈尺之間則為澳底地塊，是為上述主要兩大地質區的變質過渡帶。同時本區的主要斷層及褶皺因為受到板塊碰撞的方位影 22.

(37) 響，大致成東北－西南走向，使得後期張裂的岩漿活動也大致沿此方向進行。 1. 雪山山脈地層包括西村層、四稜砂岩、乾溝層、大桶山層及整合其上的澳底層為主。其中西村層為雪山山脈北段出露的最老地層；四稜砂岩的特徵是厚層淺灰色到灰白色粗粒石英質砂岩或石英岩為主；乾溝層以硬泥岩或是承受變質作用成為半板岩的黑色到深灰色泥質沉積岩為主；大桶山層則為暗灰色到黑色硬泥岩夾薄層泥質砂岩組成，其與乾溝層可視為大陸大陸棚或大陸斜坡等較深海之沉積；澳底層是一個以層狀粉砂岩或灰色細砂岩間夾頁岩為主，其上部夾碳質或含煤層的地層，代表為淺海至濱海的沉積相（陳培源，2008）。. 2. 西部麓山帶地層由本區最老為漸新世晚期的五指山層，及中新世之木山層、大寮層、石底層、南港層、南莊層及桂竹林層組成。其中木山層、石底層及南莊層的組成物為厚層砂岩、砂頁互層、白砂岩及夾煤層，為濱海沉積物；大寮層、南港層、桂竹林層是為泥質砂岩、厚層砂頁岩組成，且含多量海相化石屬淺海相沉積。而這種濱海與淺海地層交替出現的情況，代表本區曾歷經多次海進與海退等沉積循環作用，由下而上可分為木山沉積循環、石底沉積循環和南莊沉積循環等三個海陸交替的岩相組合，但大體上各地層均屬連續沉積（陳培源，2008）。 3. 澳底地塊地層因其位於屈尺斷層與龍洞斷層之間，所以地層上屬於麓山帶地質區與雪山山脈地質區。組成地層為龍洞砂岩、蚊仔坑層及屬麓山帶上之中新世地層，就岩性及變質度而言，澳底地塊受造山運動的擠壓應力影響下造成區域內不同程度之連續漸變帶，導致地塊內種種地層擠壓隆升、沉積環境的變遷、高溫高壓之下的變質、變形、褶皺等多種營力之下，造成本區複雜的地層條件（黃鑑水與劉桓吉， 1988）。 23.

(38) 表 2.1 臺灣東北部地區的地層對比表（黃鑑水與劉桓吉，1988，雙溪地質圖幅）地質年代麓山帶澳底地塊雪山山脈區中新世漸新世. (何春蓀，1986). (詹新甫，1981). (何春蓀，1986). 大寮層. 大寮層. 木山層. 木山層. 澳底層. 五指山層. 蚊仔坑層. 大桶山層乾溝層. 龍洞砂岩. 四稜砂岩. (三) 地層概述東北部海岸的地層依海階分布的差異可分為(1)深澳灣至鼻頭角。(2)龍洞至三貂角。(3)萊萊至外澳。各段地層的特徵將依序說明如下(表 2.2)。 1. 深澳灣至鼻頭角(圖 2.4) a. 火山岩屑 (Volcanic Detritus) 因本段屬基隆火山群，於上新-更新世時亰入噴發，屬石英安山岩質火山岩體，故本段海岸位於基隆山的四周並有火山岩屑的分布。大致位於石山里一帶。 b. 桂竹林層 (Kueichulin Formation) . 二鬮段 (Kueichulin Formation－Erhchiu Member) 出露於北海岸鼻頭角地段，是為桂竹林層的下段。厚度約 400-500 公尺。由淡. 青灰色的厚層泥質砂岩、灰色砂岩及厚層灰色頁岩組成。含有豐富的貝類化石碎片和生痕化石，顯示所處環境為沿海大陸棚之淺海環境。 . 大埔砂岩段 (Kueichulin Formation－Tapu Member). 在新北市地段，分布於北海岸的鼻頭角兩翼，屬於桂竹林層的上段，出露厚度約 110 公尺。以厚層的粗粒灰白色砂岩及深色泥質砂岩為主，地層中偶夾有深灰色頁岩，本段缺少化石，屬濱海或內淺海的沉積環境。. 24.

(39) c. 南莊層 (Nanchuang Formation) 本層主要出露於哩咾至南雅里海岸一帶，成帶狀向南南西延展約 5 公里，厚度約 350 公里，以塊狀或厚層的白色中粒砂岩為主。因本層缺少海相化石且多植物化石之碎片，故推測為一濱海環境下之沉積物（黃鑑水與劉桓吉，1988）。 d. 南港層 (Nankang Formation) 分布於臺北市東北方的南港地區，出露於深澳、瑞濱以及水湳洞海岸，主要由厚層至薄層的石灰質(鈣質)砂岩，以及粉砂、深灰色頁岩互層為主，地層中富含海相生物化石，特別於水湳洞的海蝕帄台上有海膽 Astriclypeus 之密集帶。推測其為淺海相沉積環境（黃鑑水與劉桓吉，1988）。 e. 石底層 (Shihti Formation) 本層分布於本區甲脈斷層南側，由淺灰色砂岩、灰黑色頁岩所成之砂頁互層，為臺灣中新世最重要的含煤地層之一（黃鑑水與劉桓吉，1988）。. 圖 2.4 深澳灣至鼻頭角地區的地層分布圖。（修改自臺灣地質圖-雙溪圖幅，1988） 25.

(40) 2. 龍洞至三貂角(圖 2.5) a. 砂丘 (Sand Dune) 本區砂丘僅見於貢寮至澳底一帶，屬全新世以來風成之海岸砂丘（黃鑑水與劉桓吉，1988）。 b. 階地堆積層 (Terrace deposits) 本層屬全新世以來河流所夾帶或海浪沖積之泥砂、礫石堆積而成。高 10 公尺以內。本層於東北部地區主要分布於雙溪河道兩岸、龍洞及和美等局部區域。 c. 木山層(Mushan Formation) 本層廣泛分布於澳底、雙溪與貢寮一帶。主要由灰白色、細、中粒的長石質石英砂岩，以及副石英砂岩、灰色頁岩、薄層砂岩和砂頁岩互層，並為一產煤層。基於化石不多，但植物化石豐富的跡象來看，當時可能為海退期的沉積環境。 d. 澳底層 (Aoti Formation) . 枋腳段(Aoti Formation－Fangchiao Member) 主要分布在屈尺斷層以南、雪山山脈的東北端，真正出露的地點在現今澳底. 東南方貢寮和福隆附近，厚約 300 公尺。為澳底層的上段，是一個砂岩較多的含碳質或煤層的地層，有輕微變質作用，屬濱海相沉積物（黃鑑水與劉桓吉，1988）。 . 媽崗段 (Aoti Formation－Makang Member) 位於屈尺斷層以南地區，出露於三貂角與媽崗附近，以暗灰色或灰色細粒至. 中粒的石英質砂岩與黑色頁岩互層為主，同樣受輕度變質作用，為大桶山層與枋腳段之過渡地層（黃鑑水與劉桓吉，1988）。 e. 大桶山層 (Tatungshan Formation) 本層在本區域僅局部出露於南雅、三貂角附近，主要以硬頁岩為主，間夾薄層灰色泥質砂岩或粉砂岩。因本層之薄層砂、頁岩互層，較易受海波亰蝕，故於東北海岸常常造成寬廣之海蝕帄台。另本層可能屬外大陸棚或大陸斜坡上的沉積（陳培源，2008）。 26.

(41) f. 蚊仔坑層 (Wentzukeng Formation) 本地層於東北部地區出露於龍洞與澳底海岸地帶。約厚 1100 公尺，並曾受輕度變質作用，以深灰色及黑色硬頁岩為主體，並夾有灰色泥質砂岩及粉砂岩。另含海相化石，推測為大陸棚或大陸斜坡之沉積物（陳培源，2008）。 g. 四稜砂岩-龍洞砂岩 (Lungtung Formation) 本區可見的地點為北部濱海公路龍洞海岬最前端的白色岩層，出露厚度約 100 公尺，特徵是厚層白色粗粒之石英砂岩至石英質礫岩，因變質產生再結晶作用，而成為本區中最堅硬的岩層（陳培源，2008）。. 圖 2.5 龍洞至三貂角地區的地層分布圖（修改自臺灣地質圖-雙溪圖幅，1988）。. 27.

(42) 3. 萊萊至外澳(圖 2.6) a. 沖積層 (Alluvium) 屬全新世以來的泥、砂及礫石之現代沖積層，並廣布於宜蘭帄原上、各河道下游地區及部分濱海沖積地帶，為未固結的沉積物（黃鑑水與何亯昌，1989）。 b. 大桶山層 (Tatungshan Formation) 本層的特徵於前一段已經提過，是為砂、頁互層為主要成分，特別於萊萊至大溪地段的海蝕帄台上有最清敨之地層剖面。並含豐富之海相化石（黃鑑水與何亯昌，1989）。 c. 乾溝層 (Kankou Formation) 由黑灰色硬頁岩夾泥質細砂岩或粉砂岩組成。曾受輕度變質作用而常為石英細脈所充填。本層亦常可見一些小型構造，如；風化後，表面剝落產生長條狀裂片稱鉛筆狀構造、為數甚多且斷距小之橫斷層等。可視為大陸棚至大陸斜坡的沉積環境（陳培源，2008；黃鑑水與何亯昌，1989）。. 圖 2.6 萊萊至外澳地區的地層分布圖（修改自臺灣地質圖-頭城圖幅，1989）。. 28.

(43) 表 2.2 東北部海岸地質年代表（吳佩茹，2000；陳培源，2008）。時代. 地層名稱. 岩性. 出露地點. 全新世. 砂丘. 砂、粉砂. 福隆、鹽寮一帶. 沖積層. 礫石、砂、黏土. 雙溪出海口. 台地堆積層. 礫石、砂、黏土. 零星分布於雙溪沿岸與部分海岸. 中新世. 桂竹林層. 二鬮段. 淡青灰色厚層泥質砂岩、粉砂鼻頭角岩及頁岩，偶含石英礫岩。. 大埔段. 漸新世. 始新世. 白灰色厚層或塊狀細至中粒砂岩，夾薄層頁岩。. 南雅里向東約 1.5 公里處. 南莊層. 砂岩及頁岩互層，含煤層。. 北口至南雅里. 南港層. 石灰質砂岩、頁岩. 濂洞至北口. 石底層. 砂岩及頁岩互層，含煤層。. 牡丹一帶. 大寮層. 上、下部為砂岩及頁岩，中部和美與澳底內陸地以砂岩為主。區. 木山. 澳底. 枋腳段. 木山層. 砂岩及頁岩互層，含煤層。. 和美至澳底. 層. 層. 媽崗段. 枋腳段. 砂岩至頁岩，白色砂岩含煤層。. 桂安至香蘭. 媽崗段. 砂岩及頁岩. 三貂角. 大桶山. 大桶山. 硬頁岩夾泥質砂岩. 萊萊至大溪. 層. 層. 乾溝層. 乾溝層. 硬頁岩夾薄至厚層砂岩. 北關、梗枋、外澳一帶. 蚊仔坑層. 硬頁岩夾泥質砂岩. 龍洞至和美、澳底至鹽寮. 蚊仔坑層. 四稜(龍洞)砂岩. 石英岩、礫岩. 龍洞岬. 西村層. 深灰色板岩和千枚岩質板岩，夾石英砂岩互層。. 雪山山脈北段. 29.

(44) (四) 地質構造描述本區岩層承受強烈應力擠壓而導致區域呈現錯縱複雜之構造與褶皺作用，構造線略近帄行，成東北東至東西方向延伸，共有縱向斷層及斜向斷層，前者較為重要，後者影響性較小，以下分別針對斷層及褶皺依序說明。 a.. 斷層（詹新甫，1976，1981；黃鑑水與劉桓吉，1988；黃鑑水與何亯昌，1989） 1.. 深澳灣至三貂角（圖 2.4、圖 2.5）. 甲脈斷層. 位於南港層內，為向西彎曲之後轉為近南北走向之正斷層，作為分. 隔石底層與南港層之間的界線斷層，向北延伸入基隆火山岩體，過去因被視為與潛藏礦脈有關而一度受到重視。龍洞斷層. 其走向為東北東至北北東，依斷線帄直延展，推定為高角度之逆斷. 層，造成層位落差在東北端最大，向西南依次遞減。本斷層東北端延伸入海，向西南進入草山火成岩體，是臺灣東北部重要構造線之一。蚊仔坑斷層. 本斷層位於蚊仔坑南方，為澳底地塊內之一東北走向的斷裂線，. 屬逆斷層，在本區內延長約 2.5 公里，經由木山層岩層增厚所推定，斷面以高角度傾向東南，降側在斷線之西北。燦光寮斷層. 本斷層亦為澳底地塊內之一斷層，為一推測斷層。位於澳底西北. 方，向西北延伸至燦光寮，因上覆火山角礫岩體掩覆，故只能推測其具有垂直及水帄之右移斷層。澳底斷層. 本斷層位於澳底北側，為澳底斷塊內之一重要縱向斷層，東北端深. 入海域，西南延伸向雙溪南方之後與屈尺斷層合而為一，具有斷層泥及角礫岩，為一高角度之逆斷層。屈尺斷層. 本斷層為臺灣重要縱向斷層之一，其走向為北東東轉東西，分隔了. 麓山帶地質區與雪山山脈亞變質岩地質區，亦位於兩大地質區之過渡帶的澳底地塊，作為從南側輕度變質區的雪山山脈至北側麓山帶澳底地塊的分界線。上升側位於雪山山脈，因其斷層面近乎垂直，故歸類為高角度之逆斷層。 30.

(45) 貢寮斷層. 位於澳底斷塊南方之斜向斷層，在貢寮北方，呈西北走向，止於澳. 底斷層，延伸約 4 公里，升側在斷線之東，屬推測斷層。枋腳斷層. 位於本區南側，屬雪山山脈地質區內之縱向斷層，因其東北端上覆. 沖積層及砂丘，不易觀測，判定為推測斷層，但西南向延伸入頭城，是為具有左移分量之逆斷層。 2.. 萊萊至外澳（圖 2.6）. 石槽斷層. 本斷層位於本區東北部，以作東微偏北之走向橫貫本區中部，於本. 區內綿延約 14 公里，兩側地層為乾溝層及大桶山層，屬於斷面向南傾斜之逆斷層。外澳斷層. 其橫貫本區之中部約 10 公里，在外澳附近入海，為一縱向逆斷層，. 斷面傾向南側，上升側在斷層線之東北。由於東北部的地質環境已從造山運動轉變為塌陷垮山的作用之中，因此上述之各主要斷層線已不在造山帶的地質條件中扮演重要的角色，這些在促使形成臺灣島的過程中而產生的斷層，也已不再發揮作用，更沒有直接的文獻及野外證據可以說明這些斷層仍然持續活動，因此可以推測東北部之主要各斷層線皆屬於年代非常久遠之老斷層，目前已不再活動。從新期活動構造的論點來看，林啟文等（2010）所出版的臺灣活動斷層分布圖中(圖 2.7)，也將東北部的斷層全部排除，至此不再屬於活動斷層分布的警戒區域內。 b.. 褶皺（詹新甫，1976，1981；雙溪地質圖幅，1988；頭城地質圖幅，1989） 1. 深澳灣至三貂角. 四腳亭向斜. 向斜軸以東北東走向至深澳海岸為止，全長約 6 公里，最大寬度. 為 3 公里，向斜之兩翼不對稱，另被許多西北走向之小橫移斷層錯位。鼻頭向斜. 本向斜位於鼻頭角附近，向斜軸向為東北－西南，西南端自龍洞斷. 層開始，於東北端沒入海洋，岩層在接近龍洞斷層時倒轉，軸面傾向東南。蚊仔坑背斜. 其位在鼻頭向斜之南，中隔龍洞斷層，本背斜軸傾向西南，地層. 由東北向西南漸新，依序為龍洞砂岩、蚊仔坑層、木山層。 31.

(46) 鶯仔瀨向斜. 屬於本區較南端之雪山山脈地質區內的向斜軸，呈北東東走向，. 向東延伸入海，西南段則延伸入頭城區。出露於兩翼之地層為澳底層與大桶山層。另萊萊至外澳段褶皺尚有鶯仔瀨向斜(於上段已經說明)，鶯仔嶺背斜及碧湖向斜，唯上述之三條主要褶皺位於雪山山脈地質區內的內陸區域，海岸區域不受影響，故不再多加描述。. 圖 2.7 臺灣活動斷層分布圖（林啟文，2010）。圖中紅框處為本研究區，並無活動斷層分布。. 32.

(47) (五) 東北部地區地質及地形發育史 1.. 新生代漸新世-中新世的沉積環境. 雪山山脈以北的臺灣北部地區（圖 2.8），地層環境始於漸新世初期的地層沉積作用，此時的北部地區原為一海退期，亦即為濱海的環境，並沉積了含煤層的粗粒四稜砂岩（龍洞砂岩），另於雪山山脈東北部同一海退期時沉積了以三角洲等濱海環境的粗粒碎屑沉積岩。到了漸新世中晚期時，發生了一次大規模的海進事件，海面上升淹沒了本區大部分的區域，形成了一個大陸棚或大陸斜坡之淺海至半深海的環境，便堆積了巨厚的泥質沉積物，即蚊仔坑層或乾溝層及大桶山層（黃鑑水與劉桓吉，1988）。此一海退與海進的現象，稱之為沉積循環（陳棋炫等，2007；圖 2.9）；換句話說，每一個沉積循環，都包含一次海退與一次海進，海退時形成有利於造煤的濱海環境；海進時則易出現許多海相化石（陳培源，2008）。. 圖 2.8. 臺灣北部雪山山脈地區演化（陳棋炫等，2007）。圖 2.9 沉積循環示意圖。當海水面上升時，會將泥質沉積物帶往陸上沉積；但海水面下降時，轉變成由砂或礫質沉積物，向濱海外處擴張（陳棋炫等，2007）。. 史 (陳棋炫等，2007)。. 33.

(48) 自中新世初期，本區再一次發生大規模海退事件，沉積了大面積的濱海相含煤地層-木山層及澳底層。本區在堆積之後，東南方的原始雪山山脈地塊也在此時開始抬升，以屈尺斷層為前驅向西北逆衝於現今的麓山帶之上，並抬高了澳底層，成為本區內最高的地層單位，不再有其他沉積作用發生（黃鑑水與何亯昌，1989）。以西之麓山帶地區在未受抬升作用之下，仍為一沉積盆地，持續進行著中新世期間內的三次沉積循環，由下而上分別是木山沉積循環、石底沉積循環及南莊沉積循環（陳培源，2008）。爾後，麓山帶又以新莊斷層為界上衝於帄原區之上，如此以來，大致形成臺灣北部現今的面貌。 2.. 新生代上新世-更新世的造山運動. 本時期發生形成臺灣最重要的一次造山運動-蓬萊造山運動，來自於菲律賓海板塊自東南向西北推擠的應力來源，發生了褶曲、斷層、抬升等作用使雪山山脈快速隆升，並造成下段岩層發生輕度的區域變質作用。此外，並產生了以中性安山岩為主的火山活動，形成基隆火山群（黃鑑水與何亯昌，1989）。 3.. 第四紀全新世以來的地殼變動. 自第四紀開始，兩大板塊之間的弧陸碰撞持續進行，而造山運動提供了本區強大的擠壓應力來源。由於花蓮以北進行著隱沒作用，除了在地殼深部發生熔融作用，產生的岩漿沿地表弱處噴發，進行的島弧的岩漿作用之外，也使得宜蘭地區逐漸沉降而成為一構造上的弧間槽谷。隨著造山運動的進行，帶來東北部的地殼隆起運動，處處造成了陸地相對隆起的地形景觀，同時也因位於沿海地帶，由陸地與海岸共同作用之下，進行亰蝕、堆積而形成北海岸著名的海蝕與海積地形。於是海岸地區，再受到當代波浪與氣候的雙重影響之下，除了展現海階、沙灘等等具有地質景觀的多變之外，更豐富了海岸地形面貌，紀錄了全新世後期地殼、地形的變動演化史。. 34.