國立臺灣大學理學院地質科學系 碩士論文
Department of Geosciences College of Science
National Taiwan University Master Thesis
高雄北部海岸平原區末次冰期沉積環境分析－
探討褶皺-逆衝斷層帶前緣之滑移速率
The Postglacial Marine Environment of the Northern Kaohsiung Coastal Plain－its implications for slip rate of
the frontal fold-and-thrust belt
陳志壕 Chih-Hao Chen
指導教授：陳文山 博士 Advisor: Wen-Shan Chen, Ph.D.
中華民國 98 年 7 月 July, 2009
國立臺灣大學
地質科學研究所碩士論文高雄北部海岸平園區末次冰期沉積環境分析—探討褶皺–逆衝斷層帶前緣之滑移速率陳志壕 撰
98 7
國立臺灣大學碩士學位論文
口試委員會審定書
高雄北部海岸平原區末次冰期沉積環境分析－
探討褶皺-逆衝斷層帶前緣之滑移速率
The Postglacial Marine Environment of the northern Kaohsiung Coastal Plain－its implications for slip rate of
the frontal fold-and-thrust belt
本論文係陳志壕君（r94224118）在國立臺灣大學地質科 學研究所完成之碩士學位論文，於民國 98 年 7 月 17 日承下列 考試委員審查通過及口試及格，特此證明
口試委員：
_ （簽名）
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誌 謝
回首十年之前，我才剛踏進台大的校園，當時的我從沒想過會有寫下誌謝的 這一天。台大地質系以不輕言放棄的態度栽培我，大學六年加上研究所四年，在 這十年之間，有恩於我的人實在太多了，在此由衷的感謝各方帶給我的幫助、關 切以及這段幸福的時光。
我要感謝我的指導教授陳文山老師，在我研修碩士的這四年期間，對於我的 諸多任性皆以包容和關懷來處理。感謝老師沒有放棄我這樣駑鈍又懶散的學生，
並且不厭其煩的多次指導我待人處世之道及生活態度上的問題。師恩浩蕩，永銘 於心。
並且要感謝我的口試委員，林啟文博士和楊志成博士，為這本不成熟的論文 提供許多寶貴的意見，並且引導我去進行思考。除此之外，林啟文博士也多次勉 勵我好好將一件事情有始有終的完成它，不要後悔。在此要特別感謝楊志成學長，
學長在我初入研究室時，儘管知道我當初只是為了看世界杯足球賽而考研究所，
依然對我照顧有加，野外的講解及閒暇的聊天都讓我獲益匪淺，學長總是能切中 要點的將地質知識轉為容易理解的話語，跟著學長的思緒，會覺得謎團就這樣循 序一一被解開，感覺作地質出野外就像是在進行一場愉快的冒險，是一趟精采的 解謎之旅。而在寫論文期間，我的ㄧ天都是從學長早上叫我起床開始，偶爾正面 鼓勵的關心更是支持我堅持下去的動力，謝謝學長這四年來的照顧。
這邊特別還要感謝黃武良老師、鍾孫霖老師和陳于高老師，感謝黃武良老師 幫我度過大一時的二一危機，感謝陳于高老師在我大學時期一直扮演著聽我吐露 苦水的心理輔導員，感謝鍾孫霖老師長久以來的關心照顧以及那一抹神秘的微笑
。還有其他未提及的老師們，眾多的期許及關切在這些年來一直伴隨著我，在此 也一併感謝。
接著要感謝研究室的能偉學長、一勤學長、時驊學長和勇全學長，給了我在 課業及生活上無微不至的照顧。在野外的那段歲月裡，白天望著學長們堅定的背 影、認真的神情，在台灣各地刻下屬於我們的回憶，夜晚伴隨著啤酒和宵夜，聊 著過去和未來。還要感謝人稱〈阿國知識加〉的耀國學長、號稱〈雙刀流〉的坤 智學長、有點迷糊的佩儀學姐及鐵漢柔情的琮壬學長，以及總是像母親一樣關懷 我的鞏老師和已經成立私人博物館的許醫生，感謝你們這些日子以來的照顧。更
不能忘的是小我ㄧ屆卻也大我一屆的權窅以及將畢生所學傾囊相授的飛宏，權窅 帶著我在花東很多地方留下我倆的足跡，也非常榮幸可以成為你蘇花、北宜處女 航的乘客，我也還記得當年考研究所，和你ㄧ起穿著系棒的球衣進考場，在我四 年的研究生涯中，你幾乎沒有缺席，感謝你的參與。飛宏，首先恭喜你去年成為 正式教師，話說我們的生活方式、思考邏輯都大不相同，在溝通時往往難有交集，
但在老師將我託負給你之後，關於記錄岩芯的部份，你將所學所知毫不保留的全 部傳授給我，在那段不算短的日子裡，也跟我分享了許多心得和彼此的故事，我 們之間也因此沒有了距離，謝謝你給我的許多意見，我一直很喜歡聽著你用你那 獨特的語調，試圖分析事情的發展並說服我去相信，儘管我不一定會相信。正因 為有你們在，我才會在世界盃足球賽看完後還選擇繼續留下來做研究，我真的很 喜歡研究室裡的大家。此外，還要特別感謝張益生學長在新營岩芯庫的大力幫忙，
以及游能悌學長的指導和照顧，還有地調所陳勉民學長總是很開心的問候。
研究室的 kimi、小亭、清全、紹爺及丁丁，謝謝你們的相伴及幫助；給也是 今年畢業的妤甄、嘉俞、阿笨、小芸、瑋力、乃媜、文文、維維、小玉、小魏，
謝謝妳們讓我在畢業之路上不致孤單；感謝各位地質系棒的學長、學弟，以及地 質系上下許許多多的學長姐、學弟妹，在下終於要畢業離開台大了。這邊特別要 感謝幸萱，謝謝妳在我無病呻吟的時刻傾聽我的煩惱，謝謝妳唱歌、誦詞給我聽，
並且在我需要的時候給我許多珍貴的建言；另外也要感謝妤甄，在我重病在床的 時候給了我ㄧ杯蜂蜜檸檬汁，雖然當時的我發燒到喝不出味道，但是那份溫暖長 存我心。最後我要感謝我的同學，叡畿、冠瑋、宛芸、小多、賴士禾尚，我終於 可以去當兵了。
在這誌謝的最後，我要感謝我的家人，從小到大我帶給父母的大小麻煩不斷，
大學就念了六年、碩士又念四年，身為長子，家裡需要人手賺錢幫忙還債的時候 我一直無法畢業，弟弟小我兩屆卻早我兩年碩士畢業，幫忙撐起家裡的負擔，這 幾年弟弟真的辛苦了，等我退伍後我會好好努力幫忙的。感謝十年前父親的ㄧ句
「讀地質系可以挖化石！」讓我進入了台大地質，才能擁有這些朋友，得到這些 成就。感謝父母這近三十年來的栽培，我總是讓他們充滿期待卻又讓他們失望，
希望將來可以至少不讓他們為我擔心牽掛。
最後的最後，我希望將這本論文獻給半年前剛過世的爺爺。對不起，我遲了。
摘 要
高雄北部海岸平原區位屬台灣造山帶前緣之褶皺-逆衝斷層帶，前人在此地區 以重力及反射震測調查，以及航照圖判識，判斷的構造有大灣向斜、岡山向斜、
中洲背斜、半屏山背斜、小岡山斷層、右昌斷層和中洲斷層。本研究以中洲斷層 及小岡山斷層將此區域劃分為四個構造區塊，由西向東分別為濱海平原區(大灣低 地)、中洲台地(中洲背斜)、岡山低地(岡山向斜)及西部麓山帶。
為瞭解此區域褶皺-逆衝斷層帶之構造特性，本研究針對中央地調所在二仁溪 以南之平原區鑽井 17 口，其中包含資源地質組在此區所鑽探之成功井等 250 公尺 岩芯 13 口，以及構造與地震地質組針對小岡山斷層所鑽之四口岩芯(70~200 公 尺)，重新做岩芯紀錄。透過沉積構造的判釋、岩相分類、岩相組合…等進行沉積 環境及沉積層序的判釋。可得知末次冰期以來之沉積物厚度於各構造地形分區上 相異之分布，及 18,000 年來海岸線的變遷和沉積環境的演化。
再藉由古環境沉積深度、碳十四定年年代、以及當時全球海水面變化高度，
推估此區之地殼變動速率。結果顯示，濱海平原區為沉降區，平均沉降速率為 -4.3±0.7 mm/yr；中洲台地(中洲背斜)為抬升區，其抬升速率從背斜軸部的 3.0±0.9 mm/yr 往兩翼遞減為-0.2±0.9 mm/yr；岡山低地(岡山向斜)為沉降區，沉降速率為 -3.5±0.6 mm/yr；西部麓山帶前緣為抬升區，平均抬升速率為 1.5±0.9 mm/yr。中洲 斷層的活動導致中洲背斜的形成，其地下構造可能為斷層擴展褶皺的模式。小岡 山斷層並未明顯的截穿覆蓋於其上之全新世沉積層，僅造成沉積層褶曲變形，根 據其相異的抬升速率可將之分為南北兩段，小崗山斷層北段變形帶上垂直錯移速 率>3.2±1.6 mm/yr，其淨滑移速率>4.0±2.3 mm/yr；而小崗山斷層南段的垂直錯移 速率<5.0±1.5 mm/yr，淨滑移速率<6.1±2.4 mm/yr。
Abstract
The northern part of the Kaohsiung coastal-plain is an ongoing fold-and-thrust belt in the frontal orogenic belt. Previous studies concerning gravity and seismic profiles has shown that the structural framework in the study area is controlled by several NE trending thrust faults and folds, namely the Panpingshan anticline, Yuchang fault, Hsiaokangshan fault, Kangshan syncline, Chungchou anticline, Chungchou fault and Tawan syncline from east to west. The study aera can be divided into four tectonic domains by the Chungchou fault and the Hsiaokangshan fault ,including the coastal plain (Tawan syncline), the Chungchou tableland (Chungchou anticline), the Kangshan lowland (Kangshan syncline) and the western Foothills from west to east.
Based on the structural characteristics of the frontal fold-and-thrust belt, the borehole logging drilled by Central Geological Survey was rechecked in order to estimate the deformation rate through analysis of paleo-depositional environment, sequence stratigraphy, and radiocarbon dating. The result shows that subsidence rate of the Tawan syncline is -4.3±0.7 mm/yr, uplift rate of the Chungchou anticline is 3.0±0.9 mm/yr in axis and -0.2±0.9 mm/yr in limb, subsidence rate of the Kangshan syncline is -3.5±0.6 mm/yr, and uplift rate of the western Foothills is 1.5±0.9 mm/yr. The
fault-propagation folding is proposed for which the Chungchou fault propagated and caused forming of the Chungchou anticline, and resulted into the Chungchou tableland.
Hsiaokangshan fault deformed the overlying Holocene deposits but doesn’t cut the latter through. In addition, the Hsiaokangshan fault can be divided into two segments for different uplift rates, the northern segment has the vertical slip rate more than 3.2±1.6 mm/yr and its net slip rate probably more than 4.0±2.3 mm/yr, while the southern segment has the vertical slip rate less than 5.0±1.5 mm/yr and its net slip rate probably less than 6.1±2.4 mm/yr.
目 錄
口試委員會審定書……… I 誌謝………. II 中文摘要……… VI 英文摘要………. V 目錄……… VI 圖目……… VIII 表目………. X
第一章 緒論……….. 1
1.1 前言……… 1
1.2 地質背景……… 1
1.3 研究方法……… 8
第二章 岩芯紀錄……….. 9
2.1 岩芯資料……… 9
2.2 岩相分析……… 13
2.3 岩相組合與沉積環境……… 19
第三章 沉積層序分析……… 24
3.1 層序界限……… 24
3.2 體系域……… 25
3.3 層序分析……… 28
3.4 層序對比……… 32
第四章 地殼變動速率……… 38
4.1 地殼變動速率估算法……… 38
4.2 末次冰期以來海水面變動……… 39
4.3 高雄海岸平原區地殼變動速率……… 40
第五章 討論……… 51
5.1 高雄海岸平原區沉積層特性……… 51
5.2 地殼變動速率……… 55
5.3 高雄海岸平原區地下構造特性……… 58
第六章 結論……… 61
參考文獻……….…... 63
附錄……… 71
圖目
圖 1-1 台灣區域地體構造示意圖……… 2
圖 1-2 研究區域地質圖……… 3
圖 1-3 台灣西南部地區殘餘重力圖……… 6
圖 1-4 中洲背斜地下構造示意圖……… 7
圖 2-1 研究區域鑽井分布圖……… 9
圖 2-2 岩相分類……… 15
圖 2-3 本研究所用沉積環境示意圖……… 23
圖 3-1 一次海水面變化之完整層序示意圖……… 26
圖 3-2 本研究選取之剖面位置圖……… 32
圖 3-3 A-A’剖面層序分析對比圖………. 33
圖 3-4 B-B’剖面層序分析對比圖……….. 34
圖 3-5 C-C’剖面層序分析對比圖………. 35
圖 3-6 小崗山斷層鑽井位置示意圖……… 36
圖 3-7 D-D’剖面層序分析對比圖………. 37
圖 4-1 取樣標本抬升示意圖……… 38
圖 4-2 全球各地與澎湖地區末次冰期以來的海水面變動曲線……… 39
圖 4-3 A-A’垂直變動速率剖面圖………. 43
圖 4-4 A-A’剖面高程及垂直變動速率比對圖………. 44
圖 4-5 B-B’垂直變動速率剖面圖………. 45
圖 4-6 B-B’剖面高程及垂直變動速率比對圖………. 46
圖 4-7 C-C’垂直變動速率剖面圖………. 47
圖 4-8 C-C’剖面高程及垂直變動速率比對圖………. 47
圖 4-9 D-D’垂直變動速率剖面圖………. 48
圖 4-10 D-D’剖面高程及垂直變動速率比對圖………... 49
圖 5-1 18000 年前高雄海岸平原區古沉積環境示意圖……….. 53
圖 5-2 14000 年前高雄海岸平原區古沉積環季示意圖……….. 54
圖 5-3 10000 年前高雄海岸平原區古沉積環境示意圖……….. 54
圖 5-4 6000 年前高雄海岸平原區古沉積環境示意圖……… 55
圖 5-5 本研究 E-E’、F-F’剖面位置圖………. 56
圖 5-6 E-E’和 F-F’剖面垂直變動速率變化圖……….. 56
圖 5-7 斷層擴展褶皺示意圖……… 58
圖 5-8 高雄海岸平原區地下構造剖面示意圖……… 60
表目
表 2-1 本研究所使用之岩芯一覽表……… 10
表 2-2 本研究所使用岩芯之定年資料一覽表……… 11
表 2-3 本研究岩相分類表……… 14
表 4-1 本研究所使用岩芯定年標本估算之垂直變動速率表……… 41
第一章 緒論
1.1 前言
台灣西部麓山帶屬於板塊碰撞造成的褶皺－逆衝斷層帶（fold-and-thrust belt），最前緣斷層普遍相信為木屐寮－六甲斷層、中洲斷層與小崗山斷層等構造。
近期也有研究認為在這些斷層西側還存在著一些斷層，只是遭全新世沉積層覆 蓋，如嘉義斷層、新營斷層與台南斷層等(陳文山等，2004)。末次間冰期以來，全 球海水面上升 120 公尺，現今台灣西南部海岸平原區及西部麓山帶前緣地區皆被 海水淹沒，進而堆積了全新世沉積物在這些新期構造之上。
本研究區域為二仁溪以南，半屏山以北，東至麓山帶的海岸平原區。由於區 域內的新期構造已被全新世沉積層覆蓋，想單純由地形上來判釋解讀其構造變形 特性是有難度，且由於此區域已遭人為密集開發，野外鮮少露頭，甚至近期的構 造崖地形也已遭破壞。因此本研究利用中央地質調查所在此區的鑽探岩芯（資源 地質組鑽井十三口和構造與地震地質組鑽井四口），取得地下淺層沉積層之資料
（70-250 公尺深），進而利用岩芯分析與 14C 定年方法來推估此區的地下構造特 性，希望能了解此區域新期構造的特性。
1.2 地質背景
台灣位處板塊碰撞帶，構造活動頻繁，加上沉積速率極快，導致在西南部平 原區的現代沖積層之下存在著一系列緊密的褶皺－逆衝斷層帶。在此先簡述本研 究區域的前人研究，依地層、構造和大地測量等。
1.2.1 地層
本區內出露的地層以全新世之沖積層為主，下伏厚層古亭坑層。除了東側的 西部麓山帶有上新世的南勢崙砂岩和更新世的六雙層及古亭坑層等岩層出露外，
圖 1-1 台灣區域地體構造示意圖。菲律賓海板塊以每年 82 釐米的速度往歐 亞大陸板塊接近，板塊擠壓形成台灣的造山帶，圖中紅色方框所示 為本研究區域。
圖 1-2 研究區域地質圖修改自中國石油公司(1992)。
古亭坑層
古亭坑層主要由厚層泥岩所組成，首先由鳥居敬造(1932)所提出，標準地點位 於高雄縣古亭坑，上下分別與崎頂層及木柵層整合接觸，總厚度估計約 5000 公尺。
此泥岩經過侵蝕之後，常形成惡地地形。古亭坑層岩性為青灰色泥岩偶夾薄砂岩 層，其上部地層中夾有石灰岩透鏡體，時代屬晚上新世至早更新世。
岡山石灰岩
出露於大、小崗山，耿文溥(1981)稱為「岡山石灰岩」，組成以造礁珊瑚為主，
局部呈多孔質而較疏鬆。岩層下部不整合於古亭坑層之上，時代為更新世。
壽山石灰岩
壽山石灰岩由孫習之(1963)提出，分布在高雄壽山地區，含珊瑚的石灰岩，厚 度約 20 公尺。本層與下伏之古亭坑層為不整合接觸，時代推測為晚更新世。
1.2.2 構造
台灣位於歐亞大陸板塊及菲律賓海板塊的邊界，上新世以來西南部即處於前 陸盆地的構造環境(Covey, 1984; Teng, 1987; Chen et al.,2001)。根據重力及震測(Pan, 1968; Hsieh, 1972)研究，西南部海岸平原區地下形成許多的褶皺構造，軸的走向大 致與西部麓山帶構造線一致，均呈北北東－南南西走向。本研究區域之構造由西 向東包括台南斷層、台南背斜、中洲斷層、中洲背斜、岡山向斜、小崗山斷層與 大崗山背斜。此等構造應屬於造山帶的變形前緣構造，其各自簡述如下。
台南斷層 台南斷層 台南斷層 台南斷層
根據數值高程模型(Digital elevation model)、鑽井、震測剖面等資料，台南台 地下可能有一盲斷層－台南斷層(Lacombe et al., 1999; Fruneau et al., 2001; 陳文山 等, 2004 )。臺南斷層為走向北偏東 10 度，斷層面朝東傾的逆斷層，往南延伸至台 灣 西 南 外 海 ， Lacombe 等 人 (1999) 認 為 台 南 斷 層 為 台 灣 造 山 帶 變 形 的 前 緣 (deformation front)。
台南背斜 台南背斜 台南背斜 台南背斜
李德生(1949)利用重力資料推測台南台地為一背斜構造，稱為台南背斜，孫習 之(1964)利用航照判釋，認為台南背斜走向為北北東－南南西，長寬分別為 10 公 里及 3.5 公里。
中洲背斜 中洲背斜 中洲背斜 中洲背斜
中洲背斜呈北北東－南南西走向，長約 30 公里，寬 3 公里。東西向的二仁溪 將其截切成南北兩段，本研究區域屬於南段區域。地勢上可見其略呈北高南低的 趨勢，顯示背斜有向南傾沒的現象。
岡山向斜 岡山向斜 岡山向斜 岡山向斜
孫習之(1964)利用航照判釋，在中洲台地和大、小崗山之間劃出一南北狹長之 向斜構造，長約 35 公里，稱為岡山向斜。向斜軸之東翼被小崗山斷層所截切。
大崗山背斜 大崗山背斜 大崗山背斜 大崗山背斜
由大、小崗山所組成，地形上可視為西部麓山帶西緣之延伸。主要為岡山石 灰岩不整合覆蓋於古亭坑層泥岩之上。大崗山南北長 5 公里，東西寬 2 公里；小 崗山在大崗山之南，幾相連接，其間低平鞍部高約 50 公尺；小崗山南北長約 2.3 公里，寬約 1.6 公里；兩者山頂皆成台地狀，向東緩斜。
中洲斷層 中洲斷層 中洲斷層 中洲斷層
中洲二號井所鑽遇的斷層，推測為一朝東傾斜的斷層(杜維善等，1966)，但並 未出露於地表上。孫習之(1964)利用航照判釋，發現在台南地區的水道經過此處 時，會突然呈現 90∘的轉向，因此認為此處有斷層的存在。此斷層沿著中洲台地 西緣由台南新化地區延伸至高雄彌陀地區，長約 30 公里。
小崗山斷層 小崗山斷層 小崗山斷層 小崗山斷層
在地形上有明顯的線形構造，孫習之(1964)利用航照判釋為小崗山斷層。小崗 山斷層的分布位置由二仁溪向南經大崗山、小崗山、半屏山與壽山西側，在左營 港延伸至高雄外海(Huang et al., 2004)，全長約 25 公里（連接海域全長約 65 公里）。
由於缺乏地表的露頭及相關之證據，陳文山等(2009)在此鑽了三口井，由井下資料 推論小崗山斷層為一盲斷層。
圖 1-3 利用西南部地區殘餘重力圖所推測而得出的一系列褶皺(正號代表隆起區域 ，負號代表凹陷區域)。圖中➀為中洲背斜，➁為大灣向斜，而➂為台南背 斜；CC-1、CC-2 為中油在中洲背斜上之鑽井，TN-1 為在台南背斜上之鑽井 (Hsieh, 1972 )。
圖 1-4 由中洲一號及二號井的資料所推測之中洲背斜具有兩種可能的地下構造模 式示意圖。模式一為中洲台地下具有一逆衝斷層，模式二為中洲台地下僅
1.2.3 大地測量
景國恩(2008)由1995-2005年之GPS觀測資料來探討台灣西南部之脫逃構造，其 中位在本研究區域中之測站較稀疏，較難從資料中得到確切數據。而饒瑞鈞等(2008) 由中央地質調查所2002-2008年GPS測量資料，分析小崗山斷層兩側的速度場變 化，得知平行斷層走向的速度分量為-4.4 mm/yr，而垂直斷層走向的分量為8.3 mm/yr，高程方向之變化則不明顯。平行斷層兩側的位移速度為負值，代表其變形 方式為右移滑動(dextral slip)或右剪變形(right-lateral shear deformation)，必須視斷 層面上是否觀察到滑動特徵例如斷面擦痕(slickenside)等，小崗山線形兩側的位移 速度差很小，可能在計算的誤差範圍內，因此暫不討論。而垂直斷層的速度差為 正值，則代表線形兩側為逆移滑動或壓縮變形(contraction or shortening)。
1.3 研究方法
本研究所選取的鑽井岩芯為經濟部中央地質調查所資源地質組西南部地下水 觀測網鑽井 13 口及構造地質組之鑽井 4 口。本研究重新紀錄以上岩芯，以岩性及 沉積構造來區分各種岩相，進而由岩相組合來判釋其沉積環境，並且採集可供定 年之材料進行碳十四定年。建立岩層柱，並配合沉積環境和定年資料進行對比，
建立地層等時線與層序，可以得到此區域在各時期沉積環境大致空間的分布，推 演古地理之變遷，利用古海水面變動曲線及其沉積環境來估算不同區域地層的抬 升速率，根據推估之垂直變動速率來推測地下構造可能的幾何型態及斷層特性。
第二章 岩芯紀錄
圖 2-1 研究區域鑽井分布圖。以圖中之一甲井為例：一甲為井名，23m 為井口高 程，括弧內的(38.80m)代表井下層序界限一的深度。
2.1 岩芯資料
為了對台灣西南部地區的地下水資源及水文地質進行長期監測，經濟部中央 地質調查所資源地質組在西南部地區鑽井進行許多的監測，並鑽取岩芯樣本。本 研究選取了一甲、阿蓮…等十三口位於高雄北部海岸平原區之鑽井，進行地下地 質研究。所選取岩芯的鑽探深度皆達 250 米深，對於沉積速率快速的西南台灣而 言，正好提供極佳的材料來進行全新世構造活動之研究。此外，2008 年中央地質 調查所構造地質組針對小崗山斷層在小崗山線形(孫習之，1964)兩側共鑽了四口鑽 井，其深度部分從 70 米到 200 米不等。本研究所選取之十七口岩芯的基本資料如 表 2-1 所示。
表 2-1 本研究所使用之岩芯一覽表
井號 井名 X Y 高程(m) 井深(m) 基盤深度(m) 121201G1 阿蓮 180207 2531773 27 252 36 120501G1 大社 182083 2514926 17 250 33 120601G1 灣內 183258 2509571 18 250 16.5 120801G1 岡山 174128 2524522 12 250 60.55 120901G1 五林 176492 2518109 6 250 >250 121301G1 一甲 174293 2530776 23 250 38.8 121302G1 竹滬 170225 2529570 9 250 73.2 121501G1 成功 165647 2532245 10 250 >250 121601G1 興達 167211 2529043 4 250 >250 121602G1 永華 169603 2524147 2 252 >252 121701G1 彌陀 171935 2520806 5 250 111.8 640301G1 勝利 176621 2508711 8 251 29.5 640401G1 楠梓 177427 2513471 18 250 46.9 SKS 山腳下 180320 2527326 22 200 33.6 GS-01 小岡山 1 號 180240 2527406 19 100 49.5 GS-02 小岡山 2 號 180200 2527446 17 70 >70 GS-03 小岡山 3 號 180120 2527486 13 70 >70
此座標採用ＴＭ二度分帶(TWD67)座標系統
選定所需之岩芯後，透過沉積構造的判釋、岩相分類、岩相組合…等進行沉 積環境及沉積層序的紀錄與判釋，並且採集可供定年的材料，得知其沉積物的沉 積年代，再彙整前人定年資料表 2-2。
本研究主要為針對末次冰期(約 18,000 年前)以來之全新世沉積物進行解析，故 皆紀錄此(末次冰期)層序界限之上的岩芯。此層序界限在本研究區域之岩芯中普遍 以不整合堆積在下伏已傾斜的更新統之上。
表 2-2 本研究所使用岩芯之定年資料一覽表
站名 定年材料
年代 (cal yr BP)
深度 (m)
分析方法 分析單位
Shell 6,480~6,710 4.8 AMS Beta Analytic Inc.
Shell 7,130~7,310 15.4 AMS Beta Analytic Inc.
一甲
Shell 10,420~10,810 38.7 AMS University of Waikato Shell 6,300~6,440 20.2 AMS University of Waikato Shell >40,000 46.6 AMS Beta Analytic Inc.
阿蓮
Wood >40,000 66.9 AMS University of Waikato Wood 9,600~9,920 50.7 AMS Beta Analytic Inc.
竹滬
Shell 11,390~12,060 70.6 AMS Beta Analytic Inc.
Oyster 2,970~3,320 20.6 AMS University of Waikato Wood 5,030~5,300 27.2 AMS Beta Analytic Inc.
興達
Wood 13,380~13,120 169.7 AMS Beta Analytic Inc.
Shell 5,600~5,870 22.3 AMS University of Waikato 楠梓
Shell 10,650~11,090 45.1 AMS University of Waikato Wood 7,000~7,300 7.1 AMS University of Waikato 大社
Shell 5,580~5,850 14.5 AMS University of Waikato 岡山
shell fragment 10,380~10,730 53.1 AMS University of Waikato Wood 1,570~1,740 6.8 AMS Beta Analytic Inc.
Wood >50,000 51.7 AMS University of Waikato Wood 10,510~10,770 103.1 AMS Beta Analytic Inc.
Wood >50,000 193.6 AMS University of Waikato 永華
Shell 14,290~15,070 139.9 AMS Beta Analytic Inc.
Wood 5,280~5,490 4.8 Radiometric University of Waikato Shell 6,900~7,210 30.4 AMS University of Waikato Shell 10,600~10,950 67.3 AMS Beta Analytic Inc.
彌陀
Shell >50,000 101.9 AMS Beta Analytic Inc.
Shell 3,680~4,080 15.3 AMS University of Waikato Wood 6,000~6,300 45.55 AMS University of Waikato Wood 7,570~7,800 71.5 AMS University of Waikato Wood 12,930~13,230 116.9 AMS University of Waikato 五林
organic sediment 22,620±110 143.1 AMS Beta Analytic Inc.
Wood 1,870-2,150 9.9 AMS University of Waikato Shell 4,510-4,710 29.4 AMS University of Waikato Wood 9,890-10,230 105.1 AMS University of Waikato Shell 11,670-12,200 134.5 AMS Beta Analytic Inc.
成功
Wood 19,060-19,290 182.7 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 11,210~11,400 28.4 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 11,120~11,260 29.8 AMS Beta Analytic Inc.
小岡山 1 號
Charcoal 13,380~13,700 38.8 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 14,080~14,870 44.2 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 7,980~8,170 31.6 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 11,860~12,390 53.2 AMS Beta Analytic Inc.
小岡山 2 號
Charcoal 11,240~11,400 64.3 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 3,570~3,820 4.6 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 5,050~5,320 7.6 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 6,450~6,680 11.7 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 16,000~16,660 28.9 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 7,690~7,930 33.4 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 9,550~9,910 46.3 AMS Beta Analytic Inc.
小岡山 3 號
Charcoal 11,620~12,030 64.7 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 0~50 5.14 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 7,690~7,920 20.52 AMS Beta Analytic Inc.
Charcoal 11,270~11,620 26.4 AMS Beta Analytic Inc.
山腳下
Charcoal 11,230~11,700 27.95 AMS Beta Analytic Inc.
Shell fragment 7,000~7,160 8.15 AMS University of Waikato 勝利
Operculina 9,290~9,430 28 AMS University of Waikato
2.2 岩相分析
岩相(lithofacies)是指一具有特徵的岩體，岩性特徵通常是某一水流機制下的產 物，形成於一定之沉積狀況下(Reading, 1986; Reading and Levell, 1996)。本研究乃 針對鑽井岩芯，由於可觀察的岩性有限，無法辨認出大尺度的沉積構造及其側向 的延伸變化，因此岩相的辨認僅能依據沉積物粒度、顏色、組成、化石及沉積構 造。本研究共辨認出十五種岩相(表 2-3)，其中包括一種礫石相、五種砂層相、兩
種砂泥互層相及七種泥層相，茲分述如下：
表 2-3 本研究岩相分類表
岩相名稱 岩相代號 沉積特徵 形成機制
礫石相 礫石相 G 無法辨識 無法辨識
塊狀砂相 Sm 淘選良好 高能量水流
含化石砂相 Sf 夾有貝殼碎屑 高能量水流
平行紋理砂相 Sh 淘選良好，平行紋理 高能量水流 波狀紋理砂相 Sw 波痕紋理，偶夾薄層泥 低能量波浪作用 砂層相
交錯層理砂相 Sx 淘選良好，交錯層理 高能量水流 侵蝕面互層相 SMs 侵蝕面上覆具平行或
低角度交錯紋理砂層
暴風作用 砂泥互
層相 韻律紋理相 SMf 泥絡狀、波狀或透鏡狀
紋理
週期性潮汐作用
塊狀泥相 Mm 無沉積構造 懸浮沉積，生物擾動劇烈
殘存紋理泥相 Mr 具有不規則殘存紋理 懸浮沉積，部分生物擾動
平行紋理泥相 Mh 具平行紋理 懸浮沉積，生物擾動少
斑紋狀構造 泥相
Mmt 具斑紋狀構造，夾植根 土壤化作用
富含碳質泥相 Mc 富含有機質、植物碎屑 沼澤或氾濫平原 含原生化石
泥相
Mf 含原生化石 生物原地生長
泥層相
不規則擾動砂 泥相
Ms 夾不規則形狀沙體 生物擾動作用
圖 2-2 岩相分類
2.2.1 礫石相
礫石相(G)
本岩相出現於五林、大社及山腳下之鑽井中，其厚度約為 40-100 公分，粒徑 約 2 到 10 公分，常與砂、泥夾雜而不見層理。本研究中所有礫石層皆無沉積構造 可供辨識，主要為鑽取岩芯時遭泥漿沖洗過，因此無法得知其原始形態。
2.2.2 砂層相
塊狀砂相(Sm)
本岩相厚度可自數十公分到數公尺，淘選度由不佳到佳。此岩相不見任何沉 積構造，化石含量不多，但由於未見到生物擾動，且砂中並不含泥，屬於高能量 水流所造成，無法辨識其中的沉積構造(Reineck and Singh, 1980; Dott and Bourgeois, 1982)。
含化石砂相(Sf)
本岩相厚度多在數十公分左右，組成可由細砂至粗砂，淘選度佳。本岩相之 特徵為含有豐富的化石碎屑，以貝殼、牡蠣與其碎屑為主。本岩相由於淘選度佳，
砂中不含泥，因此解釋為高能量水流所堆積(Reineck and Singh, 1980; Dott and Bourgeois, 1982)。
平行紋理砂相(Sh)
本岩相厚度多在數十公分左右，沉積物為細砂或中砂，夾有薄層泥，泥層厚 度約為數公釐到數公分，砂中偶含有貝殼碎屑或碳質碎屑，具有明顯之平行紋理。
本岩相解釋為高能量水流所堆積(Clifton et al., 1971; Bourgeois, 1980; Reineck and Singh, 1980; Dott and Bourgeois, 1982; Harms et al., 1982)。
波狀紋理砂相(Sw)
本岩相常伴隨岩相 Sh，厚度約十數公分左右。岩相特徵與岩相 Sh 類似，差別 在於本岩相具有明顯的波狀紋理，本岩相亦為高能量水流所堆積(Clifton et al., 1971;
Bourgeois, 1980; Reineck and Singh, 1980; Dott and Bourgeois, 1982; Harms et al., 1982)。
交錯層理砂相(Sx)
本岩相亦常伴隨岩相 Sh，厚度約為十數公分左右。岩相特徵與岩相 Sh 及 Sw 類似，差別在本岩相中具有明顯之交錯紋理，解釋亦與岩相 Sh 相同，為高能量水 流所堆積(Clifton et al., 1971; Bourgeois, 1980; Reineck and Singh, 1980; Dott and Bourgeois, 1982; Harms et al., 1982)。
2.2.3 砂泥互層相
侵蝕面互層相(SMs)
本岩相出現於成功、興達、彌陀及永華等鑽井之中，主要為泥層中夾有薄層 細到中砂，厚度可由數公分到數十公分。本岩相中砂、泥的交界多為突變，砂中 常有貝殼碎屑，並可見到低角度的交錯層理。其解釋為：平時為以泥質沉積為主 的環境，暴風事件時轉為沉積具平行紋理或交錯紋理的砂層，而後又轉回以泥質 沉積為主，常出現於暴風浪基面以上的上遠濱環境(Dott and Bouegeois, 1982; Swift et al., 1983; Walker et al.,1983)，以及潟湖或江灣環境(Dott and Bourgeois, 1982;
Swift et al., 1983, 1991; Walker et al., 1983)。
韻律紋理相(SMf)
本岩相出現於興達、五林等鑽井之中，以細砂、粉砂與泥薄層互層為主，厚 度多為十數公分左右。本岩相具有泥絡狀(flaser)、波狀(wavy)或透鏡狀(lenticular) 紋理。此岩相代表水流的週期性活動，常為低能量的潮汐所形成的構造。常見於 受潮汐影響的環境(Reineck and Wunderlich, 1968; Klein, 1971; Reineck and Singh, 1980; Dalrymple, 1992)。
2.2.4 泥層相
塊狀泥相(Mm)
本岩相為不具層理之厚層泥，無明顯沉積構造，厚度由十數公分到數公尺。
屬於安靜環境的懸浮沉積物(Reading, 1986; Chun and Chough, 1995)部分受到劇烈 的生物擾動作用(Walker, 1984; Walker and Plint, 1992)。
殘存紋理泥相(Mr)
本岩相為泥與粉砂的紋層，一般層厚多在數公釐以內，具有不規則狀的殘存 紋理，偶有極小的貝殼碎屑。屬於在安靜的環境中，由懸浮作用所造成的沉積，
由於受到生物擾動的影響，而使得原有的沉積紋理被擾動成不規則的情形(Reineck and Singh, 1980)。
平行紋理泥相(Mh)
本岩相為泥與粉砂的紋理，偶夾有薄層的細砂，一般層厚亦在數公釐左右，
略有平行紋理。在安靜的環境中，由懸浮沉積物所堆積，偶有稍高能量的水流作 用帶來薄層的細砂沉積，亦較少受到生物擾動作用(Reineck and Singh, 1980; Walker and Plint, 1992)。
斑紋狀構造泥相(Mmt)
本岩相主要為灰到黃棕色的粉砂或泥，並常夾有砂層，具有斑紋狀構造 (mottling)，常見植物碎屑、草根、鈣質或鐵質結核等，層厚從數十公分到數公尺 不等。為出露水面所產生的風化作用及土壤化作用(Bown and Kraus, 1987; Kraus, 1987; Miall, 1992)，常發生於氾濫平原或沼澤環境(Miall, 1978, 1985, 1992; Bown and Kraus, 1987; Kraus, 1987; Kraus and Aslan, 1993)，及海退時露出海水面的地表 (McCarthy and Plint, 1998)。
富含碳質泥相(Mc)
本岩相為有機質泥，含有豐富的植物碎屑、有機質或泥炭等，岩芯鑽取之後 由於曝露於空氣之中，植物碎屑常氧化為黃棕或紅棕色。代表沼澤環境(Terwindt, 1988; Miall, 1996)。
含原生化石泥相(Mf)
本岩相為含有原生牡蠣或完整薄殼化石之泥層。其解釋為在安靜的環境中，
生物原地死亡。
不規則擾動砂泥相(Ms)
本岩相出現於阿蓮、竹滬、永華、岡山等鑽井之中，為砂質泥或泥中夾有不 規則的砂體，解釋為一快速沉積所造成的荷重(loading)構造或崩移(slump)構造，或 地震造成的液化現象(Walker, 1984; Walker and Plint, 1992)。
2.3 岩相組合與沉積環境
綜合以上各種岩相，本研究認為在此區之岩芯沉積物，主要可由下列三大沉 積體系所組成：(1)陸相河流沉積體系；(2)潮汐作用為主的環境體系；(3)暴風作用 為主的淺海沉積體系。本區域大部分屬於平原地形，多已遭人為開發，因此在各 鑽井最上層常覆蓋 3-5 公尺厚的回填土。本研究中沉積體系的各別描述如下。
2.3.1 陸相河流沉積體系
此體系只包含河流環境，出現在大部分岩芯的最上部，只有靠近海岸的鑽井 岩芯沒有出現此環境。本區域河流的流量並不大，影響力較小，所以通常只有出 現局部的河流環境序列，不易細分，故在本研究中只將之劃分成一種環境。
河流相：
特徵描述：此相環境的下界通常為一侵蝕面構造，向上開始堆積礫石相(G)。
沉積物顆粒向上逐漸變細，砂層中具平行紋理層相(Sh)與交錯紋理層 相(Sx)。最上部則有碳質泥層相(Mc)與斑紋狀構造泥層相(Mmt)出現。
環境解釋：底部的侵蝕面與向上變細的特徵為水道遷徙構造。水道底部常堆積 較粗粒的礫石(G)。水道遷徙與砂洲移動會形成交錯紋理(Sx)或 平行紋理(Sh)。廢棄的水道後期因氾濫作用而會堆積懸浮作用為主的 泥質沉積物，常會有植物生長於其上(Mc)，且因為接近地表或出露 地表而遭風化作用影響形成斑紋狀的風化紋(Mmt)(Miall, 1992, 1996 )。
2.3.2 潮汐環境沉積體系
海陸交界地帶，沉積環境受到波浪及潮汐作用的影響而有所改變，其中以潮 汐作用為主要營力者為潮汐環境沉積體系。潮汐環境以高潮線和低潮線可區分為 三個區域；平均高潮線之上、最大漲潮線之下為潮上帶，平均高潮線之下、平均 低潮線之上為潮間帶，而平均低潮線以下為潮下帶。潮上帶環境之沉積物長期曝 露地表，易遭侵蝕，不利保存。本研究僅將此沉積體系分出潮間帶及潮下帶環境，
茲分述如下。
潮間帶相：
特徵描述：主要為韻律紋理的砂泥互層(SMf)，以及具交錯層理的砂層(Sx)和波 狀層理的砂層(Sw)，砂層中水流方向常為雙向。砂層底部常具有泥 塊、牡蠣碎屑或植物碎屑，偶見富含植物碎屑的泥層(Mc)和生物擾 動強烈的泥層(Mm)。
環境解釋：具有交錯層理的砂層(Sx)中具有泥紋，及具有雙向水流的波狀層理
(Sw)與透鏡狀層理的砂泥互層(SMf)，常為潮汐作用的產物。而具侵 蝕底面的砂層，在底面之上堆積大量泥塊，並與潮汐作用特徵的沉 積構造，如波狀層理共存，常出現於潮間帶砂坪上的潮汐水道環境 中。富含碳植物碎屑的泥層(Mc)和生物擾動強烈的泥層(Mm)，應為 潮間帶中泥坪的沉積物(Reineck, 1963; Reineck et al., 1968; Walker, 1984; Walker and Plint, 1992)。
本研究將潮間帶環境中區分出五個次環境，分別為障壁沙洲(Barrier Beach)、
潮坪(Tidal Flat)、潮汐水道(Tidal Channel)、潟湖(Lagoon)和沼澤(Marsh)。各分述如 下：
障壁沙洲(Barrier Beach)：
沉積物組成以淘選良好的中砂為主，具低角度的交錯層理(Sx)，偶夾小 礫石、貝殼碎屑(Sf)或植物碎屑(Reineck and Singh, 1982)。
潮坪(Tidal Flat)：
潮坪可分為以砂為主的砂坪(Sand Flat)和以泥為主的泥坪(Mud Flat)，沉 積物的顆粒一般朝陸側變細，反應出波浪與潮汐的能量朝陸側遞減(Van Straaten, 1954, 1961)。砂坪以淘選良好的砂組成，具平行紋理(Sh)或波狀紋 理(Sw)，偶夾薄泥層，朝陸側逐漸過度為以沉積塊狀泥(Mm)或殘存紋理泥 (Mr)為主的安靜環境(Reineck and Singh, 1982)。
潮汐水道(Tidal Channel)：
潮汐水道為潟湖連接外海的通道，以淘選良好之砂組成，其顆粒有時 較砂坪的砂還粗，偶爾具有小礫石、貝殼碎屑(Sf)，沉積物顆粒具向上變細 的特徵，具平行紋理(Sh)、波狀紋理(Sw)，砂層中夾有薄泥層，向上轉變為
泥或粉砂(Mm, Mr)(Reineck and Singh, 1982)。此為潮汐水道遷徙、切穿障壁 沙洲或潮坪所形成之岩相組合。
潟湖(Lagoon)：
組成以黑色的塊狀泥(Mm)和殘存紋理的泥(Mr)為主，具強烈生物擾 動。潟湖由於受到障壁沙洲、潮坪的保護，而與開放性海洋區隔，形成一 較安靜的環境(Reineck and Singh, 1982; Dalrymple et al., 1992)。
沼澤(Marsh)：
組成以塊狀泥(Mm)、殘存紋理泥(Mr)和富含碳質的泥(Mc)為主，具強 烈生物擾動，層理不明顯。此環境常會出露水面，因此有機會出現氧化紋 或風化紋(Reineck and Singh, 1982; Reading, 1996 )。
潮下帶相：
特徵描述：本岩相組合以無沉積構造(Sm)、平行紋理(Sh)、波狀紋理(Sw)及低角 度交錯紋理(Sx)之砂為主，偶夾有薄泥層。
環境解釋：潮下帶的範圍在正常天候浪基面(fair-weather wave base, FWB)和平均 低潮線之間。其中正常天候浪基面為正常氣候下的波浪首度接觸到 海床的位置。在此環境下，由於受到波浪及暴風的作用會產生巨型 波痕、窪狀交錯層理(Citfton et al., 1971; Reineck and Singh, 1980;
Swift et al., 1983; Walker, 1984; Walker and Plint, 1992: Reading, 1996 )，並且有暴風水流所帶來的生物碎屑堆積。
2.3.3 淺海沉積體系
此沉積體系主要是以波浪及暴風作用為主，在本研究之岩芯中僅出現上遠濱 相的環境。
上遠濱相：
特徵描述：本沉積相主要由厚層的侵蝕面砂泥互層(SMs)為主，並夾有無層理的 塊狀泥層(Mm)或殘存紋理泥層(Mr)以及薄層的平行紋理砂層(Sh)、
波狀紋理砂層(Sw)或交錯層理的砂層(Sx)。
環境解釋：本沉積相沉積於正常天後浪基面與暴風浪基面(storm wave base,SWB) 之間。正常天候下本環境以懸浮沉積作用為主，且具劇烈生物擾動 作用，因而沉積了 Mm 相或 Mr 相之泥層。暴風作用之初，原本的泥 質沉積物受到暴風波浪侵蝕而形成一侵蝕面，再於侵蝕面之上堆積 較粗的砂層，此時所沉積之砂層，由於受到暴風影響，多半形成具 平行紋理或圓丘狀交錯層理，在岩芯中則以低角度交錯層理為主。
當暴風逐漸減弱，此時頂部有時會出現具有平行紋理、小規模波狀 紋理之薄砂層，再回到以懸浮沉積為主之環境，形成了一組侵蝕面 砂泥互層的層序(Bourgeois, 1980; Dott and Bourgeois, 1982; Reading and Collinson, 1996; Walker, 1984; Walker et al.,1983)。
圖 2-3 本研究所用沉積環境示意圖。
第三章 沉積層序分析
層序地層(sequence stratigraphy)的定義為一群在成因上有關聯的岩石組合，且 其上界與下界均為不整合面或可對比之整合面(Posamentier et al., 1988 )。沉積層序 的變化則受控於全球海水面變動、沉積物供應量及構造活動的影響(Van Wagoner et al., 1988; Emery and Myers, 1996 )。由於晚更新世以來，全球海水面變動具有週期 性之循環，因此沉積層序也反映出相對應的週期性環境變遷，其中每一循環的沉 積層就視為一個沉積層序(Van Wagoner et al., 1990; Chen et al., 2001 )。
3.1 層序界限
層序界限(sequence boundary)為上一個層序結束轉變為下一個層序的交界面。
辨別層序界限主要依據的特徵包括大規模的侵蝕面、曝露地表產生的土壤層或沉 積環境的突然改變(Posamentier and Vail, 1988; Posamentier et al., 1988; Van Wagoner et al., 1988, 1990 )。由於本研究主要為針對上次冰期以來的最後一個層序，因此該 層序與其下層序之間的層序界限應形成於上次冰期最盛期之全球低海水面時期。
本研究的鑽井經由沉積相分析之後，發現除了小崗山 2 號井和小崗山 3 號井 之外，其餘各鑽井皆可判視出一層序界限，其中竹滬井、一甲井、大社井及小崗 山斷層上盤的鑽井之層序界限是以交角不整合的型態存在，其餘則於侵蝕面之下 出現土壤化的沉積層。此一普遍存在於各鑽井中之侵蝕面應代表上次冰期最盛期 時，由於全球海水面的下降，使得高雄海岸平原區全區均出露水面，而形成侵蝕 面，本研究將其命名為層序界限一(SB1)。此層序界限之下的定年資料不多，但除 了五林井 143 公尺深之定年為兩萬多年外，其餘在 SB1 之下的定年年代皆已大於 碳十四定年之上限(約五萬年)。
層序界限之上的沉積層均接近水平，即便已傾斜變形，角度亦不超過 3 度，
故可由沉序界限一的深度位置得知上次冰期以來沉積物之厚度。因此，本研究可
知在不同構造分區上之全新世沉積物厚度的差別。在研究區域最外側的濱海平原 區中，近海側的成功井及興達井中 SB1 上全新世沉積物厚度約 200 公尺；而相對 靠陸側的永華井中，上次冰期以來之沉積物厚度約為 145 公尺厚。中洲台地上的 鑽井中，位於台地中心附近的一甲井，全新世沉積物厚度約為 40 公尺；靠近台地 兩翼的竹滬井和岡山井，沉積物厚度約為 60-70 公尺；而在中洲台地南端邊緣的彌 陀井，全新世沉積物厚度則約 110 公尺。位於岡山低地中之鑽井僅有五林井一口，
其上次冰期以來之沉積物厚度約為 140 公尺。位在小崗山斷層下盤之鑽井，小崗 山 2 號井及小崗山 3 號井，由於未鑽達層序界限一，故其全新世沉積物厚度皆大 於 70 公尺；而位於小崗山斷層上盤之鑽井，小崗山 1 號井和楠梓井之全新世沉積 物厚度約為 50 公尺，山腳下井之厚度為 33 公尺。位於山麓前緣之阿蓮井、大社 井、灣內井及勝利井，其全新世沉積物厚度皆小於 40 公尺。沉積物厚度變化的分 布可視為本研究區域內地下構造所造成的影響，由此可推知此等構造一萬八千年 來尚在活動。
3.2 體系域
所謂體系域(system tract)就是指將同時沉積的體系結合起來(Brown and Fisher, 1977)。完整的沉積層序可分為三種體系域(Posamentier and Vail, 1988; Posamentier et al., 1988; Van Wagoner et al., 1988, 1990 )：低水位體系域(lowstand system tract, LST)、海進體系域(transgressive system tract, TST)與高水位體系域(highstand system tract, HST)。低水位體系域的下界為層序界限，上界為海進面(transgressive surface, TS) ；海 進 體 系域 的 下 界為海 進面 (TS) ， 上界 為最 大 海漫 面 (Maximum marine flooding surface, MFS )；高水位體系域下界為最大海漫面，上界為層序界限(Van Wagoner et al., 1988; Walker, 1992; Emery and Myers, 1996 )。
圖 3-1 一次海水面變化之完整層序示意圖(Vail, 1987 )。
3.2.1 低水位體系域(LST)
低水位體系域的形成於海水面快速下降的時期，沉積環境開始變淺。若當時 所處的沉積環境尚未曝露地表受到侵蝕，則會於海水面之下堆積一逐漸變淺的沉 積層，此稱為低水位體系域；若海退時沉積層曝露地表，則會造成侵蝕產生土壤 化作用，此侵蝕面就是所謂層序界限。然而，並非所有的低水位體系域都能有沉 積紀錄被保留下來。可能當時處於地形的高區，出露地表受到侵蝕作用的影響而 無法保存(Emery and Myers, 1996 )。
3.2.2 海進體系域(TST)
海進體系域為海水面快速上升的時期所堆積的沉積層，具有後退堆積的趨 勢。由於海水面上升，造成盆地堆積空間快速增加，環境急速變深。海水面的快 速上升也造成大陸棚範圍的擴大，阻止了河流的下切。此時，大量的沉積物朝陸 側堆積，只有少量的河流沉積物被搬到大陸棚堆積。本研究區域在海進初期，常 會在海進面上堆積一層較粗的沉積物，此粗粒沉積層通常被稱為海進殘餘物 (transgressive lags)。之後，在海進殘餘物之上沉積一層較泥質的沉積物(環境快速
變深)，此堆積在層序界限上之沉積層稱為海進體系域。
3.2.3 高水位體系域(HST)
高水位體系域形成在海水面上升的最後階段，為海水面停滯不動的時期，甚 至是早期海水面下降的階段。沉積物先向上堆積，當沉積空間逐漸被海洋或是河 流的沉積物充填，環境逐漸變淺，之後再向外(外伸)堆積，環境呈現向上變淺，最 後結束於由下一個沉積循環所造成的不整合面之下。
3.2.4 海漫面(Marine flooding surface )
海漫面是水深快速增加的證據，海漫面分成海進面(transgressive surface, TS ) 與最大海漫面(maximum marine flooding surface, MFS )。
海進面(TS)
海進面是覆蓋在低水位體系域上的海漫面，為區隔低水位體系域(LST)與海進 體系域(TST)的界面。跟隨在低水位體系域(LST)之後，相對海水上升速度增加，造 成沉積空間增加速率大於沉積物供應速率，在底部會形成一個明顯的界面，也就 是所謂的海進面。如果在層序界限上沒有低水位體系域(LST)存在，則海進面可能 會與層序界限重疊。
最大海漫面(MFS)
最大海漫面是海岸線能朝陸側延伸到最極限的位置時，所造成的沉積界面。
為區隔海進體系域(TST)與高水位體系域(HST)的界面。這個時期的沉積物供應量 相對缺乏造成低沉積速率，因此沉積了相對時間較長但卻相對較薄的沉積物 (Posamentier and Vail, 1988; Van Wagoner et al., 1988; Van Wagoner et al., 1990 )。
3.3 層序分析
本研究依據以上沉積相組合和沉積體系的劃分，建立此區各鑽井岩芯的地層 柱(附錄二)。本研究中僅在靠近海岸的成功井和興達井有低水位體系域(LST)的出 現，其餘各井只區分出海進體系域(TST)與高水位體系域(HST)兩種。在此簡述各 岩芯中所呈現的環境變化如下。
3.3.1 成功井
成功井全長 250 公尺，並未鑽達基盤，層序界限深度在井深 180 公尺處，182.7 公尺處的碳十四定年年代為 19,000 yr BP，且於井深 200 公尺處出現土壤化沉積 層，因此本研究認為井深 180 公尺以下屬於上個層序的沉積物。層序界限之上為 沼澤相環境及潮坪環境，為低水位體系域；之後轉為潮下帶環境，往上持續加深，
進入上遠濱環境，屬於海進體系域；之後環境變淺，進入高水位體系域時期，開 始堆積潮下帶之沉積物，再往上轉為潮坪環境，最後在頂部為障壁沙洲環境。
3.3.2 興達井
興達井全長 250 公尺，並未鑽達基盤，層序界限深度在井深 198 公尺處，層 序界限下為輕微土壤化的沉積層，因此本研究認為井深 198 公尺以下為上個層序 的沉積物。層序界限之上為沼澤相及潮間帶相環境，往上轉為潮坪環境，此為低 水位體系域；再往上為潮下帶，之後環境快速加深，進入上遠濱環境，屬於海進 體系域；往上環境變淺，進入高水位體系域時期，開始堆積潮下帶之沉積物，再 往上轉為潮坪環境，最後轉為障壁沙洲環境。
3.3.3 竹滬井
竹滬井層序界限在井深 73.2 公尺處，以下為傾斜岩層，傾角約為 20-30 度。
層序界限之上有一薄層顆粒粗糙且淘選差的海進殘餘物，往上為約 4 公尺厚之砂
坪沉積物，年代約在 12,000 年前，再往上環境變深，由泥坪環境進入潮下帶環境，
屬於海進體系域；之後環境逐漸變淺，進入高水位體系域，環境轉為潮間帶的砂 坪，逐漸過度為泥坪。
3.3.4 一甲井
一甲井層序界限在井深 38.8 公尺處，以下為傾斜岩層，傾角約 20 度。層序界 限之上為潮下帶，年代約 10,500 年前，之後環境變為潮間帶－潮下帶環境，屬於 海進體系域；往上環境開始變淺，進入高水位體系域，堆積以砂為主的砂坪。
3.3.5 阿蓮井
阿蓮井層序界限在井深 36 公尺處，層序界限之下為土壤化的泥岩基盤。層序 界限之上為潮坪環境，之後環境變深為潮下帶環境，屬於海進體系域；往上環境 變淺，進入高水位體系域，回到潮坪環境。
3.3.6 永華井
永華井全長 252 公尺，並未鑽達基盤，其層序界限在井深 144.7 公尺處，層序 界限下為土壤化的沉積層，因此本研究認為井深 144.7 公尺以下為前一個層序之沉 積物。層序界限之上為泥質潮坪，年代約 15,000 年前，往上轉為潮汐水道的環境，
接著環境快速加深，進入上遠濱環境，屬於海進體系域；往上環境開始變淺，進 入高水位體系域時期，開始堆積潮下帶沉積物，接著轉為潮間帶相的潮坪環境，
再往上轉為潮汐水道環境，最後為潟湖環境。
3.3.7 岡山井
岡山井層序界限在井深 60.55 公尺處，層序界限之下為泥岩基盤。層序界限之 上堆積一薄層粗顆粒、淘選差的海進殘餘物，往上變深為潟湖環境，屬於海進體
系域；往上環境開始變淺，進入高水位體系域時期，堆積潮下帶沉積物，再往上 轉變為潮間帶的潮坪環境，最後出露地表遭風化形成土壤層。
3.3.8 山腳下井
山腳下井層序界限在井深 33.6 公尺處，層序界限下為傾斜的岩層，傾角約為 55-60 度。層序界限之上為潮坪環境，往上環境變深，為潟湖環境，屬於海進體系 域；再往上環境變淺，進入高水位體系域時期，回到潮坪環境，頂部覆蓋一土壤 層。
3.3.9 小崗山 1 號井
小崗山 1 號井層序界限在井深 49.5 公尺處，層序界限下為傾斜的岩層，傾角 約 65 度。層序界限之上為潮坪環境，往上環境變深，為潟湖環境，屬於海進體系 域；再往上環境變淺，進入高水位體系域時期，回到潮坪環境。
3.3.10 小崗山 2 號井
小崗山 2 號井全長 70 公尺，並未鑽達基盤，未發現層序界限一。最底部為潮 坪環境，往上環境變深，為潟湖環境，屬於海進體系域；再往上環境變淺，進入 高水位體系域時期，回到潮坪環境。
3.3.11 小崗山 3 號井
小崗山 3 號井全長 70 公尺，並未鑽達基盤，未發現層序界限一。最底部為潟 湖環境，屬於海進體系域；再往上環境變淺，進入高水位體系域時期，轉為潮坪 環境。
3.3.12 彌陀井
彌陀井層序界限在井深 111.8 公尺處，層序界限下為泥岩基盤。層序界限之上 為上遠濱環境，屬於海進體系域；往上環境漸淺，進入高水位體系域，開始堆積 潮下帶沉積物，往上轉為潮坪環境。
3.3.13 五林井
五林井全長 250 公尺，並未鑽達基盤，其層序界限在井深 137.5 公尺處，於 143.1 公尺處的定年約為 22,600 yr BP，且在井深 137.5 公尺之下的沉積層已遭土壤 化，因此本研究認為井深 137.5 公尺以下為上個層序之沉積物。層序界限之上為潮 間帶之潮坪沉積物，然後環境變深，轉為潟湖環境，為海進體系域；往上進入高 水位體系域時期，堆積潮坪沉積物，再往上環境變淺，轉為障壁沙洲環境，最後 為潮間帶環境。
3.3.14 楠梓井
楠梓井層序界限在井深 46.9 公尺處，層序界限之下為傾斜岩層，傾角約 40 度。
層序界限之上為泥坪環境，屬於海進體系域；往上環境變淺為砂坪環境，進入高 水位體系域，再往上為障壁沙洲環境，然後轉為潮坪，再轉為潮汐水道環境。
3.3.15 大社井
大社井層序界限在井深 35.4 公尺處，層序界限之下為傾斜岩層，傾角為 20-30 度。層序界限之上為泥坪環境，屬於海進體系域；往上開始變淺，進入高水位體 系域，轉為砂坪環境，之後轉為潮汐水道環境，接著轉變成沼澤相，最後轉為河 流相。
3.3.16 勝利井
勝利井層序界限在井深 29.5 公尺處，層序界限下為傾斜岩層，傾角為 25-40 度。層序界限之上為潮坪環境。
3.3.17 灣內井
灣內井層序界限在井深 16.5 處，層序界限下為傾斜的岩層，傾角為 20-30 度。
層序界限之上為河流相沉積物。
3.4 層序對比
本研究選取了四條剖面(圖 3-2，A-A’、B-B’、C-C’與 D-D’剖面)，利用上一節 所得的層序，對各地層柱進行對比，探討本研究區域的環境演化。
圖 3-2 本研究選取之剖面位置圖。
3.4.1 A-A’剖面(圖 3-3)
本剖面由西向東依序有成功井、興達井、竹滬井、一甲井和阿蓮井共五口岩 芯，剖面垂直中洲斷層走向。層序界限一(SB1)深度在成功井為 180 公尺，興達井 為 198 公尺，竹滬井為 73.2 公尺，一甲井為 38.8 公尺，阿蓮井為 36 公尺。剖面 中層序界限的位置，在興達井和竹滬井間有劇烈的變化，往東深度急劇變淺；由 地形高程上來看，興達井與竹滬井有 5 公尺的落差，竹滬井位於中洲台地的西緣；
因此推測此層序界限深度的變化受到中洲台地西緣之中洲斷層所影響。
由竹滬井和一甲井的碳十四的定年資料可以推測，海水覆蓋此區中洲台地的 時間約從 10,500~12,000 cal yr BP 開始，大約於 6,500 cal yr BP 以後才由潮坪環境 轉變為河相環境。
圖 3-3 A-A’剖面層序分析對比圖
3.4.2 B-B’剖面(圖 3-4)
本剖面由西向東依序有永華井、岡山井、小崗山 3 號井、小崗山 2 號井、小 崗山 1 號井及山腳下井等六口鑽井；本研究僅選取小崗山斷層四口鑽井中的兩口，
以小崗山 2 號井代表小崗山斷層下盤之鑽井，小崗山 1 號井代表斷層上盤之鑽井。
以永華井、岡山井、小崗山 1 號及 2 號井四口鑽井畫出 B-B’剖面圖，剖面大致垂 直構造走向方向。
利用層序界限一的位置，由西向東來看 B-B’剖面的變化，從永華井的 144.7 公尺，到岡山井變淺為 60.55 公尺，小崗山 2 號井變深為大於 70 公尺，最後在小 崗山 1 號井又變淺為 49.5 公尺；由地形高程上來看，岡山井位於中洲台地東緣，
與永華井高差 10 公尺，小崗山 2 號井與小崗山 1 號井分別位於小崗山斷層的左右 兩側，高差約 2 公尺；推測此層序界限深度的變化為受到中洲斷層和小崗山斷層 之影響。
岡山井位於中洲台地東緣，由其碳十四定年可推知此區之中洲台地在 10,000 cal yr BP 附近遭海水覆蓋，一直持續至 5,500 cal yr BP 台地才再度出露；而由小崗 山 1 號的定年資料可知，海水於 15,000 cal yr BP 已進到岡山向斜內，並在向斜中 形成半封閉式的潟湖，此潟湖環境持續至 8,000 cal yr BP。
圖 3-4 B-B’剖面層序分析對比圖
3.4.3 C-C’剖面(圖 3-5)
本剖面由西向東依序為永華井、彌陀井、五林井及大社井。層序界限一深度 在永華井為 144.7 公尺，彌陀井為 111.8 公尺，五林井為 137.5 公尺，大社井為 33 公尺。利用層序界限的位置，由西向東來看在此剖面中的變化，濱海平原區的永 華井到中洲台地西南端的彌陀井之間，層序界限一的深度由 144.7 公尺變淺為 111.8 公尺，而位於岡山低地的五林井層序界限一深度又變深為 137.5 公尺，到西部麓山 帶前緣之大社井變淺為 33 公尺；由地形高程上來看，永華井和彌陀井高差約 3 公 尺，彌陀井和五林井幾乎沒有高差，而到大社井則增加了約 10 公尺；推測此剖面 中層序界限深度的變化受到中洲斷層及小崗山斷層的影響。
由彌陀井定年資料可以推測，此區中洲台地在 11,000 cal yr BP 之前已被海水 覆蓋，而在約 5,000 cal yr BP 又出露海水面；由大社井定年資料可推知海水於約 9,000 cal yr BP 時已淹至西部麓山帶前緣。
圖 3-5 C-C’剖面層序分析對比圖
3.4.4 D-D’剖面(圖 3-7)
本剖面由西向東依序為小崗山 3 號井、小崗山 2 號井、小崗山 1 號井及山腳 下井四口，剖面方向為 N50°W，通過小崗山斷層，如圖 3-6 所示。其中山腳下井 和小崗山 1 號井位在斷層上盤，而另外兩口位在斷層下盤。
層序界限一的深度由西向東可以觀察到，在斷層下盤的兩口鑽井中皆大於 70 公尺而未發現，到了上盤的小崗山 1 號井其層序界限一深度變淺為 49.5 公尺，山 腳下井則為 33.6 公尺，小崗山 1 號井和山腳下井的層序界限一之下為古亭坑層基 盤。山腳下井全長 200 公尺，小崗山 1 號井全長 100 公尺，兩口井皆未鑽過斷層 帶，故不知其斷層角度，但由兩口井之古亭坑層基盤具有密集的剪切面之傾斜角 度，推測斷層面傾角約 50-70 度。此四口鑽井上覆之全新世沉積物中，皆未見任何 剪切帶構造。綜合以上，推測小崗山斷層並未切穿地表，僅造成上覆沉積層的傾 斜變形。
圖 3-6 小崗山斷層鑽井位置示意圖
圖 3-7 小崗山斷層剖面層序分析對比圖
第四章 地殼變動速率
前一章已經對高雄海岸平原區岩芯的沉積物進行層序分析及對比，在不同構 造分區中，層序界限一或等時線的深度有明顯的差異。本章將透過地殼變動速率 的研究，進一步探討本研究區域內構造之活動特性。
4.1 地殼變動速率估算法
本研究利用前面章節所推估沉積環境及碳十四的定年資料，計算出該定年標 本所屬鑽井位置的抬升速率，並利用所建立之等時線與各鑽井當時所處之古沉積 環境來計算其抬升速率。所運用之計算公式如下。
抬升速率(Uplift rate)＝Δｄ/ｔ Δｄ：取樣標本抬升的高度 ｔ：取樣標本被埋藏的時間 Δｄ＝Ｈ＋Δｈ＋ｄ－Ｄ
Ｈ：鑽井海拔標高
Δｈ：古海水面相較現今海水面 的變動高度差
ｄ：取樣標本的古環境水深 Ｄ：取樣標本在鑽井中的深度
圖 4-1 取樣標本抬升示意圖
如上所示，已知鑽井海拔標高(Ｈ)、取樣標本在鑽井中的測量深度(Ｄ)、被埋 藏的時間(ｔ，碳十四定年年代)，接著只要知道海水面變動高度差(Δｈ)及取樣標 本之古環境水深(ｄ)即可估算其抬升速率。
Borehole
sample Recent
Sea level
Sea level at that time
sample before uplift Borehole
sample Recent
Sea level
Sea level at that time
sample before uplift
4.2 末次冰期以來海水面變動
圖 4-2 全球各地與澎湖地區於末次冰期以來的海水面變動曲線(陳于高，1993;
Huang et al., 1987; Fairbanks, 1989, 1990; Chappell and Polach, 1991;
Edwards et al., 1993; Bard et al., 1996 )
全球溫度變化造成融冰量的改變，導致全球海水面產生變化。距今約 18,000 年前的末次冰期，海水面較現今低約 120 公尺；之後氣候轉暖，進入間冰期，海 水面逐漸上升至現今位置(Rohling et al., 1998; Church et al., 2001 )。從 18,000 年前 到 15,000 年前的間冰期，海水面上升速度平均每 1,000 年約 6 公尺；15,000 年到 6,000 年前，上升速度較快，每 1,000 年約 10 公尺；由 6,000 年前至今，海水面變
動趨於穩定，變動不會超過 2 公尺(Rohling et al., 1998; Church et al., 2001 )。而台 灣地區晚全新世以來海水面變動與全球性變化趨勢大致相同(陳于高，1993; Chen and Liu, 1996 )，正好提供本研究極佳的材料進行地殼變動速率的估算。
4.3 高雄海岸平原區地殼變動速率
估算地殼變動速率需要古環境深度、取樣標本的深度、標本的埋藏時間及沉 積當時之古海水面位置。古環境水深的部份可由第二章岩相組合所指示的古沉積 環境求得，本研究依據台灣西南部現生環境深度有下列幾個假設：(1)河流相：觀 察現今西南台灣平原區河流地形，可發現河床海拔高度為 0～5 公尺，故將河流相 環境深度定為 0～5 公尺；(2)潮間帶相：由氣象局提供的資料可知現今台灣西部海 岸以潮汐營力為主，其中以中部最盛，平均潮差為 4 公尺，往南北方向潮汐影響 力漸小，基隆及高雄地區平均潮差只剩 1 公尺，遂將本研究的潮間帶相環境深度 定為 2～-2 公尺；(3)潟湖相：現今西南台灣的潟湖深度，台南七股潟湖水深為-1
～-5，屏東大鵬灣潟湖水深-2～-6 公尺，本研究將潟湖環境水深定為-4～-6 公尺；
(4)潮下帶相：根據前人文獻，正常天氣浪基面深度為-5～-15 公尺(Walker, 1992 )，
且本研究將低潮線水深定為-2 公尺，所以處在低潮線與正常天候浪基面之間的潮 下帶相水深為-2～-15 公尺；(5)上遠濱相：上遠濱環境位在正常天候浪基面之下，
故將其環境水深定為＞-15 公尺。古海水面位置則利用前人針對末次冰期以來海水 面變動所做的研究成果(陳于高，1993; Huang et al., 1987; Fairbanks, 1989, 1990;
Chappell and Polach, 1991; Edwards et al., 1993; Bard et al., 1996 )。
綜合以上資料，本研究將此區域內各鑽井之定年樣本進行垂直變動速率的估 算，結果如表 4-1 所示，並結合圖 3-1 建立的四條剖面 A-A’、B-B’、C-C’及 D-D’，
探討不同構造分區中垂直變動速率的變化。
表 4-1 本研究所使用岩芯定年標本估算之垂直變動速率表
井名 樣本材料
採樣深度 (m)
定年年代 (cal yr BP)
環境
垂直變動速率 (mm/yr) Shell 4.8 6,480-6,710 潮間帶 (2.9)-(4.3) Shell 15.4 7,130-7,310 潮間帶 (1.5)-(3.1) 一甲
Shell 38.7 10,420-10,810 潮間帶 (1.8)-(4.3) 阿蓮 Shell 20.2 6,300-6,440 潮間帶 (1.3)-(2.3) Wood 50.7 9,600-9,920 潮間帶 (-1.8)-(0.3) 竹滬
Shell 70.6 11,390-12,060 潮間帶 (-1.1)-(0.4) Oyster 20.6 2,970-3,320 潮間帶 (-6.2)-(-4.6)
Wood 27.2 5,030-5,300 潮間帶 (-5.3)-(-3.8) 興達
Wood 169.7 13,120-13,380 潮間帶 (-7.7)-(-6.5) Shell 22.3 5,600-5,870 潮下帶 (-0.4)-(2.5) 楠梓
Shell 45.1 10,650-11,090 潮間帶 (1.0)-(3.4) Wood 7.1 7,000-7,300 潮間帶 (1.0)-(2.8) 大社
Fora 24.2 8,390-8,770 潮間帶 (0.1)-(2.2) Shell 14.5 5,580-5,850 潮間帶 (-0.8)-(0.4) 岡山
Shell fragment 53.1 10,380-10,730 潟湖 (-0.1)-(2.1) Wood 6.8 1,570-1,740 潟湖 (-1.2)-(1.1) Wood 103.1 10,510-10,770 上遠濱 (-4.5)-(-2.7) 永華
Shell 139.9 14,290-15,070 潮間帶 (-3.4)-(-1.8) Wood 4.8 5,280-5,490 潮間帶 (-0.6)-(0.9)
Shell 30.4 6,900-7,210 潮下帶 (-2.7)-(0.2) 彌陀
Shell 67.3 10,600-10,950 上遠濱 (-1.5)-(1.2)
