利用珊瑚微型環礁探討緬甸西部蘭裏島之震間變形與地震週期

國立臺灣大學理學院地質科學研究所 碩士論文

Department of Geosciences College of Science National Taiwan University

Master thesis

利用珊瑚微型環礁探討

緬甸西部蘭裏島之震間變形與地震週期

Inter-seismic behavior and earthquake recurrence interval indicated by coral microatolls in Ramree Island, western Myanmar

劉司捷 Sze-Chieh Liu

指導教授：徐澔德 博士 Advisor: J. Bruce H. Shyu, Ph.D.

中華民國 106 年 6 月

June, 2017

致謝

首先要感謝我的父母，在我追求學問的路上完全地支持我，讓我無後顧之憂 地投入不斷嘗試與犯錯的研究生涯，全心往想走的人生方向上持續努力。

能夠順利完成這本論文，要感謝指導教授徐澔德老師。從大學到碩士班的過 程中，徐老師在課堂上與野外工作時耐心的指導，不但引起了我對地質的喜愛，

也使我能逐漸掌握做研究所需要的知識與能力。而在學術之外，我也很珍惜這幾 年來每一個與徐老師相處的片刻，學生感念在心。

感謝沈川洲老師，在您實驗室做實驗的這幾年受您照顧甚多，除了科學上的 指導外，老師對待我就如同自己的學生一般，令我倍感溫馨。感謝姜宏偉學長就 像指導老師一樣，與我討論實驗方法與處理數據時給予了周詳且實用的建議，幫 助我避免了很多不必要的失敗。感謝王昱學長在野外工作時對我的要求與訓練，

讓我在這幾年間時時勉勵自己。感謝林立虹老師與王珮玲老師從大學以來的關心 與照顧，也很感謝兩位老師與玲雯學姊在實驗上的支持。

感謝宮守業老師、鄧屬予老師、葉恩肇老師、羅立學長、佩萱學姊、董英宏、

胡訓銘、陳怡文、渡邊貴昭、張哲豪、丁怡汝、鐘萱、吳姵瑾、謝皓程、郭北辰、

李思儀對我研究提出的指正與建議。感謝於蓁學姊、Helen 學姊、忠哲學長、家 豪在實驗過程中給我的鼓勵與幫助。感謝品璇與善慈協助處理各式各樣的樣本。

還要感謝Bruce Lab 的大家，帶給我這幾年的美好回憶。每次聽興麟學姊的 分享總能為問題找到新的想法；在崇哲學長的經驗傳授下，讓我在野外與室內工 作省去自己探索的迷惘；感謝玉秀、佳穎學姊、怡蓉學姊、小希學姊、秦念祺學 姊、奕維學長、小班學姊、陳承鴻學長、蔡原閔學長對我的提點與照顧；蔡元祿、

袁宇威、蔡佳欣、殷瑀萱、吳俁、陳展懋這幾年來以同窗身份一起經歷的種種事 情，感謝你們對我的幫助與包容。

最後礙於篇幅無法詳述，但真心感謝每一個出現在我生命裡的人。

摘要

西元2004 年的南亞大海嘯為巽它大型逆衝帶引發之地震所致，而位於此逆 衝帶向北延伸的緬甸西海岸區域，同樣也面臨著地震與海嘯災害的潛在風險。在 該區域歷史記錄中唯一一次的大規模地震是西元 1762 年的阿拉干地震，前人於 位在隱沒帶上盤的蘭裏島與基督島，利用抬升的海岸地形已對該地震的規模與該 地區的上盤有所認識。然而，若想估算此地可能的地震平均再發週期，尚需了解 現地震間沉降速率、地震同震抬升量、與長期抬升速率等資訊。

本研究利用珊瑚微型環礁作為古海水面指標，以了解隱沒帶上盤震間時期的 變形特性。珊瑚的生長高度大致受到海水面低潮線的限制，此高度稱為最高生存 面。一旦珊瑚的生長高度與最高生存面達成平衡，珊瑚微型環礁的外形與其年生

長紋即可記錄相對海水面的變化。本研究將珊瑚板狀樣本切片後拍攝 X 光影像

以辨識年生長紋高程，並利用鈾釷定年技術確認珊瑚的年代及建立年代模型，以 重建該地的相對海水面歷史，同時結合氧同位素分析的結果，協助辨認伴隨氣候 事件而發生的海水面震盪。另一方面，利用海階海岸線角的高度與海階沉積物的 年代，則可以估計該地的長期抬升速率。

本研究於距海溝80 公里遠的蘭裏島海岸邊一處名為雷卡蒙的漁村進行野外

工作，對一抬升的化石珊瑚微型環礁群進行測量，並採集板狀樣本分析。此群珊 瑚死於西元1848 年所發生的地區性地震抬升，記錄到該地震前約 50 年的相對海 水面歷史。本研究亦調查雷卡蒙地區海階，共可分為四階，其高程介於1.0 到 11.4 公尺之間。結果顯示珊瑚最高生存面的平均上升速率為每年5.3 到 5.8 公釐，此

結合前人對雷卡蒙地區古地震事件的了解與本研究的結果，估計蘭裏島西北 部區域性構造的地震再發週期應落在300 到 360 年之間，若考慮隱沒帶地震與區 域性構造地震的綜合貢獻，地震平均再發週期會介在220 到 280 年之間，此結果 較過去認為的週期更短，故應對該地區可能的地震災害做好準備。

關鍵字：緬甸、震間變形、珊瑚微型環礁、印度洋偶極震盪、地震再發週期

Abstract

The Sunda megathrust is one of the major plate boundaries in South Asia, along which the Indian-Australian plate subducts northeastward beneath the Burma micro-plate offshore western Myanmar. In the past several centuries, the 1762 Arakan earthquake was the only giant event along this plate boundary, and caused significant co-seismic uplift along a large stretch of the western Myanmar coast. In previous studies, the magnitude of the event and the potential seismogenic structures were analyzed based on uplifted coastal features on the Ramree and Cheduba Islands, two of the largest coastal islands of western Myanmar.

However, in order to estimate average earthquake recurrence interval, inter-seismic deformation rate, co-seismic uplift, and long-term uplift rate are all necessary. We utilized coral microatolls as natural tide gauge to analyze relative sea-level history and to obtain information of land-level change during the inter-seismic period, and utilized the elevations of marine terrace shoreline angles and the age of marine terrace deposits to determine long-term uplift rate.

For some coral genus such as Porites, the highest level of survival (HLS) is constrained within a few centimeters of the lowest tide level. Therefore, once the relationship between HLS and the sea level is established, the morphology of the microatolls can provide us the relative sea-level history based on the patterns of their annual growth bands under x-radiographs. U-Th dating technique can constrain the

away from the trench. The microatolls were uplifted and killed during a local earthquake event in 1848, and preserved HLS records of about 50 years prior to the 1848 event. We also surveyed four marine terraces with elevations between 1.0 and 11.4 meters.

Our results show that the coral recorded a HLS rise at a rate about 5.3 to 5.8 mm/yr, which represents land-level subsidence during the inter-seismic period.

Several temporary HLS Diedown events are also present, likely produced by Indian Ocean Dipole events based on the microatoll morphology and results of oxygen isotopic analysis. The marine terrace level between 10.8 and 11.4 meters high formed during 7.5 ka and 8.2 ka, constraining a long-term uplift rate between 1.0 and 1.7 mm/yr. The recurrence interval of upper-plate splay fault earthquakes calculated using these results is between 300 to 360 years, and the average recurrence interval of both types of earthquakes (megathrust and splay fault) is between 220 to 280 years, both are shorter than the number obtained in previous studies. Therefore, it is important to further assess and prepare for earthquake hazards in this area.

Key Words: Myanmar, inter-seismic deformation, coral microatolls, Indian Ocean

目錄

第一章 研究動機與目的 ... 1

第二章 研究方法與材料 ... 6

第一節 高程測量... 6

第二節 珊瑚微型環礁... 7

2.2.1 成因... 7

2.2.2 最高生存面... 7

2.2.3 年生長紋... 12

2.2.4 相對海水面歷史... 14

2.2.5 構造活動指示... 14

2.2.6 海水面變化記錄... 18

第三節 鈾釷定年... 18

2.3.1 鈾釷定年原理... 18

2.3.2 珊瑚的鈾釷定年... 19

2.3.3 鈾釷年代計算... 20

第四節 氧同位素... 20

第三章 野外工作與樣本分析 ... 22

第一節 研究區域概況... 22

第二節 高程測量... 22

第三節 樣本採集與分析處理... 26

第四章 重建相對海水面歷史 ... 34

第一節 最高生存面記錄精度... 34

第二節 描繪 LKM302 生長形態 ... 37

第三節 鈾釷定年結果與年代模式... 37

第四節 重建 LKM302 所記錄的相對海水面歷史 ... 42

第五節 描繪 LKM115 生長形態 ... 44

第六節 重建 LKM115 所記錄的相對海水面歷史 ... 48

第五章 氧同位素分析結果 ... 50

第一節 氧同位素分析數據... 50

第二節 年生長紋層描繪與對比... 50

第三節 氧同位素數據年代模式... 54

第六章 海階階面調查結果 ... 56

第一節 野外觀察... 56

第二節 高程測量與地質剖面... 57

第三節 鈾釷定年結果... 59

第四節 LKM 長期抬升速率 ... 59

第七章 討論 ... 63

第一節 珊瑚微型環礁生長形態的海水面意義... 63

7.1.1 辨識最高生存面... 63

7.1.2 Diedown 事件特性 ... 65

第二節 Diedown 指示的印度洋偶極震盪事件 ... 67

第三節 LKM 震間沉降速率 ... 70

第四節 地震再發週期估計... 72

7.4.1 區域性地震再發週期... 72

7.4.2 地震平均再發週期... 74

第八章 結論 ... 77

參考文獻... 79

附錄一 樣本 LKM302 外觀可見之 Diedown 全站儀測量結果 ... 87

附錄二 珊瑚微型環礁形態描繪量測結果 ... 89

LKM302 結果 ... 89

LKM115 結果 ... 91

附錄三 氧同位素分析結果 ... 92

附錄四 LKM 地區海階地形測量結果 ... 118

圖目錄

圖1-1 彈性回彈模型 ... 2

圖1-2 研究區域 ... 3

圖1-3 地震再發週期預估 ... 5

圖2-1 現生珊瑚微型環礁 ... 8

圖2-2 現生圓穹狀 Porites 珊瑚 ... 9

圖2-3 最高生存面限制珊瑚生長高度示意圖 ... 10

圖2-4 珊瑚微型環礁適應最高生存面生長外觀示意圖 ... 11

圖2-5 曝光反轉的珊瑚 X 光影像 ... 13

圖2-6 珊瑚微型環礁指示的同震抬升 ... 15

圖2-7 珊瑚微型環礁指示的震間抬升與同震下沉 ... 16

圖2-8 珊瑚微型環礁指示的震間沉降 ... 17

圖3-1 蘭裏島北部地區衛星影像 ... 23

圖3-2 LKM 地區衛星影像 ... 24

圖3-3 LKM 地區西海岸地形剖面 ... 25

圖3-4 利用全站儀測量珊瑚微型環礁環狀邊緣高度 ... 27

圖3-5 架設於海階面上的 RTK-GPS 基站 ... 28

圖3-6 利用 RTK-GPS 移動站對地形面進行測量 ... 29

圖3-7 使用手持雙人鋸採集珊瑚板狀樣本 ... 30

圖3-8 於珊瑚樣本切面上繪製水平參考線以供影像校正 ... 31

圖3-9 利用中型鑽石複線切割機沿垂直珊瑚生長紋方向切下薄片 ... 33

圖4-1 樣本 LKM302 在形貌可見三層不同高度的圓環狀 Diedown 外觀 ... 35

圖4-2 樣本 LKM302 三層圓環狀 Diedown 外觀之全站儀測量結果 ... 36

圖4-3 珊瑚微型環礁樣本 LKM302 ... 38

圖4-4 樣本 LKM302 經曝光反轉的 X 光影像 ... 39

圖4-5 樣本 LKM302 描繪結果、年生長紋相對年代與鈾釷定年結果 ... 40

圖4-6 利用 LKM302 記錄所重建的相對海水面歷史 ... 43

圖4-7 珊瑚微型環礁樣本 LKM115 ... 45

圖4-8 樣本 LKM115 經曝光反轉的 X 光影像 ... 46

圖4-9 樣本 LKM115 描繪結果、年生長紋相對年代與鈾釷定年結果 ... 47

圖4-10 利用 LKM115 記錄所重建的相對海水面歷史 ... 49

圖5-1 氧同位素樣本採樣位置 ... 51

圖5-2 樣本 LKM302 下部 A 段 ... 52

圖5-3 樣本 LKM302 上部 B 段 ... 53

圖5-4 重建西元 1803 年至 1848 年間共 45 年的δ¹⁸O 數據 ... 55

圖6-1 LKM 地區海階地形測量投影結果與地質剖面示意圖 ... 58

圖6-2 蘭裏島北部至中部地區衛星影像 ... 61

圖7-1 樣本 LKM302 的相對海水面歷史 ... 64

圖7-2 樣本 LKM115 的相對海水面歷史 ... 66

圖7-3 樣本 LKM302 氧同位素結果與可能指示的 IOD 事件 ... 69

圖7-4 以最小平方法迴歸估計 LKM 地區震間沉降速率 ... 71

圖7-5 LKM 地區地震平均再發週期介在 220 年到 280 年之間 ... 76

表目錄

表4-1 Uranium and thorium isotopic compositions and ²³⁰Th ages for coral samples by MC-ICPMS at HISPEC, NTU ... 41 表6-1 Uranium and thorium isotopic compositions and ²³⁰Th ages for LKM terrace

coral samples ... 60

第一章 研究動機與目的

西元2004 年造成人員嚴重傷亡與龐大經濟損失的南亞大海嘯，為巽它大型 逆衝帶(Sunda megathrust)在蘇門答臘(Sumatra)地區引發的地震所導致(Lay et al., 2005)。震後，許多研究分別在蘇門答臘地區針對古地震的分布與特性進行調查，

提供當地政府未來在防災規劃上的地質基礎(Natawidjaja et al., 2004; Natawidjaja et al., 2006; Natawidjaja et al., 2007)。

而巽它大型逆衝帶向北延伸可達孟加拉南部海岸，同時也是中南半島重要的 板塊邊界之一。緬甸西海岸地理上緊鄰著此逆衝帶，也面臨著地震與海嘯災害的 潛在風險，但逆衝帶此段的特性尚未完全明瞭。因此，本研究欲針對緬甸西海岸 地區的逆斷層活動特性進行探討。

巽它大型逆衝帶上盤構造的活動模式能以彈性回彈模型(dislocation model, Savage, 1983)理解。於震間時期(inter-seismic period)，下盤板塊持續往上盤板塊 之下隱沒，但在地表附近的數十公里內，由於兩板塊之間鎖定(locked)而沒有相 對位移，因此上盤板塊的前緣區域在受下盤板塊隱沒拖曳的作用下，會隨隱沒而 逐漸沉降（圖1-1 a）。而震間時期所累積的變形，會在到達臨界值後透過上下盤 間產生破裂以地震的形式釋放，同時同震時期(co-seismic period)上盤板塊的前緣 會抬升，並可能伴隨相關的地震災害（圖1-1 b）。

回顧歷史文獻記錄，此區域發生在逆衝帶上唯一的一次大規模地震，是西元

圖

1-1 彈性回彈模型。（a）於震間時期(inter-seismic period)上盤板塊的前緣區域

與推測可能的上盤構造。研究中亦估算了上盤的長期抬升速率(R, long-term uplift rate)及震間變形速率(I, inter-seismic rate)，並計算此區域地震可能的平均再發週 期(recurrence interval)（圖 1-3）。

前人研究參考印澳板塊每年以23 公釐的速率向東北隱沒至緬甸微板塊之下

(Socquet et al., 2006)，並假設兩板塊間耦合程度(coupling)為 100%，利用數值模 式估計在基督島西側至蘭裏島西側之間，震間變形速率可能落在每年-3 至-6 公 釐之間(Than Tin Aung et al., 2008; Wang et al., 2013)。另一方面根據基督島南方尬 義(Ka-I)地區的野外觀察，僅能推測可能的變形速率介在每年 0 至-9 公釐之間，

若由此結果計算出的地震平均再發週期便會落在400 至 1000 年之間(Wang et al., 2013)。如果能更精確地了解此區域於震間的變形行為，並改善對地震平均再發 週期的預估，將能對緬甸西海岸地區的地震與海嘯相關災害防治規劃有所貢獻。

因此，本研究選擇位在隱沒帶上盤的蘭裏島進行調查，希望利用珊瑚微型環 礁(coral microatolls)作為古海水面指標以獲得現地更可靠的震間沉降速率，並利 用海階高度估計長期抬升速率，同時結合前人對阿拉干大地震抬升量的觀察，進 行地震平均再發週期的計算，藉此增進對巽它大型逆衝帶在緬甸西部的認識。

圖

1-3 地震再發週期預估。前人於基督島尬義地區的野外調查，測得西元 1762

第二章 研究方法與材料

本研究針對研究地區的化石珊瑚微型環礁群與地形面進行高程測量。利用珊 瑚微型環礁頂面的高程差異，可以估算地震事件伴隨的同震抬升量，而珊瑚微型 環礁內部的年生長紋形貌，能用於重建震間時期海水面的變動歷史。另一方面，

利用堆積薄層沉積物的海階海岸線角高度，能夠估計地殼的長期抬升量。結合珊 瑚的鈾釷定年技術後，不只可以使我們分辨抬升珊瑚微型環礁的地震事件，控制 相對海水面記錄所對應的年代，也可以透過海階上堆積的珊瑚沉積年代，推估階 面形成的時間，計算長期抬升速率。

重建的相對海水面歷史除了可以指示構造活動外，也可以記錄氣候事件伴隨 的海水面震盪。透過珊瑚骨骼的氧同位素分析結果，能協助我們了解海水面震盪 時，表層海水的溫度與鹽度特徵。

第一節 高程測量

本研究分別利用全站儀(total station)與 RTK-GPS(real time kinematic-global positioning system)兩種儀器進行測量。

全站儀為一種光學測量儀器，基站向高反射率的稜鏡(prism)發出雷射後，再 接收反射回來的訊號測量距離，利用角度與距離計算稜鏡相對於基站的座標與高 程，高程誤差約在數公釐以內。由於全站儀的測量結果是相對座標，因此還需要 以手持GPS 定位作為輔助，提供基站在全球座標系統中的位置。RTK-GPS 由基

站與移動站兩部分組成，是利用兩部分同時接收 GPS 訊號進行解算定位，可以

提供選定座標系統中的實際位置與高程，其高程誤差約在數公分之內。

第二節 珊瑚微型環礁

珊瑚微型環礁(coral microatolls)一詞描述珊瑚的一種生長外觀。典型的珊瑚 微型環礁為單一群落的團塊狀珊瑚所構成，大致呈圓形，有平坦但已經死亡的頂 面，現生的珊瑚微型環礁由外圍活著的珊瑚蟲向外生長(Scoffint & Stoddart, 1978)

（圖2-1）。

2.2.1 成因

根據在澳洲大堡礁的調查，能形成這種外觀的珊瑚品種有多達 23 屬 43 種 (Scoffint & Stoddart, 1978)；在印度洋的蘇門答臘地區，則以 Porites、Goniastrea 和Cyphastrea 三屬珊瑚分布最為廣泛(Zachariasen, 1998)。

這種外觀的形成主要與海水面有關。由於珊瑚無法長時間暴露在空氣中生存，

因此現地海水低潮線的高度，大致限制了珊瑚所能生長的最高高度(Scoffint &

Stoddart, 1978)，此高度稱為最高生存面(highest level of survival, HLS, Taylor &

Frohlich, 1987)。在珊瑚未受到最高生存面限制下，能自由地從中心向四面八方 生長，形成圓穹狀(dome-shape)外觀（圖 2-2、圖 2-3 a）；一旦珊瑚頂部高度達到 最高生存面後，則無法再向上生長，取而代之的是貼著最高生存面往四周圍生長，

呈扁平圓盤狀外觀，稱微型環礁狀(microatoll form, Scoffint & Stoddart, 1978)（圖 2-3 b），並記錄當下最高生存面的高度。

2.2.2 最高生存面

圖

2-1 現生珊瑚微型環礁（coral microatolls；Aron Meltzner 提供，2017）。

圖

2-2 現生圓穹狀 Porites 珊瑚（National Park of American Samoa 提供，2013）。

圖

2-3 最高生存面限制珊瑚生長高度示意圖。珊瑚的生長高度會受到最高生存面

圖

2-4 珊瑚微型環礁適應最高生存面生長外觀示意圖。珊瑚微型環礁為了適應最

高生存面的改變，會呈現不同的外觀形態，（a）當最高生存面下降至低於珊瑚頂

部時，珊瑚微型環礁會呈帽子狀外觀；（b）當最高生存面上升時，珊瑚微型環礁

會呈杯子狀外觀（修改自Taylor & Frohlich, 1987）。

時，在原珊瑚高度與新的最高生存面之間會產生空間，新生的珊瑚可以向上生長，

外觀上便會呈現外圍高、中間低的杯子形狀(cup form, Scoffint & Stoddart, 1978;

Taylor & Frohlich, 1987; Zachariasen, 1998) （圖 2-4 b）。

珊瑚微型環礁在記錄最高生存面的升降時，所需要的反應時間並不相同。當 最高生存面下降時，曝露在空氣中的珊瑚會在幾天內死亡，反應即時。但在最高 生存面上升時，所需的反應時間同時受到最高生存面上升的高度與珊瑚的生長速 率所影響，新生的珊瑚可能需要花數年至數十年的時間，其高度才能與新的最高 生存面達成平衡(Taylor & Frohlich, 1987)。

一般而言，珊瑚微型環礁的生長速率大致在每年 1 到 2 公分之間(Taylor &

Frohlich, 1987; Zachariasen et al., 2000)，其中 Porites 屬的珊瑚，在珊瑚礁潟湖環 境中，生長速率介在每年10.5 到 17.4 公釐之間，平均生長速率為每年 12.9 ± 2.4 公釐(Priess et al., 1995)。

2.2.3 年生長紋

珊瑚的年生長紋(annual growth bands)，可以提供我們最高生存面記錄所對應 的時間次序(Taylor & Frohlich, 1987)。明暗成對的年生長紋，是由於珊瑚骨骼密 度的變化所導致(Knutson et al., 1972)，如 Porites、Goniastrea 等屬珊瑚骨骼密度 具有年週期性的變化，主要受到海水溫度的影響，夏季生長速率較快，形成的骨 骼密度較低；冬季生長速率較慢，形成的骨骼密度也較高。另外也會受到降雨及 雲量等因素的控制。

因為 X 光對不同密度的珊瑚骨骼穿透度不同，經過珊瑚微型環礁的中心，

垂直切下厚度 1 至 2 公分的珊瑚板狀樣本拍攝 X 光片，可以在影像中分辨出年 生長紋。在X 光影像中，密度較高的珊瑚骨骼因穿透度較差(radiopaque)呈淺色，

密度較低的珊瑚骨骼穿透度較佳(radiolucent)呈深色。為了更利於辨識，通常會 將X 光影像的曝光程度反轉(invert grayscale)後呈現(Päitzold, 1984)。反轉的影像 中，深色為珊瑚密度較高的部分，淺色為珊瑚密度較低的部分（圖2-5）。

圖

2-5 曝光反轉的珊瑚 X 光影像。箭頭所指的黑色線條是沿著

2.2.4 相對海水面歷史

利用年生長紋所指示的各層相對年代，結合珊瑚微型環礁每年所記錄到的最 高生存面高度，便可以建立最高生存面變動的年尺度時間序列，或稱最高生存面 歷史。珊瑚所記錄到的最高生存面歷史，雖然無法簡單地推算當時的絕對海水面 高度，卻可以提供我們可靠的海水面變化趨勢(Zachariasen, 1998)。

前人研究在蘇門答臘地區，針對現生珊瑚微型環礁群與化石珊瑚微型環礁群 所記錄到的最高生存面進行測量，統計結果顯示平均而言，單一珊瑚微型環礁所 記錄到的最高生存面，誤差在4 公分(2𝜎)以內，而在單一地點的多顆珊瑚微型環 礁間，對同一最高生存面的記錄，精度則約為7 公分(2𝜎)(Zachariasen, 1998)。

將年生長紋記錄轉換成相對海水面的過程中，討論年生長紋前後層關係之前，

必須考慮到大部分的年生長紋，並不容易直接判斷其高度是否真正代表了當時的 最高生存面(HLS)，因此表示時會使用最高生長面(highest level of growth, HLG) 做較為保守的描述(Meltzner et al., 2010)。

2.2.5 構造活動指示

最高生存面變化的歷史，可以應用於指示構造活動的特性(Taylor & Frohlich, 1987; Zachariasen, 1998; Zachariasen et al., 2000; Natawidjaja et al., 2004)。當陸地 受到同震抬升時會將珊瑚一併隆起，對珊瑚而言海水面突然相對地下降，限制其 生長的最高生存面也隨之降低，地震前後記錄到不同的最高生存面，兩者之間的 高程差便可以代表地震同震抬升量（圖2-6）。當陸地緩慢而持續地抬升時，最高 生存面也隨之緩慢下降，珊瑚微型環礁逐年記錄最高生存面，形態便會呈現由內 向外持續降低的外觀（圖2-7）。

當陸地發生同震沉降時，限制珊瑚生長的最高生存面相對升高，使珊瑚可以 自由地向上生長。過程中，珊瑚亦會朝兩側生長，呈現新生珊瑚由外向內包覆 Diedown 的外觀(Woodroffe & McLean, 1990; Zachariasen, 1998)（圖 2-7）。當陸地 緩慢而持續地沉降時，最高生存面緩慢上升。若陸地的沉降速率小於等於珊瑚的

圖

2-6 珊瑚微型環礁指示的同震抬升。西元 1797 年前後珊瑚所記錄到的最高生

圖

2-7 珊瑚微型環礁指示的震間抬升與同震下沉。在西元 1880 到 1930 年間最高

圖

2-8 珊瑚微型環礁指示的震間沉降。在西元 1970 至 1990 年間最高生存面緩緩

生長速率，珊瑚便能生長到當時的最高生存面，呈現由內向外持續升高的外形（圖 2-8）。

2.2.6 海水面變化記錄

全球海水面的升降與區域海水面的震盪，同樣也會改變最高生存面而被珊瑚 微型環礁記錄。在構造活動平靜、地殼高程沒有變動的地方，相對海水面的趨勢 可以提供年解析度的海水面變化(Meltzner et al., 2017)；太平洋之聖嬰現象(El Niño/Southern Oscillation, ENSO)或印度洋偶極震盪(Indian Ocean Dipole, IOD)，

可能伴隨著區域性的海水面異常(sea level anomaly)並持續數月到數年之久，也能 被珊瑚微型環礁記錄(Taylor & Frohlich, 1987; Meltzner et al., 2010)。其中，氣候 事件伴隨的海水面暫時性下降，會在珊瑚頂部造成Diedown，可以精確地指示海 水面下降的時間與規模。事件結束後最高生存面回升，新生的珊瑚會向上向內包 覆生長，為短期海水面震盪的重要證據(Meltzner et al., 2010)。

第三節 鈾釷定年

2.3.1 鈾釷定年原理

鈾 釷 定 年(uranium-thorium dating) 屬 於 鈾 系 定 年 法 (uranium-series dating method)中的一種，亦稱²³⁸U-²³⁴U-²³⁰Th 定年，或²³⁰Th 定年，是利用²³⁸U 與其衰 變產物²³⁴U 與²³⁰Th 定年(Barnes et al., 1956; Kaufman & Broecker, 1965; Edwards et al., 1987)。²³⁸U 具有放射性，會依序衰變為²³⁴Th、²³⁴Pa、²³⁴U 與²³⁰Th，其中，

由於²³⁴Th 與²³⁴Pa 半衰期相對²³⁸U 很短，在形成封閉系統(closed system)後母子 元素會很快達成活度比相同的永世平衡狀態(secular equilibrium, Schlanger et al., 1963)，因此衰變序列可以簡化為：

核種 ²³⁸U ---> ²³⁴U ---> ²³⁰Th - - - > ²⁰⁶Pb 半衰期 4.47×10⁹ yr 2.46×10⁵ yr 7.54×10⁴ yr

（式2.1）

而半衰期較長的²³⁴U 與²³⁰Th，則需要比較長的時間讓活度比達成平衡，鈾 釷定年即是活度比不平衡與時間關係的一種應用(Schlanger et al., 1963)。

2.3.2 珊瑚的鈾釷定年

在珊瑚骨骼中含有數ppm(parts per million)的鈾(Barnes et al., 1956; Kaufman

& Broecker, 1965)，與珊瑚碳酸鈣骨骼的霰石(aragonite)結晶及海水中的鈾濃度有 關。碳酸鈣在自然界中有霰石與方解石兩種主要的結晶方式，其中霰石傾向與比 Ca²⁺（鈣離子）離子半徑大的正二價離子結晶，而方解石則傾向與比Ca²⁺離子半 徑小的正二價離子結晶(Bragg, 1937)。以 Sr²⁺（鍶離子）為例，在海中形成霰石 的鍶濃度比方解石高了3 到 4 倍(Thompson & Chow, 1955)。而鈾在海水中主要以 UO22+（二氧化鈾）離子的形式存在，UO22+和碳酸鈣結晶的特性與Sr²⁺相似，因 此海水中的高鈾鈣比值（約1.2×10^-6）使珊瑚骨骼中富含鈾元素，為珊瑚能夠應 用鈾釷定年的重要條件(Schlanger et al., 1963)。

釷在海中傾向附著在沉積物上(Schlanger et al., 1963; Moore, 1981)，因此

230Th 在海水中的濃度，比海水中²³⁸U 平衡後應有的濃度低(Pettersson, 1937)。海 水中低濃度的釷，使珊瑚骨骼形成時僅含有少量的²³⁰Th，稱為²³⁰Th 初始值，此

230Th 與 ²³²Th 的比值估算(Tatsumoto & Goldberg, 1959;

為次生霰石或方解石(secondary aragonite/calcite)，會破壞系統的封閉性使鈾釷能 夠進出，而無法正確的估算年代，因此需要挑選未再結晶的珊瑚樣本進行定年 (Schlanger et al., 1963; Thurber et al., 1965)。

2.3.3 鈾釷年代計算

鈾釷定年的年代，可以由下式表示(Bateman, 1910; Broecker & Thurber, 1965;

Cheng et al., 2000)：

（式2.2）

其中，同位素比值皆為活度比，λ為同位素的衰變常數， λ230為9.1705×10^-6 / yr，

λ234為2.8221×10^-6 / yr(Cheng et al., 2013)，(²³⁰Th/²³²Th)i為樣本中²³⁰Th與²³²Th的初 始比值，t為²³⁰Th年代。δ²³⁴U_m = {[(²³⁴U/²³⁸U)_m/(²³⁴U/²³⁸U)_eq] -1}×10³，(²³⁴U/²³⁸U)_m 為測量值，(²³⁴U/²³⁸U)eq為永世平衡下的比值。

第四節 氧同位素

氧元素在自然界中有三種不具放射性的穩定同位素，分別是¹⁶O、¹⁷O 與¹⁸O。

其中，¹⁶O 與¹⁸O 在樣品中的同位素比例相對於選定的標準品，可以利用δ¹⁸O 表 示，其關係式為：

（式2.3）

海水的δ¹⁸O 主要受到表層海水溫度(sea surface temperature, SST)與表層海水 鹽度(sea surface salinity, SSS)影響，並可以被珊瑚所記錄下來。

表層海水的溫度變化會改變海水中碳酸根離子(HCO3-

)與海水的氧同位素平

第三章 野外工作與樣本分析

第一節 研究區域概況

本研究選定之研究區域為距離海溝約80 公里遠，位在隱沒帶上盤的蘭裏島

西北部海岸。主要的測量與採樣工作位置為一處名為雷卡蒙(Leik-Ka-Maw, LKM) 的漁村（圖3-1）。

在LKM 海岸邊分布數群被抬升的化石珊瑚微型環礁群體（圖 3-2），依照頂 面高度可分為三層（王崇哲，2013）：最低的一層數量最多且保存良好，其高度 約比現地平均大潮較低低潮面(mean lower water spring, MLWS)高約 0.7 公尺，指 示西元1848 年發生在蘭裏島北部城鎮皎漂(Kyauk-pyu)一次區域性地震的同震抬 升(Oldham, 1883)；次高的一層數量較少，比第一層珊瑚高約 1.3 公尺，指示西 元1762 年阿拉干大地震的同震抬升；最高的一層數量最少且外觀受侵蝕，比第 二層高約0.5 公尺，指示了西元 9 到 10 世紀間一次地震的同震抬升（圖 3-3）。

此外，在LKM 亦有至少四階發育良好的海階存在（圖 3-2），分布在平均海 水面之上2 到 13 公尺之間，每階海階都是由超過ㄧ次以上的地震事件抬升所形 成（王崇哲，2013）。在第四階海階上的沉積物中發現的珊瑚碎塊，其年代距今 7522 年前至 9052 年前之間不等，可能指示該階海階形成的年代（王崇哲，2013）。

第二節 高程測量

為了解研究區域內珊瑚微型環礁在記錄最高生存面時的精確度，我們分別針 對選定之珊瑚微型環礁在外觀上可見的不同次Diedown 記錄，沿其環狀邊緣進

圖

3-1 蘭裏島北部地區衛星影像。本研究於蘭裏島西北部海岸的漁村雷卡蒙

圖

3-2 LKM 地區衛星影像。在 LKM 海岸邊有被抬升的化石珊瑚微型環礁群與至少四階發育良好的海階分布。

圖

3-3 LKM 地區西海岸地形剖面。被抬升的化石珊瑚微型環礁群依照高度可分為三層，由低到高分別指示西元 1848 年、西元 1762 年

行多次測量（圖3-4）。考量測量目標的高程差距僅在數公分之內，需要較小誤差 的測量方式才能夠分辨，再者由於珊瑚微型環礁距離相近，彼此之間沒有障礙物 阻擋，本研究適合用全站儀進行高精度測量。

另一方面，為了估計此地的長期抬升速率，本研究亦針對前人研究指出的海 階階面進行較準確的高程測量。因為海階面分布範圍較廣，且階面之間植被茂密 通視不良，所以此部分選用RTK-GPS 進行測量（圖 3-5、圖 3-6）。

第三節 樣本採集與分析處理

本研究透過採集西元1848 年地震同震抬升而死亡的珊瑚微型環礁群，預期 能了解此地在西元1762 年阿拉干大地震到西元 1848 年之間的震間沉降特性與海 水特徵。

3.3.1 樣本前置處理

本研究使用手持雙人鋸穿過珊瑚微型環礁的中心，垂直切下約20 公分厚的

板狀樣本（圖 3-7），並於採集當下在樣本切面上繪製水平參考線（圖 3-8）。透 過船運運送樣本回臺灣後，將樣本用漂白水浸泡，洗去表層的藻類與黴斑，在新 北市五股區正泰石材廠的協助下，將板狀樣本切割為1 至 2 公分厚的片狀樣本，

再前往國立臺灣大學生農學院附設動物醫院，得該院的協助拍攝片狀樣本的局部 X 光影像。最後以繪圖軟體拼合 X 光影像，並利用水平參考線校正水平，進行 年生長紋與Diedown 的描繪量測工作，以及重建相對海水面變化。

圖

3-4 利用全站儀測量珊瑚微型環礁環狀邊緣高度。本研究使

圖

3-5 架設於海階面上的 RTK-GPS 基站。

圖

3-6 利用 RTK-GPS 移動站對地形面進行測量。

圖

3-7 使用手持雙人鋸採集珊瑚板狀樣本。

圖

3-8 於珊瑚樣本切面上繪製水平參考線以供影像校正。

3.3.2 鈾釷定年分析

本研究選擇片狀樣本中肉眼觀察下生長紋明顯且沙土等雜質較少的部分，利 用手術刀採取20 至 100 毫克的塊狀樣本，於國立臺灣大學地質科學系高精度質 譜儀與環境變遷實驗室(HISPEC)進行鈾釷定年分析。在 Class-10000 等級的無塵 室內，將樣本置於純水中使用超音波震盪清洗，以不超過70°C 的溫度烤乾，後 將標本倒入鐵氟龍(Teflon)材質的容器中，以硝酸溶解之並加入含²²⁹Th-²³³U-²³⁶U 同 位 素 之 示 蹤 劑(spike) ， 利 用 共 沉 澱 法 (iron co-precipitation) 與 離 子 交 換 法 (anion-exchange)，純化與分離出鈾及釷。最後將其分別溶於 1%硝酸加 0.002N 的 HF 中 (Shen et al,. 2002) ， 使 用 多 接 收 感 應 耦 合 電 漿 質 譜 儀 (Multicollector-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer, MC-ICP-MS, Thermo-Fisher, Neptune)測量(Shen et al., 2012)。

3.3.3 氧同位素分析

本研究利用中型鑽石複線切割機，將片狀樣本沿垂直生長紋方向切割為A、

B 兩段共 45 公分長，各 5 公釐厚的薄片（圖 3-9），再利用桌上型鑽石複線切割 機每隔1 公釐取 1 到 2 公釐深的樣本，於無塵室中將樣本震盪烤乾後壓碎為粉末，

送至國立臺灣大學海洋研究所穩定同位素質譜儀實驗室，進行碳氧穩定同位素分 析。針對每個樣本取0.150 至 0.200 毫克，透過全自動碳酸鹽分析裝置(carbonate device, Kiel IV)將樣本與磷酸反應成為二氧化碳氣體，再使用同位素比值質譜儀 (Isotope Ratio Mass Spectrometer, Thermo-Finnigan, MAT253)測量，並以 NBS19 為標準品校正儀器測量結果(Wang et al., 2010)。

圖

3-9 利用中型鑽石複線切割機沿垂直珊瑚生長紋方向切下薄片。由於受切割機切割長度之限制，必須將珊瑚分為兩段取樣，為了組

第四章 重建相對海水面歷史

第一節 最高生存面記錄精度

本研究在野外針對樣本編號 LKM302 的珊瑚微型環礁進行測量，用以估計 LKM 海岸單一珊瑚微型環礁在記錄 HLS 時的精度。此珊瑚微型環礁可見三層不 同高度的圓環狀 Diedown 外觀（圖 4-1），由於同一環狀上各處生長的時間應相 同，若生長時受到HLS 的限制，同一環上各處的高度應會指示同一 HLS。因此 可以透過檢查同一圓環上的高程測量結果是否一致，判斷圓環狀外觀是否確實與 HLS 達成平衡，再進一步估算珊瑚微型環礁記錄 HLS 的誤差。

全站儀測量結果（附錄一）摘要如圖4-2 所示，最外圍圓環相對於平均海水 面高13.7 ± 1.1 (2𝜎)公分，第二層圓環的高度為 8.9 ± 1.8 (2𝜎)公分，最內側圓 形平面的高度為1.4 ± 2.6 (2𝜎)公分，顯示在每個圓環狀外觀形成時，珊瑚微型 環礁確實與HLS 達成平衡。

LKM302 最低的內側圓環測量結果範圍較大，其原因可能為該圓環四周圍被 較高的第二層圓環所圍繞，形成一個易積水與沉積沙石的形貌，使得測量高程時

較難辨識平面的真實高度。考慮此誤差並非珊瑚微型環礁記錄 HLS 時所產生，

並可以在觀察珊瑚微型環礁切片的 X 光影像時排除，本研究參考最外層與第二

層的測量結果，估計此地單顆珊瑚微型環礁記錄HLS 時之精度應落在 1 到 2 公 分之間。

圖

4-1 樣本 LKM302 在形貌可見三層不同高度的圓環狀 Diedown 外觀。

圖

4-2 樣本 LKM302 三層圓環狀 Diedown 外觀之全站儀測量結果。pt.1 到 pt.14

pt.26 到 pt.34 為最內側圓形平面，平均高度相對於平均海水面高 1.4 公分，誤差 2.6 公分。

-10 0 10 20

0 5 10 15 20 25 30 35

Elevation (cm)

measurement point number 1^string: 13.7±1.1 cm

2^ndring: 8.9±1.8 cm

3^rdring: 1.4±2.6 cm

第二節 描繪 LKM302 生長形態

樣本 LKM302 為單一顆珊瑚微型環礁切片（圖 4-3），本研究針對此樣本所 拍攝的X 光影像如圖 4-4 所示。藉由辨識 X 光影像並輔以肉眼觀察樣本表面後，

所描繪的珊瑚生長形態如圖4-5 所示。圖 4-5 中標示為細黑色線段處為珊瑚的年

生長紋，依據 X 光影像中淺色轉為深色的邊緣繪製，每間隔一對深淺條帶繪製

一條。其中考量部分線段兩端延伸性不佳，或部分區域X 光影像模糊不易判斷，

改以細黑色虛線標示可能存在但無法肯定的年生長紋。粗紅色線段標示Diedown

表面，依據 X 光影像中珊瑚生長不連續處，並輔以肉眼觀察樣本侵蝕面位置繪

製，其中無法確認延伸關係者，亦以紅色虛線標示。

綜觀 LKM302 的年生長紋形貌可知，該珊瑚由中心向上並向外生長，過程

中生長高度呈現逐年上升的趨勢，之間包含了4 次珊瑚頂部露出水面部分死亡且

受到侵蝕，而後從較低處繼續生長的 Diedown 特徵。為了進一步了解 LKM302 所記錄的相對海水面資訊，本研究以該珊瑚最外層的年生長紋作為高程基準，向 內測量每層年生長紋的高度，重建珊瑚死亡前的每年相對海水面時間序列。

第三節 鈾釷定年結果與年代模式

為了建立LKM302 所記錄的 HLS 與絕對年代的對應關係，本研究選定不同

圖

4-3 珊瑚微型環礁樣本 LKM302。

圖

4-5 樣本 LKM302 描繪結果、年生長紋相對年代與鈾釷定年結果。

表

4-1 Uranium and thorium isotopic compositions and

Th ages for coral samples by MC-ICPMS at HISPEC, NTU.

Analytical errors are 2s of the mean.

a[²³⁸U] = [²³⁵U] x 137.77 (±0.11‰) (Hiess et al., 2012);d²³⁴U = ([²³⁴U/²³⁸U]activity - 1) x 1000.

bd²³⁴Uinitial corrected was calculated based on ²³⁰Th age (T), i.e., d²³⁴Uinitial = d²³⁴Umeasured X e^l234*T, and T is corrected age.

c[²³⁰Th/²³⁸U]activity = 1 - e^-l230T + (d²³⁴Umeasured/1000)[l230/(l230 - l234)](1 - e-(l230 - l234) T), where T is the age.

Decay constants are 9.1705 x 10^-6 yr^-1 for ²³⁰Th, 2.8221 x 10^-6 yr^-1 for ²³⁴U (Cheng et al., 2013), and 1.55125 x 10^-10 yr^-1 for ²³⁸U (Jaffey et al., 1971) .

dAge corrections, relative to chemistry date between October 2015 and March 2016, were calculated using an estimated atomic ²³⁰Th/²³²Th ratio of 4 (± 2) x 10^-6 (Shen et al., 2008).

Sample Weight

ID g

LKM302-1 0.12808 2594.1 ± 2.7 4070 ± 10 148.7 ± 1.2 0.002224 ± 0.000056 23.37 ± 0.59 211.3 ± 5.3 175 ± 19 1,840 ± 19 148.7 ± 1.2 LKM302-2 0.13939 2641.1 ± 3.3 5079 ± 11 147.1 ± 1.4 0.002458 ± 0.000052 21.07 ± 0.45 233.9 ± 5.0 189 ± 23 1,826 ± 23 147.2 ± 1.4 LKM302-3 0.02385 2765.2 ± 3.1 999 ± 20 141.8 ± 2.1 0.002114 ± 0.000048 96.5 ± 2.9 202.1 ± 4.6 193.8 ± 6.2 1,822.5 ± 6.2 141.9 ± 2.1 LKM302-4 0.06832 2606.5 ± 2.8 2697.3 ± 8.1 146.4 ± 1.8 0.002395 ± 0.000036 38.16 ± 0.58 228.0 ± 3.4 204 ± 12 1,812 ± 12 146.5 ± 1.8 LKM302-5 0.14480 2690.1 ± 3.0 5066 ± 11 144.5 ± 1.8 0.002745 ± 0.000042 24.03 ± 0.37 261.8 ± 4.0 218 ± 22 1,798 ± 22 144.5 ± 1.9 LKM302-6 0.23337 2907.4 ± 3.5 5626 ± 13 144.7 ± 1.9 0.002711 ± 0.000045 23.10 ± 0.39 258.5 ± 4.3 214 ± 23 1,802 ± 23 144.8 ± 1.9

[²³⁰Th/²³²Th] Age Age

(CE)

Age d²³⁴Uinitial

ng/g^a pg/g measured^a activity (x 10^-6)^c atomic (x 10^-6) uncorrected corrected ^c,d corrected^b

238U ²³²Th d²³⁴U [²³⁰Th/²³⁸U]

年代，應與鈾釷年代相符。

在圖4-5 中，以墨綠色數字分別標示由珊瑚左右兩側向內計算生長紋所推算 出之年代，兩側計算結果一致顯示樣本 LKM302 生長時具有良好的對稱性。以 藍色點標示採樣點位置，並以藍色數字標示鈾釷年代與定年誤差。將鈾釷年代與 年生長紋相對年代比較後可見，樣本 LKM302-1、LKM302-2、LKM302-5 與 LKM302-6 的鈾釷年代與年生長紋相對年代相符，支持珊瑚樣本 LKM302 死於西 元1848 年地震同震抬升的假設。結合年生長紋之層數計算與鈾釷定年的結果，

顯示LKM302 記錄了西元 1848 年之前共 52 年的相對海水面記錄。

第四節 重建 LKM302 所記錄的相對海水面歷史

本研究分別統計樣本 LKM302 兩側所保存的年生長紋高程。在利用其他條 件輔以判斷前，在此保守地將珊瑚年生長紋高程以最高生長面(HLG)描述。考量 除構造活動的影響外，全球海水面於19 世紀上升了 6 公分(Jevrejeva et al., 2008) 的效應，同樣也會反應在珊瑚微型環礁的形貌上。因此為了探討現地相對海水面

的變化，在缺乏更高解析度報導的情況下，本研究假設19 世紀海水面上升之平

均速率為每年0.6 公釐，並移除此海前面上升效應對 HLG 的影響（附錄二）。

利用珊瑚生長形態描繪結果所得的年尺度HLG 記錄，再校正全球海水面上

升的效應後，重建的相對海水面歷史如圖 4-6 所示。西元 1807 年之前珊瑚呈圓 穹狀外觀，最高處的高度代表HLG，以藍色菱形標示。於 1807 年發生的 Diedown 事件使珊瑚頂面局部死亡，以藍色正方形標示Diedown 發生前的 HLG，並以橘 色與綠色短直線區分Diedown 在珊瑚左右兩側所影響的高度。Diedown 事件過後 兩側珊瑚Diedown 之下活著的部分繼續生長，由於兩側高度並不完全相同，分

圖

4-6 利用 LKM302 記錄所重建的相對海水面歷史。

別以橘色與綠色菱形表示Diedown 過後左右兩側的 HLG。直到西元 1815 年發生 的另一次 Diedown 事件，同樣造成珊瑚頂面局部死亡，分別以橘色與綠色正方 形標示Diedown 發生前左右兩側的 HLG，並以橘色與綠色短直線區分 Diedown 於左右兩側影響的高度。

自西元1815 年的 Diedown 事件後到西元 1848 年地震事件間，樣本 LKM302 陸續記錄到西元1825 年與 1836 年兩次的 Diedown 事件。西元 1836 年的 Diedown 事件後到西元1848 年間，由於 LKM302 左側破碎而缺失記錄，僅有右側樣本能 夠提供HLG 資訊。

第五節 描繪 LKM115 生長形態

樣本 LKM115 為單一顆珊瑚微型環礁一側的局部切片（圖 4-7），圖 4-8 為 本研究針對LKM115 拍攝的 X 光影像，依循本章第二節所描述方式描繪此 X 光 影像後，描繪的LKM115 生長形態結果如圖 4-9 所示。

由描繪結果可見LKM115 的生長特徵與 LKM302 相似，呈現由內向上與向 外生長的形態，過程中亦經歷了2 到 3 次的 Diedown 事件。在 LKM115 向上的 生長軸方向上，樣本上半部有兩次明顯的 Diedown 事件，其中較早的一次被採 樣時的切面截切，無法確認其延伸性而以問號標示。樣本下半部的生長軸方向上 則有一侵蝕面，由於筆者無法判斷其是否為生長時經歷的Diedown 事件所形成，

同時也被採樣時的切面截切，故也以虛線與問號標示。

圖

4-7 珊瑚微型環礁樣本 LKM115。

圖

4-8 樣本 LKM115 經曝光反轉的 X 光影像。

圖

4-9 樣本 LKM115 描繪結果、年生長紋相對年代與鈾釷定年結果。

第六節 重建 LKM115 所記錄的相對海水面歷史

王崇哲(2013)曾經對該樣本選定的年生長紋層測定鈾釷年代，其採樣位置與

定年結果標示於圖 4-9，與本研究年生長紋之層數計算之相對年代相符，顯示

LKM115 亦死於西元 1848 年地震事件，記錄了西元 1848 年之前共 30 年的相對 海水面記錄（附錄二）。

依循本章第三節所描述之方式，重建的相對海水面歷史如圖 4-10 所示。除 了標示珊瑚每年所記錄的HLG 外，於西元 1824 年、1836 年與 1842 年分別標示 了可能 Diedown 事件前後的 HLG 資訊。其中，西元 1824 年的侵蝕面無法肯定 為Diedown 事件，西元 1836 年的 Diedown 事件無法確認其側向延伸所影響的高 度，在此分別以橘色圓形跟黑色交叉標示，與其他具有較高可信度的數據區別。

圖

4-10 利用 LKM115 記錄所重建的相對海水面歷史。

第五章 氧同位素分析結果

透過珊瑚年生長紋的觀察得知，在本研究所關注的數十年間，研究區域內發 生了數次的海水面相對下降事件。由第二章之敘述可知，海水面相對變化事件除 了構造活動外，也可能由氣候事件所導致，而珊瑚骨骼氧同位素記錄所反應的表 層海水溫度與鹽度變化，能協助我們辨識海水面相對下降時研究區域內的氣候特 徵，因此，本研究亦對珊瑚微型環礁樣本進行氧同位素分析。

第一節 氧同位素分析數據

本研究針對樣本LKM302 共取 443 個樣本分析其氧同位素，190 個樣本取自 A 段（圖 5-1），分析數據如圖 5-2 a 所標示，253 個樣本取自 B 段（圖 5-1），分 析數據如圖5-3 a 所標示（原始數據附於附錄三）。 δ¹⁸O 數值落在-4.4‰到-7.1‰

之間。

第二節 年生長紋層描繪與對比

為了建立δ¹⁸O 數據與年代之間的關係，本研究分別將 A、B 兩段樣本的可見 光影像（圖5-2 b、圖 5-3 b）、X 光影像（圖 5-2 c、圖 5-3 c）與δ¹⁸O 的季節性週 期訊號對比。以藍色細線繪製年生長紋的形態，並利用珊瑚板狀樣本上記錄到的 4 次 Diedown 事件在側向的延伸關係，以紅色粗線標示 Diedown 事件於 A、B 兩 段樣本對應到的年生長紋層位。結果顯示，A、B 兩段樣本的數據共記錄了珊瑚 死前45 年的訊號，同時涵蓋珊瑚形貌上所觀察到的 4 次 Diedown 事件。

圖

5-2 樣本 LKM302 下部 A 段。（a）氧同位素分析數據；（b）於可見光影像上描繪之年生長紋及

5-3 樣本 LKM302 上部 B 段。（a）氧同位素分析數據；（b）於可見光影像上描繪之年生長紋及 Diedown 結果；（c）於經曝光

第三節 氧同位素數據年代模式

結合第四章鈾釷定年結果與本章氧同位素分析數據、年生長紋描繪與對比結 果，本研究重建了樣本LKM302 於西元 1803 年至 1848 年之間所記錄的δ¹⁸O 數 據（圖 5-4），同時涵蓋 4 次 Diedown 事件發生的年生長紋層位，事件年代分別 對應於西元1805-06 年、1813-14 年、1823-24 年、以及 1834-35 年。

圖

5-4 重建西元 1803 年至 1848 年間共 45 年的𝛅

O 數據。綠色菱形標示的為 LKM302-A 之分析結果，藍色菱形標示的為 LKM302-B

第六章 海階階面調查結果

為了解 LKM 現地的長期抬升速率，本研究亦針對王崇哲(2013)於 LKM 所 提出的四階海階進行調查。海階由低到高依序為Terrace I、Terrace II、Terrace III 與Terrace IV，本研究透過野外觀察、測量與採樣，推測海階海岸線角的高度，

結合前人與本研究在海階沉積物中採得珊瑚碎塊的鈾釷定年結果，估計海階形成 的年代，並計算此地的長期抬升速率。

第一節 野外觀察

LKM 海階階面上皆覆蓋受風化的土壤層。王崇哲(2013)觀察位在 Terrace I 上的水井與槽溝指出，土壤層之下分別為細砂與粗砂夾細礫石所組成之沉積。另 一方面，Terrace IV 上出露的土壤剖面中可觀察到珊瑚碎塊、貝殼與牡蠣，王崇

哲(2013)於此階面上一受侵蝕而下切形成的河道中，採集到 珊瑚碎塊樣本

LKM215、LKM216、LKM217，本研究直接於階面上採得珊瑚樣本 LKM569，

於另一下切河道中的土壤剖面中採得珊瑚樣本LKM570。綜合上述觀察，推測此 處海階階面沉積物主要由海相物質所構成，而後風化形成土壤。

在海階階面沉積物之下，本研究並未發現底岩出露，但海岸邊現生海蝕平台 有向西傾的砂岩地層出露，附近較高的山脊主要也以砂岩地層所構成。同時蘭裏 島西部的地形主要受到構造抬升影響，而蘭裏島中部西海岸 Zin-Chaung 地區的 海階形態，是由僅約0.5 公尺厚的海相沉積物堆積在抬升的海蝕平台之上所形成 (Wang et al., 2013)。綜合上述，推測此處海階發育應為以砂岩為底岩的海蝕平台 形成後，堆積海相沉積物再經構造抬升而成。

由於缺乏底岩與沉積物邊界的觀察，本研究透過沉積物厚度的觀察，推測底 岩可能的深度。王崇哲(2013)於 Terrace I 對水井側壁與槽溝剖面的觀察指出，在 階面之下 0.8 公尺處仍為海相沉積物，顯示該處海階底岩應不淺於階面之下 0.8 公尺；另一方面，Terrace IV 上的河道高程較該階地面低約 3.0 公尺，而河道旁 出露的剖面並未發現底岩，顯示該處海階底岩可能不淺於階面之下3.0 公尺。

第二節 高程測量與地質剖面

本研究利用RTK-GPS 測量海階階面與樣本的高程，測量點位在空間上的分 布如圖3-2 白點所標示，測量數據可見附錄四。將測量結果投影至 B-B’方向繪製 地形剖面後，可以分辨出四個向海側傾斜的相異高度平面，分別對應王崇哲(2013) 所提出的海階階面Terrace I 到 Terrace IV（圖 6-1）。測量結果顯示，Terrace I 約 比現地平均海水面（下同）約高1.0 到 1.4 公尺，上覆現生的海岸沙丘；Terrace II 約高4.1 至 4.4 公尺，上覆殘餘古沙丘；Terrace III 約高 6.0 至 6.2 公尺；Terrace IV 約高10.8 至 11.4 公尺。

本研究推測在地形面之下，具有海階沉積物以及底岩形成的海蝕平台。若依 照前人研究（Burbank & Anderson, 2011；梁翠容，1990；蔡佳穎，2013）假設底

岩與海階沉積物的交界面以坡度 1°向海側傾斜，則底岩面將會與海階地形面斜

交而出露地表，與野外觀察不符，故本研究選擇以地形面坡度假設為底岩坡度，

圖

6-1 LKM 地區海階地形測量投影結果與地質剖面示意圖。

第三節 鈾釷定年結果

王崇哲(2013)於第四階海階採集的珊瑚碎塊樣本 LKM215、LKM216、

LKM217，鈾釷年代分別為 7522 ± 21、8032 ± 20、9052 ± 189 年前（相對於 西元2013 年）。本研究於同一海階採集的珊瑚樣本 LKM569、LKM570，鈾釷年 代分別為8157 ± 26 年前與 8077 ± 27 年前（相對於西元 2015 年，表格 6-1）。

第四節 LKM 長期抬升速率

本研究利用海階海岸線角的高度做為指示古海水面的指標，估計海階的垂直 抬升量。前人在蘭裏島的調查顯示，此處現生海岸線角的高度較平均較高高潮面 (mean higher high water, MHHW)高約 20 公分(Wang et al., 2013)，即平均海水面之 上約1.2 公尺。

由地質剖面可見，Terrace IV 的海岸線角高度為 8.0 公尺，上覆沉積物厚約 3.0 公尺。若考慮該處並未觀察到底岩出露，沉積物厚度可能厚於 3.0 公尺，而 海岸線角的高度會低於 8.0 公尺；另一方面，考慮前人於 Zin-Chaung 地區（圖 6-2）的觀察指出，該處海階前緣處沉積物厚度僅厚約 0.5 公尺(Wang et al., 2013)，

假設於海岸線角位置沉積物厚度應不大於1.0 公尺，則 Terrace IV 的海岸線角約 為10.0 公尺高。綜合上述，本研究試以 2.0 公尺為誤差範圍估計 Terrace IV 的海

表

6-1 Uranium and thorium isotopic compositions and

Th ages for LKM terrace coral samples.

Analytical errors are 2s of the mean.

a[²³⁸U] = [²³⁵U] x 137.77 (±0.11‰) (Hiess et al., 2012);d²³⁴U = ([²³⁴U/²³⁸U]activity - 1) x 1000.

bd²³⁴Uinitial corrected was calculated based on ²³⁰Th age (T), i.e., d²³⁴Uinitial = d²³⁴Umeasured X e^l234*T, and T is corrected age.

c[²³⁰Th/²³⁸U]activity = 1 - e^-l230T + (d²³⁴Umeasured/1000)[l230/(l230 - l234)](1 - e-(l230 - l234) T), where T is the age.

Decay constants are 9.1705 x 10^-6 yr^-1 for ²³⁰Th, 2.8221 x 10^-6 yr^-1 for ²³⁴U (Cheng et al., 2013), and 1.55125 x 10^-10 yr^-1 for ²³⁸U (Jaffey et al., 1971) .

dAge corrections, relative to chemistry date between July 2012 and July 2015, were calculated using an estimated atomic ²³⁰Th/²³²Th ratio of 6 (± 4) x 10^-6 (Shen et al., 2008).

圖

6-2 蘭裏島北部至中部地區衛星影像。

對於西元2013 年），又樣本年代主要集中在8032 年前至 8157 年前（相對於西元 2015 年）之間，故推測海階面形成最可能的年代為距今 7.5 ka 至 8.2 ka 之間。

若Terrace IV 形成於 7.5 ka 至 8.2 ka 之間，估算長期抬升速率時則需考慮到 當時全球海水面仍在經歷中全新世海進(Middle Holocene transgression)的過程，

西印度洋東側的海水面約比現代低3 至 4 公尺(Horton et al., 2005)。因此，海岸 線角實際被抬升的高度應為6.8 ± 2.0 公尺再加上 3 至 4 公尺，即 9.8 ~ 10.8 ± 2.0 公尺，如此計算出來的長期抬升速率會介在每年 1.0 到 1.7 公釐之間。

第七章 討論

第一節 珊瑚微型環礁生長形態的海水面意義

7.1.1 辨識最高生存面

本研究重建了珊瑚微型環礁樣本 LKM302 與 LKM115 記錄的相對海水面歷 史，其中樣本 LKM302 左右兩側分別有獨立的統計結果（圖 4-5），考量珊瑚的 最高生長面(HLG)應為當下珊瑚生長所達到的最高高度，故當左右兩側對應的年

生長紋高度不相同時，本研究認為高度較高的一側應較可代表該年的 HLG（標

示為Preserved HLG）。

為探討震間活動與 Diedown 事件的特性，需要進一步辨識珊瑚所記錄的 HLG，是否可代表其最高生存面(HLS)，而 Diedown 事件所造成的珊瑚形貌或可 協助判斷。本研究判斷並標示出 HLS 的相對海水面歷史如圖 7-1 所示。在樣本 LKM302 記錄的相對海水面歷史中可見四次 Diedown 事件，於相對海水面下降 使珊瑚頂部局部死亡後，存活下來的珊瑚高度應可代表HLS（標示為 HLS After Diedown）。

而在兩次Diedown 事件之間，珊瑚的生長速率也可指示珊瑚與 HLS 間達成 平衡的資訊。以西元1807 到 1815 年間為例，在 1807-08 年的 Diedown 後，珊瑚 的生長速率可以區分為兩個時期：珊瑚先由HLS After Diedown 的高度開始以較