12/09演講稿

基隆的地質地形景觀

王 鑫

國立台灣大學地理環境資源學系教授

美國哥倫比亞大學經濟地質學博士

 

 

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基隆市出露的岩層主要是經過摺皺與斷層作用的沉積岩,因此常見沉積岩地區的地質地形景觀。也就是同斜嶺的地形。

傾斜互層沈積層區同斜嶺(平行排列的單面山)示意圖

 

地表各種岩石受到風化、侵蝕作用後逐漸形成碎屑,甚至溶解在水中。這些碎屑物質與溶解物質,經過流水、風、海流等自然力量的搬運後,逐漸在低窪的地方沈積下來,形成鬆散的堆積物質,我們稱之為沈積物。沈積物日積月累,逐漸深埋在地底下,經過固結與膠結作用之後,就成為沈積岩。

什麼是沈積岩?砂岩?頁岩?

沈積岩:由膠結作用將沈積物膠結岩化所造成的岩石,或由化學沈澱作用及有機物作用所造成的岩石。

砂岩:一種碎屑狀沈積岩,其組成物顆粒的直徑在1/162公釐之間,大部分由石英、長石或岩石碎屑組成。

頁岩:一種細粒碎屑狀沈積岩,由黏土或粉砂顆粒組成,沿層理面極容易呈頁狀剝離開來。

砂岩與頁岩都屬於沈積岩,只是組成物質的顆粒大小不同。砂岩與頁岩在沈積的過程中,因為生物在上面生活,因此常有殘骸或活動的痕跡留下,這就是「化石」與「生痕化石」。在砂岩與頁岩分佈的地方仔細找找,幸運的話,說不定可以找到化石與生痕化石的蹤跡。

原本水平或近乎水平的沈積岩層在經過地殼變動以後,發生了變形,改變了原有的形態。在不同的階段,可以造成不同形狀的構造。這就叫做地質構造,最普通的有節理、褶皺、斷層等。地殼變動的證據到處都可以看到,最常見的就從岩石中找到許多貝類化石。這些海中生物的出現表示原來沈積在海中的岩石,在經過地殼變動後隆起成為今日的山地。

層理和層態

  沈積岩原來的層狀構造叫做層理,層態則是指岩層層理面和水平面相交的關係,包括層理的走向,指層面和一水平面相交所成直線的方向及層理的傾斜,指層面和一水平面相交的銳角。傾斜有傾斜方向和傾斜角度兩個元素。層面的傾斜方向必須和它的走向成直角。沈積岩生成的時候,大多具有接近水平的層理。經過造山運動之後,岩層會發生傾斜、褶曲的現象。

地球表面的岩石不斷受到外營力與內營力的作用而發生變動。變動包括兩種。如果岩石受到的外力超過它的強度,就會發生形狀或體積的改變;否則,岩石在地殼中的位置就要發生改變。

地殼變動往往可以使大塊的地殼發生上升或下降運動,也可以使岩石發生傾斜、褶皺、擠壓或斷裂。這些作用都可以改變岩石的形狀、體積或原來的位置。

 

褶皺

  岩石受壓力推擠以後,可以發生波浪形狀的彎曲,這種現象就叫做褶皺或褶曲。褶皺的大小幅度不等,最小的可能在顯微鏡下才能看到;最大的寬度可能到達幾公里以上。褶皺的形狀也變化多端,有的呈狹長形,有的呈短圓形,也有的呈各種不規則的形狀,甚至躺臥著。岩層經過褶皺後,可以向上拱起,也可以向下凹入。前者叫做背斜。構成背斜的岩層向上隆起,兩翼分向相反的方向傾斜,較老的岩層依次在褶皺的彎曲中心出露。另一種叫做向斜,岩層向中間凹入,褶皺中的兩翼向同一中心傾斜,較新的地層逐次在褶皺的彎曲中心出露。

 

斷層

   斷層和節理一樣屬於破裂性的變形,不同的是裂面兩側的岩層曾沿著裂面發生相對的移動。斷層有時是一個清楚的斷裂破碎面,但是大多數的情況下都是一個斷層帶 ,具有相當的寬度。斷層面可以有各種傾向及傾角。在斷面上方的岩層稱為上盤,在斷面下方的岩層稱為下盤。

一側較緩、一側較陡的單面山,是傾斜沈積岩分佈地區內常見的地形景觀。較緩的坡面大多平行於岩層的層面(稱為傾斜坡),或者與岩層的傾斜方向相同,後者稱為順向坡。單面山陡峭的坡面,通常與岩層的傾斜方向相反或斜交,前者稱之為崖坡(又稱反插坡),後者則稱為斜交坡。

放眼眺望基隆山區的地形,處處可見傾斜坡和反插坡交替的山坡。一側較緩、一側較陡的單面山,正是本區內常見的地形景觀。

本文列舉瑪陵坑溪道路沿線及和平島海岸的例子說明基隆的地質地形景觀。

 

 

 

 

 

瑪陵坑溪公路沿線的地質、地形景觀

地理位置與交通

位於基隆市七堵區境內的瑪陵坑溪流域,是一處兼具自然景觀與人文景致的地區。形狀狹長的瑪陵坑溪流域,東側以新山(海拔高度165公尺)稜線與基隆市安樂區相鄰,西側以康子崙山(海拔高度315公尺)稜線與鹿寮溪流域相隔,北以隸屬於五指山系的開眼尖山稜線與台北縣萬里鄉為界。瑪陵坑溪主流源於海拔高度為410公尺的開眼尖山,是基隆河上游的一條支流,以西北—東南方向往下游地區流動,於下股一帶匯入基隆河。沿著分佈於本區中央的支稜線,大致可將瑪稜坑地區分成瑪東地區與瑪西地區。

瑪陵坑地區對外的聯絡道路主要以縣市道路與產業道路為主,可通往基隆大武崙工業區、七堵市區、六堵工業區、六堵友納地區和汐止汐萬公路一帶。雖然國道一號公路沿著基隆河從下股這裡穿過、國道三號公路從本區的東南部穿過,但是沒有交流道直接進入本區,僅能從五堵或大武崙下高速公路,再沿著縣市道路進入本地。瑪陵坑地區內部以基隆市一號公路(簡稱基市一)為主要的交通要道,在大埔附近分成左右兩條支線,分別通往瑪東地區與瑪西地區,然後在上游地區相連,成為一條環狀的道路。

要前往瑪陵坑溪地區,可經由省道五號公路連接基市一公路後抵達。在進入七堵市區之前,必須從省道五號公路轉向前往七堵監理站的道路;在經過七賢橋之後,可以看見右轉往瑪陵坑的指標。右轉之後,即可接上基市一公路,進入瑪陵坑地區。

基隆市位置圖

 

地質概述

瑪陵坑溪流域主要出露第三紀漸新世與中新世的沈積岩(地質圖),地層由老到新分別為五指山層、木山層、大寮層、石底層、南港層。地層的層序與岩性如表一。總括來說,瑪陵坑地區出露的岩石是沈積岩中的砂岩與頁岩;而依照岩石的組合比例不同,又可分成塊狀砂岩、薄層狀砂岩、砂頁岩互層與頁岩。

上述的地層中,五指山層、木山層與石底層都含有煤層,其中後兩者更具有開採的經濟價值。瑪陵坑地區內,曾有煤礦場的分布,但隨著時代變遷與經濟發展,開採煤礦已不符合經濟效益成本。本地的礦場也就慢慢地步上了關閉與廢棄的結局。

表一 瑪陵坑溪流域出露的地層及其特性(黃鑑水,1998

時代

厚度(m

南港層

700750

青灰色厚層石灰質砂岩,頁岩及砂、頁岩互層

石底層

300450

砂岩與頁岩互層,含煤層。夾有塊狀白砂岩。

大寮層

350850

上、中部以砂岩為主,下部為砂頁岩互層,部分含有凝灰岩體。

木山層

450600

白色砂岩、黑色頁岩及砂、頁岩薄互層,含煤層。
漸新世

五指山層

750以上

上部黑色頁岩,中、下部白色粗粒砂岩或礫岩及砂頁岩互層。

受到地殼板塊由東南向西北擠壓力量的影響,台灣北部地區內的岩層走向與地質構造大致呈現東北—西南的分布情況(地質圖)。

 

 

 

台灣板塊構造及陸弧碰撞立體示意圖(根據安吉利爾)

從岩層的分布情況,我們知道基隆河大致是沿著一處向斜的軸部發育。位於基隆河右側的瑪陵坑地區,正好就是位於向斜的一翼。因此,瑪陵坑地區內的岩層大多向基隆河的方向傾斜。這樣的地質構造深深影響著瑪陵坑地區地形的發育,包括山脈稜線的走勢,以及水系發育的情形。

什麼是岩層的走向和傾斜?

 

走向:岩層面或斷層面等和水平面相交所成直線的方向。

傾斜:層面傾斜的方向,一般與走向呈垂直。

傾角:層面和水平面之間的夾角,取銳角。

 

什麼是背斜?向斜?

 

背斜:岩層受力擠壓後呈現波浪狀彎曲的現象,稱為褶皺。當褶皺的中心向上拱起,而兩翼朝相反的方向傾斜時,稱之為背斜。在背斜中,較年輕的岩層出現在褶皺的表面;越往褶皺的中心,岩層越老。

向斜:褶皺的一種,兩翼向同一中心傾斜,新的地層在褶皺中心出現。

地質構造?

原本沈積時呈水平或近似水平的岩層,經過地殼變動之後,改變了原有的形態,發生傾斜、彎曲、破裂等岩層變形的現象,我們稱之為地質構造現象。最常見的地質構造現象有褶皺、斷層、節理、不整合、劈理等。

和平島附近地質圖(取自張石角,    )

 

 

地形概述

基隆和自瑞芳以下流經四腳亭、暖暖、八堵,並在彎過八堵之後轉向西南,經過七堵、六堵、五堵、汐止,抵達南港;這段河域屬於基隆和的中游。向台北盆地逐漸隱沒的曲流與寬廣的階地,是這段河域的主要河流地形特徵;如今它們幾乎被住宅、工廠、道路、貨櫃集散場,以及礦場棄土所佔滿。

 

 

 

基隆河中上游水系圖

八堵以下到南港(台北盆地)之間的基隆河,在它原本的沖積平原上切割出來的曲流地形,規模十分顯著。曲流河岸的兩側,地形十分不對稱;曲流凹岸,切割山坡,而凸岸部分則形成階地。八堵、七堵、六堵、五堵等,都是利用河階地形的一側,構築聚落與耕地。從宏觀的角度來看,這段基隆河谷大致上也是沿著附近向斜構造的軸部所發育出來的,屬於縱谷地形。本段河谷的東南方是五分山到松山一線的山地;西北方是五指山到劍潭山一線的山地。瑪陵坑溪流域位於基隆河西北側的五指山山脈側翼。瑪陵坑溪主流的流路大致上呈西北—東南流向,和區域地質構造垂直(即鄰近基隆河谷的方向),因此屬於橫谷地形。

 

 

 

 

 

什麼是沖積平原?曲流?河階?

沖積(泛濫)平原:指河道兩旁平地,在洪水時被河水所掩覆,上面有沖積砂礫土層的沈積。

曲流:河流重複彎曲的現象。

河階(河岸階地):沿河岸的階狀地形,稱為河階地。河階由河階面與河階崖兩部分形成。出現河階,表示這條河流曾因地質、氣候或水文上的變動,而使河流在舊河床上急速向下切割。未被切割的舊河床便在新河床上位形成階狀地.即為河階。

什麼是背斜谷?向斜谷?什麼是橫谷?縱谷?

向斜谷:沿著向斜軸發育的是向斜谷。

背斜谷:沿著背斜軸發育的是背斜谷。

橫谷:如果河谷的發育切穿了地質構造,則稱為橫谷。

縱谷:如果河谷的發育平行地質構造,則稱為縱谷。

 

地質構造

原本沈積時呈水平或近似水平的岩層,經過地殼變動之後,改變了原有的形態,發生傾斜、彎曲、破裂等岩層變形的現象,我們稱之為地質構造現象。在不同的階段,可以造成不同的現象。最常見的地質構造現象有褶皺、斷層、節理、不整合、劈理等。

如同上面所說的,瑪陵坑地區屬於傾斜的互層沈積岩地區(水系圖),這樣的地質環境常常會形成崎嶇不平的丘陵地,以及格子狀或樹枝狀的水系(水系圖)。

 

樹枝狀和格子狀水系圖

在地形的發育上,不同的岩石抵抗風化、侵蝕作用的能力不一樣,因此抵抗力較強的岩石,例如砂岩,在地形上通常會形成突起的高地;而較為軟弱、抗侵蝕能力較差的岩石如頁岩,則會形成低地。因為這樣的特性,在傾斜的砂、頁岩互層地區,砂岩的部分常會發育成突起且平行排列的山脈,通常具有一面較陡而另一面較緩的山坡,我們稱它為「單面山」。而頁岩所表現的地形,則是低地中圓滑而平緩的小丘。

 

傾斜互層沈積層區單面山示意圖

同樣的,瑪陵坑溪流域的水系發育,也深受傾斜的地質構造所影響。河道的發育經常是順著侵蝕抵抗力較弱的地方進行,例如岩性較軟的地方、岩層層面、岩石節理、斷層破裂帶、褶皺軸等。因此在傾斜岩層分佈的地區裡,河水最容易順著軟弱的頁岩層、岩層交界面與岩層層面發育。主要的河道大多位於頁岩分佈的地區,河道兩側的支流則順著傾斜的層面發育,以接近垂直的角度或大角度匯入主河道。於是形成狀似方格的格子狀水系。

何謂流域?

 

一條河流的流域是以四周的分水嶺(稜線)為界,與其他流域相隔。凡是掉入流域範圍內的水,不論是直接流入河道,或是先滲入土壤中,然後再逐漸流入河道,它們的活動都將限制在這一條河流的流域。以日常生活的經驗來看,我們可以將洗手槽比喻成流域,洗手槽的邊緣就是分水嶺,而排水孔就像是河流的出口。只要是在洗手槽內的水、懸浮物質、髒東西,都會向排水孔匯集、流出。當然,現實中的集水區不像洗手槽那樣的簡單,但是概念相似(英文漢聲雜誌社,1987)。

 

   和平島的海岸地質地形

地球外殼形貌的改變,可以從野外活動中觀察。科學家告訴我們,人類知識的獲得,大都是藉著眼睛的功能達成,因此培養及善用觀察的能力十分重要。下一次到野外郊遊或是登山的時候,務必善用你的觀察力,探索地形變化的過程,去尋找你自己的科學天地。

  從氣候上來看,風景區位於亞熱帶的季風氣候區內,典型的特徵是全年有雨、氣溫高、海風強。這些氣候環境,深深的影響著本區的植被以及地形作用。在這裡,不僅物理性的風化侵蝕作用雕塑著地形,看不見的化學風化作用更是時時刻刻腐蝕著岩石,為雕刻大地的侵蝕作用舖路。

  從東北方向湧到的長浪,更是朝夕不停的撞擊著海岸,侵蝕著它。繁盛的生物活動也插上了一腳,加速著風化作用的進行。

  海岸地形,深受地質構造的控制。在海岸也可以見到細微的凹入或凸出地形。甚至於在海蝕平台上,還可以見到更細微的突起、窪下,或是伸出凹入,這些細微的變化都是因為岩石軟硬不同,在風化作用以及侵蝕作用下,抗蝕力不同,而漸漸形成的。整個地形景觀的形成,彷彿雕刻師傅精心的傑作一般。

 

構成和平島的地層,是大寮層的厚層砂岩,因抵抗海蝕能力較強,故突出成為海岬。目前和平島與陸地相連之處,已被侵蝕成一海溝,因此和平島已真正成為一島嶼。

和平島海岸由於受到強烈的海蝕作用,海蝕地形異常發達,其中有蕈石、豆腐岩、海蝕平台與海蝕崖等。對於許多遊客而言,和平島是以千疊敷及萬人堆而聞名。所謂千疊敷,指的是海蝕平台上的豆腐岩,由於此地的海蝕平台面積相當遼闊,豆腐岩分佈遍地,因此稱之為千疊敷,意謂此地有千張榻榻米之多。至於萬人堆,是指海蝕平台上一些較硬的石灰質塊石,因差異侵蝕的結果,一顆顆突出於平台上,遠看像是許多的人頭,因此稱為萬人堆。這些大大小小的石灰質塊石,根據梁繼文教授的研究,是所謂的重出土地形。原來這些石灰質塊石在古代是類似野柳蕈狀石的頂部岩石,後來這些蕈狀石頂部石塊掉落,滾落海底,後再經海底沈積物掩埋而被夾於岩層內,在和平島的海崖上,我們還可以看到這些順著岩層層理排列的岩石。北海岸再度隆起之後,岩層受到侵蝕而剝離,這些夾在岩層裡的石塊很多便在海蝕平台上露出,由於它的岩性與周圍的岩石不同,乃形成目前所見萬人堆的景觀。

和平島的豆腐岩發育十分良好,顧名思義,所謂豆腐岩必然是外觀十分像豆腐的岩石。豆腐岩發育的條件十分嚴格,首先,地層要有兩組相互直交的節理,能把砂岩切割成大小差不多的方塊,是形成豆腐岩的最基本條件;其次地層要有低角度的傾斜,以便海水能順著節理流動侵蝕;此外,地層須為砂頁岩互層,且砂岩的厚度約在半公尺以上,因為砂岩層如太薄容易崩落成為碎礫塊;最後,高潮時海水激起的浪花,要能越過波蝕棚的高度,這樣落下來的碎浪才能洗刷岩層的斜面。地層如升起太高或是在海水面以下,都將無法發揮侵蝕的效果。在這些嚴格的條件限制下,北海岸許多地方都無法發育成良好的豆腐岩。

(一)海蝕崖與海蝕平台

海岸受波浪侵蝕而成的陡崖,稱之為海蝕崖。海崖下方近海水的地方易生成向內凹入的海蝕凹壁,凹壁繼續發育,上方崖壁可能因失去支撐而崩落,於是海崖後退,就形成了海蝕平台,海蝕崖大多出現在沉降海岸或岩石海岸,尤其是在波蝕強烈的島嶼、半島或岬角等陸地突出部分。

(二)海岬、海蝕洞、海蝕溝

海崖被許多垂直於海崖延伸方向的破裂面(學名節理)切割。這些破裂面經侵蝕後,有些擴大成海蝕溝、海蝕洞。

(三)小地形景觀

1. 蕈狀石

又稱蘑菇岩等。外觀似蘑菇,有一較細的石柱,上托一粗大的球狀岩石。

萬人堆的學術名稱即是蕈狀石

2. 豆腐石

風景區內的岩層受到兩組節理(破裂面)的切割。其中一組與岩層的走向平行,也就是與海岬延伸的方向平行;另外一組垂直於海岬的延伸方向。堅硬岩層被兩組節理切割的破裂面,再被侵蝕擴大之後,形成了一塊塊類似豆腐外形的岩塊,稱為豆腐石小地形。