地球科學園地

二OO二◆十二月冬季

《第二十期》

 

 

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東北角的往日雲煙

鄧屬予/台灣大學地質科學系

 

  如果我們從中壢往花蓮畫一直線,線以東的台灣東北角是一個多采多姿的地質區(圖1)。它有綿延的山嶺和谷地、陡峭的斷崖和海岸、平坦的台地和盆地,以及峰巒相疊的火山彙。它在8,000萬年前還是華南邊上的一片陸地,後來張裂下沈,變成了一個淺海,在500萬年前又被呂宋島弧推擠成一座高山。不過這片山地目前已不再上升,反而又在張裂下沈。這一段曲折的往事,讓我追尋了30年……


《圖1》東北角的地質背景(A-B剖面見圖8)

 

初見的歡愉   

  認識東北角,是剛進大學時。

  當年搭乘遊覽車,跟著普通地質學課程在台北近郊實習,從大漢溪上游的山陵到蘭陽溪下游的平野,從金瓜石的地下礦坑到蘇花公路的斷崖絕壁,一年中跑了許多從未去過的地方。雖然地質只是一知半解,但親眼目睹了野外實景,也體會到台北是盆地(圖2),林口是台地(圖3)。冒煙的七星山是休眠火山(圖4),野柳的女王頭原來是海底沈積物(圖5)。這走馬看花的初探經驗,讓我發覺了面對大自然的喜悅,從此走上地質之路。

《圖2》台北盆地
《圖3》林口台地
《圖4》七星山
《圖5》野柳

  大學四年,每天奔波在教室和實驗室之間,日子在作業、報告和考試的連番追擊下,飛快而過。那時大學生都比較窮,出外旅遊的機會並不多。地質系得天獨厚,經常往來各地「野外實習」,這份額外的附加價值。直讓別系同學稱羨不已。

  四年下來,台灣島大致轉了一圈,近郊的東北角帖地利之使,每年進出好幾趟。從陽明山的大屯火山群,北海岸的第三系沈積岩,到清水斷崖的大南澳變質雜岩,東北角多采多姿的面貌,在我這初學者的腦海裡烙上丁深刻的痕跡。記得當年每到一個新的景點,總是先忙著遊山玩水,然後看看砂岩裡的交錯層或安山岩裡的角閃石,軌覺得很有學問。偶爾聽老師談起海進海退和造山運動,直覺郡是些空玄高論,自己不論多努力,地無法從露頭裡看出苗頭,也就不去理會了。

 

山脈的呼喚   

  進入研究所後,一腳跨進了東部的海岸山脈。

  每次出野外,總先花上一整天的時間搭車,經北宜和蘇花公路到花蓮。在旅途中,車行上下都是山。以前跑野外時也常見山,只是不以為奇。如今枯坐車中,望著窗外一山接一山,這才體會到台灣是一座山脈。尤其在蘇花公路,千丈絕壁緊臨海崖(圖6),讓我深深感受到山脈的雄偉,也不禁開始自問這山脈從何而來。

《圖6》蘇花斷崖

  當時正值世界地球動力學的大革命時期,「板塊運動」逐步取代往日的「地槽學說」,成為造山運動的理論基礎。在以往的地質文獻裡,台灣常被看成一座複合地槽,先從一塊陸地下沈成海,爾後再被「蓬萊造山運動」抬升成山。在1970年前後,台灣的地質學界多還依循地槽的說法。之後隨著板塊學風吹入,開始有些學者提出不同的看法。他們認為台灣原本是中國大陸緣海的一角,只因呂宋島弧的衝撞而造山;如今台灣東部的海岸山脈,原來是菲律賓海板塊上的呂宋島弧;而台東縱谷以西的地區,則屬於歐亞板塊上的中國大陸邊緣(圖7)。


《圖7》板塊架構

  處身在這場革命中,我一開始先受地槽的洗禮,覺得這學說蠻有道理,可以說明為什麼台灣到處有海相地層,只是對於下沈的地槽何以會上升造山,始終不甚了解。當我懷著這份疑慮接觸到碰撞學說時,心頭為之一震:自已在海岸山脈中,不早就看過島弧火山岩和造山沈積物嗎?以前始終不了解這水火不容的地層如何湊在一起,如今在碰撞模式裡,這只是反映了呂宋島弧在碰撞前後的變化。回頭思索來路所見,從林口台地平整的第四系,到北海岸的褶曲第三系,再到蘇花公路的先第三紀變質岩,似乎愈靠近海岸山脈的地區地形愈陡,地層年代愈老,岩石的變質和變形程度愈高,這不是受了碰撞的影響嗎?(圖8)


《圖8》台灣的地質單元及橫向變化

  碰撞的領悟讓我血脈賁張,我不敢相信如此單純的模式,居然詮釋了台灣複雜多變的地質面貌;而且提供了一個合理的造山機制!我半信半疑,開始狂熱地全島奔馳,一心想要探究這蓬萊山中的奧秘。我登上玉山頂,俯瞰脊樑山脈;我攀上南湖大山,遙望雪霸連蜂。台灣地質的南北連貫性讓我驚訝。我橫渡能高越,貫穿玉里古道,在西部麓山帶、雪山山脈和脊樑山脈之閒來回穿梭,沒想到台灣在橫向上的變化竟是如此規律。我持續向南探索;在台東外海,我望見正向台灣移動的綠島;在鵝鑾鼻,我摸到剛從海底冒出的珊瑚礁;在枋寮,我看著恆春半島的丘陵逐步地向北爬升,攀上了穿入雲霄的南武大山。我不得不相信島弧真的撞上了大陸,因為我目睹了這場正上演的碰撞造山運動。

 

撞前的回溯   

  懷抱著弧陸碰撞的信念,我暫別了海岸山脈,從1985年後,轉身投入西部麓山帶和中央山脈。

  剛開始我熱衷於新生代晚期的變化,努力從地質記錄中解讀碰撞山脈的上升史,並且驗證當年在海岸山脈所做的推測。不過很快地,我的注意力就被雪山山脈所吸引。雪山山脈錯綜複雜的地層構造關係,讓我急欲一探究竟,於是我在台北和宜蘭之間,順著北部海岸和新店溪上游河谷,展開了雪山山脈探索之旅。

  雪山山脈有厚層的第三系沈積岩。在碰撞之前,這些岩層都是中國大陸邊緣的堆積物,平躺在緣海的沈積盆地中,碰撞作用把這些岩層擠壓抬升,形成一系列的褶皺和斷層,順著山脈的走向排列。如今我們看到的這些地層都是扭曲的片段,原來的盆地架構早已被破壞殆盡。

  當我追尋這些地層的時空分布時,發現在坪林到巴陵一帶的雪山山脈中,有將近3,000公尺厚的漸新統,向東越過梨山斷層、進入蘇澳附近的脊樑山脈後,就立刻消失不見。何以在這麼短的距離內,地層有如此大的變化?我趕緊查閱文獻,發現這個議題常被提及,但原委不明,似乎成了一個謎。迷惘之際,我改變方向朝西追蹤漸新統,通過西部麓山帶到台灣海峽。等我把所有地層紀錄整理出來,並順著橫切台灣的方向一字擺開時,赫然發現漸新統的外形像是一個楔子,夾在台海和脊樑山脈之間,由西向東逐漸變厚(圖9);而中新統的形狀卻像一床被子,覆蓋全區且厚度相當。當我把同時代的地層都連起來,居然兜出一個半地塹盆地。盆地以中生界為基盤,裡面堆積了始新統和漸新統的沈積物,盆地東緣的基盤高區就是脊樑山脈的變質雜岩。


《圖9》雪山槽及碰撞前的大陸邊緣

  望著半地塹,我心裡忐忑不安。怎麼會在褶皺的山脈裡湊出了一個張裂盆地?心想既然中央山脈在碰撞前屬於大陸邊緣,就趕緊翻閱中國大陸邊緣的資料,看看是否真有張裂盆地出現。結果發現從東海到南海,大陸邊緣多的是半地塹,台灣海峽裡就有好幾個,其盆地的形狀和內涵跟台灣的類似。這個結果讓我興奮異常,因為我終於擺脫了碰撞的糾纏,找到碰撞前的盆地架構,並且解開了中央山脈地層之謎。我把這個半地塹命名為「雪山槽」。

  在我追蹤中國大陸邊緣盆地的同時,意外地發現這些緣海盆地大致可分成兩排,一排靠近華南的海岸,一排位於陸棚的外緣。台灣海峽的「南日島盆地」就是近岸者之一,「雪山槽」則屬於外緣的一排。所以碰撞前的台灣其實是一個張裂的被動大陸邊緣,有一個中生界的基盤,載著兩排半地塹槽,槽裡堆積古第三紀的沈積物,上面被新第三紀地層覆蓋。

  根據這個「雙槽式」的大陸邊緣,我把不同年代的沈積物一層一層剝掉,回復出以前大致的模樣,再參考其他的大地構造資料,就發現在白堊紀早期,台灣其實是一片陸地,位於一個安地斯山式的島弧前緣,爾後張裂下沈,轉化成一個被動大陸邊緣,最後再被呂宋島弧碰撞而造山(圖10)。有趣的是,從白堊紀晚期到中新世晚期,台灣的確都在原地不斷地下沈,它的演化過程還真像當年地槽學說所做的推測。


《圖10》白堊紀以來的台灣地史
撞後的追尋   

  在1990年前後,我帶著剛拼出的碰撞前演化史,懷著滿意的心情,經常在不同的研討會、課堂和野外實習中,講述台灣白堊紀以來的地質演變。每當我興高采烈地說完,聽眾大多表示可以接受,讓我覺得有些飄飄然,好像已經掌握到台灣地史的命脈。不過就在我即將陶醉之際,偶爾會蹦出一些奇怪的問題,像「台北盆地怎麼生成的?」、「宜蘭平原不是在張裂嗎?」,或者是「大屯火山和碰撞有什麼關係?」這些問題常讓我左支右吾,不知該如何是好。下意識裡,我討厭這些問題來打擾我美好的故事,認為它們毫不相干。可是每當我從外地搭車回家,順著高速公路從林口台地下滑時,台北盆地和大屯火山就自然呈現在眼前,這些惱人的問題跟著浮現在腦海。我霎時意識到,這一片熟悉的土地裡還隱藏著一段不為人知的過去。

  我翻開地質圖仔細端詳,發現台灣的山脈雖然貫穿全島,但山脈裡近乎南北向的地質構造,到了東北角就逐漸偏東,山脈的高度也隨之下降,從3,000公尺降低到海平面。山脈中出現了台北和宜蘭兩個張裂盆地,以及大屯和基隆兩個火山彙(圖1)。

  盯著地質圖發呆,我再度陷入迷惘,一連串的懸疑縈繞在心頭。這斜插而出的山脈到哪兒去了?怎麼褶皺山脈裡又迸出了張裂盆地?東北角不是被擠壓的被動大陸邊緣嗎?怎麼會有大屯和基隆這些島弧安山岩?它們應該在海岸山脈才對啊!

  我意識到我己身陷廬山,難識廬山真面目。於是我後退一步,從大區域的板塊架構再來看東北角,這才警覺到琉球島弧已經悄悄地潛入台灣。在東北角的下方,有一條向北傾斜的隱沒帶,從東面的琉球島弧延伸而來;大屯和基隆火山彙其實是琉球火山島弧的一段,宜蘭平原則屬於琉球的弧後盆地-沖繩海槽(圖7)。這麼看來,東北角已不再是呂宋島弧的碰撞帶,反而成了琉球島弧的一份子。但是琉球島弧怎麼會搭上碰撞山脈?

  當我看到基隆外海的地下資料時,終於找到了答案!原來台灣的碰撞山脈並沒有停止在海岸,而是一直向東延伸到琉球南部。這個山脈潛伏在海底,被第四紀的張裂盆地所覆蓋。它雖然失去了山脈的地勢,但仍保存了山脈的褶皺和斷層構造。它的存在告訴我們:台灣的東北外海以前也曾碰撞造山,只是後來隱沒作用反轉,使得碰撞作用終止,山脈在失去碰撞的支撐後垮塌,最後沈入海底(圖11)。這個碰撞反轉到隱沒的作用,在過去的500萬年裡,一直不斷由東向西發展,如今越過了東北角,推進到中壢-花蓮一線。東北角的山脈已不再上升,反而在張裂下沈。台北和宜蘭就是山脈張裂所產生的盆地。


《圖11》台灣東北外海的造山及毀山

 

八千萬年雲和月   

  從碰撞追蹤撞前到撞後,回顧台灣8,000萬年來的地質演變,我發覺東北角是台灣的縮影。它從華南邊上的一片陸地下沈成海,再從海底被擠上高山。這一段滄海桑田的過去,都記載在蘇花海岸的片麻岩中,刻劃在野柳岬頭的砂岩上,呈現在坪林-巴陵的山嶺裡。過往的事蹟已隨時光消逝,當年的場景卻依舊在人間。我們西望福建,可見到8,000萬年前的那片陸地;向西南看廣東,6,000萬年前以來的那片淺海仍在;南望恆春,呂宋島弧還正推著碰撞山脈向前衝。

  東望琉球,在海裡我看到山脈的最終歸宿。只要目前的板塊運動的方式不變,向北隱沒的菲律賓海板塊還會持續向西推進,逼著台灣下方的隱沒方向不斷反轉,山脈隨著垮塌下沈,最後潛伏到大陸邊緣的淺海裡。在這回歸大海的前程上,東北角是台灣邁向未來的第一步。我們在野柳的岬頭上,望見了伏向大海的殘餘山脈;在七星山的蒸氣中,看到了琉球島弧閃動的影子;在宜蘭的海灘邊,聽到了洶湧澎湃的浪濤,正在開裂的山口徘徊。

 

相知相惜到永遠   

  從初識到深知,30年的歲月一晃而過。野柳岬頭的景物依舊,內灣的漁港卻日益繁華。濱海公路掩蓋了當年的海邊小徑,取代了水湳洞的火車軌,也帶走了北海岸樸實無華的原貌。昔日的影子只有在殘存的礁岩和山洞裡,才隱隱約約地浮現。

  一年半載地,我還是會上陽明山看台北盆地,到北部海岸看砂頁岩。七星山的氣孔和野柳的女王頭仍在,只是當年跟著老師來的小伙子,如今成了另一群小伙子的老師。在東北角的地質搖籃裡,似乎有說不完的新奇事。當年安山岩裡單純的角閃石,如今抹上了琉球島弧的色彩;砂岩裡的交錯層也隱含著大陸邊緣的訊息。再見到熟悉的角閃石和交錯層時,雖已不復當年初識的驚喜,但仍掩不住那份淡淡相知的歡愉。

  碰撞的波濤曾把我推出東北角,撞前撞後的張裂又將我拉回。實在沒想到身邊的山川竟是如此多嬌,讓人難以割捨。當我途經蘇花公路到東部時,總會選在海岸斷崖處停留,仰望傲視大海的絕壁,撫摸岸礁裡斑駁的岩紋。在浪花激揚灑落間,我常情不自禁地走進8,000萬年的時光隧道。30年的光陰讓我領會了「山起又山落」的道理,但沒有減緩我對這一片土地的好奇心。每當我行經北宜公路到達縣界時,總會走到公路的最高點迎風站立,先回首來路盤旋而上的山陵,再俯望前方深邃平坦的裂谷(圖12)。想起當年支支吾吾地解釋宜蘭平原的成因,如今信心滿滿地站在山脈浮沈的關鍵上,不自覺心頭一陣欣喜。

  然而,在我俯仰自得之際,常會聽到身後枝葉婆娑作響,回頭望去,在舞動的樹影草叢間,彷彿又看見那詭譎的山神向著我微笑。

《圖12》蘭陽溪三角洲

 

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