地球科學園地

二OO一◆十二月冬季

《第二十期》

 

 

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我在林口台地的發現

陳文福/台糖公司地下水中心地質師

  

《圖1》從台北盆地遠望林口台地

  住在台北的人,遇晴朗天氣時,可從台北市區西望林口台地,驚嘆其平坦地形宛如利刃切過。亦可由高速公路南下,從圓山交流道沿著盆地的底,經泰山收費站,爬坡上林口台地。(圖1)

  民國75年夏,我在台大地質系唸四年級,暑假時找鄧屬予教授作學士論文,開始了對林口台地的探索。

  當時對林口台地的印象是,紅土極厚,像似天然的大網球場,紅土底下,圓滾滾的礫石繁多(圖2)。經過鄧老師的指點後,在圖書室逐步尋找參考資料。除了日文的研究文獻外,最具參考價值的,便是王執明老師的學士論文,出版時間是民國44年,那時我還沒有出生呢。泛黃的紙頁,藍曬刻版的複印本,透露出科學研究的年代久遠與傳承。

《圖2》台地遠景,看得出厚層礫石、紅土覆蓋其上。

  那時候我住在桃園市,所以從南側桃園縣境內的「大南灣層」開始調查。暑假過後回到宿舍,每天沒課時,就從台大騎機車橫過台北盆地,在台北縣泰山、五股一帶調查「林口層」礫石。最後再越過台地頂部,調查西邊海側的大南灣層。

  歷經多年的研究,其中有了三個有趣的發現。發現了什麼呢?看一看就知道了。

大南灣層和林口層

 

  林口台地地層的特色是水平,很適合追蹤側向變化。林口台地東側出露的以礫石層為主,稱之為「林口層」(林口礫石層),西側以礫砂泥互層為主,被稱為「大南灣層」,岩性比較有變化,並且有許多化石。兩者之間屬漸變的關係,沒有明顯的邊界(圖3)。林口至大南灣層出露地面的厚度約200公尺,底部沒有出露,觀音山附近的林口至大南灣層被火山拱起傾斜,出露約1,500公尺,底部也還沒出現。

 

《圖3》林口地區地質圖,未畫出紅土與最新沖積層。

 


發現一:泰山以東過去確實有一條大河
 

  其實林口礫石層很早就吸引了日本學者的注意。

  1930至1934年間,許多日本學者如市川雄一、丹桂之助、市村毅、花井重次、牧山鶴彥等人,均調查過此區的地質,對礫石層的分布已有詳細的調查與測繪,也大膽推論了礫石的沈積環境與來源。

  日本學者認為,林口礫石可能是河流沈積下來的,可是如今隆起成台地、遠離大河,意味著遠古地質時代,林口台地的低平河床地經過了地殼隆起,才形成今日的紅土台地。而根據他們的推斷,這條來源河流應該是「新店溪」。但是,新店溪現今並末流經此區,當初河流的位置在哪裡呢?於是,我針對林口台地東側的礫石層,開始記錄、量測礫石大小及疊瓦狀構造,並做出圖4,結果終於有了重大的發現!

《圖4》林口礫石之最大大粒徑統計及疊瓦狀排列之古水流方向。顯示礫石來源為泰山地區,更東側的來源因台北盆地陷落,目前已在盆地之下。

  每一顆礫石皆可分為三軸,即長、中、短軸,通常我會量測礫石最長軸,每個調查點選出最大的礫石約10顆,然後取其平均值,代表該調查點的最大礫石粒徑。

  此圖顯示出諸多端倪。首先,最大粒徑的等粒度線一畫出來,完整的河流沖積扇狀歷歷在目-礫石以泰山為中心點,向北、西、南三方擴散、堆積,愈往外圍、粒徑愈小。此外,礫石的粒徑在泰山最大,可達100公分,即1公尺長,西北邊最小的粒徑約30公分。

  再者,則是圖4中的「平均古水流」箭頭,那是「疊瓦狀構造」透露出來的訊息。所謂的疊瓦狀構造,指的是扁平狀礫石因為水流單向流動,而成傾斜排列(圖5),礫石傾斜的方向,指的便是水流的來源方向,因此我量測了礫石的傾斜,以推測古水流來自哪個方向,並彙整在圖4裡面。

《圖5》林口礫石層的顆粒大小及疊瓦狀排列。比例尺地質錘之長度約40公分,圖中數顆大礫石直徑可達一公尺。疊瓦狀排列顯示古水流由圖左側往右側流。地點為泰山鄉。

  結果,疊瓦狀構造所得的數據與最大粒徑的資料一致,礫石的源頭都直指泰山地區,此表示:在造山運動盛期,泰山以東應有一條大河,此條大河流出泰山以後成扇狀開展入海,是為「林口扇狀三角洲(林口沖積扇)」,提供了大量礫石、土石,堆積出林口礫石層(圖6),三角洲上辮狀河發達。這情形類似今天的濁水溪沖積扇,溪水出八卦山、斗六隘口後,即成扇狀往彰化、雲林縣境內奔流,流路經常變換,即是典型的辮狀河道。


《圖6》林口礫石之沈積模式

 


發現二:斷層改「逆」歸「正」,山區變盆地
 

  如果林口至大南灣層的礫石堆積源頭在泰山東側,可是現在泰山東側是低平的台北盆地,以前真的有山嗎?

  依據地質學的原理,年輕的岩層應該會覆蓋在老的岩層上面才對,耍是現象反了,那表示它們中間出現了「逆斷層」,使得老岩層逆衝到年經的岩層上面。我仔細沿著林口台地東側調查,發現林口層和上面覆蓋著更古老的地層,例如南莊層,顯示老地層逆衝在林口層之上,因為這裡有一條逆斷層「新莊斷層」。如此一來,便可以解釋,當時新莊斷層以東為山區,以西為林口沖積扇。

  可是,山區後來為何陷落成台北盆地呢?

  新莊斷層位於林口台地的東側,與台北盆地相接,因為這條斷層的陷落,才使台北盆地向下沈陷。奇特的是,一條斷層卻有兩種特性,既是逆斷層又是正斷層。依目前調查所知,早期應為逆斷層,稱為「新莊斷層」,因此局部地方可以看見老地層逆衝在林口層礫石上方。到了造山運動後期,板塊轉為張裂的環境,致使斷層由逆衝轉為正斷層,稱為「山腳斷層」,山區相對陷落為台北盆地,不再提供礫石等沈積物給林口至大南灣層,林口沖積扇也不再堆積,而是相對抬高成為今日的「林口台地」。根據鑽探可知台北盆地由東往西,下陷量逐漸增加,因此,此正斷層很可能繼續活動中。

 


發現三:火山灰泥礫洩漏了年代秘密
 

  那麼,林口礫石層是在什麼時候堆積出來的呢?既然礫石來自泰山東邊山區,那麼,其沈積的時間一定得在台北盆地陷落之前。不過,確切的時間為何呢?

  台大地質系的劉平妹教授與日本學者曾使用熱螢光定年,解出的年代比較年輕,大約8萬多年。林口層的沈積年代反應出了台灣東北部造山的時間,也影響了台北盆地陷落的時間,因此,若是林口層果真這麼年輕,則台北盆地的誕生就非常近期了。對於住在台北市的人,這可不是件好消息。

  如果林口層的年代夠老,而且林口台地北側很靠近觀音山、大屯山群,火山爆發當時,一定有些火山物質堆積在林口沖積扇當中,那麼,岩層中便很可能找得到火山物質。在確定定年目標為台地北側後,回宿舍把地圖攤平,找出每條路,算出路程遠近,大概有20多條,總長度超過80公里,大多騎車可以到達。第二步驟是找出每條小溪谷,大約有8至10條,看支流的多寡,大概這個地區也逛了十餘天,仍沒有發現來自火山的消息。我幾乎每天都順道去凌雲禪寺拜拜,祈求神明保佑。也許拜拜真的靈驗了,有一天我來到御史坑地區(位置見圖3,位於五股的北方3至5公里處),此地海拔標高約為40公尺,當時因興建遊樂場開挖,沿著山壁挖出很好的地層露頭。我們由下往上觀察地層並作詳細的記錄,發現出露在下方的是林口層礫石,厚度大約有60公尺,漸往上走,赫然發現礫石層上覆有「火山角礫層」(圖7),甚至發現一層厚3公尺的「火山灰泥礫」(圖8),令人振奮不已!因為此層即代表了火山噴發時火山灰掉落地面的產物,正是鑑定年代的絕佳材料!

《圖7》火山碎屑岩與林口層礫石接觸之柱狀圖,兩者皆水平。剖面位置為御史坑遊樂場。

 

《圖8》火山灰泥礫,火山噴發的產物,經定年結果為1O0萬年前的沈積。地點在御史坑遊樂場。

  拍照採樣後,送回系上請專長定年學的同學鑑定年代,經其中的鋯石核飛跡定年,總共作了3個樣本,平均年代約在100萬年!這個發現大致證明了林口層的沈積年代應在100萬年前。換句話說,台北盆地的形成應當是100萬年前以後的事了。

  至此,林口台地的身世已大致水落石出。

 

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