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062期-地質篇 (十八)蘭陽平原的地下構造

文/圖:江協堂(國立宜蘭大學講師)

 

蘭陽平原面積約330平方公里,地表上覆蓋年代小於一萬年的第四紀全新世沈積物,沈積物的土質鬆軟,適合農耕,水利署最近十餘年來為觀測蘭陽平原的地下水水位變化,在平原區鑽探二十餘口水井,水井的深度約50-250公尺,從這些水井的鑽探資料得知,平原西邊的沈積物以礫、砂為主,東邊以細砂、粉砂、泥為主(陳,2000),因此,雖然整個平原都以種植水稻為主,但靠近平原西側的部分土地,由於含砂、礫較多,土壤不易含水,多成為旱田,改以種植果樹為主,鑽探的資料亦發現,除靠近山邊的水井,其餘都未鑽遇岩石基盤,可見平原的沈積物厚度一定在數百公尺以上。

 

事實上,從早期的震測資料便發現,蘭陽平原上的沈積物厚度,以平原的中心最厚,約1600公尺以上,漸漸往北邊、西邊和南邊減薄至尖滅,形狀有如一個畚箕,開口朝向太平洋(江,1976)。蘭陽平原地下構造有其特殊性,與板塊的張裂活動息息相關,探索蘭陽平原地下構造,可幫助我們了解蘭陽平原的形成,進一步窺探大自然的奧秘。

探測地下構造的方法

探索地下構造的方法有許多種,常見的有震測法、重力法、磁力法、電磁法、鑽井法等,震測法是在地面上振動產生震波,震波往地底下傳遞,遇不同的界面反射回地表,由地表接受器所記錄的時間,即可得到反射界面的位置,由各種震波訊號匯集而成的構造圖像稱為震測剖面圖,震測剖面圖可初步展現地下構造概況,若經專家依其知識、經驗判斷後,即可進一步解釋地下構造的成因。

 

重力法是利用牛頓萬有引力定律的原理求得地下的構造,當地底下的地層密度較高時,其萬有引力較大,因此該地方的重力值會較高,一般平原區的沈積物因密度較小,重力值偏低,火成岩或變質岩區因密度較大,重力值較高,另外斷層兩側的岩石密度可能不一樣,斷層兩側常有重力異常出現。

 

磁力法是探測地底下地層的磁場強度,其原理與重力測探類似,不同的岩石其磁場強度有差異,例如火成岩具較高的磁導率,沈積岩則較低,磁力法可獲得地下磁力基盤的深度,亦是探測火成岩常用的工具。

 

電磁法是用來測量地層的導電率,利用不同岩層具不同的導電性質,可推得地下的電性結構。

 

鑽井法是鑽取地下岩層的岩心,再於實驗室內測量岩心之岩性、聲速、孔隙率、導電率、年代等物理參數,或者使用電探儀器放入井內,測量井壁岩層之物裡性質,由於鑽井資料的數據具直接、解析度高等特性,因此其資料常作為其他探測方法結果之對比。

宜蘭平原的地下構造

宜蘭平原過去已進行過震測、磁力、重力、電磁法、鑽探等各項地球物理探測,其中震測研究測繪出整個平原沈積物的厚度變化,磁力觀測也遍及整個平原區,這兩項研究對平原地底下的構造提供已有初步了解,茲將較具規模的探測結果整理如後:

 

震測構造

圖1 震測線(紅色實線)、水準測量(黑色虛線)以及宜蘭平原地下沈積物厚度等厚圖(改繪自江新春,1976和Liu,1995)
圖1 震測線(紅色實線)、水準測量(黑色虛線)以及宜蘭平原地下沈積物厚度等厚圖(改繪自江新春,1976和Liu,1995)

中國石油公司為探測台灣地區的石油蘊藏潛能,早在1976年就在宜蘭平原完成數條震測線探測(圖1),研究結果雖然證實宜蘭平原底下無石油蘊藏,但卻首次提供宜蘭平原地底下詳細的構造,從南北向震測剖面所描繪的地下構造(圖2)可看出,沈積物的厚度從南北兩側逐漸往中心增厚,南邊坡度較緩,北邊坡度較陡,最厚的地方約在宜蘭附近,覆蓋整個宜蘭平原的全新統沈積物(全新世期間的沈積物)厚度約300公尺,各地的厚度變化不大,顯示一萬年的全新世期間,宜蘭平原地下的地殼變動相對較穩定,平原的下陷作用較小,並且蘭陽溪帶來大量的沈積物,在一萬年內堆積約300公尺,平均每年堆積3公分。

 

全新統下面的地層為更新統地層(更新世期間的沈積物),更新統地層厚度變化較大,但分佈的範圍較狹小,北至礁溪、南至羅東,中間厚兩側薄的沈積分佈型態顯示一萬年前至兩百萬年前的更新統期間,宜蘭地區的地殼曾下陷過,下陷量最大的區域約在宜蘭一帶。

 

從沈積物等厚度圖(圖1)可看出,宜蘭平原地底下類似一個三角形的畚箕構造,西側頂點約在大同鄉的崙埤(有些學者認為牛鬥,但實際上崙埤比較接近地理上的頂點位置)、北側約在頭城鎮烏石港、南側約在蘇澳鎮岳明新村附近,畚箕內裝滿蘭陽溪沖刷下來巨厚的堆積物,厚度從畚箕西側的端點和南北兩側往中心逐漸變厚,最厚的地方為堆積物的沈積中心,約略在畚箕中心稍微偏北的地方,也就是今日蘭陽溪的北岸、壯圍鄉的永鎮附近,厚度約1500公尺,最厚的軸心方向約呈東北-西南向,與西北邊的山脈走向一致,約略指向外海的龜山島。

圖2 宜蘭平原東側南北向震測資料所顯示的構造剖面圖(改繪自江新春,1976)。位置圖詳見圖1中的AB測線
圖2 宜蘭平原東側南北向震測資料所顯示的構造剖面圖(改繪自江新春,1976)。位置圖詳見圖1中的AB測線

宜蘭平原呈現下陷的現象(圖3),19851994年的水平高程重複量測發現,羅東至宜蘭間的地表在這十年內下陷將近20公分,平均每年下陷約2公分(Liu, 1995),其下陷機制很可能與沈積物下面的基盤構造有關,從圖2的震測剖面可看出宜蘭平原下方的基盤上有許多斷層,從南到北有三星斷層、濁水斷層、宜蘭斷層、隘界斷層和頭城斷層等,這些斷層應與宜蘭平原的生成有關,但現今是否仍持續活動上尚不十分肯定。

 

然而宜蘭平原外海面向的是沖繩海槽,沖繩海槽至今仍持續張裂中,一些地震學的研究(Yeh et al., 1989)或地殼變動的觀測(Liu, 1995)都認為沖繩海槽的張裂活動已進入平原,例如最近200536日發生於宜蘭平原南邊外海的雙主震,規模5.9,即位在三星斷層附近,若這些斷層未來繼續活動,則可以想像宜蘭平原上將會再發生較大的地震,自然的地層下陷也會持續的發生。

圖3 1985至1994宜蘭平原之水準重複測量結果(Liu, 1995)。資料顯示羅東至宜蘭間十年的下陷量將近20公分(測量路線如圖1)
圖3 1985至1994宜蘭平原之水準重複測量結果(Liu, 1995)。資料顯示羅東至宜蘭間十年的下陷量將近20公分(測量路線如圖1)

磁力構造

宜蘭平原的磁力構造呈東西向(圖4),主要的高磁力異常有兩處,一個位在礁溪附近,一個位在牛鬥附近,位在牛鬥的高磁力異常可往東邊一直延伸到外海,此高磁力異常區曾被解釋為一火成岩脈所造成,造成此高磁力的火成岩脈估計寬度約5.5-5.8公里,深度約1.8-2.0公里(Yu and Tsai, 1979),推測火成岩脈的來源係因沖繩海槽的張裂作用,使地底下的岩漿沿裂隙上升至地表淺部。然而,若地底下存一斷層,斷層兩側的磁性變化很大,則不需要火成岩體的存在亦可以造成磁力異常現象。礁溪附近的高磁力異常有可能地底下存在火成岩體,火成岩體帶來的熱可能是礁溪溫泉形成的原因之一,但此說法尚未被證實。平原上最低的磁力值位在員山一帶,則可能跟地底下斷層造成的岩體破碎有關(Yu and Tsai, 1979)。

圖4 宜蘭平原之磁力異常圖(改繪自Yu and Tsai, 1979)。從羅東到三星有一東西向的高磁力異常區(粉紅色區塊),該地區地底下可能存在一火成岩體或一斷層
圖4 宜蘭平原之磁力異常圖(改繪自Yu and Tsai, 1979)。從羅東到三星有一東西向的高磁力異常區(粉紅色區塊),該地區地底下可能存在一火成岩體或一斷層

近年來陸續觀測到宜蘭平原上有不少地震發生,1992-2006年間,宜蘭平原內規模超過2以上的地震,據筆者統計約六千餘次(依氣象局提供之地震資料),這些地震並非平均分散在平原各處,而是集中在平原的南部,呈東西向帶狀分佈(圖5),與高磁力異常的位置相當吻合,地震帶和高磁力異常分佈在空間上的一致性讓我們認為兩者可能有相關連,地底下不論是存在火成岩脈或是斷層,都有可能會引發地殼運動,而能量較大的地殼運動則會產生地震,這可以解釋為什麼宜蘭平原的南邊會有密集的地震出現。

062期-地質篇 (十八)蘭陽平原的地下構造
062期-地質篇 (十八)蘭陽平原的地下構造
圖5 1992-2006發生在宜蘭平原之地震震央分佈圖。上圖為深度0-10公里的地震,中圖為10-15公里的地震,下圖為1520公里的地震
圖5 1992-2006發生在宜蘭平原之地震震央分佈圖。上圖為深度0-10公里的地震,中圖為10-15公里的地震,下圖為1520公里的地震

參考文獻

  • 江新春。1976。宜蘭平原之震測。礦業技術。第14期,第6號,第215-221頁。 
  • 陳文山。2000。沈積物與沈積環境分析及地層對比研究:蘭陽平原,台灣地區地下水觀測網第二期計畫,水文地質調查研究,89年度報告。經濟部中央地質調查所。 
  • Liu, C.C. , 1995, The Ilan plain and the southwestward extending Okinawa trough. J. Geol. Soc. China, 38229-242. 
  • Yeh, Y.H., Lin, C.H. and Roecker, S.W., 1989, A study of upper crustal structures beneath northeastern Taiwan: Possible evidence of the western extension of Okinawa Trough, Proc. Geol. Soc. China, 16, 19-27. 
  • Yu, S.B. and Tsai, Y.B., 1979, Geomagnetic anomalies of the Ilan Plain, Taiwan, petrol. Geol. Taiwan, 16, 19-27.