作者 / 張政亮、莊漢川、康芳銘、林建呈

-節錄自《人與土地的對話-頭城的地理采風》一書

頭城的地質主要是由始新世至中新世的雪山山脈地層和全新世沖積層的蘭陽平原所構成。雪山山脈北起三貂角的海崖經過頭城一路往西南延展攀昇，在早期此段雪山山脈的東北段稜脊稱為嶐嶺（或嶐嶐嶺、三貂嶺），清朝的《噶瑪蘭廳志》即載：「嶐嶺在廳治之北五十里以高得名，石磴如梯，煙雨籠樹。所謂嶐嶺夕煙，乃蘭陽八景之一...」。顯見雪山山脈地形陡峭、高聳入雲、峰巒蒼翠、儼如畫屏，乃險巇之絕景（圖1-2-1），而欲瞭解其成因與結構之梗概，需先從臺灣島的地體構造演變來說明。

臺灣的地理位置原位處大陸華南一帶的歐亞板塊邊緣上，是一片淺海的環境，長期不斷有來自陸地的沙泥在此堆積。在大約一千萬年前到六百萬年前，菲律賓海板塊，開始活躍並朝北北西方向移動，不斷擠壓碰撞歐亞板塊，並致使歐亞板塊受南中國板塊牽引，沿馬尼拉海溝隱沒於菲律賓海板塊之下，而形成包含花東海岸山脈（當時為火山島）、綠島、蘭嶼及菲律賓的巴丹（Batan）群島與巴浦耶（Babuyan）群島等呂宋火山島弧 （Luzon Volcanic Arc），而此時的陸緣的大量沉積物因擠壓而堆疊為增積岩楔（accretionary prism），成為中央山脈前身（圖1-2-2，圖1-2-3，圖1-2-4）。

約六百萬年至三百萬年前，菲律賓海板塊持續往西北方向衝撞歐亞大陸板塊，引發了所謂的「蓬萊造山運動」，堆壘在海底的巨厚沈積物因而被推擠而隆起，使臺灣島正式浮現出海面，並快速抬升形成了中央山脈、雪山山脈、玉山山脈、阿里山山脈等震旦方向（東北—西南走向）的高山 。[2]

在三百萬年前至二十萬年前，菲律賓海板塊仍繼續向推擠歐亞板塊。一方面在臺灣南方，由於菲律賓海板塊被抬升歐亞板塊之上，因此呂宋火山島弧中常見有許多基性的火成岩類[3]，亦使原來孤懸在臺灣東側外海屬呂宋島弧的海岸山脈逐漸向臺灣本島靠近，最終於五十萬年前與臺灣島併合，正式成為花東海岸山脈，其縫合帶就是現今的花東縱谷，而綠島與蘭嶼也以每年7 至8 公分的速度，逐步向臺灣島挪近。

另一方面，在臺灣北方，當板塊推移向北碰撞時，菲律賓板塊卻在此處反轉沿著琉球海溝向歐亞板塊下方隱沒，並在臺灣島東北方產生一連串的火山噴發，造成大屯火山群及基隆嶼等火山活動，並造成琉球島弧持續抬升及其後側發生弧後張裂而產生沖繩海槽，迄今沖繩海槽的擴張作用仍持續向西南方延伸並影響臺灣北部和蘭陽平原的演育[4]。

大約一萬八千年前，最近的一次冰河期，因氣候極端寒冷，使得冰川增厚、海水結凍，故海面下降大約120-150 公尺，此時臺灣海峽消失，海底大陸棚浮現露出，使臺灣島、澎湖、彭佳嶼和釣魚臺列島等地均與大陸相連，成為歐亞大陸的一部份；而後氣溫逐漸回暖，冰川也開始融化，海水面逐漸的回升，因此大約在六、七千年前，臺灣海峽的陸橋又再度被海水淹沒，臺灣島又變成獨立在大海之中的島嶼。

由上述臺灣島形成的過程中得知，由於菲律賓海板塊向歐亞大陸板塊碰撞，強大擠壓力，使得大陸地殼的表層與堆積在該處海床上的沉積層發生強烈褶皺，並發展出一系列的逆衝斷層，這些嚴重扭曲變形的岩層隨著蓬萊造山運動被推擠舉升，漸次形成了脊樑山脈（中央山脈）、雪山山脈、玉山山脈、阿里山山脈和西部麓山帶等主要的山脈系統並構成臺灣島的主體，隨後由海底噴發的火山島弧（海岸山脈）也漸靠近臺灣，最後併合成為花東海岸山脈。

而位於臺灣東北部的蘭陽平原，在陸地的地形上，則是兩側分別在西北方倚勢於雪山山脈，西南邊矗立著中央山脈，而夾在雪山山脈和中央山脈之間的蘭陽溪，由西南向東北，沿梨山斷層（匹亞南構造線）的斷層線谷發育，並在大同鄉的牛鬥出谷口，沿路匯聚兩大山脈間二十多條溪流的豐沛水量並攜帶沖刷而下的大量泥沙，漸次積成出等邊三角形狀且面積達320 平方公里的沖積扇三角洲平原（fan delta）[5]，而平原的海岸線從頭城鎮外澳里的北港口至蘇澳鎮的北方澳，延綿達30 餘公里。

而由地體的構造觀之，蘭陽平原的地底則是集合了海陸複雜地質構造的第四紀沖積盆地，透過地層鑽探取樣與及震測法、磁測法等地球物理的探測，學者認為蘭陽平原的形成是受沖繩海槽南北向擴張而張裂的盆地（蔡義本, 1976；Yeh et al., 1989；Sibuet et al., 1998），從海底地形可知沖繩海槽向西南方延伸直達蘭陽平原，由於海槽的張裂，導致中央山脈與雪山山脈之間的地盤變薄，進而斷裂下陷，因此在兩百萬年前至兩萬年前的更新世期間，蘭陽平原似一個向東開口的畚箕狀凹陷海底盆地，不斷有陸上沖刷下的泥砂在此淤積，沉積最厚的位置約在今蘭陽溪北岸的壯圍海岸附近，厚度可達1500 公尺以上（江新春，1976），並向東深延進沖繩海槽，而往蘇澳和頭城的南北兩側沉積逐漸變薄（圖1-2-5，圖1-2-6）。

在一萬八千年左右的最近一次冰河期，海平面下降，此時蘭陽平原是處於陸相的環境，平原上沼澤遍布，河川經常變動分叉，比較沒有固定的河道，屬於辮狀河系（braided river）的沖積扇平原。在一萬四千年時，隨著氣溫回暖，冰河後退，海水逐漸入侵蘭陽平原，約八千年前蘭陽平原全面被海水所覆蓋，形成海灣環境（陳文山等，2004）。隨後以蘭陽溪為主的河川供應了大量沉積物不斷往海灣地區堆積，在全新世的八千年內堆積約300 公尺，平均每年增積近3 公分，因堆積速率大於沉降速率，使海岸開始堆積進夷（progradation），漸向太平洋側推移，在三千年前海岸線大致已到達現今海岸線西側約 2-3 公里處，陸進海退的速率約每年3.5 公尺。

在板塊碰撞學說中，當兩個板塊碰撞聚合時，會產生島弧與海溝等構造，例如當菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊碰撞時，質地較重的菲律賓海板塊會俯衝到大陸板塊之下，在隱沒帶的地方，板塊會彎曲併下沉而形成海溝，此時大部分沉積物隨著板塊俯衝不斷地被帶進下方的地函，而順沿著板塊向下隱沒的位置，會併發一系列的地震活動，稱之為「班尼奧夫帶」（Benioff zone）。

而上覆的板塊會因碰撞而產生裂隙，當下方熔融而產生的岩漿沿裂隙上升到地表噴發時，噴發而形成「火山島弧」。此外，在隱沒帶處被上盤大陸板塊刮削及無法拖入的海洋沈積物會受擠壓而堆疊在海溝內側（島弧側），形成「增積岩楔（accretionary prism）」；而在島弧和海溝之間，由於在俯衝隱沒過程中，因增積岩楔不斷擴大或俯衝帶的後退，使其間的岩層撓曲而下沉，形成一個巨大的坳陷，稱之為「弧前盆地」。有些島弧的後方和大陸側之間，會出現張裂盆地，使島弧裂離大陸，稱作「弧後盆地」。例如菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊在臺灣北部碰撞，由南往北分別形成琉球海溝、耶雅瑪海脊（增積岩楔）、和平海盆和南澳海盆（弧前盆地）、琉球島弧與及沖繩海槽（弧後盆地）等構造。

[1] 陳淑均，字友松，福建晉江人，清嘉慶二十一年（1816）舉人，道光10 年(1830 年) 應聘入臺，任噶瑪蘭仰山書院山長，曾編纂《噶瑪蘭廳志》，為開蘭以來信史之濫觴。

[2] 根據目前的研究，臺灣島的形成主要有二次造山運動，第一次的「南澳造山運動」是在七千萬年前的中生代末期白堊紀時，主要是古太平洋板塊隱沒在歐亞板塊之下，造成海底沈積物及珊瑚礁堆積物隆起形成古臺灣島，後因地殼變動停止、板塊舒張使古臺灣島漸漸下沉。第二次即是晚新生代的「蓬萊造山運動」，島弧前的雪山海槽內的淺海沈積物，與及位於海溝隱沒帶上方，含有古臺灣島老基盤及在其上方新堆積物所組成的增積岩楔，均受推擠的變形與變質作用而隆昇為臺灣島的主體，其中增積岩楔露出成為現今中央山脈，可略分為成東翼的變質雜岩區和西翼的板岩系區；東翼的變質雜岩區又稱為大南澳變質雜岩區，主要由古臺灣島老基盤岩層所組成，年代較為久遠且變質程度較大，西翼的板岩系區與雪山山脈相似，主要由硬頁岩、板岩與石英岩等較年輕之低度變質岩所組成，兩者最大的差異是中央山脈西翼地質帶大多由較細粒、泥質的硬頁岩或板岩構成，而雪山山脈帶則在泥質岩層中夾有許多較粗粒、砂質的厚層硬砂岩或石英岩，此顯示在當初的沈積環境中，西北邊的雪山山脈是位於淺海或濱海的沈積環境，而東南邊的中央山脈西翼地質帶，則大多屬於深海沈積環境；而其分界一般是以梨山斷層（匹亞南構造線）來區分。　

[3] 一般板塊碰撞聚合而產生的火山島弧多為安山岩類，但海岸山脈南段的利吉混同層中，有許多基性和超基性的外來岩塊，通稱為東臺灣蛇綠岩系，這些岩石有橄欖岩、輝長岩、蛇紋岩、輝綠岩、玄武岩及玄武岩角礫岩等，在蘭嶼的朗島也有相似蛇綠岩塊的玄武岩分布，學者據此研究，認為這是源自菲律賓海板塊的海洋地殼岩體，經由板塊構造運動，才抬升挪移到陸地上。

[4] 早期一般學說均認為因菲律賓海板塊和歐亞板塊在臺灣北部的持續推擠，較重的海板塊隱沒至歐亞陸板塊的下方，被地底高溫熔成岩漿向上衝破地殼，形成火山噴發，並由日本向西南延伸成為琉球島弧，而包括大屯火山、基隆嶼在內的臺灣北部火山帶，都是屬於琉球島弧西延出來的火山。但近期學者如王國龍、鍾孫霖等（1999，2002）人的研究認為：北部火山岩區之成因和正在進行中琉球海溝隱沒作用所生成的琉球島弧系統可能沒有直接的相關，反而和弧後盆地的沖繩海槽張裂活動較相關，因為約在80-50 萬年，板塊碰撞點南移，臺灣北部已經不再受到菲律賓海板塊的擠壓，當擠壓力量頓時消失，停止了造山運動，也使地殼反彈下滑造成正斷層並產生張裂性塌陷作用（extensional collapse），岩漿從沿裂隙湧出地表，因而形成大屯火山群再次的火山活動及龜山島的形成。

[5] 沖積扇是河流出谷口後，因流幅變寬、坡度減緩後所形成的扇狀堆積，在扇頂處的沉積物是顆粒較粗的砂礫，故溪水常下滲成伏流，並在扇端出現湧泉。而三角洲是河川的沙泥在出海處所堆積成三角形或扇狀的地形，坡度很小，沉積物的顆粒很細小。學者林朝棨（1957）認為蘭陽溪所攜帶的沙石既出谷口又至海口堆積，兼具沖積扇和三角洲的性質，故稱沖積扇三角洲，並認為沖積扇的扇頂在牛鬥，並以縱貫鐵路作為沖積扇和三角洲的分界，鐵路線以西，坡度較陡，具沖積扇的特徵，鐵路線東地區，海拔多在10 公尺以下，坡度十分低緩，屬三角洲的範圍。

書名：人與土地的對話-頭城的地理采風

作者：張政亮、莊漢川、康芳銘、林建呈

出版單位：宜蘭縣頭城鎮公所

出版日期：2020年