20230427桂竹林層地質探究－－天地有大美而不言，萬物有成理而不說

  

今天是地質讀書會，北部老地層－－桂竹林層田野踏查。劉德慶教授特邀陳文山教授蒞臨講授。真感謝此行能有二位教授聯袂指導，娓娓揭露出東北海岸看似神秘卻又理所當然的奧秘！

也要感謝珠孌班長幫我們安排了美味的午餐饗宴、庶務處理；宗輝老師、寶勛老師辛苦開車乘載；同行的學友一路扶持、相互指點。整天的田野踏查滿載而歸，真的是絕無僅有的大自然學習之旅！

 

離開化石坪的時候，路旁有一條四處攀爬的蔓藤，鈍圓的盾形葉十分迷人，請教志彰。志彰說是「大還魂」，好奇特的一種植物呀！大還魂是能起死回生的仙丹妙藥嗎？我不由得想到了詩人周夢蝶在還魂草中吟唱著的：「凡踏著我腳印來的，我便以我，和我底腳印，與他！」這句話聽起來，是蠻有幾分科學啟蒙、田野踏查的寫照。

 

而我們在這一天踏行的腳步中，不只是窺視了桂竹林層多樣的神態，也一併參照了鄰近地層的神秘面紗。莊子有感於宇宙浩瀚、蒼蒼渺渺，曾感嘆地說：天地有大美而不言，萬物有成理而不說。

在這一天田野的踏查之後，我想倘若莊子有幸能遇到地科、地質專家，跟著他們的腳步一踏一步，從眼前的細微處抽絲剝繭，從田野的資料庫找出規律，或許就能心開意解、不再困惑了！

 

桂竹林層田野調查地質圖(引用自地調所圖庫)

桂竹林層田野調查地圖(底圖引用自谷歌地圖)

【以下筆記為陳文山教授講授內容摘要，並感謝劉德慶教授修訂。】

一、水湳洞停車場，0919。

  1.基隆山。

    A.侵入岩體：尖銳突出的基隆山是安山岩的侵入岩體。

    B.圍岩：基隆山周圍圍岩是沉積岩。

    C.火山作用：年代大約在100萬年前，與大屯火山年代有些重疊，地底的熱液上升時帶來金銅礦。很多人推測大屯火山下方有很多金礦，因為兩者地質條件差不多。

    D.無耳茶壺山：侵入的角礫岩礦筒。

    E.十三層選煉廠：冶金的廠區，取金礦用。關廠的原因是台灣物價高，當時金價便宜。

  2.金銅礦：

    A.礦：取礦過程中，扣掉成本之後，有賺錢嗎？有的話就是「礦」。採礦基本上是成本的問題。

    B.金礦：九份、金瓜石曾是東亞最大金礦，品位非常高。1990年代外國公司想來開採金礦，因為此處每公噸含有30－40克黃金，而現在1－2克就值得開採了。當時委託二方評估，一方認為可以賺錢，一方認為將會虧錢。陳文山教授是後者，因為加入環保因素後，成本太高了。矽化石頭很硬，要敲碎變小塊，磨成粉末，用化學藥劑攪拌；金粉會附在泡泡上，可取出60%的黃金，尾砂就丟棄山上，風化後流入陰陽海，是造成海水污染的原因之一。現在很多金礦公司提煉尾砂也能賺錢，使用氰酸鉀來洗出黃金，更是高污染的方式。

      a.露天式開採：會賺錢，適合沙漠區、無人居住區域，氰酸鉀會自然揮發。

      b.隧道式開採：早期台灣採金的方式，礦坑挖到低於海平面。

    C.銅礦：日治後期取銅礦作為戰爭物資。煉銅是高污染產業，產生高汙染的硫；日本本土現在仍有銅礦，但也不取了；改為協助第三世界國家，例如蒙古取銅，再購買進口。

  3. 活火山。

    A.分布：台灣北部很多活火山，例如大屯火山、彭佳嶼、花瓶嶼；東北海域也有10餘座海底火山。

    B.成因一：菲律賓海板塊隱沒後，板塊熔融成為上升岩漿。

    C.成因二：台灣北部造山運動停止了，擠壓的力量停止，地層張裂，因此岩漿冒出來。

    D.主流意見：目前學界認同第二種說法，因為隱沒深度大約在80－100公里處，較深處的岩漿含水量也比較少；又與大屯火山群的岩漿庫距離較遠，可能不是隱沒形成的。

與陳文山教授合影(中嫦老師提供)

田野調查團照(中嫦老師提供)

陳文山教授娓娓道來採金史話。

在水湳洞停車場展望嵯峨的基隆山侵入岩體。

二、水湳洞化石坪，0948－1047。【南港層】

1.砂岩：摸起來有砂粒感。

    A.時代地層：石頭形成時有海膽，得知是在海底沉積，大約是在1500多萬年前，地質年代在中新世。台灣北部叫做南港層(1850－1350萬年前)。

      a.漸新世：3500萬－2300萬年前。

      b.中新世：2300萬－500萬年前。

      c.上新世：500萬－250萬年前。

    B.化石建構地質歷史：地質學家劃分地質歷史時，最重要的是用化石來建構地質歷史，因為化石有固定生長的年代，可以用化石定出地層。用來研究地質年代、地質環境。

      a.實體化石：海膽有深海、淺海不同的生活環境，從化石種類、型態，知道牠生長的環境；從生物體的結構，看牠適應環境的方法，反映出生存環境的特色。例如蛤蜊，貝殼光滑，在泥中生活，才有摩擦力可以逃命；血蚶，殼有刻紋，若在泥中磨擦力太大了，所以生活在沙中。

      b.生痕化石：用以前恐龍化石來與現生動物構造相推論，還原以前動物的樣態，例如用步距、掌印壓痕，可以算出動物跑步速度，拼湊出更多動物資訊。

    C.中(0.25至0.5 mm)砂到粗砂(0.5至1 mm)：要有高能量的水流才能帶來，但看不到交錯層。可發現很多海洋生物在此生活、居住，是一個很好的環境，水不會太深。約20公尺水深附近，波浪不會有作用，稱為「波浪影響的底限面」。

 

資料來源：普通地質學(下)劉聰桂主編，P403。

      a.20－30m：只有粗砂，沒有泥。

      b.30m以下：才有泥。

      c.福隆海濱：只有砂，沒有泥，泥都被洗到外海了。

2.由化石觀察地質環境。

  A.海膽原生環境：此處海膽化石都是正面(凸面)朝上，骨骼完整的比例達到90%以上，可知這些海膽本來就住在這裡，並非颱風波浪搬運而來。砂裡面仍有海水流動，有很多微生物，海膽會進來吃砂內的微生物，再排掉砂；有的生痕有襯壁，是生物的居住痕，而覓食痕沒有襯壁；襯壁有的是動物用口水混合泥砂製作，某些蝦子類的會用糞球來做襯壁，真所謂「發糞塗牆」。

  B.生物破片環境：此處地層都是化石碎片，就是風浪所帶來的化石，這地方就不是該生物的原生地。可觀察交錯層，水流能量強，尖滅方向是水流往這邊走的方向；白白的，90%是生物破片，石灰岩遇到鹽酸會冒泡。為什麼砂岩遇到鹽酸檢測也會冒泡？因為膠結物是碳酸鈣。

      a.扇貝凸面朝上：此處扇貝化石，單扇的，顯示死後雙殼分開，水流強，讓扇貝翻面，所以凸面朝上。

      b.扇貝凹面朝上：水流速度較慢，所以扇貝沒有翻面。

3.角礫岩礦筒：

  A.角礫岩：靠近陸地一帶有尖角大石頭，是矽化的沉積岩，很硬，可觀察到石頭內很多碎塊。

  B.角礫岩化：地底的熱液溫度高，含很多水氣，上升爆破使石頭碎裂。

  C.熱液換質後的矽化沉積岩更加堅硬：地質錘一敲，聲音清脆。

  D.陽明山地震：震度大多2以下，也是氣爆形成。

  E.角礫岩：含金量很高，縫隙內常有重晶石。黑色的小石頭也是角礫。

4.釋疑：

  A.心寶老師詢問蜂窩岩是生物鑽的孔嗎？大部分是海浪挖的。

      a.海浪挖的：大小不一、深度較淺，屬於物理、化學作用。

      b.生物挖的：大小一致、深度較深，屬於生物風化作用。現生生物鑽孔在潮間帶。

  B.植物生態：

      a.濱排草：櫻草科植物。

      b.大還魂：盾形葉，又名玉笑葛藤，防己科植物，俗名金線釣烏龜。

水湳洞化石坪第一個解說點

海膽化石凸面朝上，顯示此處為其原生環境。

機械風化、化學風化形成的蜂窩岩。

生物破片環境，可觀察交錯層構造，古水流由左向右流動。

水湳洞化石坪第二個解說點

凸面朝上的扇貝化石，顯示水流較強，能將扇貝翻面。

櫻草科的濱排草。

水湳洞化石坪第三個解說點。

生物風化形成的蜂窩岩。

角礫岩礦筒含金品位(tenor)高。

野百合盛開。

大還魂又稱為玉笑葛藤。

三、鼻頭港，1106－1205。鼻頭港底側有鼻頭角公園，坐在環形劇場簡介，再走入海崖露頭觀察地層。

  1.鼻頭角：屬於中新世地層的桂竹林層，龍洞灣以北的一套年輕地層，都是沉積岩。地質學上稱為「西部麓山帶」，早先是日本人取名，而後沿用，指的是海拔2000m以下至數十m地區，包括了低矮山丘、台地。

  2.台灣地質分區：台灣五大山脈為何？有何不同？誰命名的？西元1912－1915年左右，日本人測量台灣地形，以地形區分五大山脈。奇怪之處包括了阿里山山脈只侷促一端，其他的山地怎麼歸類？地質上來說，雪山、玉山是同一條山脈。以地質來區分：

    A.海岸山脈：在菲律賓海板塊上，由古老的火山島和沉積岩組成。花東縱谷分開海岸山脈與脊梁山脈。海岸山脈以西是碰撞歐亞板塊形成的造山山脈。

    B.中央山脈：日本人的中央山脈是指2000m以上地區。變質溫度不一樣是因為位置不同，變質程度由東向低降低。ab之間有凹谷。

      a.脊梁山脈：東邊，蘇澳－恆春半島。造山運動先拉下去，再反彈浮起，大約700萬年前。因為剝蝕，露出最老的地層、核心地質。

      b.雪山山脈：西邊。

    C.西部麓山帶：2000m以下山地。再200萬年後，此區的上層沉積岩剝蝕後，也會露出板岩。

    D.海岸平原。

    E.脊梁山脈、雪山山脈、西部麓山帶比較：

	脊梁山脈	雪山山脈	西部麓山帶
地形高度	2000m以上，百岳大多在此區。	2000m以上。	2000m以下。
變質程度 (變質溫度)	變質程度較高。 板岩200－400度、片岩400－600度。	變質程度較低。 硬頁岩130－200度。	沒變質，沉積岩。 100度以下。
地質年代	最古老，2億－5000萬年前。	5000萬－2300萬年前。	2300萬－幾十萬年前。

  3.桂竹林層：鼻頭角的地層屬於桂竹林層的上半部，前人或叫鼻頭層、或稱二鬮層。

  A.海膽爬痕：海膽在海底吃砂濾食，再吐掉砂。爬痕有二排痕跡，體型不大，旁邊比較深的是擾動的泥砂。也有看到海膽爬痕的縱剖面。

  B.直管生痕：黑色的是襯壁。

  4.三層海蝕崖：垂直的海蝕崖，落石處處。1m地層厚度大約1萬年形成。

    A.上層：有交錯層。黃色的砂岩，可觀察魚骨狀交錯層。

    B.中層：無交錯層，黑色的砂岩，有化石。海底30m以下，30－40m之間生成，生物多，可觀察到層面不明顯、生痕數量多，一直擾動使砂和泥混一起，因為生物量多，死後碳酸鈣含量也多，是尋找化石的好目標，此處不是國家公園，可以採集，化石以螃蟹為多，也曾找到鯨魚骨頭化石。

    C.下層：砂泥岩互層，在比較深的地方，比較沒氧氣，海洋化石較少，只有碎裂的破片。颱風時期形成的，又叫「暴風砂岩」，海洋生物不多。有沉積構造，砂岩底面平坦，上面不平坦，碎屑顆粒漸變

  5.敲化石：今天最好玩的活動了。

    A.蟳仔管：志彰到處敲石頭，敲出一支蟹螯化石：文山教授也敲石頭，也敲出一支蟹螯化石。

    B.黃鐵礦：岩壁上有一些不規則分布的黃色團塊，原本是植物的碳質，因為硫與鐵還原反應，產生黃鐵礦，風化後所形成；淡水環境缺氧，則形成藍鐵礦。除了化石，礦物也能告訴我們很多環境的訊息。

6.釋疑：

  A.心寶老師詢問如何得知變質程度？變質程度可由礦物看出來，變質時產生的變質礦物，去看出溫度、壓力等資料，甚至定年。溫度、壓力、時間維度是地質學探討的重要概念。

  B.志文詢問港口石灰岩的年代：

      a.分布地點：分布在海岸山脈中段，海岸山脈的火成岩原來是海底的火山，歷經多次噴發，終於冒出水面形成火山島，在淺海有一些抱球藻、有孔蟲、珊瑚等，形成礁，而變成石灰岩，叫做「港口石灰岩」，俗稱「帝王石」。

      b.形成原因：綠島高不高？海床3500m+山高500m=4000m，與玉山差不多高了。火山很大，在淺海附近有珊瑚礁，火山島周圍，達爾文叫群礁；沒有火山島叫環礁；湖中有島叫島礁。沉積年代大約500萬－300萬年前。

      c.火山死掉：珊瑚要嚴苛環境才能生長，水溫、水質、泥砂等條件都會影響。現在的珊瑚礁都在南北回歸線之間分布，溫度才夠，才能成礁。台北有珊瑚，但不成礁，因為冬天冷；火山要死掉，沒有岩漿庫，沒有噴發火山物質，珊瑚才開始生長，珊瑚才能成礁。

海膽生痕化石。

張志彰找到的蟹管化石與陳文山教授發現的蟹管化石相見歡。

求證化石的實際歷程。

桂林竹層砂岩中可觀察到黃色的氧化團塊。

中層的泥質砂岩可觀察到海膽化石破片。

黃色的砂岩無化石，可觀察到魚骨狀交錯層。

鼻頭港海蝕崖教學一景。

鼻頭港海蝕崖上層具有發達的交錯層，中層是層理不明顯的泥質砂岩，化石數量多。

鼻頭港海蝕崖下層是砂泥岩互層的暴風砂岩。

海膽爬痕縱剖面。

海膽爬痕。

在鼻頭角公園的大海教室一景。

四、龍洞灣，1340。從和美國小步行進入巨礫堆，路程約3分鐘，在望得見龍洞斷層處教學。

  1.龍洞灣展望：岩性不同、時代不同的石頭，地質學家會取不同的名字。

    A.鼻頭層：500萬年前沉積的地層，屬於桂竹林層的上半部。

    B.龍洞砂岩：

      a.顆粒：砂岩，有些顆粒大於0.2cm，可以說是礫岩了。

      b.名稱：這裡是龍洞砂岩，類似北橫的四稜砂岩，中部的達見砂岩、白冷層。雪山山脈、山頂也是這種石頭。

      c.成分：白色的粗砂或礫石，白色的是石英。80%－90%的石英砂，10%的長石。來源自花崗岩(石英、長石、雲母礦物組成)，石英、長石的硬度很高，地表的沙大部分是石英，為什麼？因為石英量又大(60%的石頭都是)、又堅硬(硬度7) 。當石頭被侵蝕後，留下的大部分是石英砂。

      d.定年：始新世時代，大約在3700萬年前沉積，較老的可達5000萬年前。

    C.龍洞斷層：3700萬年前的龍洞砂岩，對比500萬年前的桂竹林層，層序上相差將近4km。龍洞砂岩是之後浮上來的，兩者之間有斷層，就在龍洞灣最西側的凹入處的溝谷，叫做草山斷層，現在有人叫做龍洞斷層。

    D.北部岬灣斷層：北部岬灣凹入處大部分都有斷層經過。例如：金山海岸的金山斷層、翡翠灣的崁腳斷層、基隆港的基隆斷層、龍洞灣的龍洞斷層、福隆海岸的澳底斷層。

  2.龍洞斷層：是雪山山脈、西部麓山帶的分界，年代上缺失了3200萬年，地層落差4.5km。

  3.龍洞砂岩：

  A.膠結物：遇到稀鹽酸不冒泡，膠結物不是碳酸鈣。是石英，深埋時石英因壓溶作用產生再結晶。當溫度到達250－300度壓力也夠時，石英粒因壓溶，流出少許液體(成分為氧化矽) ，在石英顆粒間冷卻結晶成石英。

  B.石英岩：已經輕度變質，石英鑲嵌在一起。太硬了，否則可作為玻璃砂使用。

  C.顆粒：粗砂或小礫，顯示沉積能量高，可見多種沉積構造，代表是在20m海深內的濱面帶沉積，也就是高潮線－正常波浪底線面之間。

  D.來源：從福建古老的花崗岩，受侵蝕、風化，再堆積而形成。

  E.厚度：北橫一帶厚度800m，中橫一帶厚度2000m。

  F.五指山層：是龍洞砂岩上層的地層，材料相同，但是沒有變質，相當於東北角附近的蚊子坑層。

  4.北部已經不造山了：新竹以南還在造山。怎麼知道？GPS衛星測量。

    A.地層下陷：北部地層沒在抬升，反而在下陷；中南部每年上升1－2cm。臺北盆地、蘭陽平原都是不造山的例證。

    B.逆斷層變成正斷層：龍洞斷層南側逆衝，為一逆斷層；現在不擠壓了，地殼是一個彈性物質，不擠壓則會回彈，變成正斷層了。北部很多逆斷層都死了，北部的活動斷層是正斷層，代表北部地殼在張裂。

  5.蘭陽平原：雪山山脈、脊梁山脈的分界。

    A.濁水斷層：也稱牛鬥斷層，以鑽探得知，位置大概在蘭陽溪，一直延伸到濁水溪。北側是石英岩，南側是板岩。

    B.接觸地帶：斷層擠壓時，接觸地帶常是垂直層理。

  6.沉積循環：中新世的木山層、大寮層、石底層、南港層、南莊層、桂竹林層，可劃分為三個沉積循環。這是全世界海水面變動所形成的沉積循環，與氣候有關。

    A.產煤層，淺海的、甚至陸相的產煤層：木山層、石底層、南莊層。

    B.海相的沉積層：大寮層、南港層、桂竹林層。

7.釋疑：

  A.志文詢問燧石可以稱為化石嗎？燧石是二氧化矽(石英)微結晶。有的是化學作用，熱水靜止時所形成，放射蟲遺骸在海底也會形成。龍洞砂岩的燧石與五指山層的燧石都是化學作用形成，不能說是化石，

  B.志文詢問龍洞砂岩為何有白色石頭、深褐色石頭二種類型？顏色深的石頭可能含鐵成分較多，顆粒比較細。它是四稜砂岩的最頂層，要與乾溝層相接，而乾溝層的硬頁岩比較多。這是一個漸變的過程。

景天科的台灣佛甲草金黃燦爛。

龍洞灣大自然教室。

龍洞砂岩是85%以上石英砂組成的石英岩。

二種顏色的龍洞砂岩，深色的顆粒比較細，可能含鐵成分較多。

五、龍洞砂岩剖面，1431－1507。步行至龍洞岩場，此處為龍洞岬的突出點。

  1.大型交錯層：在垂直岩壁觀察層面、交錯層。大型交錯層產生在水流搬運時水文作用差異很大、流速不同。可以判斷水流方向、材料從何而來。現場觀察到很粗的砂，要在暴風級的環境才能形成；水流從左向右流。

  2.北部出露最古老的石頭：龍洞砂岩相當於五指山層，前者有變質，又叫做四稜砂岩；後者沒變質，屬於西部麓山帶地質區。

  3.十分堅硬：90%是石英砂，硬度7；裂隙很多，熱水、冷水交互流動。某油公司曾鑽一口井，陳文山教授曾警告會打到四稜砂岩，鑽井工程師心想砂岩有何了不起，鑽石鑽頭打壞換新的繼續打，共浪費掉37個鑽石鑽頭，賠錢賠死了！後來知道遇到石英岩，要先打碎，再拿上來，不能用鑽磨的方式取鑽。

  4.石英岩：輕度變質；石英含量85%。也可以說是變質砂岩，有石英脈的變質溫度在200度以上。

5.釋疑：

  A.寶勛老師詢問從岩層風化出來的一顆石英如何稱呼？稱石英。岩層裡面的一條石英叫做「石英脈」。

  B.志文詢問龍洞砂岩這裡的石頭，石英岩、硬砂岩這二個名稱都可以使用嗎？稱為石英岩，「沒有硬砂岩這個名詞」。

  C.植物生態：皺葉菸草，成為入侵種物種了。

龍洞砂岩的顆粒從粗砂到小礫，並可發現燧石。

頂天矗立的龍洞砂岩具有大型交錯層構造。

龍洞灣西側凹處的溝谷，是龍洞斷層的位置，也是雪山山脈與西部麓山帶的分界。

皺葉菸草是近年來常見的入侵種植物。

六、子母岩，1527－1551。

  1.桂竹林層：大埔層+二鬮層。苗栗分成(老至新)關刀山砂岩、十六份頁岩、魚藤坪砂岩。

  2.大埔層：此處是大埔層，山頂是二鬮層，中間噴漿是交界處。黃色砂岩有大型交錯層，與上午鼻頭港見到的青灰色砂岩(二鬮層)不同。

  3.交錯層：這裡水流方向不同，可能是潮間帶或潮下帶，10m－20m深處，水流強勁；交錯層切來切去，結構複雜。都是石英砂，能量很高、生物不多、膠結不良、生痕化石不多。

  A.槽狀交錯層：槽形的，水流能量大。

    B.板狀交錯層：水流能量小。

  4.越靠近陸地、潮間帶的環境泥多；越往海洋的環境砂多。

5.箱型褶皺：厚層的砂岩不好擠壓，只有二側略為下垂。

6.交錯層的角度：空氣中(沙粒)的安定角大於25度；水中的安定角小於25度以下。

7.沉積構造是告訴你物理機制，不是告訴你沉積環境，沉積環境要從地層層序整體資料來判讀。

桂竹林層大埔段，可見到黃色的砂岩。

桂竹林段大埔段，可觀察交錯層構造。

田野調查流程：

04270733出發，0734奇岩站，0735上列車，0756中山站，0807南京三民站，0817南松山台新銀行。共乘第1車宗輝老師廂型車，0914水湳洞停車場。1100鼻頭港，阿珠海鮮午餐。1331和美國小停車，1517離開龍洞灣南側。1525子母岩，1551回程。1643南港展覽館解散，1733回到奇岩站。