漫遊人生: 龜山島海域地質

龜山島海域地質

龜山島是位在頭城東方海面上約12公里的一座火山島嶼，因外型酷似烏龜而被稱為龜山島，面積2.7平方公里，海拔最高398公尺，如此矗立在海面上龐大的岩體，使得在宜蘭平原上的每個角落都可以望得到它，長久以來一直是宜蘭地區最重要的地理指標，也是宜蘭人主要的精神象徵和心靈歸宿。

地體構造單元

由台灣東北部陸上及海域地形（圖1）可以看出，龜山島位於沖繩海槽的最西緣，沖繩海槽的外形像一個楔形體，水深由東往西漸漸變淺，從約2300公尺至龜山島附近只約100公尺，在海槽的東邊沿海槽中心水深約2000公尺處，可發現有數十個出露在海底的火山，火山高度可達兩三百公尺，這些海底火山都有很高溫的流體冒出（李昭興，2002），地震頻繁，旺盛的火山活動顯示沖繩海槽的張裂作用還很強烈。

龜山島的南北側為宜蘭陸棚（Yu and Hong, 1992），陸棚海底平坦，水深大都在200公尺以內，陸棚的寬度在蘭陽溪口外海最大，約10公里，往北至頭城外海或往南至蘇澳外海，寬度均漸漸減小至約2公里，在地理位置上宜蘭陸棚因可與陸上蘭陽溪相連接，有些學者便認為宜蘭陸棚為蘭陽溪沖積扇的延伸（Chen, 1991）。研究海底沈積物型態的學者（Hong et al.,1992)指出陸棚的海底沈積物以砂質為主，最近的研究亦有發現沈積物中含膠結性較強的石灰岩質物質，一般認為這些沈積物最主要來自蘭陽溪的堆積。

由陸棚往東南方向，隔宜蘭海谷即為宜蘭海脊，宜蘭海谷為本區域洋流切穿海底重要的地形特徵，海谷呈南北向弧形狀，弧口朝東，谷地形狀為U字形，中間狹窄，最窄處約8公里，往南北寬度漸寬，海谷水深約500公尺，深度從南到北變化不大，台灣東部外海為黑潮流經之路，黑潮往北流動遇到宜蘭海脊和琉球島弧後，深部富營養鹽的海水被帶到淺水海域，形成所謂的湧升流（upwelling），營養鹽吸引魚群的聚集覓食，造就宜蘭外海天然的漁場，宜蘭海谷很可能是一小部分的黑潮水體沖刷海床而形成。海谷東邊的宜蘭海脊為琉球島弧的最西緣，深度約800-1000公尺，是琉球島弧上水深最深的地方，跟洋流的流動方向關係密切。

龜山島的東北邊是穩定的大陸邊緣，主要的地體構造單元有基隆海谷、基隆陸棚和棉花峽谷，屬於東海陸棚和東海大陸斜坡的一部份，西北-東南向的基隆海谷離東北部鼻頭角約8公里，海谷寬約10公里，長約65公里，水深270公尺，海谷地形基本上是沿上新世至更新世的右移斷層帶上發育（Huang et al., 1992, Marr, 1995）。海谷的東北側為基隆陸棚，基隆海脊的坡度約1.5度，比一般的大陸棚陡，陸棚寬約50公里，長約60公里，東北邊與棉花峽谷相接，棉花峽谷以東為大陸斜坡區，有數個峽谷發育，棉花峽谷為一溯源侵蝕（headward erosion）的峽谷，源頭向上切割東海陸棚並發育成兩條較小的峽谷，峽谷谷壁陡峭，呈V字型，為活躍的海底峽谷。

地體構造運動

地球表面由數十個大小不一的板塊組成，板塊的厚度約100公里，板塊岩質堅硬，可視為不易變形的剛體，板塊下面則為塑性較大的軟流圈，由於地球內部熱的對流作用和地球轉動等因素的影響，板塊會在軟流圈上滑動，這就好像在臉盆裡裝一些水和冰塊，軟流圈可視為臉盆裡面的水，板塊則為臉盆裡的冰塊，擾動水體，浮在水上的冰塊就會跟著移動，台灣島的周圍有兩個板塊，西邊為歐亞大陸板塊，東邊為菲律賓海板塊（圖2），台灣島的位置原先是歐亞大陸板塊上的大陸棚，約在500萬年前因菲律賓海板塊往西北碰撞歐亞大陸板塊，才從海底被推擠出水面，這種板塊聚合的碰撞運動又稱造山運動。菲律賓海板塊在西邊擠出台灣島，在北邊則隱沒入歐亞大陸板塊的下方，兩板塊在隱沒處的地表上，因板塊的下拉而形成水深可達6000公尺以上的琉球海溝，隱沒的菲律賓海板塊被地球內部的高溫加熱，部分熔點較低的岩石熔化（稱為部分融熔作用，partial melting），形成岩漿往地表噴發，形成琉球火山島弧，龜山島和台灣北部的大屯山、觀音山等火山，也都是經由這種部分融熔作用所產生。

隱沒的菲律賓海板塊前緣漸漸下沉到軟流圈中，板塊牽引軟流圈的物質運動，破壞軟流圈內原先的熱平衡，引起熱對流作用，使琉球島弧後方的板塊被拉張，地殼受拉張作用影響而發育成沖繩海槽，海槽中心即板塊的張裂中心，來自地球深部的岩漿可經由張裂的地塊噴發至地表，形成沖繩海槽中心附近有數十個海底火山，從地震學或地熱學的研究顯示沖繩海槽的張裂作用仍很強烈，最近的熱流研究發現，張裂中心的熱流值很高，其熱流值可高出一般地表平均值數倍至數十倍（Shyu et al., 2001），至龜山島的周圍仍有很高的熱流值（江協堂，2005），而且可能一直往西延伸至宜蘭平原，一般相信宜蘭平原的發生和沖繩海槽張裂的往西延伸有很大的關係。

龜山島北邊的歐亞大陸板塊則為一個穩定的地塊，地表位移的研究發現（Liu, 1995, Yu et al., 1997），受沖繩海槽張裂影響，外表成三角形的蘭陽平原，其北側的地表並不太會移動，南側的地表則往南旋轉移動，並以牛鬥為轉動軸，順時鐘方向每年約1.3微弧度旋轉，平原上地表的高度也因地塊運動而下陷，其中以宜蘭至羅東一帶下陷量最大，每年可達2公分，至於龜山島本身的地塊運動如何，目前尚無最新研究，但鑑於火山活動往往帶來重大的災難，最近已有學者開始對龜山島地下岩漿的活動進行系統性的監測研究（經濟部中央地質調查所，2005），未來累積眾多的研究資料後，將可更了解龜山島地下岩漿的活動情形。

龜山島地質

在地形上龜山島大致可分為龜首、龜頸、龜甲和龜尾。龜首朝東，為岩層崩落的斷崖，高度約239公尺，東邊陡峭，西邊較平緩，地形上遠看像一隻昂首朝東的烏龜頭部，是目前附近火成活動特徵最明顯的區域。龜甲為一南陡北緩的山脊，最高點398公尺，也是全島最高的地方，龜甲的南岸為陡峭斷崖，從山脊頂端至海平面幾乎垂直降落，海浪拍擊岩岸，造成許多海蝕洞，龜甲北邊為一斜坡，在靠近海邊處才以海崖與海水接觸，在龜甲與龜頸間有一小湖泊，以前曾有人在此處開採安山岩風化後的白土，作為化妝品原料用。龜尾的主要特徵為一卵石形成的海灘，長約1公里，卵石為島山崩落下來的安山岩，經海浪長期淘洗後形成，受海面風浪的影響，在不同的風向季節，卵石因滾動而改變其位置，當地人稱此現象為神龜擺尾，會移動的卵石在龜尾堆積形成一封閉半鹹水湖，稱為龜尾湖，湖面高度有潮差現象，湖底應與海水相通。

一、龜首
岩層主要由安山岩質火山碎屑岩組成，火山碎屑岩是岩漿噴發至空中冷凝再落回至地面上，或者在岩漿噴發過程中，地下岩層被岩漿擠碎的岩塊，這種岩層因結構較鬆散，容易崩塌，因此每當颱風或大雨過後，常常可以看到龜首處有岩石新崩塌痕跡（圖3），鬆散的岩層孔隙率也較大，地底下火山的氣體和熱液容易沿著地層孔隙流到地表面來，這些含有大量硫磺的酸性熱液和氣體使岩層發生熱水換質的變質作用，變質後的碎屑岩抗侵蝕力更差，增加岩層的侵蝕作用，根據文獻記載，民國三、四十年時磺煙和噴氣仍十分強烈，台灣島上時常仍可聞到來自龜山島的硫磺味，但經多次岩層崩塌後，噴氣孔可能已被阻塞，現在已不見此景象了。

二、龜頸
岩層由交叉的火山碎屑岩流組成，碎屑岩流動的方向為來自東方的龜首和西方的龜甲兩個方向（圖4），碎屑岩流動的方向可指示火山口的位置，因此可推測龜山島至少有兩個火山口，也就是說龜山島是由兩座火山組成的，一個位在龜首的東側，一個是龜甲，從龜甲北岸的火山碎屑或熔岩的流向為由南往北推測，龜甲這座火山的火山口應該位在龜甲的南方，由碎屑岩流的交叉結構分析，來自龜首的火山碎屑岩覆蓋在來自龜甲的火山碎屑岩上，可進一步推測龜首的火山應該比龜甲火山還年輕，但噴發規模可能較小（圖5）。

三、龜甲
岩層主要由安山岩質熔岩組成，熔岩為岩漿從火山口流出，沿地表流動冷凝而形成，流動岩漿的表面與空氣接觸，冷凝較快，常形成熔岩後，下面的岩漿仍繼續流動，所產生的剪力使熔岩發生節理或破碎，流動岩漿的前緣，也會在冷凝成熔岩後，受到後方岩漿的推擠而產生解理作用，在龜尾湖觀音神像後方、龜甲北面的海崖和龜尾南面軍事碉堡的下方均可以發現這類的解理構造（圖6-1、圖6-2）。
冷凝中的熔岩若其內部的氣體來不及逸出，則會在冷凝的岩石中形成氣孔，若氣孔體積比例佔整個岩石很高，使岩石的密度比水還低，岩石放在水中會浮起來，成為所謂的浮石。富氣孔的熔岩在冷凝的末期中，若與大量的氧氣接觸，則可能發生熱氧化作用（thermal oxidation），岩石成分中的二價鐵會被氧化成三價鐵，岩石呈現暗紅色，這種暗紅色的熔岩稱為阿Y熔岩，在龜尾北岸碼頭或是礫灘上的卵石都可發現此種熔岩塊（宋聖榮，2000）。
岩漿從地底下流經地表途中，地下深部的岩塊有時會掉落在岩漿裡，若岩漿流到地表冷凝後，這些岩塊還沒被高溫的岩漿熔化掉，殘留在熔岩裡，形成所謂的捕獲岩（圖7），捕獲岩的外圍常有與高溫岩漿作用的反應圈，是用來辨別捕獲岩的方法之一，深部的岩石受地底下放射性物質的照射，礦物晶格中的電子會形成激態，被帶到地表後，接受放射性物質的照射較少，電子會回到原來的能階，利用熱螢光分析激態電子可估算深部岩石被帶到地表以後的時間，應用此方法已算出某些捕獲的石英砂岩年齡約7000年（陳于高等，1998），在這些捕獲岩的上面有2層火山碎屑岩和2層熔岩流，因此推測龜山島近7000年來至少有4次的噴發。

四、龜尾
龜尾為一峽灣地形，其南邊有一座高約141公尺的熔岩丘，外觀似哈巴狗（圖8），由於岩石堅硬，熔岩丘內部被開挖成許多碉堡，龜尾北邊為一條東北-西南向的砂嘴，砂嘴由島山崩落下來的安山岩卵石組成（圖9），形成長約1公里的海灘，海灘最高約4公尺，卵石為崩落的岩塊經海浪長期淘洗後形成，大小數公分至數十公分不等，礫灘上沒有砂或泥等沈積物，推測可能是因龜尾的岩層少有風化現象，加上海流流動強烈等原因，細顆粒沈積物不易在此處堆積，砂嘴的南側本來跟龜山島岩體是分開的，並形成一個半封閉的海灣，為昔日龜山島居民船隻停泊的港灣，但後來受風浪作用，卵石礫灘向東移動，封閉港灣形成一半鹹水湖，即今日所見的龜尾湖。

五、海底熱泉
在龜首附近，表面的海水一直受到擾動，好像底下有水柱不停的向上湧，一般稱此現象為海底湧泉（圖10），這是從地底下逸出來的熱泉和熱氣在海床下累積足夠壓力後，克服海水的靜水壓力而從海床湧出，造成海面一波一波的湧浪，淺色的熱液與海水混和，使龜首一帶的海水由深藍色變成淺藍色或接近乳白色，帶狀的淺色海水非常鮮豔，隨著附近潮水的流動，好像咖啡上流動的奶精，帶狀大小和海底熱泉的活動強弱有關。海底熱泉湧出口，溫度60-116℃，熱泉含有二氧化硫、硫化氫等酸性化合物，使附近的海水變成酸性海水，PH值可低於2以下，海床表面可發現純度高達99.5%的硫磺。

龜山島因火成活動仍十分顯著，符合活火山的定義（宋聖榮和楊燦堯，2000），火山作用造成的地質景觀具備豐富的觀光資源（李昭興，2000），東北角海岸國家風景區管理處已於92年完成觀光資源調查報告（交通部觀光局東北角海岸國家風景區管理處，2003），然而有鑑於過去歷史記載，世界各地火山爆發造成的重大災害影響人類甚巨，地質學家除肯定龜山島的觀光價值外，更關心龜山島潛在的地質災害，目前一群地質學家正著手長期觀測地底下地震的活動、熱流的變化和地表的變形速度是否異常，以了解目前龜山島地底下岩漿活動狀態，龜山島神秘的面紗正一步一步被揭開中。

關鍵字：龜山島、海域地質、火山活動、沖繩海槽、琉球島弧

參考文獻
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