大屯火山群
北臺灣火山地形多樣性之探討

國立自然科學博物館 研究員 莊文星 博士   

國立臺灣大學海洋研究所 陳汝勤 教授

 

節    要

臺灣位處環太平洋島弧構造帶上,由於板塊運動與大地構造的變遷,乃形成了北部、東部和西部三大火山岩區,並於地質地貌上形成多元化與分歧獨特的發展。
經由超輕型載具空中攝影圖像顯示臺灣北部火山與熔岩地貌保持得相當完整。就火山地形分類與火山口地貌而言,由於岩漿化學成分的差異、黏滯性與揮發成分之多寡,在西部火山區有澎湖玄武岩的低平盾狀火山、東部和北部火山區安山岩的錐形火山和熔岩與火山碎屑交替組合的複合式等火山型式。本研究顯示臺灣北部大陸邊緣隱沒帶火山區,岩性屬中酸性黏度較高的安山岩,多錐狀或鐘形火山(磺嘴山、紗帽山、大尖後山、彭佳嶼),或因火山熔岩經過大量噴發後,引起地下岩漿庫的匱空,在上覆岩石的重壓之下,崩坍陷落而成陷落破火山口(觀音山),以及爆裂的火山口(彭佳嶼)和其後續所沿生的後火山活動期之噴氣孔與硫氣孔(大磺嘴、大油坑、小油坑、八煙、死磺子坪、焿仔坪)。
大屯火山區後火山期活動之噴氣現象尚十分興盛,高的地熱值似乎意謂著仍有殘餘潛存於地下的岩漿庫,但根據四百年來的歷史文獻記載、採礦紀錄與近三十多年的觀察,無論就總體或各個火山而言,噴硫氣現象並無增強之趨勢。就連擁有硫黃噴氣錐或噴氣孔之焿仔坪、大油坑、小油坑已見逐漸萎縮,且部分地區如馬槽、七股、下七股、陽明山中山樓、後山、磺溪嶺與冷水坑等之後火山期噴硫氣之現象,已逐漸衰微甚至有熄滅的趨勢。大屯火山區「高地熱」、「噴硫氣」與「噴蒸氣」僅代表後火山期的火山活動現象,是否能作為大臺北地區火山可能再活躍或再噴發之徵兆,目前尚難斷言,需多加研究與探討。
關鍵詞:大屯火山、臺灣、觀音山、彭佳嶼、火山口、噴氣孔、硫氣孔、地貌 1

前    言

臺灣是西太平洋琉球-臺灣-菲律賓島弧系列的一分子。臺灣新生代晚期的火山活動基於地體構造,可以劃分成北部、東部和西部(澎湖列島)等三大火山岩區。北部是屬於大陸邊緣型式的安山岩休眠(或活)火山區;東部則屬於島弧型式的安山岩火山區;而西部之澎湖列島則屬於大陸裂谷型半洪流式的玄武岩之死火山區(Angelier, 1986;Juang and Chen, 1989;Juang, 1993)。臺灣北部火山區,尤其龜山島(第四紀的火山島嶼)是否其構造已由隱沒帶的逆斷層轉變成張裂環境的正斷層型式而轉型成了活火山,值得深入探討(宋聖榮等,2005a,b)。
本研究希藉由動力飛行傘空中遙測、船泊海上調查與陸地調查三方向進行臺灣北部大屯火山群、觀音火山群、龜山島、彭佳嶼地質地形與構造研究,預期(1)能解開大屯火山區是否存有活火山之謎。(2)建立完善的地質地形解說圖鑑為大屯火山地質公園爭取列入聯合國科教文組織世界文化遺產,提供優質的且具有說服力之地質景觀說帖文件。(3)參考比較衛星、空載雷射掃描與數值地形模型(林俊全,2003;詹瑜璋,2005;陳文山等,2007)尋找簡捷有利的空載工具,瞭解北臺灣各個火山之地貌特徵,提供新的影像圖片資料。

臺灣的火山區

在中新世時代,中國南海的擴張方興未艾,這時在陸緣地區,形成了許多由正斷層所構成的半地塹構造。由於南海擴張所引發的熱力與裂隙作用,產生了中南半島、海南島北部、雷州半島、珠江三角洲、廣東、福建、浙江、澎湖列島以及臺灣西部麓山帶的一系列火山活動。
中國南海形成以後,南海板塊沿著馬尼拉海溝向東隱沒到菲律賓海板塊之下而形成了呂宋火山弧。東部的海岸山脈和外海的綠島以及蘭嶼就是位於呂宋火山弧的北延部分。
在臺灣東北部有琉球弧溝系統,沿著琉球海溝,菲律賓海板塊向西北隱沒到歐亞大陸板塊之下。這個弧溝系統的火山弧延伸到臺灣島上,所以臺灣北部的大屯火山群、基隆火山群和外海的火山島嶼可能是琉球火山弧西延的部分(何春蓀,1986;Angelier, 1986)。
根據大地構造與地理分布,臺灣可以分成三個主要的火山區︰
(1)北部火山區-大屯火山群、基隆火山群、觀音山、草嶺山(大溪慈湖)及外海的彭佳嶼、棉花嶼、花瓶嶼、基隆嶼和龜山島。
(2)東部火山區-海岸山脈、綠島、蘭嶼和小蘭嶼。
(3)西部火山區-西部麓山帶(基隆外木山、臺北汐止、木柵、南港、公館、中和、三峽、橫溪、桃園鶯歌、新竹關西竹東、臺南木柵;何春蓀,1968)和澎湖列島。

臺灣北部之火山岩與火山地形

在大陸邊緣及島弧地區的火成岩,包括噴出岩及侵入岩,無論在礦物岩石或地球化學方面都具有獨特的性質。在島弧地區下的班尼奧夫帶(班氏帶)被認為是一個板塊沒入另一個板塊下所造成的地震帶,即所謂的隱沒帶。許多岩石學家相信隱沒帶可能就是這些地區岩漿之發源地。隱沒的物質,包括深海沈積物及隱沒帶之上部地函楔。在隱沒作用發生時,造成海洋地殼的部分熔融。岩漿上升形成火山,以安山岩為主。
臺灣北部安山岩區主要包括大屯火山群、觀音火山區;草嶺山、基隆火山群及外海的彭佳嶼、棉花嶼、花瓶嶼、基隆嶼和龜山島。大屯火山群、觀音火山群由一群安山岩質的火山錐構成,其中最高的七星火山海拔約1120公尺。位於東北角的基隆火山群由石英安山岩構成,地形上缺少清晰的火山地形和火山錐,這些石英安山岩體多數為在地殼淺部形成的不規則侵入體,而與當地之的金銅礦脈有成因上的關係(黃鑑水,1988;莊文星,1991)。
由地震資料顯示琉球班尼奧夫帶向西北隱沒可能到大屯山區下。依板塊聚合引發火山活動的說法,因隱沒產生的部分熔融可以產生不同性質的玄武岩類,如矽質玄武岩、高鋁玄武岩和鹼性玄武岩。玄武岩漿歷經結晶分化或混染作用,則可以衍生成安山岩或石英安山岩。
臺灣北部第四紀玄武岩的分布地區包括外海的彭佳嶼、棉花嶼、花瓶嶼和大屯火山群的烘爐山、觀音火山的萬年塔及桃園大溪的草嶺山(圖1)。

圖1  臺灣北部火山岩分布圖。西列:1.大屯火山群(0.11-2.56Ma,其中烘爐山0.11-0.39Ma),2.丁火朽山(0.74-2.56Ma),3.觀音山(0.20-0.63Ma),4.草嶺山(0.17-0.25Ma);東列:A.彭佳嶼(0.21-1.60Ma), B.棉花嶼(0.44-0.53Ma),C.花瓶嶼,D.基隆嶼,E.基隆火山群(0.8- 1.7Ma)和F.龜山島(0.02-0.19Ma)。鉀-氬法定年資料來自莊文星 (1988, Juang, 1993)。

觀 音 山

觀音山是臺灣北部岩區中最西北側之火山單元,以淡水河與大屯火山群遙遙相對,基本上為單一中心噴發的複式火山。觀音山火山之主體可能是一中央噴發之錐狀火山,錐體半徑約1-2公里,噴發中心在觀音山主峰之東南方。在凌雲山一帶之半環形之連峰可能是火山口壁之西側。在此之東,於石壁坑附近之地形,呈馬蹄狀之半圓形凹陷可能是觀音山地底下岩漿庫噴發萎縮而成之塌陷破火山口所在(圖2),但火山口之東壁已經塌陷而崩潰,其部分碎屑構成分布於凌雲山以東地區之集塊岩區或原先之火山碎屑流與火山礫岩。

圖2 觀音山地底下岩漿庫噴發溢流耗竭萎縮崩塌陷落而成塌陷破火山口(由東朝西拍攝)。

大 凹 崁

小觀音的火山口非常大,當地人稱為「大凹崁」(圖3),直徑有1200公尺,深則達300公尺,為臺灣最大的火山口,比圖3 小觀音山大凹崁火山口是全臺灣最大的火山口。 日本富士山的火山口還大上兩倍。大凹崁是大屯溪的源頭之一,其南側呈半圓形的火山口,邊緣的高度大致相同,海拔高1025公尺,火口壁附近大多長滿了箭竹,只有少數的峭壁有安山岩的岩層露出。竹子山與大凹崁流出的岩漿曾經漫延到北海岸麟山鼻、富貴角,狀似仙女舞衣的長裙,所以才有小觀音山之名(林朝棨,1961;王鑫,2004)。
大屯山群由二十多座火山及火山丘組合而成,包括七星山、竹子山、磺嘴山(圖4與圖5)、面天山、大尖後山(圖5)和紗帽山(圖6)等,大地構造屬琉球弧-溝系統,地質構造不穩定。火山岩多屬安山岩,熔岩流15層以上,並夾雜許多火山碎屑岩、凝灰角礫岩與凝灰岩層,其噴發年代可上溯至256萬年前至11萬年前(Juang and Chen, 1989;Juang, 1993),屬新生代更新世的火山。兩百多萬年來歷經地殼變動、火山爆發、地殼隆起抬升、風化、侵蝕與山崩土石流等夷平作用,才形成今日的地貌。


圖4 磺嘴山為臺灣具典型火山錐與火山口地貌之代表。

圖5 磺嘴山與其寄生火山-大尖後山(舊稱冬瓜山)為典型的鐘狀火山體。

大屯火山群依其地理分布區域可分為六個火山亞群,分別為七星山亞群、大屯山、竹子山、磺嘴山亞群、湳子山亞群以及丁火朽山亞群,各亞群所包含的火山體如下:
大屯山亞群-大屯山(海拔高1092m)、大屯南峰(959m)、大屯西峰(983m)、向天山(949m)、面天山(977m)、燒庚寮山、菜公坑山(887m)、烘爐山(656m)。
竹子山亞群-竹子山(1074m)、嵩山(989m)、小觀音山(1066m)。
七星山亞群-七星山(1120m)、紗帽山(643m)、內寮山、七股山(899m)。
磺嘴山亞群-磺嘴山(912m)、大尖山(839m)、荖寮湖山(574m)、八煙山、大尖後山(883m)、鹿崛坪山、南勢山。
湳子山亞群-湳子山、八斗子山(360m)。
丁火朽山亞群-丁火朽山(472m)。


火山國家公園須有其獨特的地形景觀,因為第四紀的火山,年代新並不久遠,常有火山地形地貌保留得非常完整,如磺嘴山(圖4),可作為地理教科書或鄉土自然教材之範例。一般在野外所見到的火山外形,依照噴發的型式、岩石的成分與地勢的差異,可分為盾狀火山、鐘狀火山和錐狀火山等三種。盾狀火山外形呈扁平低緩,底部寬廣龎大,坡度甚緩,形狀如平放地上的盾牌或倒蓋的淺碟。岩石以顏色較深,鐵、鎂含量較高,凝滯性(黏性)較低,流動性較佳的玄武質岩漿為主,其所形成的地形較平緩即所謂的方山地貌,如澎湖之桶盤嶼。
而岩石顏色較淺,矽、鋁含量較高的安山岩,其岩漿黏滯性較大,因而氣體壓力不易舒解,易爆炸形成爆裂的火山口。且黏稠的岩漿不易流動可堆疊成高聳山丘之鐘狀火山或錐狀火山。鐘狀火山具陡坡的圓錐狀外形,若是由爆炸噴發出的大量火山碎屑熔岩渣所堆積而成的火山體,亦稱為火山渣錐。若是由黏性較大不易流動的中性安山岩或酸性的流紋岩岩漿所形成的火山,通常呈渾圓外形的鐘狀火山。具或不具明顯火山口的鐘狀火山常為主火山之寄生火山,其形狀如倒蓋的碗或像雞籠,如磺嘴山的寄生火山大尖後山(圖5),七星山的寄生火山紗帽山(圖6)等都屬此類。錐狀火山的外形呈圓錐狀,上部坡度較陡下部較平緩,是由熔岩流和火山碎屑物交替組合或互層所形成,亦稱為層狀火山,頂部大都具有明顯的火山口,全世界大多數的火山,尤其是位於島弧隱沒帶的火山,常屬於此類火山體。大屯火山群的火山大部分亦以錐狀火山為主,如七星山、大屯山、竹子山和磺嘴山。當地底下的岩漿噴出或冒出地表形成火山,其頂上常會形成一個凹陷的窪地或盆地,稱為火山口,如面天山與大凹崁,大屯火山群小觀音山大凹崁(圖3)為臺灣最大的火山口。而磺嘴山則是一個典型的火山口(圖4)。火山噴發停止後,火山口中積水,就成為火山口湖,如向天山的向天池或磺嘴山的磺嘴池(圖7)。

圖6 紗帽山鐘形錐狀火山為七星山之寄生火山。

圖7 磺嘴山火山口之火山口湖-磺嘴池。

彭 佳 嶼

彭佳嶼又名大峙山嶼,位於東經122°5〞,北緯25°38〞,距基隆港65公里。島之周圍約4300公尺,面積1.14平方公里。島略成甲字形,北邊大致東西向,長2公里,東西最寛2.5公里,南北最長2.3公里,南邊最短僅長800公尺。
彭佳嶼大致呈方山地形,最高點海拔165公尺。地勢由東北向西南漸低,除西南岸外,沿岸海崖高聳,高度多在50-100公尺之間。島上燈塔附近可見有兩處保留尚為完整之火山口(圖8)。覆蓋於彭佳嶼地表之岩石種類以玄武岩之熔岩流為主。島上兩處最高峰,則由火山灰及火山渣所堆積成的錐形小丘構成。本嶼的岩石單位可分為最底部的凝灰岩與凝灰質集塊岩之火山碎屑岩層、上覆之兩層熔岩流,以及最頂部之火山灰及火山渣錐。此等岩石單位之特性描述於次:
火山碎屑-主要為噴發至空中後掉落之火山灰與火山碎屑所凝結而成。其間常夾有粗粒,甚至巨礫之火山渣或火山礫。此是本島最底部的岩層。本層在島中央及東部構成本島之骨幹。在南端碼頭、東北岸之斷崖面上,以及東岸最高峰之底部海岸一帶均可見到其出露。其中以南岸出露最多,北岸出露規模最小,而東岸則可以清楚地見到其水平之層理。
玄武岩岩流-此種岩流有上下兩層,部分區域見夾層之凝灰岩。底部岩流是由熔岩沿裂隙漫流至地表,而在凝灰岩山丘所構成之地形面上之低漥處形成熔岩池,層層疊置冷凝而成。以橄欖玄武岩為主,並構成海拔0-50公尺左右之地形面。岩石呈黑色,含橄欖石斑晶。上部岩流形成本島東半部較高處,約在海拔50公尺以上部分之地形面,以高鋁玄武岩熔岩流為主,其岩石一般呈黑色,有白色長石斑點,表層多氣孔。
火山渣錐-為本島最高峰,以各種粒徑不等的火山渣所堆積而成,應是伴隨最後一期火山作用之產物。
彭佳嶼先堆積了火山碎屑物。其後,岩漿沿裂隙上升,漫流地表,層層堆疊,造成今日之彭佳嶼(圖9)。構成本島基盤的火山碎屑岩層約在二百萬年前形成,其後約在一百萬年至五十萬年前陸續有玄武熔岩之活動。由五十萬至三十萬年前火山活動仍持續著,火山碎屑或火山渣不斷堆積,並有玄武岩脈之貫入。其後則未經太大的地殼變動,故島上的玄武岩與凝灰質火山錐仍保留完整之形狀。

圖8 彭佳嶼低平錐狀似玄武岩熔岩所特有的低平火山口。

圖9 彭佳嶼爆裂火山口及其舊期硫氣噴氣口殘址。


大屯火山區噴氣孔、溫泉、地熱徵兆區分區概述

在火山爆發終止之後,地下餘熱尚存,可導致地下蒸氣之累積與加壓,在某些地點能爆破地面而出,造成爆裂口。在爆裂口內也常有噴氣孔、硫氣孔和溫泉的存在,這些現象均屬後火山作用。
溫泉及噴氣孔分布在北投與金山之間,一個長約18公里寛約3公里的狹長地帶(圖10),可劃分為13個溫泉區,即新北投、大磺嘴、大庄(後山公園)、陽明山、竹子湖、小油坑、馬槽、大油坑、三重橋(八煙)、死磺子坪、焿子坪、金山、大埔等地,其中大磺嘴、小油坑、馬槽、大油坑、八煙、死磺子坪與焿子坪噴氣孔活動甚為劇烈。陽明山與竹子湖二地有微弱噴氣孔,其他地區僅有溫泉而無噴氣孔(陳肇夏、吳永助,1971)。主要代表區域分述如下:

圖10  大屯火山區噴氣孔地熱區位置圖。地熱徵兆出露點:1.新北投(地熱谷),2.大磺嘴(硫磺谷、龍鳳谷、紗帽谷),3.大莊(磺溪嶺),4.陽明山(中山樓),5.竹子湖(冷水坑),6.小油坑,7.馬槽-七谷,8.大油坑,9.八煙(三重橋),10.死磺子坪,11.焿子坪,12.金山,13.大埔(原圖參考何春蓀,1972)。

小 油 坑

為一處後火山活動極活躍的地質景觀區(圖11-圖14),

圖11 小油坑硫氣孔噴氣孔之爆裂火山口。

圖12 小油坑爆裂火山口之後火山期之噴水汽噴硫氣火山地質景觀。

圖13 小油坑煙霧迷漫的噴氣孔與噴硫氣孔。

圖14 小油坑已經不再吞雲吐霧的舊噴汽口殘留。

位於七星山的西北麓,由陽金公路的小觀音山站右行可達地景步道。海拔高度805公尺,長約200公尺,寬150公尺的橢圓形窪地,其後火山期的噴氣孔、硫氣孔、硫黃溫泉與爆裂火山口之崩塌地形為最具特色。在高達200℃左右(硫黃熔點低,108-120℃),硫黃會熔化成橙黃色的流體如油脂,因而產硫黃的地方就名油坑,而有大、小油坑之稱(圖12與圖13),小油坑之規模雖不若大油坑、硫磺谷、焿子坪,但交通便利,為陽明山國家公園之重要火山地景與地標。
小油坑是由七星山爆發的碎屑岩堆積與後火山作用形成(王鑫、李建堂,1999;林俊全,2003)。七星火山爆發時四散的火山碎屑物所形成的灼熱雲風暴,時速可達七、八十公里。於小油坑一帶堆積成一堆堆的山丘。此由高達一、二百度以上火山碎屑夾雜火山灰墜落堆積,凝聚而成的火山碎屑岩或稱凝灰集塊岩或凝灰碎屑岩,質地堅硬抗風化侵蝕易形成聳立陡峭的山峰。
小油坑噴氣孔與硫氣孔煙霧瀰漫強酸性的熱蒸汽,易使周遭的岩石腐蝕,其所含鐵鎂物質流失白化而成白土。且不斷冒出熱蒸汽與硫氣,其所含的硫和岩石所流失的鐵結合,形成黃鐵礦(愚人金)之黑色粉末,造成黑色的大地(圖12)。
小油坑噴氣孔可能因地下通路的腐蝕崩塌,阻塞而另謀其他裂隙管道疏解,或因地下熱源潛移他處或火山活動衰竭,熱能不足而逐漸衰竭凋零,僅留殘舊的噴氣漥洞(圖14) 。

大 油 坑(圖15)

圖15 大油坑位於金山鄉西南邊緣,隔溪與大尖後山遙遙相望,終年蒸氣繚繞。

圖16 大油坑空拍全景。

 

位於臺北縣金山鄉西南方的邊緣山區,介於七股山與大尖後山之間,距陽明山十四公里。由擎天崗大草原下上磺溪,沿著金包里大路或魚路古道前往,途中即可俯瞰嶺腳庄平台草坡、大油坑溪及蒸汽繚繞的大油坑(圖16)。大油坑海拔550公尺,為一向東北開口之狹長的傾斜谷地,東西寛約150公尺,南北長約300公尺,外觀如炸彈坑為典型的爆裂火山口(圖17)。大油坑曾經是臺灣最有規模採硫地方(陳肇夏,1999;陳培源等,2004),因煉油石化工業硫黃副產品的大量回收,生產過盛,市場硫黃價格大量滑落,天然採礦不敷成本,紛紛停止。大油坑德記採磺場曾經是臺灣最有規模採硫地方(圖18),現已停採,回歸陽明山國家公園進行遊憩區總體規劃(圖18)。大油坑爆裂口其四周硫氣所及範圍內也只有芒草較適合生長(圖19)。有數處活動力激烈的硫氣孔(圖19),可能是大屯火山群中最為激烈的地熱爆裂口,其噴氣量大,溫度可以達到120℃左右,溫泉源頭的岩石久經強烈的酸腐蝕與矽化作用,已使原來礦物完全換質為方矽石,顏色變成灰白色至純白色,很像火山渣岩石碎塊,而形成許多小山丘,於溝谷成為特殊的地質景觀(圖20)。
由噴氣孔噴出的物質大多為水蒸汽和少量的硫化氫,由遠處即可望見繚繞的白色煙霧在山腰不斷的冒出。大油坑噴氣孔或爆裂口是火山氣體噴出地表所造成的窪穴凹口,四周岩壁陡峭,但受到火山熱液、噴氣的腐蝕,岩層顯得鬆散不穩定。根據近二十多年來的觀察其噴氣現象大不如前,許多十分強烈噴氣孔硫黃錐已倒塌毁壞(圖21)部分已經不存在。

圖17 大油坑外觀如炸彈坑窪地為典型的爆裂火山口。

圖18 大油坑曾經是臺灣最有規模採硫地方,現已收回礦權停採,回歸陽明山國家公園進行遊憩區總體規劃。

 

圖19 大油坑爆裂口如劫後餘生寸草不生,其四周硫氣所及範圍內也只有芒草較適合生長。

 

圖21 大油坑爆裂火山口之噴氣孔與凝積在硫氣孔四周的硫黃。

 

圖20 大油坑岩石久經硫氣腐蝕強烈的矽化作用變成低溫白矽石之白土塊。

 

 子 坪(圖22與圖23)

圖22 焿子坪噴硫氣與噴氣現象。位於磺嘴山山腳下之焿子坪溫泉區,一般亦稱為磺山溫泉。

圖23 焿子坪硫氣孔地熱區空拍全景。

位於磺嘴山山腳下之焿子坪溫泉區,一般亦稱為磺山溫泉。焿子坪先前屬三金礦場,生產硫黃與白土,現已停採。基於礦區人文、火山地質地形景觀,交通便捷之優勢,若搭配磺嘴山生態保護區與磺嘴山-大尖山-大尖後山一帶火山、火山口之獨特地貌(圖24與圖25),可規劃闢建成為獨樹一格的火山地質公園或火山地球科學教育園區。
焿子坪曾經是著名的硫黃採礦區,規模遠甚於大油坑、小油坑。根據臺灣省通誌的記載,這裏開採硫黃的歷史久遠,可追溯自西班牙人佔領北臺灣時期。西班牙人曾在焿子坪、死磺子坪和八煙等地從事開採硫黃礦,這也是臺灣較早有規模開採硫黃之處。

圖24 焿子坪火山自然保護區之硫氣孔。先前屬三金礦業公司礦場,生產硫黃,目前已停採。搭配磺嘴山生態保護區之自然景觀,可規畫成立火山地質公園。

圖25 焿子坪深喉嚨大嘴巴之硫氣孔,其規模氣勢與嘶嘶咻咻的嘯聲不亞於目前已逐漸坍塌毀壞之大油坑,為陽明山國家公園屬一屬二之大型硫氣孔。

死磺子坪(圖26)

位於磺嘴山山腰,距陽金公路2.1公里,天籟溫泉會館東南方約500公尺處(圖27)。

圖26 磺嘴山山麓之死磺子坪溫泉地熱區可由天籟溫泉會館旁之臺北山城產業道路前往。

圖27 死磺子坪噴硫氣孔區與天龍石礦安山岩採石場空拍全景。

因名不雅改稱四磺子坪、秀姑坪或勢磺子坪(圖28與圖29)。早期主要開採硫、白土及黑色硫化鐵礦作為肥料的原料。現今天龍礦業採山頂平台式露天開採安山岩石材(圖29)。此安山岩層即為磺嘴山亞群的上部熔岩流地層。死磺子坪硫氣孔噴出氣體於岩壁與坑洞口上凝結纍纍的硫黃針狀晶簇(圖30)。溫泉水塘底部,常有不純的硫黃沉積,稱為沉積硫黃,呈黃白色至黃黑色,有些土狀樣品粉末點火後會產生藍色火焰。

圖28 死磺子坪噴氣孔區。

圖29 死磺子坪天龍石礦採石場段面為磺嘴山熔岩流安山岩地層。


金山鄉磺溪亦稱北磺溪源於臺北縣、市界附近的竹子山、小觀音山、七星山、大尖後山與磺嘴山等大屯火山群的幾座主要崇山區。東北季風受高山地形阻擋,雨量豐沛。上游支流頗多,中股附近匯流後由東北方的金山社寮入海。磺溪流域範圍

內有噴硫氣之爆裂火山口,產硫(硫磺),故名磺溪。部分溪流河段水中含有氧化鐵的成分,而將石頭表面染成紅褐色,形成少見且特殊的自然景觀(圖31)。

圖30 死磺子坪噴硫氣孔之昇華硫黃結晶。

圖31 磺溪及其上游旁噴蒸氣、噴硫氣之八煙溫泉地熱區與亞洲臺北山城鄰近區域空拍圖。

八  煙(圖31)

位於陽金公路旁,是陽明山國家公園最大的野溪溫泉區。八煙舊名三重橋,可由陽金公路三重橋綠峰度假山莊前的鄉間道路前往。溫泉地熱區為典型的爆裂口地形(圖32與圖33),爆裂口崖高10公尺,爆裂口朝東北,爆裂口中間另有一小脊嶺,將此溫泉分成兩處,以東側較大,谷中有許多小型噴氣孔、泥塘;並形成溫泉、瀑布並列之景觀。在噴氣孔四周有針狀硫黃析出(圖34),區內圍岩主要由含紅色氧化鐵及粗粒角閃石斑晶的角閃安山岩和紫蘇輝石-角閃石安山岩構成,但

圖32 八煙為一典型的爆裂火山口其崖高十餘公尺。

圖33 八煙噴氣地熱區。

 

圖34 八煙硫氣孔昇華硫黃結晶。

圖35 硫磺谷爆裂口處多噴硫氣與噴氣孔,煙霧迷漫多硫黃味。大雨過後雨水沖刷泥流形成一灘爛泥地。

大都已受熱液換質作用影響,岩石外觀呈灰白至灰色,部分矽化成白色含方矽石與蛋白石之岩塊(白土),但似乎仍具火山熔岩渣外形。噴氣口硫氣與硫化氫因與安山岩溶解出的鐵分結合成黑色黃鐵礦微粒,於四周岩石中呈浸染狀之散布而成黑色的大地。
磺溪自磺溪頭八煙溫泉會舘、陽明山山水行舘以下河道,河床變寬坡度變緩。岸邊火山碎屑岩凝灰集塊岩裸露,此為大屯火山區之中、下段或基盤岩層的代表。

硫磺谷、龍鳳谷、紗帽谷(圖35)

紗帽山溫泉區位於陽明山的西麓。範圍涵括北投泉源路-行義路惇敘工商一帶,北自七星山,南經紗帽山至磺溪山之南磺溪流域有龍鳳谷、磺溪嶺、硫磺谷、紗帽谷等火山爆裂口。硫磺谷(圖35)爆裂口周圍之圍岩為五指山層之石英岩或白砂岩,沿裂隙節理易崩落成巨大岩塊(圖36)。疏鬆火山凝灰岩受硫氣熱液強酸腐蝕成白土,遇豪雨沖刷易形成泥流四處漫流形成爛泥攤(圖35)。大磺嘴硫磺谷、龍鳳谷為沿斷層谷地發育之噴硫氣裂隙,其線形排列亦與大屯火山群北投-陽明山-金山之金山斷層走向一致(圖37)。台北市自來水公司為提供北投區溫泉水,於硫磺谷設有多處人工鑿氣井(圖38),由蒸汽與地表水混合,提升水溫而得白磺溫泉水。地面水塘,由於汽井硫分子融入水中形成乳白色水團,形同冷水坑牛奶湖般之白色混濁水池(圖39)。水池輸水涵管因熱蒸汽硫昇華結晶而布滿硫黃針狀晶叢(圖40)。硫磺谷後火山期之噴氣與噴硫氣現象強盛,有著大的硫黃錐,為大屯火山群中約僅次於大油坑與焿子坪,可能略勝於小油坑,排行第三或第四(圖41)。北投區石壇路與泉源路間的硫磺谷,泉源路與南磺溪間的龍鳳谷、紗帽谷,面積各約二、三十公頃。硫磺谷位於中正山南麓的一片草原邊,石壇山和

圖36 臺北市紗帽山行義路硫磺谷爆裂口四周岩石為五指山層白砂岩。

圖37 行義路硫磺谷一帶噴硫裂隙與大屯火山群硫氣孔主軸排列方向一致。

圖38 硫磺谷以地熱景觀著稱,目前谷地有多處人工鑿氣井,白煙繚繞。

圖39 臺北市自來水公司灌水挹注處理設施強化提供北投地區溫泉水源而成如冷水坑牛奶池之水塘。

 

大砲岩北側、惇敘工商西邊位於北投磺港溪上游的無尾崙坑溪,谷地長約1公里,寛約180-200公尺,谷內多處噴氣孔、硫氣孔和地熱溫泉與鑽探氣井,熱氣滾滾,一縷縷白煙自谷地升起繚繞,頗為壯觀是北投溫泉的源頭(圖38)。龍鳳谷(圖42)位於北投泉源路與南磺溪間;它的地表與硫磺谷同樣殘破,因為受到地熱酸氣腐蝕作用與採硫所造成的,谷地裡的岩石多受到硫黃噴氣的關係而白化及黑色細粒黃鐵礦的污染,上面布滿一層黃色硫黃結晶(圖43)。硫磺谷與龍鳳谷一帶舊稱大磺嘴,為清康熙郁永河採硫遺址。於龍鳳谷就立有紀念碑記載這段史實,也將近四百年的歷史。紗帽谷位於磺溪旁(圖44),從遠處就可以看到白煙裊裊熱氣蒸騰。崖壁有噴氣孔之黃色的硫黃結晶,呈現火山溫泉區的特殊景象(圖45)。然紗帽谷一帶溫泉旅館浴池林立,地面水經鑽氣井熱加溫得白磺溫泉需求殷切但部分設施簡陋,管理不善,輸送水管七橫八豎十分不雅(圖46)。為提高旅遊觀光品質應力求改善。

新北投地熱谷(圖47)

舊稱北投溪溫泉或地獄谷,位於北投公園上方熱海飯店旁,為天然硫黃地熱造成的溫泉區。谷內硫黃味刺鼻,蒸氣瀰漫,泉水溫度甚高。地熱谷為一盆狀窪地,可能為一蒸氣爆裂口遺跡。底部有多處溫泉湧出,有硫氣味,熱氣瀰漫。冒出溫泉口水溫達98℃,其他部分多在60-70℃。窪地由溫泉匯合地表水成一淺水潭,池水從西南側缺口流出注入北投溪,熱海飯店前的小溪流也就是北投石的家鄉。
池底沙、礫表面多附著由溫泉沈澱之粉狀或皮殼狀之物質或黃、白色等之藻類著生。沈澱之礦物有石膏、明礬石、黃鉀鐵礬、硫黃、雌黃等。此處溫泉屬酸性硫化物泉,為青磺溫泉之典型代表。

馬槽、冷水坑、中山樓

大屯火山群大油坑、小油坑、焿子坪、死磺子坪、八煙、硫磺谷與龍鳳谷等地就有壯觀的硫氣孔。當此活動轉弱時,就僅見得先前酸氣腐蝕白化、寸草不生的殘破景觀,如馬槽(圖48與圖49)、冷水坑(圖50-圖52)。
馬槽溫泉徵兆區為熱液換質帶受侵蝕作用崩塌後形成的凹谷,是大屯火山區內範圍規模最大者之一。溫泉和噴氣孔多分布在冷水坑至馬槽橋之間磺溪的左岸及附近之馬槽河床(圖48)。馬槽崖壁高約三十餘公尺,有明顯層狀火山碎屑岩與凝灰岩出露。圍岩大多已受熱液換質作用,局部呈現矽化帶和黏土化帶。區內斷層構造複雜,主要斷層呈東北-西南走向,大約與馬槽溪方向一致,推測該斷層所造

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圖40 水塘涵管因地熱蒸氣昇華結晶而布滿硫黃針狀晶叢。
圖41 硫磺谷噴氣孔強烈的噴水汽並於洞口硫黃結晶形成硫黃錐。
圖42 龍鳳谷噴氣口硫氣所及,岩石除白化現象外,部分有黑色硫化
鐵礦物粉末浸染似一片焚後的大地。
圖43 北投磺溪(南磺溪)龍鳳谷噴氣口自然景觀。
圖44 紗帽谷空拍全景。

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圖45 紗帽谷地熱區凝灰碎屑岩崖壁,裂隙有硫氣冒出,但四處輸送水管七橫八豎有礙觀瞻,為發展觀光旅遊宜力求改善。
圖46 紗帽谷一帶旅館業者簡陋之地表水補注利用氣井蒸汽混合形成溫泉設施,蒸汽煙霧所及四周牆角垣邊多硫黃結晶。
圖47 北投地熱谷空拍全景,地熱谷溫泉為青磺的代表,其溫泉水溫近於沸點。
圖48 七星山麓馬槽原是個爆裂火山口,硫氣腐蝕四周岩石再加上山崩土石流地層滑動成半凹塌陷地形而得名。
圖49 陽金公路馬槽橋-七股一帶土石流後噴硫氣現象已沈寂消逝。
圖50 冷水坑-牛奶湖-夢幻湖一帶空拍全景。

成的破裂帶與溫泉的分布有密切的關聯。根據鑽井資料顯示,此區域的地溫梯度異常高,距地表下100公尺處的溫度即已達到100℃,到1000公尺處則約為280℃。為一極具地熱能源開發效益的場所。
冷水坑位於七星山東麓,介於擎天崗與夢幻湖之間,為山仔后通往擎天崗草原必經之地。由七星山、七股山及竹嵩山所圍成的窪地地形,原為七星山和七股山熔岩流阻塞而成的堰塞湖,後因自然的地形侵蝕破壞崩潰,湖水外流乾涸,湖底露出而成今日之景觀。溫泉溫度只有40℃左右,遠低於地熱谷、大油坑、焿子坪等其他地熱區可達90℃以上的溫泉,相對而言是冷水,故名冷水坑。
在窪地之北側有一火山爆裂口,目前已死寂不再活動(圖52),相較於其他噴氣孔大不相同,一般以硫黃結晶為主。而冷水坑主要為白色針狀毛礬石或稱毛鹽礦 [Al2(SO4)3 .18H2O] 結晶(圖53)。冷水坑火口周緣由火山碎屑與凝灰岩堆積而成,是七星山區形態保存較完整的爆裂火口,今為內雙溪最上游發源地。
冷水坑為一沉澱硫黃礦床,區域內的沼澤池底會噴出硫黃氣體。因游離的硫黃微粒氣泡混雜,致成混濁水塘,經緩緩沉澱後,在池底形成土狀泥巴層,磺土呈白黃或淡灰色軟泥,含硫成分約20-40﹪,早期曾開採作為硫黃的原料。這池塘就是我們俗稱的牛奶池(圖50與圖54)。
冷水坑溫泉由七星山東麓的岩石裂隙中自然汨出,泉水來源為地下水因位於火山區,有較高的地溫自然加熱而成,溫度約40℃,屬低溫中性碳酸鹽的鐵磺泉。
中山樓溫泉徵兆區位於七星山南側的畚箕形山谷窪地中,三面環山,坐東北朝西南,開口正對著紗帽山。區內溫泉露頭甚多,主要的有三處,中山樓禮堂(國防部青年幹部訓練班)前乳白色似冷水坑之圓池(圖53)及中山樓東西兩側溪谷,岩石主要以凝灰角礫岩為主,由略帶稜角,大小不一之安山岩岩塊及顆粒較細之凝灰岩、泥質火山砂等夾雜混合構成,一般膠結良好,常因風化而具洋蔥狀剝離構造。在中山樓西側溪谷泉源附近有塊狀且節理發達的暗灰色含橄欖石-兩輝安山岩出露。岩石大都已受換質作用與黃鐵礦化影響,外觀呈灰黑色。中山樓利用人工方式導出地熱蒸氣化解難聞的硫黃味。同時引進溪谷山泉水,利用蒸氣混合稀釋,就可產生所謂的白磺溫泉。而於管線或岩石裂縫就有昇華硫黃結晶。

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圖51 冷水坑牛奶湖。
圖52 冷水坑舊爆裂口遺跡,消逝的噴氣孔處徒留一片白化蝕變之殘破岩壁。
圖53 冷水坑舊爆裂口。坑洞岩壁除少許硫黃外,主要為白色針狀毛礬石(alunogen)或稱毛鹽礦〔Al2(SO4)3.18H2O〕結晶。
圖54 中山樓牛奶池。為舒解中山樓大廳之硫氣困擾乃將其引入地下,池底磺氣上湧而造成含硫黃微粒的乳白色冷泉。

 

綜 合 討 論

臺灣北部火山地形之多樣性

大屯火山群依其地理分布區域可分為六個火山亞群,分別為七星山亞群、大屯山、竹子山、磺嘴山亞群、湳子山亞群以及丁火朽山亞群,各亞群所包含的火山體如下:
1. 大屯山亞群:大屯山(海拔高1092m)、大屯南峰(959m)、大屯西峰(983m)、向天山(949m)、面天山(977m)、燒庚寮山、菜公坑山(887m)、烘爐山(656m)。
2. 竹子山亞群:竹子山(1074m)、嵩山(989m)、小觀音山(1066m)。
3. 七星山亞群:七星山(1120m)、紗帽山(643m)、內寮山、七股山(899m)。
4. 磺嘴山亞群:磺嘴山(912m)、大尖山(839m)、荖寮湖山(574m)、八煙山、大尖後山(883m)、鹿崛坪山、南勢山。
5. 湳子山亞群:湳子山、八斗子山(360m)。
6. 丁火朽山亞群:丁火朽山(472m)。
北臺灣火山屬大陸邊緣隱沒帶之火山岩,主要以安山岩為主,部分區域亦有玄武岩。由於原始地貌的影響,加以火山歷史的演化與岩石性質的差異,衍生一系列的具有代表性之火山地形地貌,有關臺灣火山地貌的多樣性列於表1。
臺灣雖身處環太平洋火環的一分子,在北部或東部雖有第四紀火山,但卻無活動中的活火山。
火山常由火山口和火山錐二大部分組成。火山錐以火山口為中心,四周堆積著由火山熔岩及火山碎屑物(包括火山灰、火山砂、火山礫、火山渣和火山彈)等火山錐的形態與噴發的熔岩性質有關。例如黏性較低的玄武岩質岩漿,較易流動,其所形成的火山體就較低平形如盾狀或倒蓋的鍋子,如彭佳嶼(圖8)。若為安山岩所構成的寄生火山,就有較高聳的地貌,七星山之寄生火山紗帽山(圖6),磺嘴山的寄生火山大尖後山(圖5 )便是。當火山錐頂部有熔岩溢流則形成火山錐與火山口當火山停止噴發後,經過一段長時期的雨水地表匯聚就形成了火山口湖,如磺嘴與磺嘴池(圖4 與5 )。若火山口有爆發大量之熔岩渣與熔岩溢流,就可形成超級的火山口,小觀音山大凹崁之火山口就是一個典型的例子(圖3與圖55),其熔岩流甚至漫延到北海岸麟山鼻、富貴角,形成北海岸一帶奇特的熔岩流地貌。


表1  臺灣火山地形分類表


編 號

地    點

岩    性

地  貌  特  徵

1

觀音山

安山岩

陷落破火山口(圖2與圖56)

2

小觀音山大凹崁

安山岩

臺灣最大的火山口(圖3與圖55)

3

磺嘴山

安山岩

具典型火山錐與火山口,為大屯火山區地貌之代表(圖4與圖5)

4

大尖後山(冬瓜山)

安山岩

錐狀火山為磺嘴山之寄生火山(圖5)

5

紗帽山

安山岩

鐘狀火山為七星山之寄生火山(圖6)

6

彭佳嶼

矽質與高鋁玄武岩

錐狀火山,火山口明顯(圖8)

7

彭佳嶼

安山岩質或玄武岩質火山碎屑岩、凝灰岩

複合式火山爆裂口,有後期玄武岩質岩脈侵入(圖9)

8

龜山島

安山岩質火山碎屑岩、凝灰岩

大陸棚淺海噴硫氣噴水蒸氣形成乳白
色混濁海域(Hsu, 1963;莊文星,1996;宋聖榮等,2005a, b)

若火山口是經過破壞擴大而成的,又稱為破火山口,成因類型有:
1. 爆破型火山口
2. 塌陷型破火山口
熔岩經過大量噴發後,引起地下岩漿房的空虛,在上覆岩石的重壓之下,火山口周圍便發生大量崩陷。這種破火山口最常見,規模地最大。
3. 侵蝕型破火山口
火山口四周被溝谷侵蝕擴大而成。
觀音火山位於臺灣北部,以淡水河與大屯火山群相隔成一獨立火山體。由地震震源研究得知本火山正是處於向北隱沒的菲律賓海板塊邊緣的外側;地面上正是以這個邊界與大屯火山群的其他火山隔離(黃文宗、羅煥記,1986)。根據市村毅(Ichimura, 1934)認為觀音山火山口位於觀音山硬漢嶺(596m)-崩山-凌雲山(鷹仔峰440m)半圓型山嶺之間,存在一個陷落破火山口(caldera)構造。
圖2與圖56A-56C顯示觀音山為臺灣一典型之崩坍塌破火山口,但其詳細之野外地質對比查核與火山口底盤之完整性與破裂程度尚有待進一步之研究。
火山的活動方式可能有下列幾種形式:(1)以噴出水蒸氣為主的活動;(2)

圖55  小觀音山大凹崁西南翼火山口及熔岩流Google衛星傾斜角度模擬空拍圖。

圖56A  觀音山崩坍火山口Google衛星垂直空照圖。

圖56B  觀音山塌陷破火山口Google地面交通示意圖。

圖56C  觀音山塌陷破火山口Google衛星斜照空拍模擬圖。


以噴出泥流為主的活動;(3)以噴出灼熱雲為主的活動;(4)以噴出熔岩流為主的活動;和(5)以噴出碎屑物為主的活動等。一般而言;一個火山會連續發生上述若干種活動。有的活動十分猛烈,有的只是靜靜地噴出熔岩。中酸性岩漿(安山岩、流紋岩)如含有多量的火山氣體時,容易發生大的爆發活動。基性的岩漿(玄武岩),黏性較小,所含的氣體也較少,可能較平靜地流出熔岩。
火山活動可以看作一連串由產生徵兆、誕生、成長到死亡而有系統的現象,包括:(1)地震;(2)地面發生裂縫;(3)噴出水蒸氣、泥流或灼熱雲等;(4)噴流出熔岩流或火山碎屑物、火山灰;(5)火山形成;(6)後火山作用;和(7)停止活動。但各火山不一定都有相同的活動順序,有的只是有幾個現象而已。
一座休眠火山可能覺醒,死火山也可以復活,故如僅靠過去的紀錄來區分它,未必十分正確。例如,西元79年義大利的松馬火山(Monte Somma),活動已停止達七世紀,其附近龐貝城(Pompeii)與赫克蘭紐城(Herculaneum)之居民,早已認為是一座死火山。但於這一年該火山瘋狂毀滅性的再噴發,乃造成歷史上有名的維蘇威火山(Mt. Vesuvius)。
所謂後火山活動是指火山到了衰老期,其殘留的火山活動現象,包括噴水蒸氣、噴泉、硫氣噴泉、碳酸氣噴泉等。
大屯火山群大油坑、小油坑與龜山島噴水蒸氣與硫氣和硫黃等地熱現象,根據近三十多年來的觀察與研究,大致已呈現衰減逐漸不活躍之趨勢,其中尤以龜山島最為明顯。龜山島海域冒底溫泉、水蒸氣、濃郁的硫黃味等地熱現象如今已大不如往昔。考其原因,恐非921大地震或2002年3月31日花蓮秀林地震等所引發的龜頭部山崩,噴氣孔遭掩埋阻礙噴氣活絡流通。因早於1989年當筆者第二度回龜山島巡禮時已見十多年前煙霧迷漫臭味難聞之海域,當時船隻已可以接近,並發現有噴孔殘跡留存。龜頭部常見有硫黃,頸部南緣有硫黃礦採掘殘遺,今已不復見。此可能代表著火山地熱現象已逐漸移位、低迷不再旺盛。
大屯火山的火山活動,根據火山噴氣現象似無增強的趨勢,而且部分地區,如磺溪嶺、冷水坑、馬槽-七股、小油坑、焿子坪之外圍,許多地區都已逐漸不再活動。大屯火山群是台灣島上唯一擁有後火山活動特徵之地區,其地表地熱及微震活動還是很明顯。根據林正洪等(2006)由最近幾年仔細地分析八個地震站之地震紀錄,除了於七星山及大油坑附近之最上部地殼中,觀測到許多微震與群震之活動外,也發現有地震波形類似螺絲釘狀與單頻水滴狀等火山地震活動訊號。但目前之地震資料尚無法辨識大台北地區岩漿庫存在之可能性。微震是否導因於活火山地區之岩漿或熱水活動目前尚無定論,因而建議除加強現有的大油坑、小油坑地震觀測站外,如能於大磺嘴、焿子坪、八煙等大屯火山區有強烈的噴氣與噴硫氣之後火山活動地熱現象旺盛地區,廣設地震觀測站,並加以進一步的探討與分析研究可能可以解決火山區殘存岩漿庫或熱水活動等相關之問題。

 

大屯火山區地熱溫泉

臺灣溫泉資源豐富,名列全球15名內,同時擁有冷泉(蘇澳)、熱泉、泥水混濁泉(關子嶺、上島虎山)及海底溫泉(綠島、龜山島)等多種泉質,是世界最佳溫泉區之一。臺灣已知的自然湧出屬真正符合自然湧出泉意涵之溫泉有百餘處,其中,以陽明山紗帽山溫泉、北投溫泉、關子嶺溫泉及四重溪溫泉等號稱臺灣四大知名溫泉區。北投地區的溫泉主要有硫磺谷、地熱谷、龍鳳谷、紗帽谷、湖山等。地熱谷(圖47)屬高溫(95℃)強酸性之青磺泉;硫磺谷、龍鳳谷、紗帽谷為鑽地熱井後引入清水來中和高溫之汽調整成適當溫度水、氣結合提溫(50-90℃)的酸性硫酸鹽白磺泉(圖38與圖46)。而湖山、龍鳳溫泉(羅漢窟)、鳳凰溫泉(媽祖窟)、觀音池等溫泉乃屬高地熱區地溫自然加熱原生地下水湧出,中性至弱鹼性,40-60℃,含高鐵離子的碳酸鹽泉的鐵磺。
休眠火山地下岩漿可能尚存在,仍然在活動醞釀,殘留的後火山期火山活動現象,包括噴水蒸氣、噴泉、硫氣噴泉、碳酸噴泉與硫氣孔等。硫氣孔孔緣有硫化氫和二氧化硫化合昇華結晶而成為黃色針狀的硫黃,亦可由硫化氫在地表氧化造成。如大油坑(圖18與圖21)、小油坑(圖13)、焿子坪(圖24與圖25)、死磺子坪與八煙(圖30與圖34)及大磺嘴(圖41)。大屯火山區噴硫氣現象以大油坑或焿子坪(圖21與圖25)為最強盛,早期曾日產1-2噸硫黃(陳肇夏,1999)。有關大屯火山區溫泉地熱與硫氣孔之特徵與徵兆列於表2。
雖然大屯山火山群的火山活動早就停止,但殘餘的熱力仍然持續發威,高的地溫梯度異常高的地熱醞釀下,當雨水滲入地層深處,到達熱源上方,加熱後順著岩層的細縫冒出,就形成溫泉。大屯火山群的地熱與溫泉區依水質化學成分、酸鹼值(pH) 的不同,可分為三類:
1. 酸性硫酸鹽氯化物溫泉:又稱青磺,強酸性,pH值1.3至3.9之間,溫度高,接近沸點,以地熱谷、大油坑為代表。
2. 酸性硫酸鹽溫泉:又稱白磺,水質混濁,呈乳白色,pH值1.7至4.2之間,大都2.0至3.1之間,溫度在攝氏60至80度之間,大磺嘴、竹子湖、死磺子坪、焿子坪的溫泉都屬這一類,此類溫泉大都屬熱氣井蒸汽與地表水或


表2  大屯火山群噴氣、噴硫氣地熱徵兆溫泉區探索表


編 號

地    點

強    度

地  熱  特  徵

1

大油坑

典型爆裂火口噴氣口有大型噴氣硫黃錐

2

小油坑

中至強

噴氣口有噴氣硫黃錐,外圍有噴氣孔遺跡

3

中山樓

弱至中

有液、氣混合人工牛奶池,岩石裂隙有噴氣硫黃結晶,外圍臺北縣公務人員訓練所有噴氣孔遺跡

4

硫磺谷(大磺嘴)

中至強

大磺嘴有中至大型噴氣硫黃錐,為汽、水混合白磺泉之典型代表

5

龍鳳谷

中至強

白磺溫泉區岩石裂隙噴氣孔有硫黃結晶

6

紗帽谷

白磺溫泉區岩石裂隙噴氣孔有硫黃結晶

7

磺溪嶺

岩石有白化現象為舊噴氣孔殘址

8

胡宗南將軍墓園

岩石裂隙有噴氣硫黃結晶

9

冷水坑

沈寂消逝

有舊噴氣孔殘址,岩壁有大片毛礬石礦物結晶十分罕見

10

馬槽

中至弱

有微弱噴氣徵兆及噴氣孔殘址

11

七股

微弱

有微弱噴氣徵兆及噴氣孔殘址

12

八煙

中強

爆裂火山口、有噴氣孔及硫黃結晶

13

死磺子坪

中強

爆裂火山口、有噴氣孔及硫黃結晶

14

焿子坪

爆裂火山口有大型噴氣硫黃錐,其噴氣口規模與大油坑不相上下

15

地熱谷

中強

煙霧迷漫高溫水塘,池底岩石及部分岩石裂隙有時見有硫黃結晶,為青磺典型之代表,水溫達
95℃以上,產北投石

地下水混合增溫而成,亦有稍遠離地熱區,若非引進鑽井蒸氣加熱增溫,則其水溫遠低於其他地熱溫泉,相對而言可說是冷水加上匯聚成乳白色的水塘,亦可構成別有一番風味的自然景觀,如冷水坑牛奶湖、中山樓水池(圖51與圖54)。
3. 弱酸性至中性碳酸氫鹽溫泉:又稱鐵磺水,大都混合大量地下水,其pH值在5.9至7.6之間,接近中性多鐵質,流水所經岩石易染成棕褐色,水溫四、五十度,亦可由地下水間接加熱形成,如紗帽山的龍鳳溫泉、媽祖窟、湖山溫泉與金山大埔、金泉、水尾、磺港、社寮等溫泉。金山-萬里沿海區為大屯火山區之邊陲,已是強弩之末,有溫泉但無硫氣孔,其地溫梯度已漸趨常態,如大埔溫泉。臺北縣萬里鄉加頭路之大埔溫泉位於金山鄉與萬里鄉交界處,是萬里地區第一個為地質探勘鑽井後自然湧出而形成的溫泉窟,井深50-100公尺,水溫47-51℃(劉聰桂等,2003)。
若於高地熱環境下加溫,水溫已超過沸點,則其在地下就已經汽化成水蒸氣,再猛烈噴出地表,便造成噴氣孔,這就是大屯火山群最特殊的地熱景觀。噴氣孔以噴發水蒸汽為主,其餘成分包括無色無臭的二氧化碳和帶有惡臭的硫化氫氣體,噴出的氣體溫度在攝氏120度左右或更高。

北部火山區火山岩的地質年齡

依據地質年代測定結果(圖1)顯示,本區域內之火山過去共經過四次的主要噴發;火山噴發時間分別在距今約二百五十萬年前(形成七星山底層及大屯山;七十五萬年前形成竹子山、小觀音山、面天山及向天山),和五十萬年前(形成七星山上層、磺嘴山及大尖後山)及十一萬年前形成烘爐山,是中國境內除東北吉林長白山和黑龍江五大連池外,另一火山特性與地質地貌比較完整突出之地區。其中向天池、磺嘴山與大尖後山(冬瓜山)等地之舊火口,至今猶可辨識。由於上一次火山噴發距今不過十多萬年,噴發活動雖已停止,仍留存火山活動之殘跡,如硫黃噴氣孔、地熱、溫泉等現象分布在區內之金山斷層帶,成為本區特具的自然景觀之一。
攸關大臺北地區特殊地質災害之調查與監測(宋聖榮等,2005b)除選定了鐵磺溫泉溫度較低之的鼎筆橋、湖山、冷水坑、金山大埔外,亦包含了溫泉溫度較高噴氣較旺盛的白磺之馬槽、七股、大油坑、八煙、死磺子坪(四磺子坪)、硫磺谷等地區,其溫泉溫度分別為硫磺谷(47.5-58.2℃)、鼎筆橋(44.0-47.0℃)、冷水坑(38.6-40.9℃)、馬槽(36.9-49.0℃)、七股(37.8-44.2℃)、大油坑(55.2-82.5℃)、八煙(55.1-67.3℃)和四磺子坪(49.0-75.0℃)。而大油坑、小油坑、硫磺谷、焿子坪、死磺子坪、八煙等地,有著強烈之噴氣現象,噴出高的蒸汽,其硫氣孔區域水溫度當近於沸騰溫度,似不應如此之低,後由簡式水銀溫度計實測噴氣孔鄰近區域之最高水溫大都在92.0-98.0℃間。因此建議作為大屯火山是否可能再活動之指標參數量測地點應就大油坑、焿子坪、硫磺谷與八煙等地熱強勢區域,選擇有顯著噴氣硫黃錐體之大油坑(圖18與圖21)、焿子坪(圖24與圖25)、硫磺谷(圖41)等進行定點長期監控作業,似不宜為減少儀器損耗而著重於白磺或鐵磺之氣勢較弱區域。

結    論

臺灣北部火山區主要包括大屯火山群、觀音山、草嶺山、基隆火山群及外海的彭佳嶼、棉花嶼、基隆島和龜山島。根據地體構造與地球化學特性看來,臺灣北部陸上和外海島嶼的火山帶是琉球火山帶向西南的延伸。這個火山帶由於菲律賓海板塊隱沒在琉球海溝西段所形成。由於菲律賓海板塊向北隱沒到歐亞大陸板塊之下,因而產生了臺灣北部的火山活動。根據鉀-氬法定年之結果顯示臺灣北部火山區之火山活動,由火山爆發噴出灼熱雲、火山灰、火山碎屑物與熔岩溢流等之正火山活期,至沿裂隙節理噴出玄武岩岩漿時期,大致已進入尾聲,其後大致也僅餘後火山期之噴蒸氣與噴硫氣之後火山期活動現象。其中彭佳嶼(高鎂低鋁玄武岩-低鎂高鋁玄武岩,2.1-0.29百萬年)、棉花嶼(高鎂低鋁玄武岩,0.53-0.44百萬年)、烘爐山(低鎂高鋁玄武岩,0.39-0.11百萬年)、觀音山(鹼長基玄武岩,0.53-0.2百萬年)和草嶺山(白榴基玄武岩,0.25-0.17百萬年)。由彭佳嶼、棉花嶼、烘爐山、觀音山和草嶺山火山活動的時代,配合岩石具有島弧玄武岩之地球化學特徵,如鈦、鈮和鉭相對含量較低,顯示此等玄武岩類皆為火山島弧的產物。由於屬第四紀之火山,年代輕,也因而火山地形保持十分完整。其中錐狀火山有大屯山主峰、大屯山西峰、二子山、百拉卡山、菜公坑山、烘爐山、紗帽山、磺嘴山、大尖後山、彭佳嶼等。火山口有小觀音山、面天山、磺嘴山磺嘴池等及破火山口有觀音山。經由超輕型載具空中攝影,其中觀音山,磺嘴山及爆裂火山口之大油坑、小油坑、八煙、死磺子坪、焿子坪、硫磺谷、龍鳳谷、紗帽谷、馬槽、中山樓、冷水坑與地熱谷等,為各不同火山地貌之代表,值得深入探討,務期能成為自然教學之教案與教材。爆裂火山口及其後續之後火山活動之噴氣孔,有因座落地點之岩石地層與斷層分布之不同,而其地表地形有顯著差異。大油坑、馬槽、冷水坑等地,其圍岩為較鬆散的凝灰岩地層、有著大範圍的熱水換質帶孕育著白矽石與蛋白石之白土礦,其中大油坑德記礦業、焿子坪三金礦業及冷水坑雍來石礦等都曾是個大的白土礦區。若圍岩為堅硬的安山岩熔岩或木山層或五指山層之石英岩,則為沿斷層河谷發育之大型谷地中之線形排列噴氣孔群,如大磺嘴、焿子坪。此類過去除開採噴氣口昇華硫黃外,主要提煉硫化鐵礦染強烈且分布廣大之黑土,以煮磺而得硫。由於圍岩堅硬一般爆裂口崖壁高且陡峭,但其底部因受硫氣強酸腐蝕與熱液蝕變影響鬆散不堅固容易坍塌。
大屯火山區硫氣孔,不管是有噴氣口硫黃錐或僅有小噴氣口,一般都已逐漸萎縮,顯見後火山期活動已逐漸死寂不再活躍,如冷水坑已見不著熱氣蒸騰白煙裊裊之特殊景象;無昇華硫黃晶簇,取而代之者為低溫型之白色針狀毛礬石礦物結晶。綜合而言,臺灣北部觀音火山區、丁火朽山、烘爐山、彭佳嶼、草嶺山等根據鉀氬同位素法定年的結果皆屬第四紀的火山,目前已無地熱異常現象,可說已由休眠火山逐步進入死火山階段。而後火期噴硫氣、噴蒸氣強盛地熱異常的大屯火山群,其地熱現象已逐漸萎縮。甚至有退化至如冷水坑一片死寂毫無生氣之地步。因此台灣北部大地構造若無重大改變,則大屯火山區之火山,千百年內再爆炸噴發的可能性不大,為防範未然,加緊火山學與微震調查研究並設置火山監測作業系統有其必要,但如無充分把握詳實可靠的觀測結果,也不必急於宣示過分喧染造成民眾不必要的恐慌。

誌    謝

本研究承蒙國科會研究經費補助(計畫編號:NSC95-2116-M-178-003)才能順利進行與推展。空中攝影承蒙神龍飛行工作室動力飛行傘與空中攝影專家李揚聲先生協助。文書作業處理得助於私立開南大學資訊及電子商務研究所莊景伊、臺北市私立志仁高中職業進修學校莊景羽與義工聶芳如小姐。本文承蒙經濟部中央地質調查所朱傚祖博士及張郇生組長審閱文稿,並提供寶貴的意見,謹特此深致謝忱。

參 考 文 獻

王鑫(2004)臺灣的特殊地景:北臺灣。臺灣地理百科 40,遠足出版社,臺北,共89頁。
王鑫、李建堂(1999)臺灣北部地區特殊地景簡介。內政部營建署,臺北,第5-9頁。
何春蓀(1986)臺灣地質概論。臺灣地質圖說明書。增訂第二版,經濟部中央地質調查所,共163頁。
宋聖榮、羅偉、蔡裕偉、曹恕中、謝有忠(2005a)大屯火山群與龜山島地區的潛在火山災害。2005大臺北地區火山活動與山腳斷層研討會論文集,臺北,第75-82頁。
宋聖榮、楊燦堯、羅偉(2005b)大臺北地區特殊地質災害調查與監測-火山地質和地球化學調查與監測(2/4)期末報告。經濟部中央地質調查所報告第94-03號,共254頁。
林俊全(2003)「陽明山國家公園火山形模型之展示研究」。內政部營建署陽明山國家公園管理處委託計畫報告,編號092-301020300G-003,共67頁。
林朝棨(1961)臺灣山地之地質。臺灣銀行季刊,第12卷,第4期,第55-77頁。
林正洪、蒲新杰(2006)大屯火山群潛在岩漿庫及微震觀測網長期監測計畫(四)。內政部營建署陽明山公園管理處委託研究報告,內政部計畫編號094301020300G1001,共72頁。
國立臺灣大學地質科學研究所(2007)大臺北地區特殊地質災害調查與監測火山地質和地球化學調查與監測(4/4)。經濟部中央地質調查所九十六年度委辦計畫成果報告,經濟部中央地質調查所報告,第96-03號,共241頁。
莊文星(1988)臺灣新生代晚期火山岩之定年與地球化學研究。國立臺灣大學海洋研究所博士論文,共199頁。
莊文星(1991)臺灣之火山活動與火成岩。國立自然科學博物館,再版,臺中,共223頁。
莊文星(1996)弧後盆地與大陸裂谷火山岩地之地球化學探討。行政院國家科學委員會專題研究計畫報告,計畫編號NSC 84-2111-M-178-001,共49頁。
陳文山、楊志成、楊小青、劉進金、詹瑜璋、謝凱旋、謝有忠(2007)LiDAR的2公尺 × 2公尺數值模擬地形分析大屯火山群的火山地形。經濟部中央地質調查所彙刊,第二十號,第101-128頁。
陳培源、劉德慶、黃怡禎(2004)臺灣之礦物。經濟部中央地質調查所,共415頁。
陳肇夏(1999)大地的結晶。中華民國礦岩協會叢書,共347頁。
陳肇夏、吳永助(1971)臺灣北部大屯地熱區之火山地質。中國地質學會會刊,第14號,第5-20頁。
黃文宗、羅煥記(1986)觀音山火山的火山學觀及其岩石成因。國立臺灣大學理學院地質系研究報告,第24期,第123-148頁。
黃鑑水(1988)臺北地質圖說明書。五萬分之一臺灣地質圖說明書,圖幅第4號,經濟部中央地質調查所,共46頁。


詹瑜璋(2005)簡介空載雷射測距掃描及其在地質及地形研究應用。2005年臺灣活動斷層與地震災害研討會論文集,第67-76頁。
劉聰桂陳正宏宋聖榮楊燦堯李寄嵎宋國城(2003)臺灣陸上斷層活動性之環境地球化學調查研究(4/5):北部地區。斷層活動性觀測與地震勢評估調查研究,經濟部中央地質調查所,識別代號00013895,共97頁。
Angelier, J. (1986)  Geodynamics of the Eurasian-Philippine sea plate boundary; preface.  Tectonophysics, 125, (1-3), IX-X.
Hsu, L.C. (1963)  Petrology of the Pleistocene andesite from Kueishantao, northern Taiwan.  Acta Geol. Taiwanica, 10, 29-40.
Ichimura, T. (1934)  The andesites of Kwannon-zan, Taihoku Province (Japanese).  Taiwan Tigaku Kizi, 5, 2, 14-26.
Juang, W.S. (1993)  Diversity and origin of Quaternary basaltic magma series in northern Taiwan.  Bull. Nat. Museum Natural Sci., 4, 125-166.
Juang, W.S. and Chen, J.C. (1989)  Geochronolgy and geochemistry of volcanic rocks in northern Taiwan.  Bull. Cent. Geol. Surv., 5, 31-66.

 


ON THE DIVERSITY OF VOLCANO GEOMORPHOLOGY IN NORTHERN TAIWAN

Wen-Shing Juang, Department of Geology, National Museum of Natural Science
Ju-Chin Chen, Institute of Oceanography, National Taiwan University


ABSTRACT
Based upon its tectonic framework, three volcanic provinces can be identified in Taiwan region wherein the western environ belongs to a continental-rifting type, the East exhibiting an island-arc type and in the north a continental -margin system. Multiple approaches are used to study the volcanology and geomorphology of northern Taiwan (by air, using paraglide motors, ocean going craft or by land surveys) to obtain insight upon the following topics: whether or not the Tatun Volcano Group (TVG), Kuanyinshan, Pengchiayu and Kueishantao is active; identification of typical and well preserved landscapes of volcanic cratering; explosion caldera, subsidence calderas and fumaroles in three dimensions along with providing geologic information for the application of enrollment in Cultural Heritage of UNESCO; and finally, to recognize the salient characteristics of different types of volcanoes based upon cones, fluidity of basaltic lava and the variation of fumaroles activities.
Based on the variation of fumaroles from strong (Dayoukeng, Xiaoyoukeng, Gengziping, Dahuangzui) to medium (Diregu, Sihuangziping, Baya, Yangmingshan including Jhongshanlou and Houshan), weak to extinct (Macao, Chigu, Lingssheikeng) to show the post volcanic activity of the Tatun geothermal area in northern Taiwan, the fumarolic stage a later or decadent type of volcanic activity may not be a symptom of volcano reactive.


Key words:  volcano, geomorphology, fumarole, crater, caldera, Tatun, Kuanyinshan, Pengchiahsu