2012年6月29日 星期五

費雪的風水地質學(一):緒論


    一直以來,費雪就想寫一系列風水地質學的文章。其實風水與地質是有相當關係的。風水是一門古人的地質統計學,而這個連結到居住者甚至飼養的家禽、家畜的吉凶所統計出來的規律,其實還有些地質科學上的道理。以前費雪在念書的時候,就常常被長輩問到:念這個以後可以幹甚麼?是不是可以幫人看風水?當時真覺得長輩們是不是把地質師跟看風水的地理師混淆了啊?但是後來一直在地質的專業這一行打混久了,逐漸也覺得在懂了很多地質的科學知識後,用來看居住的吉凶風水,還真有點關連,而且還能學以致用。後來自己選房子,都依照地質科學的原則,幾年下來倒也覺得選定居住的地方都是相當不錯的位置。像是之前在高雄的房子,買之前費雪可是看過了高捷鑽探的地質報告以及做了附近的工地調查,結果上次全市淹大水時,附近的區域都淹水,就這個附近區域是完全沒事的,這是因為事先了解這個區域地質結構與地形較有利於排水的結果。又像是台南某些區域,曾經告誡朋友小心在這個區域購置透天厝,朋友後來真的遇到一些地質結構所造成的不均勻沉陷而引起的漏水困擾。所以如果能夠用地質的科學知識來選擇居住風水,我想是一定有幫助的啦。

圖一陽宅理想風水形態

    有些地方,由於地下岩層及風化土壤中有金屬礦物富集,這些礦物經由水以及農作物被吃到居民的身體中,長期累積下來往往造成某些特別的疾病。例如明代王同軌在《耳談》:衡之常甯來陽產錫,其地人語予:凡錫產處不宜生殖,故人必貧而遷徒。就是說居民吃下了過多的錫,會造成不孕,家中沒有太多的勞動人口,因此會貧窮而搬走此地。另外,像在台灣過去在台南北門等某些區域,有很多因為實用地下水所導致的烏腳病,被認為是因為當地特殊的地質結構,導致地下古潟湖沉積層的有機物質,以及吸附於地層中的砷等重金屬所造成的。這些費雪會在疾厄格局一篇中一一說明。

    另外,像是建築物的抗震力,有很大一部分是決定於地質結構。像是海埔新生地,往往容易因為地震產生不均勻壓密與噴砂,造成建築物不均勻沉陷甚至傾倒。另外像是建築物的所在安全,是不是位於易崩塌的順向坡或土石流途徑上,費雪預計於災兇格局一篇中詳細說明。

    還有,某些地方很容易淹水,除了地形處於低漥地區之外,難以排水也是一個重要因素,地形上的低窪也往往是地質構造所造成的,加上地下地層可能含有大量泥質沉積物,不利於排水。因此這些區域就會時常淹水。費雪預計把這些討論,放在淹水格局來討論。

另外風水也講究氣候,避風遮雨以及引入陽光,是對於居住風水的要求。台灣地區由於地層受到逆衝斷層抬升影響,造成山脈高度可以屏蔽或改變氣團的方向,例如颱風往往在通過台灣的山脈地帶後,強度迅速減弱或改變行進方向。甚至某些地區的山體,可能產生微妙的大氣影響,造成某些獨特區域的微氣候類型。這些費雪也預計放在風生水起一篇討論。
    費雪認為風水學經過幾千年下來的口耳相傳,也摻進了一些似是而非的說法,尤其某些在大陸上適用的原則,到了台灣因為氣候以及地質構造上的不同,就不見得適用了。雖然原則都是一致的,但是必須要因地制宜。而且須由地質科學上加以印證討論,才可以成為適用的心法。所以最後會有一篇討論古今風水。敬請期待這一系列的文章囉!

2012年6月21日 星期四

莫拉克風災工作日誌之二~還原小林村的最後一夜



2009/8/8的莫拉克颱風,帶來之總累積雨量為台灣歷年之冠。其中,24小時及48小時降雨量分別為1623.5毫米及2361毫米,甚至逼近24小時及48小時之世界降雨量極端值(1825毫米及2467毫米)。超大豪雨引起大規模土石流,造成高雄縣甲仙鄉小林村全村被五層樓高的土石掩埋,小林地區第九鄰到十八鄰共有一百多戶人家,全數遭洪水及土石流覆滅,有491人失蹤,目前已列為死亡人口。在參加過莫拉克風災救災工作之後,國科會組成了一個團隊,對於造成小林村滅村的機制及事件發生經過進行調查。(1)
1 小林村災變示意圖(取自聯合報)

根據一般的看法,災難發生原因是小林村東北側「獻肚山」發生山崩,崩落土石堆積在小林村北側十號橋楠梓仙溪河床上形成堰塞湖,湖水溢堤造成潰敗後大量土石流衝向小林村而發生滅村悲劇。(ex. 李錫堤,董家鈞,林銘郎,2009,地工技術雜誌第122,p87-94) 但是,根據倖存者的描述,有部分不同的說法: (http://www.wretch.cc/blog/IamSamChang/182106)

88日晚上9點:小林村第9鄰旁台21線因為凶猛雨勢造成角埔溪溪水暴漲,阻斷道路,村民往南逃生之路中斷。

89日凌晨330分:楠梓仙溪溪水暴漲淹入村內。

89日凌晨5點:獻肚山坡瞬間向下滑動崩落,由東北往西南爆衝(這是第一聲大巨響),同時掩埋小林村與楠梓仙溪河道,進而形成一個堰塞湖,在此刻,村內大部分區域應已慘遭掩埋,且深度應該不止15公尺,之後數秒內可能牽動鄰近山坡產生小型崩落,這是村民後來聽見兩次較小聲響的原因。

89日清晨609分:堰塞湖水位滿溢造成崩潰,大量土石泥水傾洩而下,沖走部分堆積在小林村上方的土石。

由於小林村當地經家屬的要求,以保留為不可開挖之保留紀念區,因此在本地的調查,以非破壞性的地球物理探測為主。國科會團隊利用地電阻、電磁探測等方法與淺層震測,進行大規模的調查之後(2),得到以下結論:
1 小林村災後調查照片

·       地電阻影像可有效協助山崩災害之地下組構探查工作,而由小林地區之地電阻探查結果顯示,本區由鹽水坑頁岩組成之地下基盤,電阻率低於25Ohm-m,約分佈於現今地表面20-25m之地下,而高於45 Ohm-m之土石流沉積物,大致分佈於現今地表面8-10m之地下(3,4)

圖3 小林村地電阻影像之三維柵狀圖(東北向視線)

·       與原來地形面比較,部分由地電阻資料研判之土石流沉積物,其底部位於原來地形面以下,顯示土石流可能刮削原來地形面,因此,由數位地形高程差所研判之堆積物厚度,可能相當程度的低估了沉積物之厚度。

圖4 小林村地電阻影像之地下8m土石流電阻率分佈與災前衛星影像比較
·       由地電阻資料可研判出三個分佈於不同區域之刮削區C1,C2以及C3,以及位於其間之堆積區P1,而堆積區之地下人造物;如建物與道路等,所呈現之地電阻異常大致維持其原來分佈位置。(4)
5 小林村地電阻判斷之土石流基底較原始地形高度低之區域(C1,C2,C3)分布
·       由三個刮削區域C1,C2,C3與土石流堆積物之幾何關係,可以推論:C1與獻肚山之大規模土石滑動有關,而C2則與東側小規模山崩造成之刮削有關,位於C1,C2間之P1區域,由於兩道山崩之影響,人造物得以埋藏維持在其原來之位置附近。而C3則分布于後來堰塞壩崩塌所沖刷之現今河道分佈一致,研判應與此一後期堰塞壩崩塌事件有關。符合前述倖存者描述的看法
    由這些調查我們還原當時的情形: 獻肚山在89日清晨發生大規模山崩,摧毀了小林村北半部大部分的民宅(C1區域),同時形成堰塞湖。南半部部分則在獻肚山崩發生幾秒後,也誘發小規模山崩,造成部分民宅埋沒並位移(C2區域),而在C1C2之間的區域,包括小林國小的部分建築則被夾擠於兩處土石流間之土石直接掩埋,並未位移。最後堰塞湖潰堤,大量土石沿楠梓仙溪沖刷走剩餘的殘餘建築(C3區域))

2012年6月20日 星期三

莫拉克風災救災探測工作日誌

     最近幾個颱風豪雨過境,在台灣各地又造成了大大小小不同的災情。喚起了費雪幾年前對於莫拉克災情的記憶,分享一下讓大家知道當時地質科學的人員做了哪些事囉。

當時由於行政院呼籲國內有探測儀器及能力的單位向政府登錄,因此費雪透過了服務的學校向國防部表達現有的儀器與能力。很快的陸軍第八軍團就跟我們聯絡,據說是馬英九總統接受災民陳情後直接下令,把我們派往了高雄縣六龜鄉寶來村竹林部落。跟其他派往小林村的探測團隊不同的是,我們沒有直升機好搭,所以是用軍方的悍馬車將我們一行四人及裝備先載到新發斷橋的橋頭,再來人員隨著增援的陸軍救災部隊搭乘橡皮艇強渡旗山溪,裝備則走流籠。然後再用災區內徵用的小發財車載到半山腰路還可以通的地方,再由我們將裝備扛到事故現場。下面是費雪寫給陸軍第八軍團救災指揮部的報告,如果有些艱澀就請大家原諒。

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工作期間:98年8月228月23

工作地點:高雄縣六龜鄉寶來村竹林部落崩塌地
 

一、寶來地區災情與探測工作原理概要

六龜鄉寶來溫泉區自85開始下雨,竹林地區發生少量土石流,9日上午10時左右,竹林地區發生大面積土石流(圖1),吳姓養羊人家五口,遭土石流活埋失去聯絡8/18日國軍救難部隊發現了部份大體。經家屬要求以高科技儀器協尋失蹤遺體,因此由國立海洋大學提供地電阻探測儀器一套及操作人員四員進行協尋。地電阻探測儀係將一連串電極埋設於地表,藉由向地下通入電流,並同時量測電位之空間變化程度,最後經由程式演算得到地下之電阻率的分布變化情形。探測深度可在1-十公尺深度範圍。由於遺體可能帶有部分鐵器或被埋藏於建築物中、或鐵皮下,因此可以利用此探測儀器找到可能位置,並進行開挖嘗試尋找遺體。

圖1 莫拉克災後本區航空攝影照片


二、探測地區佈線概要

    竹林受災地點主要有兩處大面積土石流崩積扇分佈(見圖2),吳姓人家之屋舍原位於高處平台,因右側土石流(土石流區一)發生崩塌,而可能遇難遭土石流推擠至崩積扇中。探測團隊進駐時,據現場搜救總隊指揮人員表示,前數日搜尋過程中曾於三處地點發現罹難者部份遺骸,由於土石流區一之分布範圍相當廣大,足有4-5個足球場之廣,並且現場正由軍方挖土機兩部,民間挖土機一部進行開挖作業中,因此協調搜救總隊與軍方人員,劃分現場工作區域範圍。由軍方挖土機對於發現遺體之區域附近至崩積扇頂懸崖間進行開挖,民間搜救針對平台上屋舍原位置附近開挖,而由探測團隊針對發現遺骸附近位置,進行精密的重點探查,以增加發現遺體之可能性。由於時間以及儀器電池儲存之限制,僅對搜救指揮人員所指出之發現遺體附近區域兩處(地點AB)進行精密探查。地點A位於崩積扇央,距崩塌之崖邊約50公尺,多為大型岩塊、卵礫石夾粗沙所構成,附近有兩處發現遺骸地點。地點B位於扇尾與土石流區域二交接之處,由於流速驟減,因此可能有部份殘骸堆置於此處,也於此處發現部分小孩遺骸,因此探測團隊選擇此二處進行工作。


圖2 簡易素描災區救災工作劃分

為探測遺體,因此必須採用解析度較高之探測方式,探測團隊採用三維之電極佈設方式進行地下探查,電極間距為50公分,每條電極陣列長度為20公尺,電極陣列寬度間距為2公尺,以構成一長方形探測區域。探測結果經由現場攜行用電腦進行反演算後,找出可疑熱點(Hot spot)(可能存在遺體之鐵器、建築物或鐵皮之反應)後,再進行開挖協尋。


三、發現及處置

    為尋找可能遺體埋藏位置,AB兩處探測採用高解析度施測方法,探測深度約可達地下5公尺,解析度最大可達25公分(亦即約可解析長寬為25公分之物體)A處探測結果經程式演算後,多為具有高電阻率(最高可達約1000 Ohm-m)之分布,顯示本處地下主要為岩塊或粗沙所組成,地下僅有一處異常低電阻率區域(電阻率<32 Ohm-m),長約5公尺,寬約1.5公尺,埋深約2-3公尺,似為人造物(例如鐵皮等導電性較好之物體)所組成(圖3)。另有二處埋深約3公尺,長度約1公尺寬為0.5公尺之零星低電阻率一常,因此於地表相對應位置標示熱點及可能埋深(圖4),通知現場指揮人員開挖,經開挖後發現除人造物外,並無發現遺體。

圖3 災區A處地電阻三維探測結果


圖4 地面開挖標示

    B處探測結果經程式演算後,顯示僅地表附近有異常低電阻區域分佈(圖5),經施測人員簡易開挖檢視後,確認為鐵皮及電線等物體,除此之外,並無異常低電阻區域埋藏於地表之下,因此並無開挖價值,因此不建議開挖。

 圖5 災區B處地電阻三維探測結果

四、檢討及建議

    經檢視成果後,有以下數點建議提供後續施測之考量與改進參考:

(1)本次施測為搜尋遺體,須以較小電極間距進行探測以取得較高解析能力,但相對的限縮了搜尋區域範圍,由於寶來竹林部落災區地點位於山區,需換撘四驅車輛至附近,再以徒步搬運儀器進入。由寶來街上至災區車行及徒步交通時間約為40分鐘,時間損耗使得施測時間相對縮短,另由於地形崎嶇作業困難,每個測點需耗用3小時完成,為一般平地施測之2-3倍時間。若再考量由災區外整補地點進出時間,又耗用約3-5個小時,因此兩日卻僅有約6-8個工作小時,僅足夠完成兩處重點區域探查。

(2)此次施測團隊人員共為四人,為一般平地作業編制(3-4)。但在崎嶇無道路之山區地形,需1.5-2倍之人力方足夠順利作業及搬運儀器,此次並無足夠人力,僅靠四人操作小組進行獨立作業,也因此無法提升施測速度。

(3)由於寶來地區在團隊進入當日還無水電,交通仍不便,人員以及儀器無法得到替換休息與整補。攜行用儀器之耗電雖較小,因此可攜帶較少電池進入災區地點,但是若需連續2-3日作業,電池須能完整充電或替換,並能替補保險絲等耗用品。此次在事前因已事先了解災區交通不便之狀況,盡量輕裝僅攜帶必要之設備前往,因此也無法持續數日作業。未來若還需持續前往災區其他地點作業,需建立人員及儀器整補或後備器材屯儲之地點,以利長期(2日以上)作業。

(4)在寶來竹林崩塌地場址的雜訊相當高,約有30-35%的施測視電阻率數據 (WennerDipole-dipole)為負值(施測長度為20m,電極間距0.5m),由過去的經驗及文獻,一般場址若具有很多三維或二維垂直向之人為構造物(鐵皮,電線),往往會產生大量負值視電阻率,因此必須依賴大量不同施測方法資料以彌補缺失的部份。

(5)由現場的三維圖形來看,三維圖形會比二維更有效的呈現地下電阻構造,不易受測線外之構造的Shadow effect影響。因此建議未來施測應採用三維施測方式。
(6)地點的選擇影響施測之成效,此次施測地層為崩積扇。扇頂及扇央部位多為巨型至中型缺乏級配石塊,常有中空空隙,施測相當耗力且困難。而扇尾部分稍有掏選,施測較易取得較好成果。因此建議如甲仙鄉小林地區或六龜鄉新開地區,由於多為土石流扇尾之部分,為下一階段較適合用地電阻探測協助搜尋之地區。

2012年6月17日 星期日

台灣地質聊齋: 暴雨與地震

      最近台灣北部地區降下大豪雨,造成不少地方淹水的災情。但無獨有偶,在較少發生地震的新竹縣尖石鄉地區,從611日起,就開始發生一些小規模的微震,震源深度多半在地面下10公里以內,屬於非常淺層的地震。到了613日,更發生兩次地震規模4.94.4的有感地震,震源深度只有6.7公里。直到615日,同一區域還發生一次小規模的淺層微震。當然,有人就聯想到與北部地區的豪大雨有關係。當然,我們先看看相關性吧~下面是兩個最接近尖石地區的氣象局雨量站的紀錄:先來看新竹站: 6/10累積降雨0毫米,6/11日累積降雨121.5毫米,6/12日累積降雨 140毫米,桃園站: 6/10累積降雨0毫米,6/11日累積降雨160毫米,6/12日累積降雨350毫米。而本地區地震就從6/11日開始密集發生,所以與地震的相關性是相當的高的。



其實,淺層的地震,根據最近的研究,往往是和暴雨,甚至是旱澇的頻率是有高度相關性的。先來看看歷史上的紀錄,舉個例子來說,清朝蒲松齡所著的聊齋誌異,曾經提到了康熙年間(西元1668)的山東郯城大地震,史料記載,郯城地震前四年,即1664年秋冬,在包括山東的西部,河南,河北,江蘇和安徽等省的部分省出現大面積乾旱。次年旱情持續發展,遍及整個山東省。但是在大震發生時,山東、郯城、莒縣、諸城;江蘇泗陽,漣水,淮陽等地,卻是受到梅雨洪水的侵襲。郯城縣誌的馮可參地震詩有這樣的記載:更苦罐雨洪不停休,滿陌秋田漲流。客舍偶聞莒縣:二十七露雨不止,平地水深三尺,天千淹沒,江蘇漣水:城內大水行舟天雨五十日,地震之後又雨五十日 近年來也有幾篇科學期刊的文章在探討暴雨事件與地震的關聯性,最有名的例如2006HainzlGeophysical Research Letters(GRL)的文章,用觀察德國、奧地利、瑞士等地山區降雨與地震發生之相關性及模式的模擬提出降雨事件與地震發生的高度相關之結論。去年(2011)的美國地球物理秋季年會,美國邁阿密大學的Wdowinski以及佛羅里達大學的Tsukanov等人,利用台灣在過去50年的地震與氣候紀錄,提出地震與颱風/暴雨高度相關之看法(http://www.msnbc.msn.com/id/45605013/ns/technology_and_science-science/#.TuGPO1ZZq5I)

圖三、Hainzl在他的文章中的模擬結果與觀測結果比較
那,科學上又如何解釋暴雨引起地震的機制呢?事實上也很簡單,構造地質學上有個很簡單的Byerlee’s law,也就是在淺層的地殼中,若已有既存的破裂存在則沿破裂面滑動的正應力(s)與剪應力(t)會有以下關係: t=0.85(s-Pf)若圍壓超過 200 MPa; 則可以修正為: t=50+0.6(s-Pf)這公式裡面關鍵就是液壓Pf,如果液壓增高,就會造成公式右邊的有效正應力快速降低,低於沿破裂面移動之累積剪應力,自然就造成滑動而產生地震。所以,現在大家都在懷疑是不是有活動斷層,但是,費雪要說的是,不見得要有活動斷層存在,只要岩層中有節理破裂,在液壓升高時都有可能引起剪力位移而產生地震。但是,多數此類型的地震由於液壓升高的很快,但卻集中在少數的雨水可以滲入之開口連通裂隙,因此滑動的距離及位移量都較小,因此產生的多半為規模較小的地震。但是更要注意的是長期累積的液壓,因為深度大範圍廣,就有可能較大的地震。但是目前還沒有技術,觀察此種大深度廣範圍的地下極深處液壓變化,值得將來努力。
參考文獻
S. Hainzl, T. Kraft, J. Wassermann, H. Igel, E. Schmedes,2006, Evidence for rainfall-triggered earthquake activity, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 33, L19303, 5 PP.

2012年6月12日 星期二

航向偉大航道吧~白鬍子海賊團船長的選擇 (三-完)

       話說白鬍子海賊團在繞過了聖地牙哥角後,終於來到東方藍新世界的北面入口起點,來到這裡,終於見到一個又一個小小的海灣,沿著台灣東北部的海岸,由於地層的走向都是前面提到的東北-西南方向,所以如果地層有軟有硬,軟的地層如頁岩較多的地層就容易被侵蝕而向內凹,堅硬的砂岩則較不易被侵蝕而向外突出,因此就形成這一個又一個的小港灣。但是,這些海灣其實也是充滿危險。有傳說這些海灣中躲著無數的海賊團伙,原住民馬賽人,甚至是吃人族。因此瓦德斯船長不敢輕易上岸,只好一個海灣沿著一個海灣找尋適當的下錨地點,再看看如何佔領一個易守難攻的根據地。第一個碰到的小港灣有著美麗的白沙海灘,這個海灘遮蔽了一條流入大海的河流。於是瓦德斯船長在這個地方先下錨休息,並派出手下馬地內斯與加雷,乘坐小船前往前方的海灣探查。
    馬地內斯與加雷首先碰到了一個白色亂石矗立的海岸,然後個著一個小灣就是一個向東北方突出的岬角,前面這個白色矗立的海岸就是有名的四稜砂岩組成的龍洞海岸,由於四稜砂岩的基質為石英所組成,膠結度良好,因此硬度頗高,所以抗侵蝕能力良好,往往形成直立的岩壁。(現在的龍洞就是因為有著矗立的岩壁而成為極佳的攀岩訓練場)。而後者,就是以桂竹林的沙頁岩互層為主的鼻頭角。突出的鼻頭角,其實是一個緩緩的向斜構造,向斜的軸部就是突出的方位。這個突出的岬角成為往後航海的重要指標。通過這個岬角後,馬地內斯與加雷發現了一個小港灣,港灣後方有一座類似雞籠子的山脈(即今日金瓜石一帶)。今天的金瓜石與九份,是屬於新北是瑞芳區鄰接的兩處著名的觀光景點。金瓜石因位於基隆火山的火山安山岩突出於中新世麓山帶沉積地層的位置,由於火山熱液帶來金屬礦液而侵入到沉積岩的圍岩裂隙中而形成礦脈,所以金瓜石產金礦。而九份則是因為屬於中新世麓山帶的石底層,這個石底層中共有三道含煤的頁岩質地層,因此九份及瑞芳一帶都有很多挖煤的礦坑。但是顯然的白鬍子海賊團裡並沒有學過地質的高手高手高高手,所以估計當時白鬍子海賊團是錯過了這一個東方藍新世界的大寶藏。

圖1 九份與金瓜石附近的地質圖(來源:中央地質調查所)

    馬地內斯與加雷從這裡再往前去發現有座小島,這座島正處於一個向內深入的天然港灣的入口,與陸地僅僅隔著一條窄窄的通道。這是一個由麓山帶大寮層組成的島嶼,由於大寮層中節理相當發達,岩性差異很大,因此形成斜交地層走向的節理侵蝕,造成這樣的一個島嶼地形,後方深入的港灣,則是由基隆斷層所造成的侵蝕地形。
    這樣的地形易守難攻,不僅可依形成避風的天然港灣,也可以防備來自陸上的其他海賊與野蠻人。因此瓦德斯船長根據馬與加兩人的報告,馬上啟航前往這個島嶼,占領了這個島嶼,就是現在的基隆和平島。並且隨後在這個島嶼上築起了一座城堡。稱之為聖薩爾瓦多堡,自此東方藍新世界的北面入口,正式為白鬍子海賊團接管了。

     後記:世事難料,後來白鬍子海賊團(西班牙人)被紅髮海賊團(荷蘭人)所敗,乖乖交出了聖薩爾瓦多城堡的控制權,但是最後,紅髮海賊團還是不敵最終的新世代海賊王(海上霸主),西班牙人與荷蘭人畏懼他的父親尼可拉斯·一官(又名鄭一官,或鄭芝龍)。但是也是在他手上最終統一了東方藍新世界的海上霸權,西班牙人與荷蘭人稱他為國姓爺,我們尊稱他為民族英雄-鄭成功!!!!


2012年6月8日 星期五

台灣地質聊齋-看不見的黃泉瀑布


因為到上海開會,因此天南地北暫停營運了一週,趕快來補上最近的瘋談心得。

費雪今天要講的是有一條瀑布,是人們肉眼看不到,但是卻是真實存在於台灣中部某處的地下,費雪姑且稱它叫做黃泉瀑布。這個名稱的由來,實在有點聳動,因為人們常常將黃泉視為陰曹地府的代名詞,但是黃泉一詞,是來自於古代中國,由於打井打到極深的地下,冒出的地下水帶有黃色泥漿,因此泛指極深的地下之意(詳見史記鄭世家中,鄭莊公的故事)

這個瀑布的位置,詳細來說就在今天台灣中部彰化、雲林與南投三縣之間的濁水溪河道底下,位於濁水溪通過八卦山-斗六丘陵間的隘口區域。大家不知道的是,濁水溪在南投名竹盆地以下,多數的河道段已經是懸河了,也就是河道的底部要高於自由含水層中的地下水位面。因此,河道中的水跟地下水中間,存在有一層大部份是由礫石組成的未飽和沉積層。而自由含水層中的地下水面,本來在隘口以上的上游區域,是約略與地面平行,大致在地面以下約10公尺左右。但是在隘口附近,卻突然有一個坡度急速變陡的情形,在二水一帶掉到了地面下約40米的深度。這個地下水位面的坡度大約是地面坡度的兩到三倍以上。到了下游在雲林縣的林內鄉烏塗以下,自由含水層地下水位面又慢慢回到約略位於地下10米左右與地面平行的形態。(1)


濁水溪扇頂的地下水觀測井淺層地下水位分佈

 因此,這個地下水位面坡度的急速變陡又變緩的情形,我們可以把它視為是一個地下水的類似瀑布之構造。(雖然有些人會不同意費雪的比喻,因為畢竟這種坡度實際上還是很緩的,只有千分之幾而已,比起真實的瀑布來說是小小巫見大大巫。) 雖然肉眼看不到,但是我們可以由地下水位觀測井,加上地球物理的方法,像是地電阻方法,去找尋這個地下水位面的坡度變化分佈,然後把他畫成地下水位面的坡度圖,就可以觀察到這個類似瀑布的現象了(2)


2由地電阻方法與觀測井發現的八卦-斗六丘陵隘口附近淺層地下水位分布

 但是為什麼會有這種變化呢?費雪的解釋是這樣子的,因為濁水溪切穿了隆起的八卦-斗六丘陵,向西流動入海。上游的名竹盆地與下游的濁水溪沖積扇,上部的自由含水層是由全新世礫石層組成的。而八卦-斗六丘陵則是由80~200萬年前的更新世頭嵙山礫石層所組成的。由於年代較老,受到了壓密與膠結作用較完全,因此透水性要比年輕的全新世沖積扇礫石層要差。所以地下水到了隘口,由於流經透水性差的自由含水層(這個透水性較差的礫石含水層,一般來說地層的電阻率較全新世礫石層要高,可以被地電阻方法辨認出來(3)),所以坡度就變陡,而穿過了隘口到了下游,由於含水層又變成全新世沖積扇礫石層,所以透水性又變好,地下水位面又變平緩囉。


3 地電阻探測影像判斷的更新世礫石層分佈