利吉層崩塌地地電阻分析

許中立，謝茗彰，徐弘明

（1.屏東科技大學(xué)水土保持系，臺(tái)灣 屏東912；2.水土保持局臺(tái)東分局，臺(tái)灣 臺(tái)東950）

臺(tái)灣位于歐亞大陸與菲律賓海板塊的聚合板塊邊界上，于板塊構(gòu)造上屬于活動(dòng)帶（mobile belt），造山運(yùn)動(dòng)活躍，經(jīng)由長(zhǎng)時(shí)間作用形成臺(tái)灣具有地勢(shì)陡峭、地質(zhì)破碎之特性。由于板塊間碰撞擠壓致使地震頻繁，加上臺(tái)灣位于北回歸線屬海島型氣候，夏季經(jīng)常受西太平洋熱帶氣旋侵襲，尤其臺(tái)灣東部首當(dāng)其沖。近年來(lái)全球氣候變遷與極端氣候影響，高強(qiáng)度及長(zhǎng)延時(shí)之降雨事件頻傳，在地質(zhì)條件差又有不當(dāng)之土地利用開(kāi)發(fā)情況下，易發(fā)生崩塌與地滑之現(xiàn)象情形。

一般而言，若坡地發(fā)生崩塌及地滑等地質(zhì)災(zāi)害（geology disaster），對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)均產(chǎn)生不良之影響。地質(zhì)災(zāi)害之發(fā)生通常具備潛因與誘因，前者如地形、地質(zhì)與土壤；后者如降雨、地下水、河岸侵蝕、水庫(kù)蓄水與人為開(kāi)發(fā)等[1－2]。臺(tái)東海岸山脈區(qū)域正位于歐亞大陸板塊最東緣，是與菲律賓海板塊接觸之處，巖層包含都巒山層、利吉層與卑南山礫巖。利吉層為夾雜外來(lái)巖塊之泥質(zhì)材料，在工程上一直是相當(dāng)難處理的部分，利吉層裸露區(qū)域植生不易，受降雨沖蝕易形成蝕溝，由于利吉層地區(qū)之崩塌情形相比較為嚴(yán)重，因此先針對(duì)利吉層地區(qū)崩塌等相關(guān)圖層資料分析，并于池上山棕寮與鹿野寶華兩案例之崩塌地滑地層以電氣探測(cè)法進(jìn)行相關(guān)分析研究，以了解利吉層崩塌地層之分布特性[3－4]。

1 研究材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)域范圍為臺(tái)東縣海岸山脈利吉層分布區(qū)域，利吉層主要分布于海岸山脈西側(cè)與西南側(cè)區(qū)域，南至卑南鄉(xiāng)北至池上鄉(xiāng)。其中于利吉層分布區(qū)域內(nèi)之兩處崩塌地進(jìn)行電氣探測(cè)，探測(cè)地點(diǎn)分別如下：池上山棕寮地滑地位于臺(tái)東縣池上鄉(xiāng)富興村山棕寮地區(qū)內(nèi)，位于池上火車站東南方7～8km處；鹿野寶華地滑位于臺(tái)東縣鹿野鄉(xiāng)瑞和村寶華地區(qū)，位于縣197公路22km處上邊坡。

臺(tái)東海岸山脈之地形由西向東大致可分成：花東縱谷平原、海岸山脈與海岸階地，而利吉層主要分布于海岸山脈西南側(cè)之山麓地帶。上新世利吉層為泥巖夾雜以蛇綠巖系為主之外來(lái)巖塊，造成的不均勻混合巖層，廣泛分布在海岸山脈的南端，并沿著海岸山脈的西緣向北延伸約70km[5－6]。

利吉層分布區(qū)位于北回歸線以南、季風(fēng)帶之中，大致屬于熱帶氣候型。由臺(tái)灣中央氣象局臺(tái)東氣候站資料得知年均溫為24.7℃，若以22℃以上為夏季，本區(qū)域有8—9月屬夏季氣候。以降雨而言，臺(tái)東地區(qū)雨量豐沛，臺(tái)東站年平均雨量約為1 635.4mm，干枯季明顯，雨季始于5月終于10月，11月至翌年4月為相對(duì)旱季。

1.2 研究流程

利吉層崩塌地滑發(fā)生之地點(diǎn)與規(guī)模皆不盡相同，本研究針對(duì)近年利吉層分布地區(qū)發(fā)生之崩塌災(zāi)害資料搜集與踏勘，透過(guò)衛(wèi)星照片進(jìn)行崩塌判釋，并了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際之狀況，配合地質(zhì)地形以決定進(jìn)行地電阻探測(cè)測(cè)線之配置。于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施測(cè)后，繪制ρa(bǔ)—a曲線，利用其電位差推求出地層之電性構(gòu)造了解利吉層崩塌地之地電阻特性，配合地表露頭調(diào)查、地質(zhì)鉆探等資料比對(duì)，推測(cè)出地層之分布狀況、淺層之地下構(gòu)造及滑動(dòng)體型態(tài)。

1.3 研究方法

電氣探測(cè)法乃將電流通入地中，建立電位場(chǎng)，利用直流電通入地下量測(cè)地層電阻率，透過(guò)地下不同材料反映出的電位差，判斷該材料之性質(zhì)、類型、分布及深度，舉凡地層巖性、組成礦物、顆粒大小、地層含水狀況、水中之含鹽度，皆為影響地層電阻率之因素。比電阻探測(cè)法屬直流電阻法（direct current resistivity method）其中一種探測(cè)方法，又可分為垂直探測(cè)法及水平探測(cè)法兩種，本研究為探討地層垂直方向之現(xiàn)象，故采用垂直探測(cè)法施行之，電極配置方式則采用Wenner法，如圖1所示[7－9]。

圖1 Wenner四極法電極排列方式

依Wenner法的電極配置所實(shí)測(cè)得之ρa(bǔ)與a于雙對(duì)數(shù)方格紙上描繪成ρa(bǔ)－a曲線，縱坐標(biāo)為ρa(bǔ)值，橫坐標(biāo)為a值，透過(guò)ρa(bǔ)－a曲線型態(tài)的變化，可以反映出該地區(qū)地下構(gòu)造之組成，藉由該分析可初步了解地層縱向地層構(gòu)造之分布、地下水體或土壤含水率之分布，進(jìn)而了解可能之滑動(dòng)面位置、深度與范圍。

另外為獲得地下地質(zhì)數(shù)據(jù)、推測(cè)潛在滑動(dòng)面，并可利用鉆孔設(shè)置地下水位觀測(cè)井、孔內(nèi)傾斜觀測(cè)井及提供土質(zhì)特性調(diào)查所必須之樣品等。此外，地質(zhì)鉆探之結(jié)果，亦可供作解釋電氣探測(cè)資料的依據(jù)[10]。

2 結(jié)果與分析

本研究首先通過(guò)近幾年來(lái)遙測(cè)衛(wèi)星影像照片，了解臺(tái)東海岸山脈利吉層地區(qū)不同時(shí)期崩塌特性，并于池上鄉(xiāng)山棕寮地區(qū)及鹿野鄉(xiāng)寶華地區(qū)進(jìn)行大地比電阻探測(cè)，分別于山棕寮地區(qū)設(shè)置3條測(cè)線及寶華地區(qū)設(shè)置2條測(cè)線進(jìn)行探測(cè)。茲將研究成果分節(jié)敘述如下：

2.1 遙測(cè)影像崩塌判釋結(jié)果

近年來(lái)遙測(cè)影像照片（衛(wèi)星影像或航測(cè)影像）是可以獲得大范圍地面訊息的方式之一，同時(shí)也是能快速準(zhǔn)確知道崩塌位置之方法，因此遙測(cè)影像被廣泛利用于崩塌地判釋。本研究以ArcGIS軟件分別以2004年、2006年及2009年衛(wèi)星影像，以不同色調(diào)分類，于臺(tái)東利吉層區(qū)域進(jìn)行崩塌地分布與面積之判釋。表1為2004年、2006年及2009年衛(wèi)星影像判釋崩塌統(tǒng)計(jì)表。綜合研究成果由2004年、2006年及2009年衛(wèi)星影像照片崩塌地判釋得知，2004年崩塌面積為102hm2，2006年為139hm2，2009年崩塌面積為56.5hm2，由表1崩塌百分比進(jìn)一步探討發(fā)現(xiàn)坡度介于2004及2006年崩塌裸露地區(qū)多集中于10%～30%，至2009年統(tǒng)計(jì)顯示坡度20%以下崩塌裸露比例大幅減少，而坡度30%～40%區(qū)間之崩塌則呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。分析利吉層地區(qū)崩塌多集中于20%以上之坡地，坡度20%以下草類先驅(qū)植物于崩塌地進(jìn)行復(fù)育之趨勢(shì)，達(dá)到植生初期地表覆蓋功效，而坡度20%以上因?yàn)槟鄮r沖蝕漸明顯植生復(fù)育速度較緩慢。

表1 衛(wèi)星影樣判釋崩塌統(tǒng)計(jì)

2.2 電氣探測(cè)結(jié)果

本研究采用Wenner法配置電極，于池上山棕寮地區(qū)布設(shè)3條測(cè)線共計(jì)8測(cè)點(diǎn)、鹿野寶華地區(qū)布設(shè)2條測(cè)線共計(jì)6測(cè)點(diǎn)。而施測(cè)之展距為0.5，1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5，6，7，…，67m，各測(cè)點(diǎn)之最大展距因受地形、地物之限制而有所不同，故探測(cè)深度亦受到限制。

池上山棕寮地區(qū)于2000年象神臺(tái)風(fēng)挾帶豪雨誘發(fā)滑動(dòng)，地滑規(guī)模龐大，約呈不規(guī)則長(zhǎng)方形，兩側(cè)各有一蝕溝發(fā)展。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查后，于本試驗(yàn)區(qū)中部位置選定8個(gè)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，其位置如圖2所示。鹿野寶華地區(qū)于2007年之豪雨、帕布臺(tái)風(fēng)、梧提臺(tái)風(fēng)、圣帕臺(tái)風(fēng)與柯羅莎臺(tái)風(fēng)等來(lái)襲，造成大規(guī)模崩塌地滑災(zāi)害，其坡面地質(zhì)形成年代較新，介于利吉層與蕃薯寮層交界地區(qū)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查后，于本試驗(yàn)區(qū)頭部與趾部位置選定6個(gè)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，其位置如圖3所示。

圖2 山棕寮測(cè)線位置

圖3 寶華測(cè)線位置

（1）池上山棕寮地區(qū)。測(cè)線A—A′由地層分析結(jié)果可知，各測(cè)點(diǎn)大致上可分出兩段：測(cè)點(diǎn)1—1第一段深度介于0～7m，電阻值介于40～60mΩ，第二段深度為7m以下，電阻值介于11～26mΩ。測(cè)點(diǎn)1—2深度介于0～4.5m，電阻值介于23～30mΩ，而深度4.5m以下，電阻值小于30mΩ則為第二段。測(cè)點(diǎn)1—3第一段深度介于0～3m，電阻值介于13～22 mΩ，其中1.4～1.9m間電阻值為13mΩ為一低電阻帶，深度3m以下電阻值小于19mΩ則劃分為第二段。將各層界面連結(jié)可發(fā)現(xiàn)第二段為灰色泥巖組成之利吉層電阻值小于30mΩ，并呈現(xiàn)穩(wěn)定下降之趨勢(shì)。

測(cè)線B—B′由地層分析結(jié)果可知，各測(cè)點(diǎn)大致上可分出三段：測(cè)點(diǎn)2—1第一段深度介于0～6.4m，電阻值介于42～64mΩ，第二段深度為6.4～19m，電阻值介于35～41mΩ，第三段深度為19m以下，電阻值介于18mΩ以下。測(cè)點(diǎn)2—2深度介于0～6.9 m，電阻值為48～90mΩ，第二段深度為6.9～15m，電阻值介于39～48mΩ，第三段深度為15m以下，電阻值介于20mΩ以下。測(cè)點(diǎn)2—3第一段深度介于0～5m，電阻值介于50～79mΩ，深度5～16m間電阻值介于5～16mΩ為第二段，第三段深度為16m以下電阻值小于35mΩ。由三測(cè)點(diǎn)可發(fā)現(xiàn)電阻值隨著深度增加而減小，且深度達(dá)到第三段電阻仍持續(xù)下降。綜合電阻資料此測(cè)線電阻值小于35mΩ，分析為利吉層與崩積層交界層面之電阻值。

測(cè)線C—C′由地層分析結(jié)果可知，各測(cè)點(diǎn)大致上可分出兩段：測(cè)點(diǎn)3—1第一段深度介于0～3.5m，電阻值介于13～50mΩ，第二段深度為3.5m以下，電阻值介于9.2mΩ以下。測(cè)點(diǎn)3—2深度介于0～2.3m，電阻值介于13～26mΩ，第二段深度為2.3m以下，電阻值介于9～12mΩ。綜合兩測(cè)點(diǎn)可發(fā)現(xiàn)電阻值隨著深度增加而減小，綜合電阻數(shù)據(jù)此測(cè)線電阻值小于12mΩ，分析為利吉層與崩積層交界層面之電阻值，電阻值最終趨近于10mΩ。

（2）鹿野寶華地區(qū)。測(cè)線A—A′由地層分析結(jié)果可知，各測(cè)點(diǎn)大致上可分出兩段：測(cè)點(diǎn)1—1第一段深度介于0～4m，電阻值介于21～38mΩ，第二段深度為4m以下，電阻值介于15～19mΩ。測(cè)點(diǎn)1—2深度介于0～4m，電阻值介于22～32mΩ，第二段深度為4m以下，電阻值介于16～19mΩ。測(cè)點(diǎn)1—3第一段深度介于0～5.9m，電阻值介于9～37mΩ，其中深度1.2～1.9m間電阻值為9mΩ，推測(cè)應(yīng)該為地下水所致，深度5.9m以下，電阻值介于10～19 mΩ為第二段。由三測(cè)點(diǎn)可發(fā)現(xiàn)電阻值隨著深度增加而減小，且深度達(dá)到第二段電阻仍持續(xù)下降。綜合電阻資料此測(cè)線電阻值小于19mΩ，分析為利吉層與崩積層交界層面之電阻值。

測(cè)線B—B′由地層分析結(jié)果可知，各測(cè)點(diǎn)大致上可分出兩段：測(cè)點(diǎn)2—1第一段深度介于0～5.5m，電阻值介于12～23mΩ，第二段深度為5.5m以下，電阻值介于8.9～13mΩ。測(cè)點(diǎn)2－2深度介于0～3.9m，電阻值為14～18mΩ，第二段深度為3.9m以下，電阻值為10mΩ。測(cè)點(diǎn)2—3第一段深度介于0～3m，電阻值介于16～24mΩ，深度3m以下，電阻值介于6.6～9.8mΩ為第二段。由三測(cè)點(diǎn)可發(fā)現(xiàn)電阻值隨著深度增加而減小，且深度達(dá)到第二段電阻仍持續(xù)下降。綜合電阻資料此測(cè)線電阻值小于13mΩ，分析為利吉層與崩積層交界層面之電阻值。

2.3 討 論

利用遙測(cè)衛(wèi)星影像判釋分析可以得知利吉層崩塌地分布，近年來(lái)利吉層崩塌區(qū)域植生仍持續(xù)復(fù)育中，2009年崩塌面積已大幅減少。從崩塌地?cái)?shù)據(jù)中看出，坡度于20%以下為利吉層泥巖植生較容易自然復(fù)育之坡度；由臺(tái)灣五萬(wàn)分之一區(qū)域地質(zhì)圖的臺(tái)東知本圖幅得知，利吉層分布周圍之地層走向?yàn)楸逼珫|，以向東南傾斜為主；而兩研究地區(qū)利用電氣探測(cè)法于利吉層崩塌地進(jìn)行檢測(cè)，研究結(jié)果配合鉆探柱狀圖以推估崩積層厚度、不透水層分布及地下水分布，進(jìn)而了解利吉層崩塌地之特性。

（1）利吉層崩塌特性。利吉層之泥質(zhì)巖石大部分屬中弱之軟弱巖石，泥巖因地質(zhì)年輕，巖石膠結(jié)不良，遇水易快速崩解，又因受過(guò)度壓密作用，當(dāng)壓力消除或受雨水淋洗時(shí)，自由減壓所造成之裂隙，導(dǎo)致雨水向泥巖內(nèi)部迅速滲入，使巖質(zhì)軟化，易造成土壤侵蝕及流失。由于泥巖有吸水后而難排水之特性，造成孔隙水壓增加及吸水后膨脹壓的產(chǎn)生，破壞了土體間的平衡，造成崩塌地滑的現(xiàn)象。

（2）比電阻值之判讀。根據(jù)池上山棕寮崩塌地滑區(qū)鉆探結(jié)果可知，本區(qū)之地層可分為表土崩積巖屑、風(fēng)化灰色粉土黏土及破碎巖塊及泥巖層，其崩積層之ρa(bǔ)值為13～90mΩ，泥巖層ρa(bǔ)值為9～48mΩ；鹿野寶華崩塌地滑區(qū)地可分為表土崩積層與泥質(zhì)砂巖層，其崩積層之ρa(bǔ)值為9～38mΩ，泥質(zhì)砂巖層ρa(bǔ)值為6.6～19mΩ。

（3）利吉層弱面之界定。依ρa(bǔ)—a曲線得知山棕寮地區(qū)淺層崩積層于測(cè)點(diǎn)1—1深度1.5m、測(cè)點(diǎn)1—2深度2.5m、測(cè)點(diǎn)1—3深度1.5m、測(cè)點(diǎn)2—1深度2.5m、測(cè)點(diǎn)2—2深度1m與4m及測(cè)點(diǎn)2—3深度1.5m有低電阻情形；寶華地區(qū)測(cè)點(diǎn)2—1深度1.5 m、測(cè)點(diǎn)2—3深度1.5m有低電阻情形，分析為崩地層孔隙內(nèi)含水所致，這也是利吉層地區(qū)多為淺層崩塌之主因。電阻值呈現(xiàn)穩(wěn)定下降之變化，為泥巖電阻變化之情形，山棕寮與寶華各測(cè)點(diǎn)泥巖層面位置如表2所示，因降雨易入滲而積聚于下層之泥巖不透水層上，形成弱面，易造成崩塌透過(guò)電氣探測(cè)了解泥巖層位置，該處即為易形成弱面之位置。

表2 電氣探測(cè)分析泥巖層位置

寶華B—B′測(cè)線于測(cè)點(diǎn)2—2深度14m、測(cè)點(diǎn)2—3深度13m以下ρa(bǔ)—a曲線電阻值呈現(xiàn)不規(guī)則跳動(dòng)情形，為巖層中夾雜不同種類之巖塊或裂隙所造成，顯示該地層于此處形成一不穩(wěn)定之結(jié)構(gòu)，對(duì)于地層坡面穩(wěn)定安全仍有其隱憂。兩地區(qū)利用電氣探策法于利吉層崩塌地進(jìn)行探測(cè)研究結(jié)果得知，地層間之結(jié)構(gòu)變動(dòng)可由ρa(bǔ)—a曲線之變動(dòng)特性看出，電阻值隨著深度增加降低，導(dǎo)致泥巖與地下水成為低電阻之主因，經(jīng)地層分析結(jié)果與鄰近鉆孔資料比對(duì)，其成果相符。由于水是促使利吉層崩塌之主因，利用電氣探測(cè)得知地層低電阻的含水層及泥巖層面位置，藉此了解地層結(jié)構(gòu)，并可知其穩(wěn)定度。故往后可將其方法應(yīng)用于利吉層崩塌地分析。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

（1）依不同時(shí)期遙測(cè)影像照片分析得知，2004年崩塌面積為102hm2，2006年為139hm2，2009年崩塌面積為56.5hm2，進(jìn)一步探討發(fā)現(xiàn)2009年坡度20%以下崩塌裸露比例大幅減少，而坡度30%～40%區(qū)間之崩塌則呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，分析坡度20%以上植物不易生長(zhǎng)，植生復(fù)育速度較緩慢。

（2）利吉層為上新更新世蛇綠巖系混同層，含有泥巖及礫質(zhì)泥巖之夾層，而利吉層分布周圍之地層走向?yàn)楸逼珫|，以向東南傾斜為主，并于利吉層西側(cè)緊鄰池上斷層、鹿野斷層與利吉斷層，顯示利吉層區(qū)域地質(zhì)變化多樣，屬較新地質(zhì)年代，仍處于不穩(wěn)定之狀態(tài)。

（3）于池上山棕寮與鹿野寶華之崩塌地，電氣探測(cè)之比電阻值－深度曲線可分成兩類，表層為崩積層由灰色土壤夾雜砂巖巖塊，崩積層下方則以泥巖為主偶夾雜巖塊。整體電阻值皆小于100mΩ，崩積層電阻較高而山棕寮與寶華之泥巖電阻值則分別小于35及20mΩ。

（4）綜合發(fā)現(xiàn)，臺(tái)東海岸山脈利吉層地區(qū)之崩塌或地滑，與其地形及地下水有關(guān)，坡度20%以上植物生長(zhǎng)不易，地下水豐富造成長(zhǎng)期浸泡及孔隙水壓之作用，皆會(huì)導(dǎo)致崩塌地滑發(fā)生，因此排除地下水及地表水為崩塌地防治之首要任務(wù)。

3.2 建 議

（1）利吉層地區(qū)坡度20%以上，具潛勢(shì)之坡面可預(yù)先進(jìn)行相關(guān)調(diào)查探測(cè)，了解其地層構(gòu)造及地下水情形，并適時(shí)針對(duì)地表與地下水排除，降低災(zāi)害發(fā)生。另外于植物難自然復(fù)育之坡面，進(jìn)行植生導(dǎo)入等工程，加速增加地表覆蓋，減少?zèng)_蝕與土壤流失，以達(dá)坡面保護(hù)。

（2）利用電氣探測(cè)法于利吉層崩塌地進(jìn)行檢測(cè)，研究結(jié)果得知地層間之結(jié)構(gòu)變化可由ρa(bǔ)—a曲線之變動(dòng)特性看出，電阻值隨著深度增加降低，導(dǎo)致泥巖與地下水成為低電阻之主因。由于水是促使利吉層崩塌之主因，利用電氣探測(cè)得知地層低電阻的含水層及泥巖層面位置，藉此了解地層結(jié)構(gòu)。故往后可將其方法應(yīng)用于利吉層崩塌地分析。

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