2010/11/15

不經一事 不長一智—以小林滅村為例 (之五)


圖 九 小林村區域的線形構造分佈圖



圖 十 小林土石流發源地的旋扭構造




===不經一事 不長一智—以小林滅村為例 (之五)===

最後一個問題要問的是:小林土石流發生的機制是什麼?為什麼有那麼大的土方量?

讓我們先回憶一下,小林土石流發生的過程。在莫拉克颱風剛來襲時,累積雨量雖然不小,但是還沒有達到發生巨大規模土石流的程度。此時的雨水仍然匯集到
X河(即小林村北側的無名彎河)排洩,因為河水下切及側蝕的作用,造成X河下游的右岸發生順向坡滑動,堵塞了河道,因而產生導流效應,將X河上游的河水壅高,使其越過節點(高點),然後導入高縣DF006潛在溪流的河道;不旋踵,由於獻肚山發源地的岩層裂縫已經過份飽水,於是爆發猛烈的地滑,立刻轉變成土石流,並向下游直進猛衝;根據估計,約有60至80公尺厚的岩層捲入土石流中,另外還要加上從順向面及逆向面淘掘而來的土方,因此形成一個致命性的洪流,飛躍小林村後山的陡崖,衝向楠梓仙溪的河床及對岸,部份土石則在十數秒或數十秒鐘之內即將小林村覆蓋掩埋,連逃命的機會都沒有。

問題在於為什麼會有那麼巨厚的岩層被牽連?日本人提出順向坡深層潛移(Creep)的理論。但是從遙測影像上觀之,小林村地區並無形成順向坡的地質條件,因為實際上順向坡都傾向當地的水系,而不是傾向楠梓仙溪。再說,影像上也沒有發現有直交於流動方向的張力裂縫。因此,我們需要重新檢驗小林村區域的裂縫系統。

圖九顯示小林村區域的線形(Linear)分佈。最足堪注意的是標記為S的線形組合;它們都有一個共通的特點就是全由數個弧形線形及其所環繞的岩塊所組合而成的構造,稱為旋扭構造。圖十顯示的則是小林土石流發源地之旋扭構造特寫。旋扭構造係由旋扭式的剪力偶所形成。它的組成包括一個直立的圓柱(或稱旋扭軸,即弧形線形的圓心)、數個直立的旋迴面(即弧形線形的垂直面)、以及數個直立的旋迴岩塊(即兩個旋迴面所夾的岩塊)。旋迴面以圓柱為中心向外撒開,所以呈張口狀,越向外側,張口越大,因而提供了良好的貯水條件。一般而言,發育不良的旋扭構造常成掃帚狀,發育中等的旋扭構造則成旋捲狀,而發育最好的旋扭構造則會形成旋渦狀。因之,小林的旋扭構造應該是由中等程度的旋扭剪力所造成。中等旋扭構造的旋迴面厚度不下於數公里至數十公里;其比順向坡的潛移深度還要厚得多。

由以上所提出的證據可以證明:旋扭構造才是造成小林土石流在地質史上一再復發的主要原因,而且也是由於旋扭構造才可能造成災難性的巨大規模土石流。(全文結束)

2010/11/14

不經一事 不長一智—以小林滅村為例 (之四)


圖 六 小林地區的巨觀地質構造 (細白線為不同砂岩層的走勢線, 黃線為斷層; 小林村即位於影像中央,走勢線呈八字狀的地方; 如果仍然看不見, 可按滑鼠左鍵, 影像即可放大.)



圖 七 小林地區的地質構造 (H為高點或節點,即溢流點)



圖 八 小林地區順向面(DS)與逆向面(AS)組合而成的V槽及楔線



不經一事 不長一智—以小林滅村為例 (之四)



接著我們要討論的問題是發生小林土石流直前的地滑是否為順向坡滑動。

要回答這個問題之前,我們必須先了解小林地區的岩層位態及地質構造。

從衛星影像的廣域範圍來看(請見圖六),小林地區的岩層,其位態於不規則中卻有一些規則可循。例如圖中F1(甲仙斷層)以東,及F2(沿著楠梓仙溪)以西的地區,岩層非常規律的都向東傾斜;茲以T字表示,其梗柱表示傾斜的方向。但是在F1及F2之間,岩層則斷錯失序,無法比對;圖上的白線條表示不同砂岩層的走勢線;它們並非走向線,因為走向線必須為水平線。從影像上觀之,這裡的走勢線都向楠梓仙溪傾斜,類似褶皺構造的岩層之傾沒(Plunging),但是它們不是,它們另由其他原因所造成。

所謂岩層的走向線係指在同一個層面上,將高程相等的任意兩點連結起來的水平線;而傾向線則直交於走向線。因此,小林地區的岩層(指在F1與F2之間),其傾向幾乎都向著當地的水系傾斜(請見圖七)。

我們在上篇網誌已經討論過,小林土石流的流向係循著圖五中J-C-A的路徑向小林村直衝;可見它並非順向坡滑動。正確的講,應該是平行於走勢線的方向運動。從圖八中我們可以見到,小林土石流的發源地及流通段(節點以下的直進段除外)都侷限在一個由順向面(如此稱呼,以與順向坡有所區別),及一個逆向面所組合而成的V槽內;而V槽的槽底就是順向面與逆向面的交線,我們姑且稱為楔線;楔線的斜向指導著土石流的動向,類似楔形破壞(Wedge Failure)一般。 (待續)

2010/11/13

不經一事 不長一智—以小林滅村為例 (之三)


圖 四 小林土石流發生後不久所取得的低空斜攝航照 (齊柏林先生攝)



圖 五 小林土石流發生前的衛星影像 (Google Earth)


不經一事 不長一智—以小林滅村為例 (之三)


小林土石流發生後不久,齊柏林先生隨即開著小飛機,進行低空攝影,結果他得到如圖四的影像。在照片偏中間偏左的地方,有一個藍灰色、葫蘆形、表面平滑、稍微向著彎河(姑且稱為X河)的下游傾斜之地物,那是典型的堰塞湖影像。它的下方發現有一團深灰色、有如月弦的東西,正是滑體;該滑體首先攔擋了X河的流水,於水滿之後X河則自己沖出一條小水路來,色藍灰,與堰塞湖水的顏色相同。這個地滑對小林土石流的直進性可能發揮了積極的作用;它阻擋了土石流向右轉彎,且斷掉土石流循著X河道排洩的趨勢,迫使土石流越過高點或節點(即圖五中的A點),直接衝向小林村。

我們接著要問,地滑是怎麼發生的。這就要看圖五這一張災前影像;其中CHC就是X河;F是一個順向坡,從影像上可以輕易的判斷,它曾經發生過順向坡滑動,因此第一次堵塞了X河;再看滑體的前鋒,到達了G的右側外緣,覆蓋到三角錐古土石流堆積扇的局部。而滑體的左邊坡因為比較陡,所以發生了逆滑動,因而形成H邊坡,使得X河第二次被堵塞。因為X河的順向坡滑動相對的頻繁,所以X河為了達到縱坡的平衡剖面,就會不斷的往下切深;結果就不斷的淘刷順向坡的坡腳;順向坡的坡腳一旦被淘空之後,就不斷的觸動順向坡滑動。這種程序週而復始,遂造成X河的右岸順向坡被一層一層的往下剝離。在小林土石流發生的過程當中,上述的作用即再度重現。圖四中深灰色的月弦形土堆即是順向坡的滑體。

不經一事 不長一智—以小林滅村為例 (之二)



圖 三 小林村土石流災前的衛星影像(Google Earth), 可見到流通段上的節點, 約位於影像中央, 在小林村後山三角錐的頂點






圖 二 小林村土石流停積後所遺留下來的痕跡 (小林村位於楠梓仙溪古河岸, 即黃灰色陡崖之正下方)





要找小林土石流的源頭, 必須溯溪而上; 從圖二可以明顯的看出來, 小林土石流的發源地係位於獻肚山的地方(請見圖二及圖三). 在地形上略呈蕃薯葉或楓葉的三角狀淺盤, 位於影像中白雲的正下方兩公分處. 但問題是在流路的半途上出現了一個高點, 即節點, 它位於小林村後山的三角錐之頂點上. 理論上, 土石流應該順著節點左惻向外灣的河道往下游傾瀉才對, 它為什麼會爬上節點, 然後走直線而朝小林村的方向直沖?

土石流具有直進的特性, 也就是說在它行進的過程當中, 如果遇到阻礙, 如彎道, 河道的斷面縮小等之類的地形時, 它就會溢流越岸, 然後直直的向前沖. 但這是否就是唯一的原因? 其實有很多證據可以證明另有原因在. (待續)

2010/11/12

不經一事 不長一智—以小林滅村為例 (之一)



圖 一 小林村坐落於古土石流堆積扇上的衛星影像 (Google Earth)



小林村於2009年8月莫拉克颱風來襲時,遭土石流掩埋的事件驚動全球。日本人因而提出深層滑動的理論;但由種種證據驗之,此說或有修正的空間。

地質學家常以現在的地質活動去解釋過去的地質現象。例如現在我們看到河川把大部份的陸上泥砂帶到海洋去沉積,依此推測,則過去的河川也是經由相同的地質作用,將泥砂攜帶到古海洋去堆積,終而形成沉積岩,後來則因地殼抬升而露出地表。我們對小林村土石流也可採用相同的推論方法,看看在地質歷史上,小林地區是否曾經發生過土石流。

要研究小林古土石流必須先回答四個關鍵性的問題,即 (1)小林村是位於河階台地或土石流堆積扇上? (2)小林土石流真如一般人所說的順向坡滑動? (3)小林土石流為什麼從獻肚山開始,採取直進的方式越過高點,直沖小林村? (4)猛暴雨有什麼能力可以在小林土石流的源頭剝掉60至80公尺厚的岩層?以下即一一來解答這些問題。

土石流堆積扇最大的特徵是它的扇頂一定位於谷口或河口,而且在橫向上呈現中間高、兩側地的微地形特徵(見圖一),在縱向上則從扇頂向著扇緣緩緩傾斜。反觀河階台地,它的總體台地面會封死谷口,而且河流會切過台地面,並在縱向上形成平順的河道梯度;同時,台地面比較平坦,且微微向下游傾斜,但絕不會像土石流堆積扇一樣,後者是從山麓以稍陡的角度向著河心傾斜。可見兩者的區別並不困難。

從圖一可以非常清楚的判定,小林村係坐落於三角錐狀的地盤上,其錐頂正好對著河口(即土石流潛在溪流高縣DF006),且呈現中間高、兩側低的典型土石流堆積扇微地形。不過,令人懷疑的是高縣DF006土石流是如此的短、窄、淺、小,又無明顯的發源地,怎麼可能形成那麼大的堆積扇?再者,小林村後山的三角狀地帶又是什麼?它為什麼會形成一個高約30公尺的陡崖?

從現場驗證的結果顯示,上述三角地帶乃是古土石流的堆積物,而其陡崖則是楠梓仙溪的古河岸。由此可以推測,小林村的古堆積扇乃是地質史上由大規模的土石流所造成,就像此次由莫拉克颱風所造成的致命土石流一樣。這是歷史重演所造成的宿命,非人力可抗拒。(待續)

2010/08/06

日本NHK所拍的小林村深層崩壞

謝謝你, Meier! 這部片子我看過. 日本人能拍出這麼好的影片, 當然是令人佩服的; 國內當然也可以拍, 但是沒有人願意拍, 第一是因為牽涉到政治責任歸屬的問題, 第二是沒有單位願意資助拍攝的問題 .

你家的事當然你最清楚, 同樣的道理, 台灣的事台灣人自己最清楚, 日本人只能隔靴搔癢. 在這部影片裡, 我們都同意日本人所說的深層滑動 (日本人用深層崩壞), 但是我個人並不同意日本人所說的[順向坡潛移 Creep]的滑動機制, 因為日本人沒有把小林村的地質情況搞清楚, 或者搞對.

潘大哥在去年就把小林村滑動的機制發表在[地工技術]上; 潘大哥用衛星影像判釋的技巧, 發現小林村滑動是歷史的重演, 也就是說小林地區在地質史上就曾經發生過同樣的滑動; 所以這次小林村的滅村是一種宿命 [當然這是事後孔明]. 可惜, 沒有人對我的話 Pay Attentions.

受到NHK這部影片的刺激, 潘大哥會把日本人錯誤的地方, 在[地工技術]九月份這一期裡面指出來, 並且提出我的看法.

2010/06/15







[視傾角的求法]

岩層就像傾斜的千層糕一樣, 我們從不同的方向, 垂直的切下去, 其傾斜角度看起來都不一樣; 如果順著斜面的走勢 (即切面與千層糕的斜面相交成一條水平線), 垂直的切下去, 則在切面上看, 千層糕是水平的; 如果直交於剛才的切面, 垂直的切下去, 則千層糕的傾角是最大的, 這時候的傾角稱為真傾角; 任何其他的方向切下去, 千層糕的傾角都比真傾角小, 稱為視傾角 (Apparent Dip).

真傾角與視傾角存在著一定的三角函數關係, 即 Tan (視傾角) = Tan (真傾角) x Sin (切線與走向線的夾角, 在水平面上量之).

這樣知道了吼! 好! 底下就是我今年期末考試時, 考成大土木研究所學生的問題; 令我非常失望的是, 沒有人全部答對, 更有9成以上的學生沒有概念!?

[問題]軍方為了演習的需要,擬在一處南北走向、向東傾斜60°的岩盤內,挖掘三角形的直立壕溝,其東西向及南北向各長100公尺,試問在三條壕溝內,岩層的傾角看起來是幾度? 且向哪個方向傾斜?

[答案] 在附圖


[請注意] 在 CA 壕溝內往外看, 岩層向南傾斜51度; 在 FG 壕溝內往外看, 岩層向北傾斜51度. 這是不是很奇怪? 在同樣的一套岩層內ㄟ!