利吉層崩塌地地電阻分析

許中立，謝茗彰，徐弘明

（1.屏東科技大學水土保持系，臺灣 屏東912；2.水土保持局臺東分局，臺灣 臺東950）

臺灣位于歐亞大陸與菲律賓海板塊的聚合板塊邊界上，于板塊構造上屬于活動帶（mobile belt），造山運動活躍，經由長時間作用形成臺灣具有地勢陡峭、地質破碎之特性。由于板塊間碰撞擠壓致使地震頻繁，加上臺灣位于北回歸線屬海島型氣候，夏季經常受西太平洋熱帶氣旋侵襲，尤其臺灣東部首當其沖。近年來全球氣候變遷與極端氣候影響，高強度及長延時之降雨事件頻傳，在地質條件差又有不當之土地利用開發情況下，易發生崩塌與地滑之現象情形。

一般而言，若坡地發生崩塌及地滑等地質災害（geology disaster），對社會與經濟均產生不良之影響。地質災害之發生通常具備潛因與誘因，前者如地形、地質與土壤；后者如降雨、地下水、河岸侵蝕、水庫蓄水與人為開發等[1－2]。臺東海岸山脈區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。利吉層為夾雜外來巖塊之泥質材料，在工程上一直是相當難處理的部分，利吉層裸露區域植生不易，受降雨沖蝕易形成蝕溝，由于利吉層地區之崩塌情形相比較為嚴重，因此先針對利吉層地區崩塌等相關圖層資料分析，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法進行相關分析研究，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 研究區概況

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

臺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]。

利吉層分布區位于北回歸線以南、季風帶之中，大致屬于熱帶氣候型。由臺灣中央氣象局臺東氣候站資料得知年均溫為24.7℃，若以22℃以上為夏季，本區域有8—9月屬夏季氣候。以降雨而言，臺東地區雨量豐沛，臺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月為相對旱季。

1.2 研究流程

利吉層崩塌地滑發生之地點與規模皆不盡相同，本研究針對近年利吉層分布地區發生之崩塌災害資料搜集與踏勘，透過衛星照片進行崩塌判釋，并了解現場實際之狀況，配合地質地形以決定進行地電阻探測測線之配置。于現場進行施測后，繪制ρa—a曲線，利用其電位差推求出地層之電性構造了解利吉層崩塌地之地電阻特性，配合地表露頭調查、地質鉆探等資料比對，推測出地層之分布狀況、淺層之地下構造及滑動體型態。

1.3 研究方法

電氣探測法乃將電流通入地中，建立電位場，利用直流電通入地下量測地層電阻率，透過地下不同材料反映出的電位差，判斷該材料之性質、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。比電阻探測法屬直流電阻法（direct current resistivity method）其中一種探測方法，又可分為垂直探測法及水平探測法兩種，本研究為探討地層垂直方向之現象，故采用垂直探測法施行之，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法的電極配置所實測得之ρa與a于雙對數方格紙上描繪成ρa－a曲線，縱坐標為ρa值，橫坐標為a值，透過ρa－a曲線型態的變化，可以反映出該地區地下構造之組成，藉由該分析可初步了解地層縱向地層構造之分布、地下水體或土壤含水率之分布，進而了解可能之滑動面位置、深度與范圍。

另外為獲得地下地質數據、推測潛在滑動面，并可利用鉆孔設置地下水位觀測井、孔內傾斜觀測井及提供土質特性調查所必須之樣品等。此外，地質鉆探之結果，亦可供作解釋電氣探測資料的依據[10]。

2 結果與分析

本研究首先通過近幾年來遙測衛星影像照片，了解臺東海岸山脈利吉層地區不同時期崩塌特性，并于池上鄉山棕寮地區及鹿野鄉寶華地區進行大地比電阻探測，分別于山棕寮地區設置3條測線及寶華地區設置2條測線進行探測。茲將研究成果分節敘述如下：

2.1 遙測影像崩塌判釋結果

近年來遙測影像照片（衛星影像或航測影像）是可以獲得大范圍地面訊息的方式之一，同時也是能快速準確知道崩塌位置之方法，因此遙測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年衛星影像，以不同色調分類，于臺東利吉層區域進行崩塌地分布與面積之判釋。表1為2004年、2006年及2009年衛星影像判釋崩塌統計表。綜合研究成果由2004年、2006年及2009年衛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崩塌百分比進一步探討發現坡度介于2004及2006年崩塌裸露地區多集中于10%～30%，至2009年統計顯示坡度20%以下崩塌裸露比例大幅減少，而坡度30%～40%區間之崩塌則呈現增加趨勢。分析利吉層地區崩塌多集中于20%以上之坡地，坡度20%以下草類先驅植物于崩塌地進行復育之趨勢，達到植生初期地表覆蓋功效，而坡度20%以上因為泥巖沖蝕漸明顯植生復育速度較緩慢。

表1 衛星影樣判釋崩塌統計

2.2 電氣探測結果

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

池上山棕寮地區于2000年象神臺風挾帶豪雨誘發滑動，地滑規模龐大，約呈不規則長方形，兩側各有一蝕溝發展。經現場勘查后，于本試驗區中部位置選定8個適當地點進行探測，其位置如圖2所示。鹿野寶華地區于2007年之豪雨、帕布臺風、梧提臺風、圣帕臺風與柯羅莎臺風等來襲，造成大規模崩塌地滑災害，其坡面地質形成年代較新，介于利吉層與蕃薯寮層交界地區。經現場勘查后，于本試驗區頭部與趾部位置選定6個適當地點進行探測，其位置如圖3所示。

圖2 山棕寮測線位置

圖3 寶華測線位置

（1）池上山棕寮地區。測線A—A′由地層分析結果可知，各測點大致上可分出兩段：測點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。測點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。測點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。將各層界面連結可發現第二段為灰色泥巖組成之利吉層電阻值小于30mΩ，并呈現穩定下降之趨勢。

測線B—B′由地層分析結果可知，各測點大致上可分出三段：測點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。測點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。測點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。由三測點可發現電阻值隨著深度增加而減小，且深度達到第三段電阻仍持續下降。綜合電阻資料此測線電阻值小于35mΩ，分析為利吉層與崩積層交界層面之電阻值。

測線C—C′由地層分析結果可知，各測點大致上可分出兩段：測點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。測點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。綜合兩測點可發現電阻值隨著深度增加而減小，綜合電阻數據此測線電阻值小于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。測線A—A′由地層分析結果可知，各測點大致上可分出兩段：測點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。測點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。測點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，推測應該為地下水所致，深度5.9m以下，電阻值介于10～19 mΩ為第二段。由三測點可發現電阻值隨著深度增加而減小，且深度達到第二段電阻仍持續下降。綜合電阻資料此測線電阻值小于19mΩ，分析為利吉層與崩積層交界層面之電阻值。

測線B—B′由地層分析結果可知，各測點大致上可分出兩段：測點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。測點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。測點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。由三測點可發現電阻值隨著深度增加而減小，且深度達到第二段電阻仍持續下降。綜合電阻資料此測線電阻值小于13mΩ，分析為利吉層與崩積層交界層面之電阻值。

2.3 討 論

利用遙測衛星影像判釋分析可以得知利吉層崩塌地分布，近年來利吉層崩塌區域植生仍持續復育中，2009年崩塌面積已大幅減少。從崩塌地數據中看出，坡度于20%以下為利吉層泥巖植生較容易自然復育之坡度；由臺灣五萬分之一區域地質圖的臺東知本圖幅得知，利吉層分布周圍之地層走向為北偏東，以向東南傾斜為主；而兩研究地區利用電氣探測法于利吉層崩塌地進行檢測，研究結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。利吉層之泥質巖石大部分屬中弱之軟弱巖石，泥巖因地質年輕，巖石膠結不良，遇水易快速崩解，又因受過度壓密作用，當壓力消除或受雨水淋洗時，自由減壓所造成之裂隙，導致雨水向泥巖內部迅速滲入，使巖質軟化，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生，破壞了土體間的平衡，造成崩塌地滑的現象。

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

（3）利吉層弱面之界定。依ρa—a曲線得知山棕寮地區淺層崩積層于測點1—1深度1.5m、測點1—2深度2.5m、測點1—3深度1.5m、測點2—1深度2.5m、測點2—2深度1m與4m及測點2—3深度1.5m有低電阻情形；寶華地區測點2—1深度1.5 m、測點2—3深度1.5m有低電阻情形，分析為崩地層孔隙內含水所致，這也是利吉層地區多為淺層崩塌之主因。電阻值呈現穩定下降之變化，為泥巖電阻變化之情形，山棕寮與寶華各測點泥巖層面位置如表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，易造成崩塌透過電氣探測了解泥巖層位置，該處即為易形成弱面之位置。

表2 電氣探測分析泥巖層位置

寶華B—B′測線于測點2—2深度14m、測點2—3深度13m以下ρa—a曲線電阻值呈現不規則跳動情形，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定之結構，對于地層坡面穩定安全仍有其隱憂。兩地區利用電氣探策法于利吉層崩塌地進行探測研究結果得知，地層間之結構變動可由ρa—a曲線之變動特性看出，電阻值隨著深度增加降低，導致泥巖與地下水成為低電阻之主因，經地層分析結果與鄰近鉆孔資料比對，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，藉此了解地層結構，并可知其穩定度。故往后可將其方法應用于利吉層崩塌地分析。

3 結論與建議

3.1 結 論

（1）依不同時期遙測影像照片分析得知，2004年崩塌面積為102hm2，2006年為139hm2，2009年崩塌面積為56.5hm2，進一步探討發現2009年坡度20%以下崩塌裸露比例大幅減少，而坡度30%～40%區間之崩塌則呈現增加趨勢，分析坡度20%以上植物不易生長，植生復育速度較緩慢。

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

（3）于池上山棕寮與鹿野寶華之崩塌地，電氣探測之比電阻值－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）綜合發現，臺東海岸山脈利吉層地區之崩塌或地滑，與其地形及地下水有關，坡度20%以上植物生長不易，地下水豐富造成長期浸泡及孔隙水壓之作用，皆會導致崩塌地滑發生，因此排除地下水及地表水為崩塌地防治之首要任務。

3.2 建 議

（1）利吉層地區坡度20%以上，具潛勢之坡面可預先進行相關調查探測，了解其地層構造及地下水情形，并適時針對地表與地下水排除，降低災害發生。另外于植物難自然復育之坡面，進行植生導入等工程，加速增加地表覆蓋，減少沖蝕與土壤流失，以達坡面保護。

（2）利用電氣探測法于利吉層崩塌地進行檢測，研究結果得知地層間之結構變化可由ρa—a曲線之變動特性看出，電阻值隨著深度增加降低，導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，藉此了解地層結構。故往后可將其方法應用于利吉層崩塌地分析。

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