科學發展 2009年5月，437期

火山Feature Report專題報導

■曹恕中

台北盆地的北方

聳立著一群山，地質

學家稱為「大屯火山

群」，大部分已劃為

「陽明山國家公園」，

成為著名的休閒遊憩

景點，每逢假日都湧

入大量人潮及車潮。

進到了山裡，除了賞花及徜徉在山間的古

道之外，便是欣賞火山活動的遺跡與享受

全國獨有的硫磺溫泉，這都是拜數十萬年

前火山活動形成的景觀與地熱所賜。

大屯火山群的岩漿噴發活動大約在 10

至 20萬年前就停止了，然而地熱現象仍持

續至今。豐沛的溫泉及旺盛的噴氣孔露出

於大屯火山群的中央地帶，大致呈東北往

西南延伸的帶狀分布。著名的地點由位於

北投的地熱谷開始，往東北經硫磺谷、龍

鳳谷、中山樓、小油坑、馬槽、大油坑、

「大屯火山群」

遠看像靜靜守護著

台北盆地北方的屏障，

一旦投入它的懷抱，

卻又令人處處感受到它的活力。

近年來，國內研究發現

不論是氣體成分或微地震訊號，

它都具有活火山地區的特性。

大屯火山群最近一次的噴發距

今已經有數萬年之久，目前靜

靜地座落在台北盆地的北方，

是台北人假日休憩旅遊的地

方。

潛在性的活火山—

大屯火山群

科學發展 2009年5月，437期

活動與引起災害的事實。同樣位處火環帶

上，台灣的大屯火山群沉寂了一段遠超過

人類歷史的時間。

舉世聞名的美國黃石國家公園所在

地，是一個「超級活火山」。公園內和四周

區域，近200萬年前的第四紀地質時代形成

的火山岩占地約1萬7千平方公里。火山活

動大約從200萬年前開始，經歷了3期巨大

規模的噴發活動，造就了3個巨型「陷落火

山口」(caldrea)。最近的噴發約在 7萬年前

停止。

八煙、火更子坪、死磺子坪，到台北縣的萬里

和金山。高溫的蒸氣和濃濃的硫磺氣味提醒

穿梭的遊客，這裡地殼深處是否有一個仍然

活躍的岩漿庫提供熱源和氣體？未來是否可

能再噴發岩漿？

台灣與鄰近國家如日本、菲律賓、印

尼，以及遠至南北美洲西側的美國、加拿

大、墨西哥、智利等，都屬於「環太平洋火

環」的一部分。稱為「火環帶」，是因為這

些國家都分布有十數個到上百個的活火山，

在人類歷史上或近數十年中，都有火山噴發

大屯火山群的岩漿噴發活動大約在10至20萬年前就停止了，

然而地熱現象仍持續至今。

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火山Feature Report專題報導

「黃石火山」並不在火環上，而是屬於

地殼的「熱點」（hot spot），岩漿會陸續補

充。雖然它已7萬年沒有岩漿噴發活動，但

是地熱和地震的跡象顯示，未來仍然會活

動。因此美國地質調查所結合了猶他大學和

黃石國家公園，共同成立黃石火山觀測所，

持續密切監測火山活動徵兆。此外，每年公

園區內1千至3千個微震，也提供了科學家

進行地震定位、震波速度計算、震波全像攝

影分析等研究。目前已經模擬出震波低速區

和岩漿庫的深度與形貌，並證明了岩漿庫的

存在與可能的活動型態。

讓我們來檢視大屯火山群的各種特

徵。近年來，引進了空載光達（airborne

LIDAR）技術，利用直升機由空中進行密集

的雷射掃描與全球衛星定位，再配合數位處

理去除地面上建物和植物覆蓋的影響，得以

建立大屯火山群的高解析度數值地形模型。

我們不僅能觀察到地面的起伏，也因此重現

大屯火山群的真實面貌。

以高解析數值地形判識，火山錐、火

山噴發口、熔岩流（lava flow）、陷落火山

口的環形特徵等地形一一呈現。大屯火山群

的火山噴發口多達50個，比以往所知多了1

倍。這些完整的火山地形表示大屯火山群還

很年輕，即使在多雨氣候環境的台灣，仍然

未被侵蝕破壞。

一般相信大屯火山群非常年輕，但是到

底有多年輕？由於年代測定方法本身的限

制，以及適當的定年樣本難尋，到今天還一

直沒有確定的答案。但根據鉀氬同位素定

年，大屯火山群地表的安山岩年代多集中於

80萬到 10萬年前。此外，台北盆地最上層

的「松山層」，也發現疑似火山灰的顆粒及

其轉化的黏土礦物。如果這些物質能證實是

空降的火山灰，那麼大屯火山群至少在2萬

年前仍有噴發活動。

近年來對大屯火山群的研究有兩個很重

要的發現。其一是火山噴氣的氦同位素

（3He／4He）分析，顯示有很高比率的氦氣

是由岩漿釋放出來的，和鄰近國家日本、菲

律賓的活火山氦同位素比值非常接近。另一

發現則來自微震分析。長期以來，大屯火山

群附近有相當多的微震（規模＜3.0），尤其

由竹子湖遠眺七星山和小油坑爆裂口。大屯火山群下的熱源仍然存在，

火山氣體尋覓管道逸出地表，含硫的酸性氣體侵蝕四周的安山岩，

原本堅硬的岩體軟化而逐漸剝落，甚至發生山崩、土石流等災害。圖片來源：陳棋炫

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科學家可以觀察地震波通過地球內部的路徑與速度變化，

再透過數學計算模擬，了解地殼或地函內不同密度物質的分布、界面和深度。

印尼。台灣為什麼如此幸運？其實北台灣

除了有板塊隱沒作用之外，還有沖繩海槽

的擴張作用與之重疊，導致北台灣地殼深

處的構造系統複雜化，可能因此擾亂了岩

漿的遷移與匯集，島弧火山活動因而中

斷。那麼要如何了解地下深處岩漿庫的狀

況呢？

要看地殼深部的構造，目前只能依賴

地震紀錄。就像以超音波或X光等檢查身

體內部一樣，科學家可以觀察地震波通過

地球內部的路徑與速度變化，再透過數學

計算模擬，了解地殼或地函內不同密度物

質的分布、界面和深度。一般而言，地震

波會以高速通過高密度的地殼和地函，如

果碰到低密度的液態物質，就會產生低速

區，如黃石火山區就是一個例子。

由研究地震波速度的變化發現，北台

灣地殼下10到15公里深處，可以圈繪出震

集中在七星山—大油坑一帶。

這些密集的微小地震在記錄儀上所表

現的波形和頻率，和一般斷層作用引起的地

震訊號有很大的差異，反而與許多活火山地

區因岩漿或熱液在裂隙中遷移引起的「火山

地震」訊號有相同的特性，例如群震、長周

期振動、長時微振動等。這兩項訊息都反映

了地下可能有岩漿庫存在。

以大尺度來看，台灣的大地構造環境

是否有岩漿生成的條件？環太平洋火環位在

隱沒板塊的上方，岩石熔融後匯集成岩漿庫

向上爆發，形成「島弧火山」。台灣東部因

歐亞大陸與菲律賓火山島弧碰撞，板塊隱沒

作用微弱，火山活動也停息。北台灣的大屯

火山群卻位於菲律賓海板塊向北的隱沒帶上

方，屬於島弧火山。

但是火環帶上近代持續噴發的活火山

分布卻由日本略過了台灣，直接到菲律賓、

圖片來源：謝有忠

進入大屯山群，可驚覺大地的熱氣仍未停息。照片中是大油坑地熱區的硫氣，在清朝時代曾經是國內規模最大的硫黃產

地。這地區的火山氣體有相當高的比率來自深部岩漿或新形成的火成岩，地下的微震也相當頻繁。

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Feature Report專題報導 火山

圖片來源：經濟部中央地質調查所

圖片來源：經濟部中央地質調查所

大屯火山群之下的地殼雖然極可能有岩漿庫，但還沒有發現因岩漿向上移動

而引發地表隆升變形的現象，溫泉與氣體成分及地表溫度都尚稱穩定，

表示岩漿庫相當深或沒有向上遷移的跡象。

此，大屯火山群目前可以定義為「潛在性

活火山」。

為解疑惑，經濟部中央地質調查所委

託台灣大學和中央研究院持續合作進行大

屯火山群活動的調查與監測。除了藉由地

表地質調查及鑽探研究火山活動歷史之

外，同時定期分析記錄火山氣體及溫泉成

分、井下地溫等，以建立「背景值」及監

看「異常值」，評估火山再活動的可能性。

此外，也在大屯火山群和台北盆地廣布地

震網，長期蒐集微震紀錄，希望藉由震波

特性及震波全像攝影技術，探索深部地殼

和板塊構造，進而模擬出地殼內岩漿庫的

空間分布及地下裂隙系統。

大屯火山群之下的地殼雖然極可能有

岩漿庫，但是到目前為止，還沒有發現因

岩漿向上移動而引發地表隆升變形的現

象，溫泉與氣體成分及地表溫度都尚稱穩

定，表示岩漿庫相當深或沒有向上遷移的

跡象。因此大屯火山群並不像其他國家的

活火山一般，有立即噴發的威脅。根據大

地構造環境和地震波訊息，北台灣是有岩

漿生成的條件，但是否會重新匯集到大屯

山群之下呢？對此，仍然欠缺更精密的科

學數據，有待國內學者專家在未來幾年內

共同努力。

火山噴發的破壞力量雖很可怕，偏偏

它又會帶來肥沃的土壤，吸引人類群聚謀

生。幸運的是，火山噴發前的徵兆要比地

震明顯許多，前兆顯現的時間由數日到數

月，足可讓人們從容地避難。足夠的科學資

料是評估火山活動與擬定對策的基礎。 □

曹恕中

經濟部中央地質調查所

波低速區，表示可能有熔融

物質存在，但是目前還是大

區域的研究結果。這些物質

細部的特性，例如範圍、形

貌和可能的遷移管道，還需

要更多紀錄和更精密的分析

才能確定。

究竟大屯火山群算不算

是活火山呢？各國科學家經

過研究火山長期噴發歷史後

發現，若只根據噴發時間，

無法明確定義活火山。於是

國際火山學會在 1994年發

展出「現象定義」：若能偵

測出火山地區地底下仍有岩

漿庫存在，就認定是活火

山。其中更細分一類為「潛

在性活火山」（potentially

active volcano），也就是說，

這一類的火山可能是「休眠

火山」，但未來趨向於噴

發；也可能是一座很年輕的

「死火山」，岩漿庫正趨向於

冷卻衰減。

綜觀上述的種種地質現

象與特性，大屯火山群下方

地殼內很可能有岩漿庫存

在。由於沖繩海槽的張裂作

用導致北台灣的大地環境由

壓縮轉為張裂，未來會讓岩

漿庫逐漸縮減，或會因地殼

張裂變薄與裂隙增加，反而

促使岩漿生成和上湧呢？以

目前的資料尚無法判斷。因

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大屯火山群東側磺

嘴山的三維光達數

值地形模型。中央

偏右上方有兩個火

山口，位於前方的

有一缺口而呈馬蹄

狀，是磺嘴山的頂

部；左右有兩道舌

狀熔岩流，一朝左

方，另一朝右下

方，流動的方向清

晰可辨。右上角的

遠處則可見紗帽山

錐體。由於解析度

高，藉著地形的變

化可以幫助我們進

行火山岩的分層。

大屯火山群的光達

數值地形模型。透

過電腦數位處理，

可去除地表覆蓋的

植物和建物，精確

地呈現火山錐、火

山口、熔岩流等火

山地形。