一、前言

臺灣現有18個水土保持戶外教室(詳見附表1)，位於苗栗縣大湖鄉的四份水保教室早在1989年即已成立，為我國第一個水保教室。而位於臺北市北投區的「臺北市貴子坑水土保持教學園區」(圖1)則在1994年完工並對外開放，其場區相當寬廣(圖2)，堪稱全國最大、示範設施最完整的水保教室，亦經政府認證的環境教育設施場所，可提供各級學校和鄰里社區預約導覽參觀(圖3)，讓學生和民眾親自體驗受到颱風及豪雨肆虐時，導致山崩和引發土石流的解說現場，藉此讓大家認識防治土石流災害的工法與作為。


圖1.臺北市貴子坑水土保持教學園區大門（陳正改拍攝）。


圖2.臺北市貴子坑水土保持教學園區設施配置圖(張三芳老師繪製及提供)。



圖3.臺北市萬華區東園國小教務處陳主任帶領5年2班師生及家長，蒞臨「貴子坑水土保持教學園區」參訪，由筆者導覽解說（陳正改拍攝2020.9.26）。

園區內的「北投貴子坑岩壁」屬臺北盆地最古老的五指山層（約有2,400~3,000萬年的歷史）；其岩層結構可闡述及見證臺灣島歷經河砂沉積作用、蓬萊造山運動和大屯火山群噴發等千萬年來演進過程及形成機制的最佳科普場域。

近年來各級學校的校外教學以及國人的休閒旅遊頗負盛行，學生和民眾能親近大自然是相當有意義且健康的活動。由於一般民眾對大自然景觀的形成背景不甚了解，希望透過本文的介紹，提供給準備前來參訪的師生和讀者們行前的參考，不僅可增加遊興，也可增進對大自然的親和力和喜好度。

 二、「臺北市貴子坑水土保持教學園區」成立緣起及園區設施

（一）成立緣起

位於臺北市北投區西北隅的貴子坑溪與水磨坑溪中游的集水區，早年為遍野荊棘的叢林與滿目瘡痍的山頭，被當地居民戲稱為「鬼子坑」；近三十多年來，經臺北市政府積極整治並闢建成「水土保持教學園區」，和住民環保意識的提昇及重視，乃將不雅的地名取其諧音，改為「貴子坑」。

園區內擁有臺北盆地最古老的地層—五指山層，此地層是由厚實的粗粒砂岩所構成，內含純度極高的高嶺土（俗稱「北投土」）、伊來石（Illite，黏土雲母）和石英砂，是製造陶瓷和玻璃的原料；因此自古以來，就有無數的瓷土業者在貴子坑山區競相開採礦土，所以北投地區在清朝時就有窯業的發展。

1895年滿清政府將臺灣割讓給日本政府治理之後，日本人松本龜太郎即在1897年來台設立「北投陶器所」，專門製造日式花瓶、茶杯和酒杯等陶製品；而後，其公司改名為「臺灣窯業株式會社」，並生產碗盤及耐火磚物。1923年另一日本人賀本庄三郎則在頂北投創設「大屯製陶所」，以製做花器及生產餐具為主。

臺灣光復之後，國民政府將「大屯製陶所」與「臺灣窯業株式會社」合併成為「臺灣工礦公司北投陶瓷耐火器材廠」，繼續生產碗盤、建築用的瓷磚及藝術陶瓷。

過去位於北投區中央南路的「中華陶藝公司」專門生產仿故宮博物院所珍藏的陶瓷藝品，其材料即是取自貴子坑的「北投土」。

1970年代，陶土業者甚至還使用機械化大量開採；如此視若無睹的濫採，造成貴子坑山區水土保持功能盡失。致使當地地表嚴重被破壞、溪流凌亂、礦渣到處，使得貴子坑原本的「水」與「土」之景觀面目全非(圖4)。


圖4.早年陶土業者在北投貴子坑山區濫採，導致地表嚴重破壞、溪流凌亂、礦渣到處，被當地居民戲稱為「鬼子坑」(取自：陳正改，2017年)。

1977年7月31日薇拉颱風侵臺時，為北臺灣帶來狂風暴雨（陽明山的降雨量超過500毫米）(圖5)，引發山洪暴發，導致北投地區發生多處山崩事件，造成相當罕見的重大災害，特別是秀山里及稻香里和國防大學政戰學院附近的社區均為土石所掩埋，災情極為慘重，政府乃下令禁止繼續開採「北投土」。


圖5.薇拉颱風路徑圖及累積雨量圖(取自：中央氣象局)。

為記取人類不當使用土地，遭到「大地反撲」的教訓，臺北市政府自1980年起就投入眾多的人力、物力和財力積極加以整治，終在1994年初完工，將此區域設置為「臺北市貴子坑水土保持戶外教室」，並正式對外開放；後正名為「臺北市貴子坑水土保持教學園區」。

（二）園區設施

整個園區的面積約有五公頃，依據高度的差異，闢建成五個不同功能的平台(詳見附圖2所示)：
 

1.130（公尺）平台：有二層樓觀景台，可眺望園區景觀及關渡平原。

2.125（公尺）平台：為水土保持導覽解說和民眾休閒的主要區域；設有：五指山層地質觀察棧道、氣象觀測坪、降雨沖蝕槽、沉砂池、坡地雨量觀測站、樹種和鳥類解說牌以及休閒設施（涼亭、水池、步道等）。

3.110（公尺）平台：為草地露營區及團康活動廣場。

4.100（公尺）平台：為汽車露營區。

5.90（公尺）平台：為水土保持志工的研習教室(不對外開放)。

分別提供給各級學校師生和市民朋友，作為水土保持教學、觀摩、宣導及環境教育的場域(圖6)，兼具休閒活動場所(圖7)。藉此，呼籲學生和民眾：珍惜水土資源、重視環境品質、共同營造青山綠水之佳境。


圖6.「臺北市貴子坑水土保持教學園區」導覽解說設施(陳正改拍攝)。


圖7.「臺北市貴子坑水土保持教學園區」民眾休閒活動場所 (陳正改拍攝)。

 三、北投貴子坑岩壁的形成機制和演進過程

在「臺北市貴子坑水土保持教學園區」內130平台之東側，有一高峭的「北投貴子坑岩壁」(圖8)，其岩層結構呈現數千萬年以來，本區地質活動和岩層演化的歷史陳跡，也是臺灣島形成的最佳寫照。


圖8.臺北市萬華區東園國小師生於北投貴子坑岩壁前合影(陳正改拍攝)。

以下擬就數千萬年以來，臺灣島以及貴子坑岩壁的形成機制和演進過程，詳加說明如下：

（一）3,000~2,400萬年前：河砂沉積作用(臺灣島還未形成)

於現今臺灣西北方的華夏古陸(即中國大陸東南沿海一帶)為廣闊的花崗岩區域，源自西北方高地的河流流經此處，且日以繼夜的侵蝕花崗岩陸地，並挾帶大量半透明至乳白色的石英砂、伊來石及高嶺土等沉積物向東南方流入古太平洋，在海陸交界附近的淺海平坦之大陸棚上沉積，形成許多「洪泛平原」（flood plain）。在洪泛平原上有許多規模大小不一的河道、沼澤、沙灘以及三角洲 (圖9)，因而堆積成「五指山層」。


圖9.河流挾帶石英砂、伊來石及高嶺土等沉積在大陸棚上，形成許多洪泛平原(取自：臺北市政府建設局)。

五指山層沉積完成後，可能沉積盆地持續緩慢下沉，所以在五指山層之上又陸續堆積了數千公尺厚的較年輕地層(包括：木山層、大寮層、石底層、南港層、南莊層、桂竹林層…等)(詳見圖10)，使五指山層深埋於地下；再經過漫長地質時間的岩化(成岩)作用，終於變成堅硬的岩層。


圖10.臺北盆地的地層時間序列(取自：臺灣大學地質學系)。

由於洪泛平原的河口處，均是長滿水草的沼澤地，於是海岸邊的淺灘與砂洲就沉積了雪白的「石英砂岩」；沼澤區的植物一旦死亡，就會堆積成「煤層」。「煤層」與「石英砂岩」交互疊置，就深埋在岩層內。 這種沉積和交互疊置的過程，歷經長久時間之後，終於形成很厚實的沉積岩層。「北投貴子坑岩壁」上所看到的「石英砂岩」與「煤層」(圖11)，便是海底沉積再經造山運動而成為臺灣島的一部份。


圖11.北投貴子坑岩壁上所顯現的岩層(取自：臺北市政府建設局，1995年)。

（二）500萬年前：蓬萊造山運動（臺灣島形成） 原本位在東南方的菲律賓海板塊逐漸往西北方移動，以致和相鄰的歐亞大陸板塊造成擠壓(圖12)；向西北方擠壓過來的菲律賓海板塊就像推土機，將原本堆積在大陸棚上幾乎呈水平沉積的岩層，造成彎曲甚至隆起，慢慢地露出水面，終於形成臺灣島(圖13)；這次劇烈的擠壓過程，地質學家稱為「蓬萊造山運動」。


圖12.歐亞板塊與菲律賓海板塊交界之海底地形圖(取自：中央大學航太遙測中心)。


圖13.臺灣附近大地構造示意圖（取自：鄧屬予，2002年）。

被擠壓的岩層，因傾斜、彎曲，而成為「褶曲」(Folding)構造 (圖14)；有的破裂成「節理」。「北投貴子坑岩壁」所顯現的「褶曲」構造(圖15)，即見證「蓬萊造山運動」的巨大力量。


圖14.褶曲(Folding)構造(取自：臺灣大學地質學系)。


圖15.北投貴子坑岩壁呈現彎曲及傾斜狀的「褶曲」構造，乃是「蓬萊造山運動」所致(取自：臺北市政府建設局，1995年）。

臺灣島一方面受到板塊的相互擠壓，逐漸隆起而升高：另一方面，又受到風化及侵蝕作用而慢慢夷平。近百萬年來，菲律賓海板塊每年約以7~8公分的速度，向西北方推擠；而中央山脈每年約上升0.5～1.0公分。使臺灣島成為全球變形速率最快的地方。

（三）280~80萬年前：大屯火山群噴發

當火山爆發時，由地下噴湧而出的物質，經凝結之後所生成的岩石，統稱為「火成岩」；依噴出物質形態或產生方式的差異，又可分成兩類：（1）熔岩流--由地下流體的岩漿噴湧到地面後，再凝結成岩石；（2）火山碎屑岩--火山爆發時，由於地下壓縮氣體的猛烈衝擊，將地底下炙熱的部分岩漿或覆蓋在地表的岩石衝破成碎塊，並拋射入空中；待衝力耗盡，這些大小不一的碎片就降落到地面而堆積成層，統稱「火山碎屑拋出物（airfall volcanic pyroclastic ejecta）」。

距今約280萬年前，臺灣北部開始出現大規模火山噴發，其後可能一度趨於沉寂；到約80萬年之前，火山再度活躍，活動範圍及規模更為顯著，終於在臺北盆地以北至北海岸之間產生約二十餘座火山。當時噴發的火山有陽明山的大屯火山、觀音山、基隆火山，均稱為「大屯火山群」；而貴子坑就是位於「大屯火山群」的邊緣地帶。

大屯火山群在80萬年前噴發最為劇烈，同時噴出大量的「火山碎屑拋出物」；包括：安山岩角礫、凝灰角礫岩、火山角礫岩、火山塊、火山彈、火山灰…等，並向周圍的低地漫流和堆積。

根據中央地質調查所製作的地質圖（五萬分之一）顯示，「貴子坑水土保持教學園區」附近多為「火山岩流」及「凝灰角礫岩」（圖16）；而「凝灰角礫岩」也覆蓋在「北投貴子坑岩壁」的「石英砂岩」（五指山層）之上方。至此，貴子坑的岩層及地質構造就已經底定。


圖16.貴子坑水土保持教學園區附近的地質分布圖(取自：中央地質調查所，張三芳老師重新繪製)。

(四)80萬年~至今

大屯火山群和觀音山的火山活動，可能延續到大約二、三十萬年前方告平息。在這段期間，貴子坑的岩層不斷地受到風化和侵蝕作用，於是原本隱藏在地底下的地質景觀才逐漸露出，這就是我們目前所看到的「北投貴子坑岩壁」。

以上的演進過程，為我們闡述數千萬年來臺灣島及北投貴子坑（臺北最古老的五指山層）形成機制的精彩故事。

 四、北投貴子坑的岩層分布

「岩石」可分為「沉積岩」、「火成岩」及「變質岩」三種。「沉積岩」是構成地殼表層最主要的岩石；「火成岩」是岩漿或熔岩因冷卻而凝固所形成的；「變質岩」則是地球上既有的岩石(原岩)受到地底下的高溫(約150~1,000°C)和高壓(約2~20個大氣壓力)共同作用所形成。

北投貴子坑的岩層(圖17)是由「石英砂岩」（沉積岩，屬五指山層)、「煤層」和「凝灰角礫岩」共同堆疊而成。圖18則為「北投貴子坑岩壁」的露頭全景，我們可以很清楚的看到「五指山層」及「凝灰角礫岩」的分布和結構。


圖17.北投貴子坑的岩層分布：（A）凝灰角礫岩、（B）煤層、（C）石英砂岩、（D）褶曲(取自：臺北市政府大地工程處，2013年)。


圖18.北投貴子坑岩壁出露之五指山層露頭全景，頂部呈暗灰色者即為凝灰角礫岩（取自：黃鑑水，2007年）。

簡單說明如下：

（A）凝灰角礫岩（80萬年前）

位於貴子坑岩壁的最上層，覆蓋在白色的石英砂岩上方，呈暗灰色，即是「凝灰角礫岩」(其中的礫石多為「火成岩」的「安山岩」)；也就是大屯火山群在80萬年前噴發時所形成的。

（B）煤層（2,400~3,000萬年前）

在白色石英砂岩中，有薄薄的黑色夾層，就是煤層；是古代植物/漂流木殘骸深埋地層所形成的。由於煤層相當的薄，無開採價值。

（C）石英砂岩（3,000萬年前）

位於「北投貴子坑岩壁」的最底層，呈現灰白色或乳白色，略帶透明，是由砂粒堆積而成的沉積岩。砂粒中含有石英礦物，所以稱為「石英砂岩」；用手觸摸砂岩，可感覺到砂粒膠結在一起的粗糙感；且含有少量的白色「伊來石」和「高嶺土」（俗稱：北投土）(圖19)，是製造陶器及瓷器的主要原料。


圖19.北投貴子坑的岩層主要由石英砂岩構成，含有伊來石及高嶺土，是製造陶瓷的原料(陳正改拍攝)。

（D）褶曲--蓬萊造山運動的結果

當沉積岩堆積時，大致呈水平狀；一旦受到外力擠壓，就會傾斜甚至彎曲。仔細觀察「北投貴子坑岩壁」(圖15及圖17)，可發現最底層的「石英砂岩」呈現「彎曲」狀，地質學稱為「褶曲」作用(圖14)。此岩壁的「褶曲」構造，就是「蓬萊造山運動」的結果，也是臺灣島形成過程最有力的證據。

 五、結語

北投擁有獨特的人文氣息和文化特色，是個山明水秀、交通方便、古蹟到處、溫泉遍布的所在，適合居家、休閒、度假、旅遊的寶地。 處於北投西北隅的「臺北市貴子坑水土保持教學園區」位於秀山里境內，是一個可供各級學校師生及社區民眾觀摩、學習和體驗水土保持工法、地球科學、生態環境以及防災教育等設施的最佳場域；園區內擁有數千萬年歷史的「北投貴子坑岩壁」，可為我們述說及見證臺灣島的前世與今生。值得前往，一探究竟。