一九九八◆九月秋季 《第七期》

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台西及麥寮地區的地層下陷

賈儀平／台灣大學地質科學系

　　過量抽取地下水所導致的地層下陷現象發生於世界各地，其中最嚴重的墨西哥市，近百年來的下陷量已超過10公尺，美國加州聖瓦金谷從1925至1977年下陷了將近9公尺，日本已有超過40處地區出現地層下陷，中國大陸的天津市及上海市則是地層下陷的新興要角。

　　近年來台西及麥寮地區水井的開發已深達300公尺以上，深處地層的下陷量迅速增加，政府相關單位宜正視深井開發的威脅，並謀求因應之道。防止繼續下陷的最佳方法為減少地下水的抽用，但可能對於既有的農業發生衝擊，因此尋找替代水源及發展水資源消耗較少的產業，成為防止地層下陷努力的方向。

　　台灣地區的地層下陷主要發生於台北、宜蘭、彰化、雲林、嘉義、台南、高雄、屏東等縣市，地層下陷的面積總計達1,057平方公里，約佔平原地區面積的十分之一之多，其中台北盆地的地層下陷已漸趨緩和，但西南及南部濱海地區仍在持續下陷中。

大雨過後，地層下陷區較低窪的民宅浸泡在積水之中，積水久久無法消退。

　　地層下陷最主要的原因為人們過度抽取地下水。

　　由於地層的重量，是由土壤中顆粒之間的有效應力，和孔隙中的地下水壓共同支撐的。抽取地下水會降低地下水壓，同時部份原本由水壓承載的地層重量，轉由土壤顆粒來支撐，使得顆粒間的有效應力增加，因此，土壤體積會被壓縮，使孔隙率逐漸減少，此過程稱之為「壓密現象」。

　　由於泥層較容易被壓密，所以地層壓密多發生於含水層中間夾的泥層，和上、下方鄰接的泥層。

　　除此之外，其他人為活動，包括開發石油、天然氣、地熱，有機土壞的排水或高樓大廈的興建也可能引發地層下陷；而地下施工或採礦如可能造成突發性的地面塌陷，數小時內即可下陷數十公分，甚至數公尺之多。

　　地層下陷也可能肇因於自然的因素，包括板塊運動、火山運動、地震、岩溶作用、地層解凍等，其中火山、地震活動可能造成突發性的下陷，而板塊運動所導致的下陷則相當緩慢，以台灣西部為例，其每年下陷速率不及0.1公分。

　　以下便以地層下陷相當嚴重的台西及麥寮地區為例子，來說明地質學家是如何得知地層下陷的情況，以及如何預測未來的下陷情形。

　　台西鄉及麥寮鄉位於雲林縣西北部，介於濁水溪及舊虎尾溪之間，是地勢相當低平的農業區。

　　本區80%的年雨量集中於5月至9月，而10月至翌年4月頗為乾旱，地面供水不足，因此乾季一向需要抽取少量地下水以灌溉農作物。但是近二十年來，養殖漁業在此蓬勃發展，大量抽取地下水做養殖之用的結果，導致地下水位急劇下降20至25公尺，地層的累積下陷量估計已超過2公尺。

由衛星影像圖可看出，雲林濱海地區養殖魚池（黑暗地帶）遍布，
尤以西北部的台西鄉及麥寮鄉分布最廣泛。

　　近年來地層下陷引發了海水倒灌、土壤及地下水鹽化、建築物沈陷或棄置，以及排水設施與海堤喪失功能等問題，不但對本區民眾生命財產造成相當的威脅，而且對海岸地區國土資源保育及濱海工業區的發展也有極為嚴重的影響。
 

養殖業為保持魚塭水質及氧氣的供應，要經常打氣及抽取地下水。

　　下圖顯示麥寮鄉中山站從民國57年到83年的地下水位記錄，由其歷年變化趨勢可看出以下特徵。

　　下圖顯示的是雲林縣西部的地下水位分布：

• 在台西鄉及麥寮鄉、四湖鄉及口湖鄉濱海地區的地下水位最低，儼然形成兩個區域性的水位沈降中心，推測這兩處是養殖漁池密集且抽水量最高的地區。
• 台西鄉及麥寮鄉地層下陷最嚴重的地區，可能是位於新虎尾溪口附近之濱海地區。

　　台西及麥寮地區現有許多鑽孔的地層柱，但是因為記錄者對沈積物的性質認定標準不一，記錄的詳細程度也各不相同，使得各地層柱之間，難以進行合理的比較，以研判地層的層序和分布狀況。

　　因此，便藉由電阻、孔徑、電磁感應、密度、溫度、中子、導電度、自然伽瑪等井測儀，在井內進行偵測地層特性，以了解在垂直方向上的連續變化。

野外井測操作

　　台西及麥寮地區之地層平緩且具相當程度之連續性，因此預期整個台西鄉及麥寮鄉濱海地區的地層下陷趨勢類似，下陷量亦相當接近。

　　我們利用在後安、和豐與海園所得到的核子井測記錄，來比較三個地點的砂層及泥層的分布狀況，並分析地層的連續性。分析結果可以推知以下幾點：

1. 地下55至60公尺以內的地層係以泥層為主；
2. 地下90-100、160-190及210-230公尺為連續性較佳且透水性較高之砂層。

註：NGAM=自然伽瑪井測　LSD=密度井測 　LSN=中子井測

　　台西地層下陷觀測站記錄了深度173公尺內詳細的地層柱、分層下陷量及地下水位資料。此觀測站共裝設了十三個量測沈陷元件，可分為觀測地表至地下 173公尺不同深處的下陷量。歷年下陷記錄指出：

1. 下陷元件1至10所測得之下陷量遠大於元件11至13之下陷量，可見得近年的淺處的地層並無明顯的下陷趨勢，下陷幾乎都發生在深於地表下52公尺的地層。
2. 台西近年的地表水準檢測指出，地表之總下陷量高於地表下173公尺之內分層地層下陷量的總和。下陷記錄的差異指出，深於173公尺的地層下陷量逐漸增加，83年以後已超過總下陷量的一半，因此深井開發對地層下陷的影響愈趨嚴重。
3. 台西站分層下陷元件所偵測的下陷量有逐年減緩的趨勢。此項觀測資料顯示，地表下173公尺以內的地層己接近完成壓密的狀態，下陷也逐漸趨緩，但是深部的地層可能仍處於初期壓密的狀態，因此在水井逐漸加深的狀況下，本區的地面沈陷仍將持續進行。

　　台西地層下陷觀測站並觀測了五個不同深度的地下水位：

• 台西的地下水面約為1.5公尺深，歷年水位記錄顯示深度26、40及72公尺另有三個不同的水位，且隨深度遞減。
• 由以上水位的不同，推測本區淺處含水層較薄，且被泥層阻隔；但是72公尺、99公尺及169公民深處之地下水位頗接近，而且變化極類似，推測其間之水力連通性良好，宜視為同一個含水層，也是本區最主要的含水層。

　　如果能預測以後還會下陷多少，那麼下陷區的民眾就能決定蓋房子要墊高多少、離島工業區的基地可以確定要填多高、政府可以規劃海堤要加高多少，也比較知道要如何防止地層下陷，所以大家都希望專家們能做出一些準確的預測。

　　根據台西地層下陷觀測站記錄詳細的地層柱、分層下陷量及地下水位資料，地質學家因此便於民國82年建立了台西地層的下陷模式，並以有限元素法進行模擬分析。計算出來的結果首先經由民國78年5月81年5月的各項記錄加以驗證，然後再進行預測、分為民國81年5月至84年5月在深度173公尺之內的地層下陷量。

　　接著，到了民國85年再檢視預測模擬的成果。地質學家從成果中發現先前地層下陷的預測結果和實際觀測的下陷量頗為相近──在三年期間現地觀測的累積下陷量為14.2公分，而預測模擬結果則為13公分。此項工作雖然證明了地層下陷模擬預測相當可行，但是監測範圍以外（深於173公尺）的地層下陷愈趨嚴重，卻無任何觀測資料可以提供模擬分析，所以至今仍未能預測台西地區整體的下陷量。

　　由於地層下陷的模擬預測相當可行，近年來水資源局及工業局在雲林濱海地區陸續增設了多口300公尺深的地層下陷觀測站，以記錄深處的分層地層下陷量，期能掌握並預測台西及麥寮地區未來的地層下陷狀況。總之，若能掌握完整的歷年分層下陷資料、地下水位記錄與地層之特性，地層下陷的預測將是一項可行的工作。

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