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解讀大自然的地震紀錄器－
北港溪上游斗六丘陵區河流坡度的空間變化分析
摘要
政府於斗六丘陵區規劃建造的湖山水庫，吸引了相關領域人士的關注，由於斷層的活動
對壩址及週遭地區的居民都有極大的影響，因此住在雲林縣的我們想知道斗六丘陵一帶的斷
層等地質構造的活動性高低。而河流地形特徵的形成也會受到構造活動的影響，所以本研究
想藉由斗六丘陵區河流坡度的計測，來探討斗六丘陵區的地質構造活動性的空間變化。
我們以二萬五千分之一的地形圖為底圖，運用 GIS 軟體建立北港溪上游斗六丘陵區的河
流地形資料，再以 Excel 軟體計算河流坡度。我們由相關文獻得知斗六丘陵區的石牛溪集水
區，地層抬升量較大，構造活動性較高，所以選擇石牛溪附近為測試區，分別計測測試區內
一級河、二級河、三級河、一+二級河（由一級河源頭計測至二級河尾端）以及一+二+三級
河（由一級河源頭計測至三級河尾端）的河段坡度。經分析各級河河段坡度與河流高度、河
流長度的關係後發現，三級河及一+二+三級河之河段坡度與河段高度呈現明顯正相關，相關
係數達 0.7，而一+二+三級河河段坡度與河長度則呈現負相關，相關係數亦達 0.7。可見三級
河及一+二+三級河之河段坡度受計測河段所處的高度、計測河段的長度等非構造因素影響很
大，所以我們不採用三級河和一+二+三級河河段坡度的空間分布來推論研究區構地質造活動
性的空間變化。
我們繪製了測試區一級河、二級河和一+二級河之河段坡度空間分布圖，並和構造線圖
層、地層圖層做疊圖分析。結果發現不論是一級河、二級河或一+二級河之河段坡度的空間分
布，受地層種類的影響都不大。一級河之河段坡度空間分布較為複雜，有些坡度高或坡度低
的河段難以用構造活動解釋，二級河和一+二級河之河段坡度空間分布則較為單純，坡度高區
和低區的空間變化大致和構造線的分布有關。因此我們決定以一+二級河為計測標準，計算、
繪製全研究區的河流坡度空間分布圖。
由全研究區的河流坡度空間分布和構造線的疊圖分析，我們發現斗六丘陵南段的大尖山
斷層附近河流坡度最高，另外九芎坑斷層東側（上盤）、小梅背斜中段、內磅斷層附近及林內
背斜東側也有河流坡度較高的現象。而九芎坑斷層西側（下盤）一帶則出現明顯的坡度低區，
顯示此區地質具有沉陷的特性。相對於斗六丘陵南段河流坡度極高區和極低區的劇烈變化，
斗六丘陵北段的河流坡度變化則較為和緩，多數地區的河流坡度屬於中等偏低的等級，顯示
斗六丘陵北段的地質構造活動性相對比丘陵南段來的低。規劃中的湖山水庫預定地，位於斗
六丘陵北段，附近河流坡度中等偏低，推測該地位於構造活動性相對較低的區域。
關鍵字：斗六丘陵、北港溪、河流坡度、地形指標
1
解讀大自然的地震紀錄器－
北港溪上游斗六丘陵區河流坡度的空間變化分析
一、前言
（一）研究動機：
台灣位於東亞島弧，斷層帶多，地震不斷。2006 年 3 月 9 號中午雲林古坑發生規模 5.3的強震，學校因窗戶震動造成巨響引發一場虛驚，據報縣府大樓設備也稍受毀損。政府規劃
中的湖山水庫，位於雲林縣斗六丘陵區，壩址位於北港溪上游。保育人士除質疑該水庫完成
後會影響八色鳥的棲息外，也對壩址附近的斷層活動性有許多疑慮，因此引來許多的爭議。
這引發我們想對斗六丘陵區地質構造的活動性作一探討，看看斗六丘陵區何處的構造活動性
相對較高，相對地該地發生地震的機率也可能較高。由於河流地形的發育會受到斷層、褶曲
等地質構造活動的影響，而有不同的地形特徵，所以本研究想藉由斗六丘陵區河流地形特徵
的計測，來探討北港溪上游斗六丘陵區的地質構造活動性的空間變化。
（二）研究目的：
1.計算、整理北港溪上游斗六丘陵區不同河流等級河段坡度的空間分布
2.討論不同等級河流之坡度空間分布與地質構造間的關係
3.由斗六丘陵區之河流坡度的空間分布探討該區之地質構造相對活動性
（三）研究器材：電腦、Mapinfo（GIS 軟體）、Excel 軟體。
二、研究過程與結果
（一）文獻探討
1.地質構造的種類及特性影響地形面貌的成因有內營力及外營力，其中內營力的作用不斷地形成各式各樣的
構造，這些構造因觀察焦點不同而有空間尺度上的大中小之分，大者如大陸、海盆；中者
如山脈、裂谷；小者如山丘、斷層崖（表 1）。本研究欲經由計測河流的地形特徵，來推
論斗六丘陵地質構造的空間變化，因此本研究關注的活動構造集中於前述的中尺度及小尺
度構造。
表 1 地形觀察的空間尺度
等級 觀察尺度 例子
1 ＞10000km 大陸、海洋盆地
2 1000－10000km
3 10－1000km
4 10－1000km
地體構造單元
tectonic units
沉積盆地、山脈、火山、
斷塊山地、海溝
2
5 1－10km
6 100－1km
7 10－100m
侵蝕－堆積單元
erosional-depositional units
三角洲、山麓、沖積平
原、沖積扇、海階、沙丘、
蝕溝
8 1－10m
9 10cm－1m
10 1－10cm
地形作用單元
geomorphic process units
山坡、河段、河中洲、水
潭與淺灘、灘尖、河成或
風成漣痕、冰蝕擦痕
（Baker，1986，引自 Keller and Pinter，1996）中、小尺度的活動構造依地層的表現型式大致可分為逆斷層、正斷層、平移斷層、
向斜、背斜（圖 1）。其中逆斷層為上盤逆衝至下盤上方的構造，背斜為地層遭隆起的現
象，這兩種活動構造大致會造成地形隆起與抬升；正斷層為上盤沿斷層向下陷的構造，向
斜為地層摺曲後向下凹陷的現象，此兩種活動則會造成地形張裂與沉陷；至於地形與平移
斷層的反應則視地表位置與造成斷層的相對應力有關（鄭光佑，2002）。
圖 1 斷層的基本類型，摘自 http://www.cmgsh.tp.edu.tw/~earthman/picture94/geo_008.htm
2.影響河流地形的因素地形受到構造、營力、及時間三要素的影響。構造要素包括岩石種類（岩性）、岩層
排列、岩層變位。營力要素可分為內營力、外營力、地外營力（南一版地理課本第一冊）。
因此影響河流地形特徵的因素，大致可分為構造活動的抬升或沉陷、流域水文侵蝕能力及
流域的抗蝕特性。構造活動提供了地形起伏的內在動力，流域水文侵蝕能力的強弱則與流
域當地的氣候、降水條件有關，至於流域抗蝕能力的大小則與流域之岩層性質有關。這三
大因素（構造、岩性、氣候）交互影響、形塑流域的地形特色，河流的地形特徵其實是這
三種因素的綜合表現（鄭光佑，2002）。因此釐清各種因素對河流地形特徵的影響，將河
流地形特徵中的非構造因素排除，才有可能正確的藉由河流的地形特徵來推論構造活動
性。
3.由河流地形計測指標推論地質構造的活動性
3
地形學家設計的計量地形描述方法，可以表現地形的某種特徵，通稱為地形計量指
標（Geomorphic Index）。由於地形特徵會受到構造活動的影響，所以透過地形計量指標與
活動構造關係的探討，可以間接推論活動構造的活動性（Keller and Pinter，1996）。
4.河流坡度與地質構造的關係Keller and Pinter，1996 中提到美國加州的一個研究經驗（圖 2），從圖 2 可知抬升速
率較高的地區其河流坡度也相對較大，例如 Big Flat；抬升速率較低的地區其河流坡度也
相對較小，如 Whale Creek（圖 2）。但是圖 2BDeHaven Creek 處的地表抬升速率較低，卻
仍有較高的河流坡度，故影響河流坡度變化的因素應該不只抬升速率而已。
另外由圖 2B 中，我們可以發現一級河的坡度最大，且其坡度變化量也最大；二級河
的坡度次之，坡度變化量也排名第二；三級河的坡度最為平緩且其坡度的變化量也最小。
可見一級河坡度受地表抬升率影響最大，河流等級越高的河流其坡度受地表抬升率的影響
越小（圖 2）。Keller and Pinter，1996 對於上述的現象提出了一個解釋（圖 3），圖 3 中一
級河的水量最少侵蝕力量也最小，所以地形抬升後受侵蝕的量較少，坡度也因此較陡；二、
三級河的水量較多侵蝕力較強，所以地形抬升後受侵蝕的量較多，坡度也因而較平緩。
圖 2 地表抬升率與河流坡度的關
係，圖中橫軸表示水平距離，圖
A 的縱軸為地表抬升率，圖 B 的
縱軸為河道坡度，圖 B 最上方的
曲線為一級河的坡度資料，中間
及最下方的曲線則分別代表 2、3級河的坡度資料。（摘自 Kellerand Pinter，1996。）
4
圖 3 不同河流等級之河段受地表抬升及河流侵蝕力的交互作用下所呈現的河流坡度變化示
意圖。圖中 1st order 表一級河的河段，2nd order 表二級河的河段，3rd order 表三級
河的河段。圖中下方的箭頭表地表抬升量，上方的箭頭表河侵蝕，箭頭長度表示侵蝕
能量的大小（摘自 Keller and Pinter，1996。）。
5.斗六丘陵區的河流地形相關研究馮鈺棋，2003 調查斗六丘陵區的河階及沖積扇的分布與特徵，檢視雲嘉地區地形面與
活斷層的分布及特徵。該研究指出位於斗六丘陵區的石牛溪北側河階成背斜彎曲，上盤河
階階數較下盤為多，據此推論九芎坑斷層頗為活躍。
陳彥傑、宋國城，2001 以河流坡降指數分析中部與嘉南地區之十六條東西向河流，
其中北港溪流域的虎尾溪及三疊溪的河流坡降指數顯示，位於斗六丘陵區的觸口斷層及九
芎坑斷層附近區域有較高的地殼抬升量。
5
（二）研究流程
主要研究目的 以河流坡度推測斗六丘陵的地質構造活動性
研究區河流地形資料的建立
全研究區河流坡度的空間變化
推論斗六丘陵地質構造活動性的空間變化
測試區測試1. 選擇研究區內有前人研究證實構造活動性
的地區作為測試區。
2. 討論河流高度、長度與河流坡度的關係
3. 繪製不同河流等級之河段坡度空間
分布圖。
4. 將不同河流等級河段坡度分布圖與地質構造線、地層圖層做疊圖分析
排除河流
高度、長度
對河流坡度的影響
選擇一合適推論構造活動的河流等級坡度分布圖
6
（三）研究區簡介
1.研究區位置：本研究區位於北港溪流域上游斗六丘陵區。北港溪流域位於濁水溪冲積扇以南，流
貫於雲林縣境內。北港溪主流的上游稱為虎尾溪，虎尾溪上游有多條支流由東南向西北匯
入。除了虎尾溪諸支流外，北港溪的另一支流－三疊溪也由東南向西北注入北港溪主流（圖
4）。
圖 4 北港溪水系及研究區範圍圖，圖右上方的長方框為研究區大致範圍
2.研究區的地形、地質概況
（1）研究區地形概況及北港溪水系分布概況研究區位於斗六丘陵區，由丘陵區向西地勢逐漸降低（圖 5）。北港溪上游各支流
發源於斗六丘陵，源頭高度約 500m。上游坡度較陡，中下游則河床標高都在一百公尺
以下，地勢平緩，中段淤積嚴重，土質鬆軟，水道曲折，因此水路常改道。北港溪上
游地區之山坡地大量開發，山坡上之原生植物及地表覆蓋物被砍伐殆盡，且未做好水
土保持工程，大量土石常隨著雨水及灌溉用水流入主、支流溪中。
北港溪水系以虎尾溪為主流，由北而南分別有石榴班溪、林子頭溪、埤子頭溪、
海豐崙溪、石牛溪、大湖口溪、華興溪、三疊溪等支流匯入，北港溪各支流流向約略
為東南向西北，各支流流路略為平行。主流流長 82 公里，流域面積 645 平方公里，流
經雲、嘉 19 鄉鎮，於口湖鄉出海。（摘自 http://www.chinatimes.org.tw/features/river-new
/rivers/自然河川網站）
海豐崙溪
大湖口溪
石牛溪
石榴班溪
埤子頭溪
華興溪
林子頭溪
7
圖 5 研究區地形圖（圖中紫色區域為研究區大致範圍，該紫色區域的西界為 100m 等高線，
東界為北港溪水系和清水溪水系的分水嶺，圖中淺綠色點為研究區附近 1999~2006 年
地震震央位置，紫色點為 2006/3/9 古坑強震的震央位置）。
（2）研究區的地質概況
斗六丘陵位於外麓山帶，有一系列近北北東－南南西走向的逆衝斷層－褶皺，彼
此平行呈覆瓦狀構造排列構成的褶皺衝斷帶，逆衝斷層與褶皺受近東西向或西北－東
南向的橫移斷層錯斷。桐樹湖斷層與九芎坑斷層皆為麓山帶前緣的逆衝斷層，分隔麓
山帶與海岸平原兩個地質分區（圖 6、圖 7，馮鈺棋，2003）。斗六丘陵及其以東地區所出露之岩層以第三紀中新世晚期至第四紀更新世之沉
積岩為主。主要有頭嵙山層、紅土台地堆積層、階地堆積層與沖積層等（圖 6、圖 7）。第四紀更新世及全新世之未固結岩層則分布在斗六丘陵以西地區和主要河流之兩岸。
其地層、地質時代及一般性質列於表二，地層及構造線之分佈則繪於圖 6。大尖山－
觸口斷層以北北東走向縱貫斗六丘陵東部至中部，本區有眾多斷層將東部山區切割為
許多構造單位，並形成許多褶皺（圖 6、圖 7，劉桓吉等，2004）。
清水溪
濁水溪
三疊溪
石榴班溪
石牛溪
斗六市
朴子溪 嘉義市
6km
北港溪
虎尾溪
8
表 2 雲林圖幅地層表
時間 地層 特性
全新世 沖積層 礫石、砂及泥土
階地堆積層 礫石、砂及泥土
紅土礫石層 頂部為紅土，主體為礫、砂及泥土
火炎山礫岩 礫岩夾疏鬆塊狀砂層
頭嵙山層香山砂頁岩
疏鬆層狀或塊狀細粒砂岩，夾薄層頁岩及薄帶狀
砂岩頁岩互層，隨處夾薄層礫岩、石灰岩砂岩更新世
卓蘭層
細粒層狀或塊狀砂岩，夾薄層頁岩及砂岩頁岩互
層，部分砂岩為石灰質
上新世錦水頁岩
上部及下部為厚層塊狀頁岩；中部為砂岩及頁岩
互層
大窩砂岩細粒至粉砂質砂岩，相當堅硬緻密。夾薄層頁砂
岩
十六份頁岩厚層塊狀砂質頁岩，洋蔥狀節理發達，夾薄層砂
岩
桂竹林層
關刀山砂岩 細粒至粉砂質厚層塊狀泥質砂岩，層理不明顯
中新世南莊層
細粒砂岩與頁岩之互層；砂岩薄層至厚層塊狀；
層理良好，堅硬緻密
資料來源：劉桓吉等，2004
9
圖 6 雲嘉地區地質圖（摘自馮鈺棋，2003），地圖右上方的長方框為圖 7 地質圖的大致範圍。
斷層
河
背斜
向斜軸
沖積層台地堆積紅土台地堆積頭嵙山層火岩山頭嵙山層香山卓蘭層景水頁桂竹林南莊層
10
圖 7 研究區地質圖（數化自中央地質調查所五萬分之一地質圖雲林圖幅，圖中大尖山斷層南
段即為圖 6 之觸口斷層）
全新世
更新世
上新世
卓蘭層:砂岩,泥岩,頁岩互層
錦水頁岩:頁岩夾薄層砂岩
南莊層:砂岩及頁岩互層
中新世
桂竹林層十六份頁岩段:頁岩夾薄層砂岩
桂竹林層關刀山砂岩段:泥質砂岩夾頁岩
桂竹林層大窩砂岩段:泥質砂岩,砂岩及頁岩互層
紅土台地堆積層:紅土化之礫石,砂,夾砂及粉砂之透鏡體
頭嵙山層火炎山礫岩段:礫石夾砂岩之透鏡體
頭嵙山層香山砂岩段:砂岩,泥岩及頁岩
背斜
向斜
沖積層:礫石,砂及粘土
階地堆積層:礫石,砂及粘土斷層線
大尖山斷層
小梅背斜
桐樹湖斷層
林內背斜
內磅斷層
九芎坑斷層
大尖山斷層
清水溪
石牛溪
斗六市
虎尾溪
三疊溪
11
3.斗六丘陵附近地區的地震統計資料我們利用中央氣象局網頁，將 1999~2006 年震央位於雲林、嘉義一帶的地震整理出
來。並依據各震央的經、緯度資料，把震央的位置用 GIS 畫在研究區地形圖上（圖 5）。經統計近八年來震央在斗六丘陵附近的有感地震共有 117 次，由圖 5 可以發現這些發生於
斗六丘陵區的地震，震央主要分布在斗六丘陵南段。
（四）北港溪不同河流等級河段坡度空間變化的地形意義分析
1.河流等級的界定自河川源流到最初匯集點一律為一級河，兩條一級河匯流後稱為二級河，兩條二級
合匯後成為三級河，以此類推（圖 8）。河川由各級河流匯構成一完整水系，但相同 n 級
級河才能匯流成 n＋1 級的級河，例如二級河與二級河匯流成三級河，而三級河和二級河
匯流之後依舊是三級河（龍騰版地理課本第三冊）。
圖 8 河流等級定義示意圖
2.各級河流的坡度計算我們在 GIS 軟體 MapInfo 中利用等高線地形圖電子檔建立河流地形的資料，再利用
Excel 軟體計算河段坡度，其步驟如下：
A.在 MapInfo 裡開出等高線地形圖檔當底圖，如圖 9A。
圖 9A 研究區中某一地區的等高線地形圖
12
B.等高線成 v 字型且其尖端指向上游的地方為河道流經的地方，我們在等高線 V 字型的頂
點，順著河流由上游向下游建立點物件，如圖 9B。
圖 9B 在等高線地形圖上沿著河流建立點物件
C.利用 MapInfo 之功能擷取上述點物件的座標資料，利用等高線讀取點物件的高度資料，
建立該河段的屬性資料表（表 3）。D.將屬性資料表從 MapInfo 匯出成文字檔，再用 Excel 軟體計算該河段的坡度（表 3）。
表 3 一河段之點資料表，表中 x、y 為資料點的台灣二度分帶座標，z 為資料點的高度，d 為
兩相鄰資料點的距離，累加 d 的最後一筆資料為該河段的總長度，slop1 表示該河段的
坡度。
ID x y z d 累加 d slop1
1 211331.1 2612077 730 0 0 29.15%
2 211309.8 2612077 720 21.27 21.27
3 211288.6 2612077 710 21.27 42.54
4 211265.6 2612074 700 23.2906 65.8306
5 211231.9 2612074 690 33.67 99.5006
6 211201.7 2612074 680 30.14 129.6406
12 211003.3 2612114 620 35.88076 337.8041
13 210978.5 2612129 610 28.56768 366.3718
14 210962.5 2612145 600 22.54964 388.9214
15 210932.4 2612166 590 36.87553 425.7969
16 210886.3 2612199 580 57.05647 482.8534
17 210868.6 2612217 570 25.05279 507.9062
18 210833.2 2612240 560 42.27097 550.1772
19 210801.3 2612277 550 49.00459 599.1817
20 210772.9 2612322 540 52.60019 651.7819
13
3 研究區各河道坡度空間變化的表現方式為了將研究區內各河道坡度的空間變化以地圖表現出來，必須將計算好的河流坡度及
河流座標資料重新匯入 MapInfo 中，再利用 MapInfo 的繪圖功能畫出河流坡度空間分布圖，
其步驟如下：
（1）將一定範圍內各河段的座標及坡度資料匯集成一個 Excel 工作表，如表 4。
表 4 河流坡度彙整示意表，表中 x、y 為河流點資料的二度分帶座標，slop1 為該河段的坡度。
x y slop1
206593.67 2613148.03 0.221173
206593.67 2613183.1 0.221173
206591.82 2613203.4 0.221173
206589.98 2613221.87 0.221173
206584.44 2613240.33 0.221173
206573.36 2613269.86 0.221173
206567.82 2613297.54 0.221173
206562.29 2613314.15 0.221173
206553.05 2613345.54 0.221173
206547.51 2613358.46 0.221173
206519.82 2613400.91 0.221173
206482.89 2613432.3 0.221173
206346.25 2613258.78 0.221173
（2）用 MapInfo 開啟上述的工作表，並利用該檔案的 x、y 座標在地圖上繪製圖點，如圖
10。
圖 10 參與計測河段的空間分布示意圖（以研究區內某一支流集水區為例）
14
（3）利用該檔案的坡度資料，以 MapInfo 繪圖功能繪出該區域的河段坡度空間分布圖，如
圖 11。
圖 11 參與計測河段之坡度之空間分布示意圖（以研究區內某一支流集水區為例）
4.不同河流等級之河段坡度空間變化所呈現的地形意義
（1）選擇一適當的測試區來探討河流坡度與構造活動性的關係我們的研究目的是想由河流坡度的空間變化來推測斷層、褶曲等構造的活動性。理
論上河流坡度較高的地方，地質構造的抬升量也應該較大。但是我們並不確定研究區內
的河流坡度與構造活動的實際關係為何？所以我們先選取研究區內一個較小的區域當
作測試區，而該測試區必須有經前人研究證實活動性較高的構造線。
馮鈺棋（2003）的研究中指出九芎坑斷層地帶變位地形明顯，石牛溪北側河階成背
斜彎曲，九芎坑斷層上盤河階數較下盤多；陳彥傑、宋國城（2001）的研究中指出觸口
斷層與九芎坑斷層具較高的抬升活動性。所以我們選取研究區內的石牛溪河段，且有九
芎坑斷層及觸口斷層（北段為大尖山斷層）通過之地方為我們測試區，檢驗是否該區的
河流坡度隨著斷層線或背斜軸、向斜軸等構造線的位置而有所改變。測試區的範圍如圖
12。
坡度
15
石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪
斗六市斗六市斗六市斗六市斗六市斗六市斗六市斗六市斗六市
大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪
海豐崙溪海豐崙溪海豐崙溪海豐崙溪海豐崙溪海豐崙溪海豐崙溪海豐崙溪海豐崙溪
圖 12 測試區的範圍（圖中方框為測試區的範圍，黑色實線為斷層線，紅色、藍色
實線分別為背斜軸和向斜軸）
（2）河流大小、河段所在位置與河段坡度的關係不同大小的河流因流量不同，侵蝕的能力也有所不同，其坡度表現也可能不同；而
且上游河段和下游河段的坡度也應會有所不同，如圖 2B 中一級河、二級河和三級河的
坡度就有明顯差異。所以我們要以河流坡度來推測地質構造活動性時，必須要選擇大小
差不多，以及上下游位置差不多的河流來比較，這樣才能盡量排除因河流大小、上下游
位置不同所造成的坡度差異。因此我們以河流等級為分類標準，以同一等級的河流來比
較其坡度大小。我們分別比較了測試區內一級河、二級河、三級河、「一+二級河」（由
河流源頭到二級河的尾端）和「一+二+三級河」（由河流源頭到三級河的尾端）的坡度。
測試區內各級河的計測河段數、平均坡度及平均長度如表 5。由表 5 可以發現不同河流
等級的河流大小及其位於河流上、下游的位置也不盡相同。一級河的河流長度最短，三
級河的長度最長，表示其河流大小不同；三級河的平均高度最低表示其位於水系較下游
的位置。由表 5 中可知河長較短的河流（如一級河）其坡度較大，而高度較高的河段也
有較大的坡度，表示位於水系上游的河段其坡度傾向較大。
16
表 5 測試區內不同河流等級測試河段的河段數目、平均河長等資料
一級河 二級河 一+二級河 三級河 一+二+三級河
河段數目 213 54 52 12 11平均河長(M) 372 928 1289 3180 7031平均坡度 21.66% 8.60% 13.26% 3.61% 6.25%河段平均高度(M) 295 263 295 221 314
經由以上的討論，我們認為要利用河流坡度來推論地質構造的活動性時，必須要先
排除河段大小、位置對河段坡度的影響。因此我們進一步做出測試區內各級河流的河段
高度和坡度以及河段長度和坡度的關係圖（圖 13）。由圖 13 可以發現各河流等級的河段
高度與坡度大致成正相關，河段高度越高其坡度也傾向較大。其中一級河、二級河和一
+二級河河段之高度與坡度的相關係數並不高，但三級河和一+二+三級河河段的高度和
坡度的相關係數高達 0.7。可見三級河及一+二+三級河河段的坡度大小，受河段的高度
影響很大，應該不適合作為推論地質構造活動性的依據。
各等級河流河段長度與坡度大致呈負相關，河段長度越長，坡度有越小的現象。但
各級河段長度與坡度的相關係數皆不高（除了一+二+三級河外），顯示河段長度段河流
坡度的影響並不會太大。各級河流中一級河、二級河和一+二級河之高度與坡度、長度
與坡度的相關係數較低，若以這樣的河流等級之河段坡度來推測地質構造活動性時，應
可以排除較多河段高度與河段長度對坡度的影響。
圖 13 測試區各種河流等級之河段高度和坡度及河段長度和坡度的關係
17
圖 13（續）
（3）測試區一級河坡度的空間變化不同河流等級河流的坡度計測，可以視為不同空間尺度的觀察。一級河坡度屬於較
小尺度的觀察，二級河和一+二級河則屬於較大空間尺度的觀察。不同空間尺度的觀察可
能會呈現不同的地形特徵，所以我們分別比較測試區中一級河、二級河以及一+二級河河
段坡度的空間分布和地質構造及岩層性質的關係。看看在測試區中，什麼河流等級之坡度
空間變化和構造活動的關係最密切。
從下圖 14 可以發現測試區一級河坡度的空間變化有以下幾點特徵：
A 河流坡度最高的地區集中在測試區東南方，坡度最低的地區分布於九芎坑斷層以西。以
地形來說測試區東邊屬於斗六丘陵中高度較高的地區，九芎坑斷層以西則進入較為平緩
的平原地帶。
18
B 大尖山斷層附近的河流坡度明顯較高，內磅斷層沿線兩側的一級河也有多處坡度較高的
現象。石牛溪北岸的一級河坡度呈現較高的情形，根據馮鈺棋（2003）的研究石牛溪北
岸河階地形變位明顯，而此處一級河坡度較高的情況，與該研究的結果符合。此外大尖
山斷層和九芎坑斷層之間（及九芎坑斷層上盤）也出現一些河道坡度較高的地區。
C 測試區一級河坡度高低的空間分布，似乎和該地區的岩性關係不大。相同岩性的分布區
其不同一級河的坡度也可能會有明顯的不同，顯示影響河流坡度的因素頗為複雜，一些
零星的坡度平緩區難以用岩性的不同來解釋。
D 由圖中我們可以發現有三帶大致呈東北西南走向的坡度高區及低區，由測試區東南方的
坡度高區開始向西出現一帶坡度低區，再向西又穿插一帶坡度高區及坡度低區，繼續往
西則又有一帶坡度高區及坡度低區的相繼出現（圖 14）。E 我們針對石牛溪的一級河做進一步的整理、分析。依據上述的坡度高區和低區，將石牛溪
水系的一級河分別歸入各坡度高區及低區中，再計算各高區及低區中之一級河的平均坡
度（表 6）。我們繪出石牛溪主流及各坡度高、低區的代表支流的縱剖面，並把各高、低
區一級河平均坡度曲線畫在河流縱剖面圖上（圖 15）。由圖 15 可以發現石牛溪由上游向
下游，其一級河的平均坡度由高變低再升高又降低，呈現波浪起伏的形態。
圖 14 測試區一級河河流坡度的空間變化與構造線和岩性的關係
坡度分級九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層
大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪大湖口溪
石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪石牛溪
大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層
林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜
內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層
19
圖 14 （續）
表 6 石牛溪水系的一級河依其位置及坡度高、低區歸類整理示意表（因篇幅關係僅列出部分）
支流編號 一級河坡度 平均坡度 標準差
p23_0 25.21%東高區 34.04% 7.16%
p23_1 29.15%東高區
p23_2 36.35%東高區
p23_3 42.84%東高區
p23_4 39.23%東高區
p23_5 30.65%東高區
p23_6 29.76%東高區
p23_7 30.68%東高區
p23_8 38.07%東高區
p23_9 32.18%東高區
p23_30 35.23%東高區
p23_31 49.43%東高區
p23_32 23.77%東高區
p23_10 19.05%東低區 15.60% 3.99%
p23_11 11.89%東低區
p23_12 20.86%東低區
全新世
更新世
上新世
卓蘭層:砂岩,泥岩,頁岩互層
錦水頁岩:頁岩夾薄層砂岩
南莊層:砂岩及頁岩互層
中新世
桂竹林層十六份頁岩段:頁岩夾薄層砂岩
桂竹林層關刀山砂岩段:泥質砂岩夾頁岩
桂竹林層大窩砂岩段:泥質砂岩,砂岩及頁岩互層
紅土台地堆積層:紅土化之礫石,砂,夾砂及粉砂之透鏡體
頭嵙山層火炎山礫岩段:礫石夾砂岩之透鏡體
頭嵙山層香山砂岩段:砂岩,泥岩及頁岩
背斜
向斜
沖積層:礫石,砂及粘土
階地堆積層:礫石,砂及粘土斷層線
20
圖 15 石牛溪主流及部分支流縱剖面和各坡度高、低區一級河平均坡度曲線圖
（4）測試區二級河坡度的空間變化測試區二級河坡度的空間變化如圖 16，圖中坡度變化的大趨勢和一級河坡度變化差不
多（圖 14），坡度高區在測試區東方大尖山斷層附近、九芎坑斷層和大尖山斷層之間和內磅
斷層北側，林內背斜東側。較明顯的坡度低區則位於九芎坑斷層西側。坡度最低的兩個河
段皆跨越 100m 等高線，從丘陵區流入平原區。我們認為河流在丘陵區和平原區的主要作用
不同，丘陵區河段相對於平原區河段應有較高的侵蝕力，而平原區河段則以堆積作用為主。
如此把平原區河段的坡度和丘陵區河段的坡度相比較，應該不適合。所以我們把 100m 以下
的平原區河段資料去掉，重新計算河段坡度，並畫出新的二級河坡度空間分布圖（圖 17）。由圖 17 可以發現原本明顯的坡度低區不見了，而各坡度高區的位置不變。坡度相對較
低的地區則出現在林內背斜西側、九芎坑斷層西側一帶。和一級河坡度空間分布圖（圖 14）比較起來，二級河坡度的空間變化較為單純，且和地質構造的性質有所吻合，不像一級河
坡度空間分布圖中有很多零星的坡度高區或低區出現，顯示二級河坡度的空間分布大致可
以忽略一些非構造因素對河流坡度的影響。
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0200040006000800010000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5高度 m坡度
與源頭距離（m）
21
圖 16 測試區二級河河流坡度的空間變化與構造線、岩性的關係（圖中白色圓點表示參
與計測的二級河河段，圖左側的黃色實線大約為為 100m 等高線，線的右側為斗
六丘陵區，左側為平原區。圖中地層圖例請參考圖 14 的圖例）
圖 17 測試區二級河（平原區河段截除）河流坡度的空間變化與構造線、岩性的關係
內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層
大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層
林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜
小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜
九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層測試區二級河純_長的
0.20.070.040.020.01
坡度
內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層
大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層
林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜
九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層
小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜
測試區二級河純_長的
0.20.070.040.020.01
坡度
22
（5）測試區一+二級河坡度的空間變化圖 18 為測試區一+二級河坡度空間分布圖，由圖中可以發現一+二級河坡度的空間變化
趨勢，大致和二級河坡度空間變化差不多（圖 17、18）。測試區一+二級河坡度的空間變化，
也和岩性關係不大，坡度高區大致位於大尖山斷層附近、大尖山斷層和九芎坑斷層之間以
及內磅斷層附近、林內背斜東側等處。九芎坑斷層西側下盤處則有較明顯的坡度低區出現。
和單純二級河坡度分布圖（圖 17）比較起來，測試區一+二級河坡度空間分布圖中的
計測河段的涵蓋範圍較大，且單純二級河的計測河段有些很短，這些超短河段有些形成局
部的坡度高區或低區，可能和構造活動無關。經過以上的測試，我們決定以一+二級河為計
測標準，計測全研究區－北港溪上游斗六丘陵區的河流坡度之空間變化，並藉此推論研究
區地質構造的活動性。
圖 18 測試區一+二級河坡度的空間變化與構造線、岩性的關係（圖中白色圓點表示參
與計測的河段，圖左側的黃色實線大約為為 100m 等高線。圖中地層圖例請參考
圖 14 的圖例）
（五）全研究區一+二級河坡度的空間變化
圖 19 為全研究區一+二級河坡度的空間分布圖，圖中最明顯的坡度高區位於斗六丘陵東
南側大尖山斷層一帶，其他坡度較高的河段則分布於大尖山斷層和九芎坑斷層之間、小梅背
斜中段、林內背斜東側及斗六丘陵最北側一帶（圖 19）。另外，較明顯的坡度低區則分布於
九芎坑斷層北段西側的下盤處，小梅背斜南段東西兩側、林內背斜部分地區也出現坡度低區
（圖 19）。
0.220.150.110.070.03
坡度
內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層
大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層
林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜
九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層
小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜
23
圖 19 研究區一+二級河坡度的空間變化與構造線的關係（圖中白色圓點為參與計測的河
段，紫色實線圍起來的區域為研究區－北港溪上游斗六丘陵區的大致範圍，圖中波
浪狀符號為規畫中湖山水庫的位置）。
（六）由河流坡度推論斗六丘陵的地質構造活動性的空間變化
由上段的討論可以發現研究區內一+二級河坡度的空間變化，和一些已知的地質構造線
有一定的關係。北港溪上游的斗六丘陵區內，以東南側大尖山斷層附近的河段坡度最大，由
於河流地形特徵的形成需要一段時間，由此推測大尖山斷層的活動性可能自古以來就較高，
時常發生地殼抬升，甚至地震，造成此區有較大的河流坡度。九芎坑斷層和大尖山斷層之間
的河流坡度也有偏高的現象，此區位於九芎坑斷層的上盤，而九芎坑斷層為一逆斷層（馮鈺
棋，2003），位於上盤的河流坡度偏高，顯示九芎坑斷層自古以來也時常發生抬升的現象。相
對的九芎坑斷層西側下盤地帶的河流坡度則明顯偏低，顯示此趨勢一個地殼相對沉陷的地區
（圖 19）。相對於斗六丘陵南段河流坡度之大區域的高區、低區的劇烈變化而言，斗六丘陵北段河
流坡度的空間變化就較為平緩，只有一些較局部的坡度高區或低區。就整個斗六丘陵的河流
坡度的空間變化而言，丘陵北段應是構造活動相對較不活躍的地區。而規劃中的湖山水庫預
定地附近的河流坡度中等偏低，附近雖有林內背斜、桐樹湖斷層經過，但依據本研究的河流
坡度之空間分布來看，該地應是處於構造活動性相對較低的地區（圖 19）。
0.220.150.10.060.02
坡度
小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜
林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜
大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層
九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層
內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層
湖
斷
桐
樹
層
斗六市
24
三、討論
（一）觀察的空間尺度對河流地形特徵所代表之意義的影響
觀察時所採用的尺度不同所觀察到的資訊也會有所不同，不同空間尺度的地形對環境影
響力的敏感度不同，其對環境資訊的承載量亦有所不同。如本研究比較不同等級的河流坡度
變化，以一級河的空間尺度與二級河的空間尺度作比較，一級河坡度的空間變化較複雜，顯
示一級河對外力的敏感度較高，其地形特徵（坡度）呈現出多種環境外力相互作用下的綜合
結果（圖 14）；而二級河坡度的空間變化較為單純，且和構造活動有一定關係，顯示二級河
河流坡度主要反映了構造活動的影響，其他非構造因素的影響則被忽略了。（圖 16、17）。如
此一級河河流坡度就不太能突顯出本研究所需要的構造活動對河流坡度的影響，而二級河和
一+二級河流坡度，其解析出的環境影響因素較少，較能突顯出構造活動對河流坡度變化的影
響，比較符合本研究的需求，故本研究選擇一+二級河的坡度變化作為觀察全研究區構造活動
性的觀察尺度。
（二）河流地形所呈現的時間尺度
1.地形觀察之時間尺度的重要性目前中央地質調查所在各地建造 GPS 的觀測點，藉以觀測地表的抬升、沉降，以及
位移的情形（地調所構造地震組，2006）。利用 GPS 可以將地表的位移情況作精確的測量，
但是其缺點是此資料的內容僅是近幾年內的地表變動狀況，若用於推估長時間的變化恐會
有產生錯誤的疑慮。
本研究採用河流坡度來推測斷層、褶曲等活動構造的活動性，是屬較長時間尺度的
觀察，相較於運用 GPS 等短時間的觀察尺度，將更具有宏觀性。圖 20 顯示了本研究區附
近地區 1999~2006 年的地震震央分布，和本研究的河流坡度空間變化資料的比較。由圖中
可以發現此區的地震較常發生在斗六丘陵南段，斗六丘陵北段則較少發生地震，這和斗六
丘陵河流坡度的空間分布頗為符合（圖 20）。可見斗六丘陵區不論在較長時間尺度（河流
坡度）或較短時間尺度（地震資料）的觀測中，都呈現南段構造活動高於北段的特徵。
25
圖 20 研究區一+二級河坡度的空間變化與構造線及地震分布的關係（圖中淺綠色點為
1999~2006 年雲嘉地區的地震震央分布，紫色點為 2006/3/9 古坑強震之震央，紫色實
線圍起來的區域為研究區範圍）。
2.較長時間尺度的地形研究對人類的意義河流地形特徵的形成是一個較長時間尺度的變化，而人類的生命長度與地形相較之下
是較短的，那麼在人類短暫的生命之中了解地形這種長時間尺度的變化有何意義呢？較長
時間尺度的地形研究可以讓人類了解目前的地形特徵，是位於大趨勢變化的什麼位置上。
若把地形視為一種系統，則目前系統可能位於穩定、介穩定、不穩定的位置，不同的位置
會有不同的地形發展（圖 21）。如圖 21 中的幾個圓球，若輕推圓球 3，則圓球 3 在稍微來
回滾動之後靜止於原來的位置，所以圓球 3 是穩定的；而圓球 2 是不穩定的的狀態；圓球
1 則是介穩定狀態（Thomas E. Graedel 等，1997），若只觀察短期的地形變化，則不能知
道地形系統所處的狀態。
長時間尺度的地形研究可以了解地形系統目前所處的大趨勢，假設政府要在某地建
設，而該區位於斷層的活動範圍內，那麼政府在決定要在該區建設前，應獲得該斷層的大
趨勢活動狀態。如圖 22，如果該斷層正值 1 的時期，則我們可以知道在未來這個斷層的
活動將越來越劇烈，那麼政府應該考慮不在此地發展，將此地維持為鄉村形態，以減少未
來可能遭遇更大的災害與損失；如果該區正值 3 的時期，該斷層即將進入活動的低潮期，
則政府就可以放心地大力建設。
小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜小梅背斜
林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜林內背斜
大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層大尖山斷層
九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層九芎坑斷層
內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層內磅斷層
湖
斷
桐
樹
層
斗六市
0.220.150.10.060.02
坡度
26
本研究以河流地形特徵來推測構造活動性，屬於較長時間尺度的觀察，其結果可以和
GPS 等較短時間尺度的觀測結果互相比對，並可提供構造活動較長時期大趨勢變動之特
徵。
圖 21 穩定、介穩定、不穩定示意圖，圖中縱軸代表重力位能（改繪自 Thomas E. Graedel等，1997）。
圖 22 假設斷層活動性的大趨勢示意圖，圖中的橫軸表示時間，縱軸向上表示斷層活動
度高（改繪自 Schumn，1991）。
（三）河流坡度的用於地質構造活動性推論的實用價值及利用時應注意的現象
1.由測試區一級河坡度空間分布圖（圖 14）中可以發現，河流坡度不一定能準確推測地質
構造活動性。但是河流坡度可以從地形圖上快速取得，且利用 GIS、Excel 等軟體計算、
分析簡便。在進行詳細地質調查之前，可以先利用河流地形指標「預察」該地區的地質構
造活動性，以排定地質調查的優先順序。
2.影響河流坡度的因素眾多，除了構造活動外，岩性、氣候、植被，甚至計測河段的高度、
長度等都可能會影響河流坡度的表現。由我們的測試區一級河空間分布圖得知，影響一級
27
河河流坡度空間分布的因素有很多種，有些局部坡度偏低或偏高的地區難已用構造因素解
釋（圖 14）。在二級河和一+二級河的坡度空間分布圖中（圖 16、17），我們發現影響因素
似乎較少，坡度的空間變化可能主要反應構造活動的影響。因此我們可以運用不同的觀察
尺度（如一級河、二級河），來排除非構造因素的影響，以提高以河流坡度推論地質構造
活動性的準確度。
3.但如上述影響河流坡度的因素很多，所以就算使用合適的觀察尺度，河流坡度的空間變化
也不能完全和構造活動相符（圖 16、17），所以如果可以在同一地區多用幾種不同的地形
指標，來共同討論該區的構造活動性，應可以獲得較準確的結果。
四、結論
本研究主要想利用北港溪上游斗六丘陵區河流坡度的空間變化，來推論斗六丘陵區的地
質構造活動性。我們先以相關文獻中證實地質活動性較高，地層抬升較明顯的的石牛溪集水
區附近為測試區。分別計算測試區內之一級河、二級河、三級河、一+二級河及一+二+三級河
河段的坡度，並繪製測試區一級河、二級河和一+二級河河段的坡度空間分布圖，將上述坡度
空間分布圖與地質構造線、地層種類疊圖分析後，發現不論是一級河、二級河或一+二級河河
段的坡度空間分布，大致與岩層性質關係不大。而一級河坡度空間分布的影響因素較多，一
些坡度較高或較低的河段，都難以用構造活動解釋。相對的二級河和一+二級河河段的坡度空
間分布則較為單純，坡度高區、低區和構造活動的關係較強。因此二級河或一+二級河的坡度
分布，較適合用來推論地質構造活動性。
我們把全研究區之一+二級河河段坡度的空間分布圖和斗六丘陵區的地質構造線做疊圖
分析，結果發現斗六丘陵南段大尖山斷層附近的河流坡度最高，此外九芎坑斷層上盤、小梅
背斜中段、內磅斷層附近、林內背斜南段東側等處的河段，也呈現較高的坡度。而九芎坑斷
層西側（下盤）地區，則出現一帶明顯的河流坡度低區，顯示此區的地質呈現沉降的特性。
相對於斗六丘陵南段的河流坡度呈現極高、極低的大幅度變化，斗六丘陵北段的河流坡度變
化則較為和緩，多數地區河流坡度屬於中等偏低的等級。顯示斗六丘陵北段的地質構造活動
性應該低於丘陵南段。而政府規劃中的湖山水庫預定地，位於斗六丘陵北段，附近的河流坡
度中等偏低，以河流坡度而言，該區應位於構造活動性相對較低的地區。
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11. Edward A. Keller and N. Pinter（1996） Active Tectonics -Earthquake, Uplift, and Landscape.12. Schumn（1991）The Interpret the Earth- Ten Ways to be Wrong.13. http://www.chinatimes.org.tw/features/river-new/rivers/自然河川網站。
14. http://www.cmgsh.tp.edu.tw/~earthman/picture94/geo_008.htm
15.中央氣象局網頁：http://www.cwb.gov.tw/
