Mingder Dam: Transitional sedimentation from passive continental margin to foreland basin

Across the northern flank of the Chuhunagkeng anticline (see the inset figure in Fig. 1) and along Road no. 126 (Fig. 1), it exposes a series of upper Miocene and lower Pliocene strata of the Tungkeng Formation, Shanfuchi Sandstone, Kueichulin Formation, and Chinshui Shale (Fig. 1). Rock formations of Tungkeng Formation and Shanfuchi Sandstone represent passive-margin, fluvial to coastal deposits that were accumulated prior to the arc-continent collision whereas the overlying Kueichulin Formation and Chinshui Shale represents the early foreland-basin deposits that were accumulated during the early stage of the arc-continent collision in a coastal to shallow marine setting. We will visit the Shanfuchi Sandstone and the Kueichulin Formation in the eastern flank of the anticline to examine transitional sedimentation that grade upward from passive margin to foreland basin.

 

Figure 1.

Geologic traverse map across the northern Chukengkeng anticline and along road no. 126. Inset figure in the lower left indicates the northern part of the Chukengkeng anticline with an arrow indicating the location for the geologic traverse map. See Fig. 2 for the location of the inset figure

Figure 2.

location of Figure 1.

 

下述區域地質說明摘自何春蓀(1986)「台灣地質圖概論-台灣地質圖說明書」。經濟部中央地質調查所出版,台北,共164頁。

 

卓蘭層 卓蘭層是烏居敬造(1935) 命名的地層,它的標準地點在苗栗縣南部的卓蘭鎮。根據最近的古生物研究,卓蘭層的頂部可能已進入更新世 (見第五表) 。卓蘭層平均厚度為二千公尺 (大約在一千五百到二千五百公尺之間) ,由砂岩、粉砂岩、泥岩、和頁岩的互層組成。由於砂岩和頁岩的抗蝕力不等,所以在互層出露區域常形成單面山 (cuesta) 或豬背嶺 (hogback ridge) 的地形,成為本地層一個重要特徵。在這個巨厚的碎屑沉積岩層中,岩相變化得很快,又缺少指準層,所以很難再把它細分為岩干較明顯的岩段。砂岩常呈淡青灰色或淡灰色,細粒,略含雲母質,層厚為數十公分到二公尺不等,有些較厚的砂岩可以達到五公尺以上的厚度。砂岩的種類有混濁砂岩到亞混濁砂岩等,少數白色正石英砂岩互層也出現在本層內。頁岩和泥岩呈現青灰色或暗灰色,一般層厚在二十至五十公分間,部分地方也出現有較厚的頁岩層。

卓蘭層內具有交錯層和波痕,顯示本地層大部是淺水相的沉積物。本層內的砂岩質較鬆軟,只有受到石灰質浸染的部分比較堅硬。本層的上部有淡灰色、塊狀細粒的泥質砂岩,其中含有炭化漂木的碎塊、炭質顆粒、和粗粒的碎岩屑。卓蘭層的上部夾有凸鏡體或薄層礫岩,向上礫岩增加,就漸變為頭嵙山層,兩地層的中間並沒有明顯的沉積間斷和分界線。任何一個最早出現在卓蘭層最上部厚而明顯的礫岩層在地層學上的意羲是頗為重要的,在野外製圖時,通常都用這一個礫岩層做為卓蘭層頂部或是頭嵙山層底部的指準層。卓蘭層富含化石群,包括有海膽、蟹、貝類、和有孔蟲等。此外在砂岩中還可以發現崩移 (slumping) 構造,荷重鑄型,和球枕狀構造 ( ball and Pillowstructure) 等。

在臺北和嘉羲之間,卓蘭層內砂岩所占的比例為百分之四十到六十。從嘉義向南,卓蘭層內砂岩所占的比例就逐漸減低,粒度也跟著變細,同時暗灰色頁岩、泥岩、和粉砂岩則漸漸成為相當卓蘭層地層中的主要成分,而且地層的厚度也增加很多。在臺南和高雄之間,和卓蘭層相當的地層中砂岩所占的比例只有百分十以下,整個地層都變成一個巨厚的泥岩系,所謂狹義的古亭坑層即指此而言。

在嘉義地區,中國石油公司的地質人員已把上新世地層劃分為若干岩石地層單位 (Stach,1957),其中一部已在討論桂竹林層時說明過,另外和錦水頁岩及卓蘭層相當的地層自下而上 有澐水溪層及六重溪層兩個地層 :

澐水溪 (四百五十公尺) 頁岩和砂質頁岩夾泥質砂岩的互層和石灰岩礁凸鏡體。

六重溪層 (七百六十公尺) 砂質頁岩和泥質砂岩。

在臺南縣和高雄縣一帶,和錦水頁岩與卓蘭層相當的地層有竹頭崎層和北寮頁岩,都是何春蓀 (1956) 調查臺南縣竹頭崎油田時所提出來的地層名稱。竹頭崎層中含有三至五層凸鏡狀的砂岩厚層,每一層厚約十到三十公尺以上,各砂岩層間為厚層深灰色頁岩或砂岩與頁岩的互層所分開。最下的砂岩層可以代表本層的底部,蓋在茅埔頁岩的上面。砂岩呈淺灰色,泥質,常常局部尖滅,甚或消失不見。竹頭崎層的厚度變化不一,可以從五百到七百公尺。北寮頁岩整合於竹頭崎層的上面,由青灰色至灰黑色頁岩組成,一部呈泥岩狀,有時微呈帶狀結構,偶夾薄層或凸鏡狀的細砂岩和頁岩與細砂岩所成的薄互層。北寮頁岩非常厚,估計可達一千二百公尺。

 

錦水頁岩 錦水頁岩最早為安藤昌三郎 (1930) 在苗栗油田地質研究報告中提出來的,它的標準地點錦水是錦水天然氣田中央的一個小村莊,由於它的特殊岩性和化石群,這一個頁岩單位可以作為臺灣西部地層對比上的重要指準層,本層向上向下分別和卓蘭層及桂竹林層整合接觸。頁岩呈深灰色,具有發育良好的球狀剝離構造,通常夾有暗灰色凸鏡狀砂岩層以及粉砂岩和泥岩的薄層。有些地方頁岩的淘選度很差,並且富含泥灰岩結核。在錦水盆地的中央,錦水頁岩的最大厚度約在四百公尺左佑,但是地層向東和向西都薄至一百公尺或更薄。在臺灣中部,錦水頁岩的厚度約在八十至一百公尺之間。錦水頁岩是在淺海或較其略深的環境中沉積而成,富含各種海相生物,本地層中所含的化石包括有蟹、腹足類、斧足類、有孔蟲煩、和珊瑚等。

 

桂竹林層 桂竹林層和它的相當地層是臺灣西部中新世最上部的地層,但是最近的古生物研究已經把本層的大部歸入上新世地層中 (見第五表) 。本層以淺海相的砂岩和頁岩為其代表,整合在南莊層的上面。本層的名稱最早由烏居敬造和吉田要 (1931) 用在苗栗縣的出礦坑油田。臺灣北部的桂竹林層在地質圖上常被分為兩個砂岩單位。該層在臺灣的中部和中南部被分為三個岩段,中間是一個頁岩段,上下是二個是以砂岩為主的岩段。到了臺灣南部,這些以砂岩為主的地層又分為許多以頁岩和砂岩為主的地層單位。最後在高雄縣楠梓仙溪下游的甲仙以南地區,本層又變為以厚層頁岩為主砂岩為副的地層。這表示當桂竹林層沉積的時侯,盆地的沉降率由北向南不斷的加速,桂竹林層的厚度也從北部的八百公尺增加到南部的二千餘公尺。

在臺灣的北部,包括臺北縣、桃園縣、新竹縣、和苗栗縣的一部,桂竹林層通常被分成二個地層單位,兩者的主要部分都是厚層塊狀的砂岩。砂岩是細粒、淡青灰色,而且富於泥質,它由原石英砂岩、岩屑質混濁砂岩和亞混濁砂岩構成,砂岩中的砂質或泥質成份常以不同的比例相混。深灰色的頁岩在這砂岩地層單位中也常見到,有些地方頁岩層厚可以到達十公尺,含有很多石英粒和不規則的石英團塊。這兩個臺灣北部和桂竹林層相當的地層單位分別名為大埔層和位其上的二鬮層,都由巿川雄一 (1930) 所提出,它們的標準地點都在臺北縣的三峽附近 (三峽是本群的標準地點) 。

大埔層是由厚層淡灰色泥質砂岩構成,砂岩中的泥質部分常含有大量的有孔蟲和貝類化石。石灰質砂岩在南段比較重要,由於地下水的作用,常在岩石中造成淺的洞穴,苗栗獅頭山的洞穴狀砂岩地形就表現這種石灰質砂岩的特性。大埔層中也夾有少許凸鏡狀的白砂岩,尤其在臺灣北部海岸最為發育,那堣j埔層的底部含白砂岩特別多,所以很不容易和它下面也是以白砂岩為主的南莊層區分。大埔層的厚度有三百到四百公尺。在上部的二鬮層由厚層淡青灰色泥質砂岩構成,然而砂岩、粉砂岩和頁岩所成的互層在本層中比較多。砂岩膠結很疏鬆,而且有愈上愈疏鬆的情形。本層內石灰質砂岩很少,也沒有發現白砂岩,所以白砂岩夾層的有無成為區分二鬮層和大埔層的主要依據,但是這種依據也很微妙而不容易到處都可以應用。二鬮層平均約厚四百到五百公尺,在它的標準地點則有六百公尺。

出磺坑油田是桂竹林層的標準地點,在那堛漁萓邞L層仍舊只可以分為兩部,大致可以相當大埔層和二鬮層。下部為厚層砂岩,夾有深灰色頁岩,也夾有若干灰白色砂岩; 上部為泥質砂岩和頁岩的互層。在這個桂竹林層的標準地點以南,有一厚約一至二百公尺的頁岩段很明顯的出現在桂竹林層的中部,所以用這個頁岩為層準,可以把本層分為三段或三個次於層的小單位。在臺灣中部的大部分地區,這三個和桂竹林層相當的地層單位是下面的關刀山砂岩段、中間的十六份頁岩段、和上面的魚藤坪砂岩段,它們的標準地點在苗栗縣的三義和臺中縣的豐原一帶。

關刀山砂岩是林朝棨 (1935) 所創用的名稱,用於在苗栗縣三義附近關刀山所見以砂岩為主的岩層。在標準地點,本層是由細粒到中粒的淡青灰色砂岩組成,間夾少許深灰色頁岩和少量的礫石條帶,全厚大約是二百五十到三百公尺,向南可以增加到五百公尺。砂岩通常為厚層塊狀,常常形成陡壁,主要部分為泥質砂岩,並且含有頁岩碎片和薄煤線。在貝類化石富集的地方,砂岩多帶有石灰質。

十六份頁岩為張麗旭和何春蓀 (1948) 命名的地層,是指出露在苗栗縣大安背斜構造中的頁岩厚層,它大部分由深灰色頁岩組成,產有很多的有孔蟲、貝類、和蟹類化石但是這頁岩層水牛的變化很明顯。本頁岩發育最好的地方是苗栗縣的南部和臺中縣,向北就逐漸尖滅。這個頁岩段在桂竹林層的標準地點出磺坑油田內發育很差,更向北在桂竹林層中就見不到這個頁岩段。在它的標準地點,十六份頁岩有一百到二百公尺的厚度,在臺灣的南部相當本頁岩殷的地層約厚二百五十公尺或更厚。

魚藤坪砂岩是林朝棨 (1954) 提出來的名稱,用來代表桂竹林層最上的一個單位,它相當於張麗旭 (1955) 所稱的大窩粉砂岩。這是一個以砂岩為主的地層,但含有較多頁岩的夾層。砂岩是灰色到淡灰色,細粒,厚層到中層,時常形成豬背狀山脊。砂岩比較不純,含有相當多的泥質填充物,所以有人稱之為泥質砂岩。在本地層內砂岩和頁岩所成的薄互層或薄葉互層很多,砂岩中也有一些炭粒。魚藤坪砂岩的厚度可以從二百五十公尺變化到五百五十公尺左佑。

在臺灣中南部的嘉義到臺南地區,相當桂竹林層的地層自下至上有糖恩山層、中崙層、和鳥嘴層三個地層。其中糖恩山層可以相當關刀山砂岩,其命名來自臺南縣的竹頭崎油田 (何春蓀,1956) ,將在下一段說明之。糖恩山層在臺灣的中南部未見重要露頭,所以和其上覆中崙層的關係也不太明瞭,因之也有人主張中崙層的下界就是桂竹林層的下界,直接和南莊層接觸,糖恩山層的層位沒有存在。中崙層和鳥嘴層都是中油公司顧問史太克(Stach,1957) 所命名的地層名字,其標準地點都在嘉義縣東南澐水溪上的中崙背斜構造 (舊凍子腳油田) 。中崙層主要由灰黑色頁岩和砂質頁岩組成,局部夾有泥質砂岩,地面和地下剖面全厚達五百公尺左佑。鳥嘴層由灰色砂岩和泥質砂岩組成,夾有少量頁岩和砂質頁岩,全厚為六五O公尺。這兩個地層可以相當桂竹林層中的十六份頁岩和魚藤坪砂岩,鳥嘴層的頂部也可能相當錦水頁岩的底部。

在臺灣南部的臺南縣和高雄縣的北部,相當於桂竹林層的地層可分為四個單位 (何春蓀,1956 : 張錫齡及鍾振東,1957),這四個單位首先用在調查臺南縣竹頭崎油田的時侯。按照目前古生物學家的意見,上面二個地層,茅埔頁岩和隘腳寮層,可以相當臺灣中部的魚藤坪砂岩,第三個單位鹽水坑頁岩大致相當十六份頁岩,最下一個糖恩山層則相當 於關刀山砂岩 (見第五表)。

1.糖恩山層 淡青灰色細粒砂岩是組成本層的主要岩石,砂岩呈塊狀,具有不規則的節理,時常形成陡崖或深谷,層理不清晰。砂岩屬於亞混濁砂岩或混濁砂岩,含有不少泥質,所以有時成為泥質砂岩或砂質泥岩。砂岩常夾有許多厚層的深灰色頁岩和灰色砂質頁岩,全層厚度為四百五十到五百公尺。

2.盬水坑頁岩 這是深灰色頁岩所成的單位,偶夾有凸鏡狀的粉砂岩和砂岩,通常以本層的下部比較多。因為缺乏真理面,所以頁岩的大部很像泥岩,富於石灰質的頁岩中含有較多的化石。粉砂岩中含有不少紅色鐵質結核和小的方解石脈。本層的全厚約二百到二百 五十公尺。

3.隘寮腳層 隘寮腳層主要部分是薄層的深灰色頁岩和白色砂岩或粉砂岩所造成的條帶狀薄葉層。本層的下部有很多灰色、細粒、層厚一到二公尺的砂岩,很具特徵。本層中常見到炭質碎片、砂棒、和波痕,全地層的厚度約有四百到五百公尺。

4.茅埔頁岩 以前本頁岩單位被認為是隘寮腳層的上部,主要部分為深灰色頁岩,夾有少許細粒砂岩和泥質砂岩,頁岩稍微具有條帶狀組織。本層的厚度為三百到四百公尺。

  再向南到了高雄縣的高屏溪西側和燕巢鄉及仁武鄉一帶,中油公司地質人員 (孫習之,1965 ; 紀文榮,1979b) 把該地相當桂竹林層的地層自下至上分為三個岩石地層單位 :

1.烏山層 (一千三百六十公尺) 本層由厚層灰色細粒砂岩與灰黑色頁岩及砂頁岩的互層組成,也含有砂岩和頁岩所成的薄互層,本層的下部為斷層所切。

2.蓋子寮頁岩 (六百八十公尺) 本層和其下覆烏山層之間可能有一個局部性的不整合 (孫習之,1965) 。本層主要由灰黑色頁岩及砂頁岩組成,局部含薄層砂岩。

3.南勢崙砂岩 (二百四十公尺) 本層主要由淺灰色厚層泥質砂岩組成,局部夾石灰質砂岩薄層。

在較早的臺灣地質文獻中,都把桂竹林層認為是西部山地中層位最新的中新世地層; 但是根據最近古生物的研究,已經把桂竹林層的時代改新,認其大部為上新世 (見第五表) 。所以按照最新的時代分層,中新世和上新世的分界位於桂竹林層的十六份頁岩段中,其上的魚藤坪砂岩為上新世,其下的關刀山砂岩為中新世。同樣情形二鬮層和大埔層的上部是上新世; 大埔層的下部為中新世。到了臺灣的中部和南部,和桂竹林層下部相當的糖恩山層及烏山層是中新世,其他和桂竹林層中上部相當的中崙層、鳥嘴層、鹽水坑頁岩、隘寮腳層、茅埔頁岩、蓋子寮頁岩、和南勢崙砂岩可能都是上新世。

在臺灣南部的其他地區,上新世地層都是以厚層的灰黑色頁岩或泥岩為主,厚達數千公尺,局部夾有少量細砂岩或粉砂岩,這一個地層為日人概稱為古亭坑層,在討論上新世地層單位時再加說明。桂竹林層上部的上新世部分大約可以相當古亭坑層下部的泥質地層。

 

南莊層 南莊層曾被很多地質工作人員用來代替以前所稱的「上部含煤層」,因為後一個地層名稱中沒有一個地名在內。南莊層最早正式用在地質報告中是何春蓀等(1954) 根據「南庄煤系」 舊名稱之為南莊含煤層,現在南莊層已用來代表臺灣西部中新世中最上一個含煤的地層。本層的標準地點南莊是苗栗縣中港溪流域中的一個小鎮。南莊層整合位於桂竹林層的下面,而在南港層的上面,據稱本層沒有在中國石油公司在臺灣中部的鑽井中發現。在臺灣西部的三個中新世含煤地層中,這個上部含煤層分布最廣,它可以從北部海岸向南延伸到嘉羲縣的阿里山。

在臺灣的北部和中部,南莊層屬於海陸相交的陸臺型沉積相,這是以煤層的堆積、粗粒碎屑岩的沉積、和海相化石的稀少為主要特徵。然而本層中煤層發育最好的地區是臺灣的中北部新竹縣和苗栗縣一帶,那堻怞h有五層可以開採的煤層。在臺灣北部的南莊層中沒有重要的煤層,所有煤礦都規模很小而且時斷時續的工作。到了臺灣中部,南莊層中沒有具有延續性的可採煤層。然而到了更南的南投縣和嘉義縣,凸鏡狀的煤層又出現在南莊層中,該地層有小規模的試採,但是都沒有任何成績。阿里山以南,南莊含煤層已大部分變為淺海相的地層,泥質沉積物和海相化石也跟著增加。由於這種岩性和岩相的變化,南部的南莊層也因而為若干不同的地層名稱所取代。

在臺灣的北部,顏滄波和陳培源 (1953) 稱南莊層為五堵層。五堵是一個位於臺北和基隆之間的小鎮,南莊層的下部在當地出露在一個向斜的軸部,但極不完整,所以五堵不能成為一個地層的正式名稱。除了在金瓜石礦場東邊的北部海岸有南莊層所成的一條煤帶有較完整的剖面外,臺灣北部的南莊層露頭通常都很小而且只有局部的分布。北部的南莊層以塊狀到厚層白色中粒砂岩為主,夾有深灰色頁岩、淡青色泥岩、以及砂岩和粉砂岩及頁岩的緻密薄葉層。砂岩大部為原石英砂岩或正石英砂岩,一部是亞長石質砂岩。在不同的砂岩層內,白色砂岩的粒度可以從細粒到粗粒。在本層下部有二層薄而不規則的煤層,只有局部可以開採,上部只有許多不具開採價淔的薄煤跡。在臺灣最北部的南莊層的厚度約為六百到七百公尺,和在上的大埔層之間沒有明顯的界線。

在臺北縣的西南部和桃園縣,南莊層由砂岩--粉砂岩--頁岩的薄葉層、灰白色到淡灰色的細粒砂岩,和深灰色頁岩或炭質頁岩組成。砂岩層厚自數公尺到二十公尺,含有炭質碎片、煤粒和鐵質結核。南莊層的上部有一厚約一百公尺的白砂岩段,其中夾有一些砂岩和頁岩的薄互層。砂岩是細粗至中粒,膠結很疏鬆,層厚約二到五公尺,其中含有煤跡和土鐵石的結核,常因風化而呈紅褐色。南莊層全厚有五百到六百公尺,在全地層內可以看到許多薄而不規則和不連續的煤層,但是可以開採的只限於煤層比較厚的地方,這種較厚的煤囊很快就向兩側變薄或尖滅,所以其中只有一二煤層可以局部開採,產量很少。

在桃園縣和新竹縣的南莊層的中部和下部含有許多火山岩層,火山岩多為玄武岩質凝灰岩或凝灰碎屑岩和少量的玄武岩熔岩,差不多有三到五層的凝灰岩散布在本層之中,沒有固定的層位。這些凝灰岩層大致和層面平行,但是水平延展時斷時續,也有斜切層面而過的。火山岩層厚自二到三十公尺,長自數十公尺到二公里,最厚的凝灰岩凸鏡體可以達到一百公尺上下的厚度。這些火成岩層代表當盆地邊緣有南莊層沉積的時候,從若干分散的火山噴發中心有火山碎屑岩噴出,堆積在岩層之內。這些火山產物由噴口向四周擴散,然後和沉積物同時造成許多不規則的岩體或凝灰質岩層。由於它特別廣布在桃園縣的角板山一帶 (顏滄波,1958,詹新甫,1961) ,這一期的火山活動曾被名為角板山火山活動期。

南莊層在新竹縣和苗栗縣是最重要的含煤地層,尤其是在苗栗縣的獅頭山煤田,那堨遞h的可採煤層最多。本層由白色砂岩、黑灰色頁岩,以及砂岩--粉砂岩--頁岩的薄葉互層構成,全部厚度在八百到九百公尺之間。本層中的厚層白砂岩多富集在上部,構成重要的層準,因為它的岩性特殊,可以用此白砂岩為標誌將南莊層分為上下兩段: 上段為白砂岩段,下段為砂岩和頁岩的互層段 (何春蓀和耿文溥,1953) 。南莊層的下段岩層又常因製圖需要而再分為兩段,所以通常的地質圖上有將南莊層分為三段者,也有僅分為兩段者。因為南莊層在各地有區域性的岩性變化,所以這些岩段的劃分標準、厚度、和上下界線在不同地區內不同,它們的命名也隨地而異。第八表列出臺灣中北部煤田區內南莊層的不同岩段和它們的名稱。有很多地方已經將一些「段」升格到「層」的等級,如苗栗出礦坑油田就叫上段為上福基砂岩,下段為東坑層。

南莊層在本文中仍舊分為上下兩段來敘述。下段由白色砂岩及粉砂岩和深灰色頁岩所成的薄葉層為主,造成一些不規則的黑白相間的條紋狀岩層,層厚為數公厘到數公分。灰色到灰白色的厚層砂岩時常和這些薄葉互層相間,砂岩的厚度為一到十公尺,含有不少頁岩碎片和紅色的鐵質結核。下段也含有一些無延續性的煤層,只有下層煤有較好的煤質和連續性,在苗栗縣的若干煤田內可以開採這一煤層。這下岩段的厚度在不同地區自五五O 到七五O 公尺不等。上面的白砂岩段是由中粒到粗粒的白砂岩組成,石英粒為圓形到次圓形,由泥或砂膠結,相當疏鬆。砂岩常呈塊狀或厚層而多形成懸崖陡壁,常和少量的砂岩和頁岩薄葉層或深灰色頁岩相間。上段含有七至八煤層,但多半沒有連續性,時現時沒,只有一到二煤層在煤厚到達三十公分可採厚度時才可以開採。獅頭山煤田是唯一的例外,在它的上段中含有三層到四層可採的煤層,每層厚度為三十到四十公分,最厚的煤層可以達到八十公分。上段的全厚在不同地點可以從六十到一百五十公尺。

在苗栗縣的後龍溪以南和臺中縣,南莊層中就沒有可採的延續煤層,在這一帶的莊層是淡灰色到灰白色的細粒砂岩和深灰色頁岩 (何春蓀和譚立平,1960) 。砂岩呈塊狀或厚層狀,但具有南莊層特徵的白砂岩發育非常不良,或完全消失不見。砂岩--砂岩--頁岩所成的薄葉層仍然是本層的特色,也是岩性指準,常和深灰色頁岩和不規則的煤線共生。由於缺乏白砂岩所成的層準和可採煤層,這堛澈n莊層不容易再細分為段,甚至在野外認識南莊層也感到困難,因為它的上下界限不容易劃分清楚。本層在臺中地區的厚度是五五O到六五O公尺。

南投縣的南莊層由不同的砂岩、深灰色頁岩、和砂岩及頁岩的薄葉互層所組成。砂岩仍然是本層中的主要岩型,普通都是淡灰色細粒的厚層砂岩。和臺灣北部南莊層中相似的中粗粒白砂岩只發現在接近煤層的岩層之中,數量不多,也不厚。兩層不具連續性的煤層夾在本層之中,層厚為二十到三十公分,煤層非常不規則,局部不見出露。這兩煤層的產狀由分散的炭 質顆粒變為薄煤線,再成為煤的凸鏡體。南莊層中的所有岩石,在上下或左佑都是漸變互移的,全厚為五百到六百公尺。在臺灣中部的南莊層仍舊是一個靠近海濱的炭質地層,但是其中的海相有孔蟲和貝類化石要比在臺灣北部的南莊層為多,這表示愈向南延,南莊層的沉積環境已經遠離海岸而愈受到海侵的影響。

含煤的南莊層的南界在阿里山,在阿里山煤田內,南莊層主要的岩石為淡青灰色厚層砂岩、砂岩和頁岩所成條帶狀的薄葉互層、和深灰色頁岩 (張麗旭等,1960) ,若干白砂岩的薄層可能是臺灣北部南莊層中最有特性的岩石代表。四層不連續的煤層出現在本層的上部,它們都呈凸鏡狀,厚度和延展都有極大的變化,一般缺少開採價質。海相化石已經逐漸增多,植物碎片在煤層附近的炭質頁岩中也有相當數量。阿里山區的南莊層的厚度為一千公尺,但它的底部還沒有出露。在阿里山以南,與南莊層相當的地層就全部變為海相地層,不再含煤。

在臺灣的南部 (臺南縣和高雄縣) ,含煤的南莊層已經為海相地層所取代,和其相當的海相地層自下至上有三民頁岩的大部、紅花子層及長枝坑層。長枝坑層是何春蓀 (1956) 謂查竹頭崎油出時提出來的地層名字,其標準地點長枝坑伎於臺南縣的大埔溪流域。本層由很厚的一套深灰色頁岩和淡灰色細粒砂岩組成,含有不同種類的海相化石。砂岩很緻密堅硬,部分且為石灰質,主要成份是亞混濁砂岩。砂岩中偶爾可以見到炭質或植物碎片,沒有見到白砂岩和煤層。頁岩非常堅緻,略有硬化的現象。和沉積作用同時造成的玄武岩質凝灰岩凸鏡體也在局部發現,最大的厚度達二十公尺,長二公里。長枝坑層的厚度可以達到一千二百公尺,向東或向南可能更厚,大概有一千六百公尺左右。紅花子層是由鍾振東 (1962) 創用的地層名稱,標準地點在高雄縣甲仙鄉的紅花子背斜中。這個地層是灰色、細粒到中粒厚層狀的砂岩,夾有深灰色頁岩和灰色泥質砂岩的互層,全厚約有一千二百公尺。