Tsaohu River, Wufeng: flysch to molasse foreland sequence

The stratigraphic section (Fig. 2) exposed along Tsaohu River (Fig. 1) locates on the hanging wall of the Chelungpu fault in north-central Taiwan. The stratigraphic section consists of the upper part of the Chinshui Shale, Cholan Formation, and Toukoshan Formation, representing a shallowing and coarsening-upward depositional cycle of the Taiwan foreland basin.
According to Chen et al. (2001), small-scale stratigraphic packages ranging from 20 to 150 m thick in north-central Taiwan consist of a lower lithofacies of interbedded mudstone and sandstone, a middle lithofacies of thickly bedded planar and trough cross-stratified sandstone, and an upper lithofacies consisting of ripple-laminated sandstone and mudstone. The lower lithofacies consists of tabular sandstone interbedded with mudstone that contains abundant foraminifera and nannoplankton microfossils. Individual sandstone beds are 50 cm to 1 m thick (Fig. 3A), are highly bioturbated (Fig. 3B), contain hummocky cross-stratification (Fig. 3C), and have well-defined scour surfaces (Fig. 3C). Common trace fossils in this lithofacies include Planolites isp., Ophiomorpha isp., Paleophycus isp., Teichichnus isp. and Scolicia isp. Chen et al. (2001) interpreted this lithofacies as lower and upper offshore marine storm beds.
The storm beds grade upward into planar and trough cross-stratified sandstone (Fig. 3D) and horizontally stratified sandstone (Fig. 3E) of the middle lithofacies. These sandstone beds are tabular at outcrop scale and may be up to 10 m thick (Fig. 3F). Trace fossils common to the middle lithofacies include Ophiomorpha isp. and Skolithos isp. These strata are interpreted as nearshore marine sandstones that formed above storm wave base by Chen et al. (2001). The nearshore sandstone component of individual small-scale stratigraphic packages increases up-section (Fig. 2).
Overlying the nearshore sandstone lithofacies are laminated sandstone and mudstone (Fig. 2). This lithofacies contains flaser and wavy bedding (Fig. 3G), mud-draped ripple foresets (Fig. 3H), and thin (< 50 cm), broadly lenticular sandstone channels (Fig. 3I). This lithofacies is interpreted as the product of deposition in tidal-flat and estuarine environments (Chen et al., 2001).
In the uppermost part of the Tsaohu River measured section (Toukoshan Formation of Fig. 2), the estuarine deposits are overlain by clast-supported, well organized conglomerates (Fig. 3J), which become more abundant up section (Fig. 2). Finer-grained interbeds within the conglomerate contain nonmarine megaflora and fossilized teeth, bones, and horns of elephant, deer, and rhinoceros. These channelized conglomerates are interpreted as braided stream and stream-dominated alluvial fan deposits (Chen et al., 2001).

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。：

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。

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。

頭嵙山層 頭嵙山層是日人在調查東勢附近地質時提出來的地層名稱 (見鳥居敬造，1935; 林朝棨，1935)，在舊的日文報告中，本地層有許多不 同的地層名詞，如頭嵙山礫岩、嶺嵙山群、頭嵙山統等等。在最近我國的許多報告和本地質圖中則稱之為頭嵙山層。頭嵙山是位在臺中縣豐原鎮東的小山丘。在標準地點本層可以分為上中下三部: 下部岩層厚九百公尺，大部分由砂岩和頁岩夾礫石薄層所組成，在砂岩內有漂木碎塊，海相化石群和哺乳類化石同時在本層中出現。中部岩層主要由砂、粘土、和礫石的互層組成，含淡水和海相貝類化石，這部分岩層是一個過渡帶，厚度約在五十到一百公尺之間。頭嵙山層的上部以塊狀礫岩為主，夾有薄層砂岩，在砂岩中出現交錯偽層，礫岩厚度在數百公尺以上。

頭嵙山層廣泛地分布在西部麓山帶中，時代是更新世的初期，整合在上新世卓蘭層的上面。但是也有人認為它們彼此間的接觸在某些地方有局部的假整合，不過這並不具有重要的構造意羲。在西部山地的西側，本岩層的主要出露地區在地形上常發育成為鋸齒狀的山峰和比較高的臺地。雖然礫岩層在頭嵙山層中是一個很特殊的岩段，但是只有在臺灣中部大甲溪和西螺溪間有良好的發育，在其他地方巔嵙山層大部分是以砂岩、頁岩和泥岩的互層為主，夾有礫岩薄層，所以稱之為「頭嵙山層」似乎比「頭嵙山礫岩」更苻合實際的岩性地層命名。在標準地點以外的頭嵙山層還有其他不同的地層名稱。

頭嵙山層一般可以分為兩個岩相，彼此間是漸變的。一為礫岩相，一為砂岩和頁岩相。在舊的日文報告中，這兩個岩相分別被稱為火炎山礫岩和通霄砂岩，然而它們只不過代表同一地層中的兩個不同的岩相，而沒有一定上下層位的關係，所以後來張麗旭 (1955) 又分別定名為 頭嵙山層中的火炎山相 (礫岩) 和香山相 (砂岩和頁岩)。根據國際地層命名規則，「相」並不是一個正式的地層名稱，所以「相」的前面加上地理名稱並不合乎規定，但是在前面可以加上敘述性的岩石名稱。本地質圖中將頭嵙山層分為兩個岩相，分別以不同的圖例表示出來。

頭嵙山層內所含的化石有哺乳類、魚類、貝殼、海膽類、和有孔蟲類，其中以貝類化石群最豐富。哺乳類化石包括有劍齒象、犀牛、象、貓科中的Felis sp. 等。整個地層內混合著海相、半鹹水相、和淡水相各種化石群，這是本層一個特徵，表示它的沉積環境可以因地而異。由厚的礫岩層、不明顯的層理、變化顯著的層厚和岩相、以及各種混合化石群等現象來研究，都可以證明頭嵙山層是在海退時的濱海相環境中造成，從不同的露頭情形可以推測本層沉積時的環境可以有河相、濱海相、以至淺海相。

臺灣中部和中南部頭嵙山層中的礫岩相及砂岩和頁岩互層相都有很好的發育，前者通常覆在後者的上面。本層下部主要的岩性是塊狀、淡青灰色至淡灰色、細粒、或粉砂質的砂岩。砂岩的膠結疏鬆，部分具有交錯偽層，偶而含有漂木碎媿，而且常常夾有青灰色或灰色頁岩的互層，除了在含有頁岩夾層處以外，砂岩層理多不顯著。砂岩中常含有礫岩薄層或凸鏡體，出現的層位不定。巨厚塊狀的礫岩在頭嵙山層的上部比較發達，常形成峻峭懸崖和鋸齒狀的山嶺。礫岩厚度在數百公尺到一千公尺之間，礫石以沉積岩為主，其中石英岩和堅硬的砂岩約佔百分之五十。礫石的形狀為圓形到次圓形，直徑大小在數公分到一公尺之間。礫岩的膠結物大多為細砂，間或含有鈣質或鐵質，礫岩的淘選度通常欠佳，砂岩或粉砂岩所成的薄凸鏡體或薄層常出現在礫岩之內。

頭嵙山層露出的厚度大約在一千到一千五百公尺之間，上述兩個主要岩相的厚度在不同的出露地區各有差別。有時可以看到巨厚的礫岩，但是向四周就漸變為砂岩和頁岩的互層。礫岩的產狀可以是數十公分厚的不規則體，也可以是一千公尺厚的塊狀厚層，這厚礫岩層沿著烏溪和西螺溪最為顯著。

臺灣北部頭嵙山層主要的特徵是膠結疏鬆的砂岩和頁岩所成的互層，礫岩相不發達，一般只有少數礫石薄層夾在砂岩和泥岩的中間。所以在北部的頭嵙山層只能以張麗旭所稱的香山相為代表，因此在地質文獻中又出現許多不同的地層名稱。頭嵙山層在新竹縣和苗栗縣分別被稱為楊梅層 (牧山鶴彥，1933) 和通霄層 (牧山鶴彥，1935) 。這兩個地層都是由青灰色砂岩、粉砂岩、和頁岩組成。楊梅層下部的砂岩中常夾有礫岩薄層，有時礫岩層可以厚到五十公尺。在臺灣的北端，頭嵙山層可以和觀音火山區的觀音山層 (牧山鶴彥，1934) 對比。觀音山層是由灰色砂岩、灰色至青灰色凝灰質砂岩、頁岩、和礫岩薄層組成。砂岩的膠結很疏鬆，礫岩看起來有黠像礫石層。在礫岩中發現有安山岩的礫石，這表示在頭嵙山層沉積的時候，臺灣北部的大屯火山群已經開始活動。但是觀音山層也有相當更新世大南灣層的可能 (林朝棨，1963 ; 何春蓀1969a) ，它的地層傾角較大是由於觀音火山再度上昇時所造成的掀動的結果。

	Figure 1. Geologic and topographic map near Wufeng township and to the east of the Chelungpu fault, central Taiwan (courtesy of Yang, C.-C.; modified from Yang, 1997). The Chichi ruptures (or Chelungpu fault) are shown in red lines, which follow closely along the foot of the hills and lie in the Chinshui Shale (Pcs). Stop A to C mark sites of outcrops along the Tsaohu River to be visited during the field trip. KB1~3 are thick, regional sandstone beds, which are labeled in Fig. 2 on the left of the stratigraphic column.
	Figure 2. Stratigraphic column measured along the Tsaohu River (courtesy of Yang, C.-C.; modified from Chen et al., 2001). Lithofacies and interpreted depositional environments are shown alongside the column. Rose diagrams show paleocurrent directions. Red circles show the stratigraphic sections to be visited during the trip. KB1~KB3 are regional sandstone marker beds with their geographic distributions shown in Fig. 1.
	Figure. 3. Lithofacies of Pliocene-Pleistocene foreland basin deposits exposed along the Tsaohu River, north-central Taiwan (after Chen et al., 2001). (A) Lower lithofacies of tabular sandstone interbedded with mudstone. Arrows point toward bases of individual sandstone beds. (B) Extensive bioturbation common in proximal storm beds. Arrows point toward well-developed burrows of Thalassinoides isp. (C) Hummocky cross-stratification of proximal storm beds. Open arrows point toward a convex-upward stratification surface. Solid arrows point toward a well-defined scour surface typical of the proximal storm beds. (D) Trough cross-stratified sandstone of middle lithofacies interpreted as nearshore sandstone. Arrows point toward well-defined limbs of trough cross-stratification. (E) Horizontal stratification of nearshore sandstone. The hammer is 28 cm long. (F) Thick-bedded, tabular sandstones of the middle lithofacies. Solid arrows point toward the base of individual sandstones. Open black arrows point to people for scale. (G) Wavy and flaser bedding characteristic of the upper lithofacies that we interpret as having been deposited in tidal-flat and estuarine environments. (H) Ripple stratification common in upper lithofacies. Arrows point toward mud-draped ripple foresets. The coin is 20 mm in diameter. (I) Thin, broad, lenticular channels interbedded with ripple-laminated sandstone and mudstone of upper lithofacies. Arrows point toward base of individual sandstone beds. Bedding dips to left. Person in lower left for scale. (J) Clast-supported, well-organized fluvial conglomerate common in the upper part of our measured section from north-central Taiwan.
	Figure. 4. 楊志成博士講解中。地點為縣道：中104上的建民橋。
	Figure. 5. 楊志成博士講解中。地點為縣道：中104上的建民橋。
	Figure. 6. 在建民橋上游約500公尺處的河床所出露的岩層。
	Figure. 7. 黃竹坑，成功橋附近的草湖溪河床 。
	Figure. 8. 垂直岩層的為生痕化石：Ophiomorpha sp. 照片中下方有平行層面的泥球。
	Figure. 9. 垂直岩層的為生痕化石：Ophiomorpha sp. 照片中下方有平行層面的泥球。
	Figure. 10. 透鏡狀層理(lenticular bedding, wave ripple)。
	Figure. 11. 砂、頁岩互層。Wave ripple。
	Figure. 12. 仔細觀察沉積構造可發現薄砂、泥顆粒的交替出現，且表現出雙方向的水流。由下而上從平行層轉變為交錯層，代表了水流能量由高至低的演變。
	Figure. 13. 荷重構造。
	Figure. 14. 荷重構造。
	Figure. 15. 荷重構造。
	Figure. 16. 荷重構造。
	Figure. 17. 野外討論中。
	Figure. 18. 荷重構造。(比例尺為本研究室， 林殿順老師)
	Figure. 19. 野外一景。可見後方岩層左右不連續 。
	Figure. 20. 野外一景 ，過溪。後為荷重構造。
	Figure. 21. 野外一景 ，下河床。
	Figure. 22. 野外一景 ，過溪。
	Figure. 23. 草湖溪中出露的卓蘭層。卓蘭層以其廣範分布的牡蠣層聞名，是良好的指準層。
	Figure. 24. 草湖溪中出露的卓蘭層。卓蘭層以其廣範分布的牡蠣層聞名，是良好的指準層。
	Figure. 25. 牡蠣層近照。