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Vol . 7 No . 2 2001 年 6 月 G eol ogical J o u r n al of Chi n a U n iver s ities J une 2001
文章编号 :1006Ο7493 (2001) 02Ο175Ο14
台湾海峡隧道地质与地震条件分析
彭阜南1 , 叶银灿1 , 施 斌2 , 杨树锋3 , 钱祥麟4 ,
李 5 (1 . 国家海洋局 第二海洋研究所 ，浙江 杭州 310012 ; 2 . 南京大学 地球科学系 ，江苏 南京 210093 ; 3 . 浙江大学 地球科学系 ，浙江 杭州 310027 ; 4 . 北京大学 地质学系 ，北京 100871 ;
5 . 国家地震局 地质研究所 ，北京 100029)
摘 要 :“台湾海峡隧道”这一伟大工程 ，由构想到正式调研 ，历经许多过程 ，存在许多疑难 。台湾
海峡的海底地质情况较复杂 ，且是一个多地震地区 ，在当前技术条件下 ，到底能不能修海底隧道 ,
引起两岸许多学者的关注 。根据当前已经获得的各种科技成果 ，在海峡北部的台湾桃园县沿海地 区 ，分布着厚度较大 、岩层水平 、并已固结的第四纪砂页岩 ，形成良好的承力层和隔水层 。海峡西 端的福建平潭岛是大片的花岗岩分布区 ，场地开阔 ，是理想的隧道终端 。因此 ，可以初步认为 ，从 平潭到新竹一线 ，地质及地震条件较为稳定单一 ，可以考虑作为首选海底隧道线路 。
关 键 词 : 海底隧道 ; 地质 ; 地震 ; 台湾海峡
中图分类号 : P54 ; P65 文献标识码 : A
引 言
1 台湾海峡隧道的构想早在 1948 年台湾海峡两岸同胞中就有呼声 。1948 年夏台湾学生
中 ，就有人提出“修条隧道到福建去 ，把大陆和台湾连结起来 , 永保和平”1 ，这个想法至今还
在台湾学者当中谈论 ①。大陆也不断有专家学者提出这个设想 ，甚至在 80 年代末向中央正式
建议 ②。1948 年夏 ，国际著名海洋地质学家 、已故台湾大学马廷英曾计划派人到福建着手调 查 ，以探索台湾岛及台湾海峡的成因与两地间的地质联系 ，当时在台湾大学任教的郭令智亦闻
此事 2 。尔后 ，彭阜南与陈琴 (原籍福州 ，现美籍 ，教授) ，秉承马廷英的想法 ，倡议举行台湾海 峡两岸地质地震研讨会 ，会议由中国海洋 、地震 、地球物理三大学会以及国家自然科学基金委 员会和福建省科协联合主办 ，特别得到福建省各界的支持 3 ，取得圆满成功 。此次会议 ，除了 构造地质学家郭令智 、石油地质学家李德生 、地震学家陈运泰和曾融生外 ，还有现任美国教授/ 高级研究员的七位台湾大学校友参加 。可是由于众所周知的原因 ，直到 1998 年才由清华大学 吴之明 、戚筱俊和方惠坚等倡议 ，得到本文几位作者和美籍华裔学者方晓阳的支持与共同努 力 ，并争取到福建省各单位和台湾大学一些学者和土木文教基金会的支持与合作 ，同时还得到 国务院台办“海峡经济科技合作中心”的赞许 ，在厦门市成功地召开了“台湾海峡隧道学术论证大高加索山脉
推普小报
研讨会”4 ，一时间海内外媒体争相报导4 。然而 ，时隔不久 ，原拟本年内定期继续举行的台 收稿日期 :2000Ο10Ο19 ; 修订日期 :2000Ο12Ο10
①黄灿辉. 在厦门“台湾海峡隧道论证学术研讨会”上发言. 1988 .
函授大专自我鉴定300字②唐寰澄. 国家重点科技研究项目( 交通部分) 跨海交通工程研究 ( 建议) ( 1989) 及 1990 国家计委给唐寰澄 ( 琼州海峡跨海 工程筹备组总工) 复信.
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湾海峡隧道学术论证会议，因故未能开成。也有一些人在这样巨大的21 世纪伟大工程构想面前想急于求成。对科技上的难题，特别对地学环境上的困难估计过低；对经济效益与资金筹集等问题，看得过于容易；对于广大专家学者的善意质疑和建议，事先没有思想准备。因此情绪上一时陷入低沉，遂使有关举行会议的原议程暂时搁置。
作者曾积极参与发起到召开首届台湾海峡隧道学术论证研讨会的全过程，也曾从事台湾海峡及海岸近海方面有关的地质、地震及工程地质方面的科研工作，有的还参与过领导确定三峡大坝选址的具体工程地质工作，深知面对这样一个世纪性的世界级巨大工程，其前期的科技调研与论证工作将会是相当艰巨的、长期的、细致的，工程也决非短时期内可以启动。但随着科技的进步，这个前期工作所需时间可能缩短。也许由于环境的改变，经济与社会方面的需要，将对工程方面提出要求，因此如不及时加以准备，则恐延误时机。元宵节彩灯图片
在这些最早期的调研与论证工作中，作者觉得首先要回答以下问题: ( 1) 根据现今所了解的台湾海峡及其附近地区的地质环境、地震条件，能不能修成这样一条海底隧道，将会遇到一些什么样的困难，这些困难是不是“致命的”? (2) 对目前这些确实存在的难题只有经过仔细分析，并估计其难度和现今的或将来的先进工程技术等问题解决之后，才能确定修建与否。
台湾海峡两岸最短的平潭—新竹间的直线距离约126 k m ，是英吉利海峡宽度的3 倍，深度不均，最
深为- 60 m5 。海峡的整个地质环境不一，除个别地段了解较多外，还达不到目前论证阶段所需要的精度。
台湾和台湾海峡处于欧亚板块碰撞带的前沿，这里的地壳运动是地球上最活跃的地带，地壳的错动动力是巨大的，修建地下隧道首先遇到的是安全问题。台湾位于环太平洋地震带上, 台湾海峡也是板内地震常发地区，而且地震的级别不小。1999 年9 . 21 集集大震(7 . 3 级) 给台湾造成了严重的损害,2 300 余人死亡，受伤人数超过1 万。地震波及的范围很广，连福州、温州都有强烈的震感，是这个地区近百年来的大地震。1994 年9 月，台湾海峡南部水域中也发生了强震(7 . 3 级) ，给南澳岛附近沿海造成了一定损害。所以人们担心，建成海底隧道以后, 如果未来再发生地震，万一隧道受到强地震的破坏，只要出现断裂，光是海水大量的渗入一项就是严重的问题。或者地震波冲击高速行驶的列车，使其脱轨，其危害性也不小。此外，台湾海峡地形复杂，其岩石性质、防渗性能、岩层强度和有没有瓦斯等，这些都是比陆地上要复杂得多的问题。还有，开凿这么长的隧道，还需考虑如何施工，会不会出现岩爆，石料来源、渣的出运及对海洋生态环境会不会造成影响等等问题。
通过近年来点点滴滴地质工作的综合，汇集了两岸地质工作者所提供的材料、讨论，甚至老渔民、老船长提供的对横断海峡某些地段海底底床的情况，补充了海图的不足，使人们有可能从辽阔的海峡海域中以便作进一步调研，找到较合适的最短最佳线路。避免在茫茫大海上无的放矢，而造成极大浪费。对上述两次大震的深入研究，也提供了一个详细分析和推断未来地震的绝好机会，并认识到在海
峡的某些地段，地震的危险性并不那么可怕。
在第一次“台湾海峡隧道学术论证研讨会”中，台湾学者在会上提出建议：结合多种因素综合考虑，可以选用(人工) 岛—桥—隧道相结合的固定通道方案，以利于交通、旅游、水产养殖, 海洋开发、保护环境、拓展人类活动空间等综合利用，这样可以避免单调的隧道方案，以避开地下不利的地质因素。
1998 年首次台湾海峡隧道学术论证研讨会能够成功地召开，首先是得到许多师友，也包括台湾大学在内的师友的支持。作者根据现有资料，对上述问题中最关键性的地质与地震两
2 期 彭阜南等 : 台湾海峡隧道地质与地震条件分析 177 大根本性的问题作些剖析 。
台湾海峡的地质条件
在古生代及其以前台湾海峡连同台湾和福建原本是亚洲古大陆的一部分 。自晚中生代开 始 ，中国被巨大的燕山运动所席卷 ，此时位居亚洲古大陆已被断开了的东缘 ———台湾 ，被燕山 运动重新拼接和塑造 。伴随燕山运动的激烈的火山和岩浆活动 ，中国东南沿海一带 ，形成一大 片包括白垩纪及其以前的一套火山 、火成和变质岩体构成的结晶地块 。其分布遍及福建沿海 、 台湾海峡盆地的最底部和台湾岛的褶皱了的盖层之下的基底 ，后者便称之为结晶基底杂岩 。 三者在物性上虽同为刚性的结
晶质固结岩体 ，但每个地区的地块中所包含的组成岩层并不相
同 。台湾的基底杂岩中还包括有亚洲古陆上的古生代岩层
( 含 科化石大理岩) ，甚或更古老 的岩块遗体 6 。
辣舞电影燕山运动之后 ，在新生代亚洲古大陆东缘周边海床上形成了沉积层 。沉积岩层 ，特别是泥 质岩层属于柔性岩层 ，而上述的结晶质岩体 ，则属于刚性岩体 。当两者同时受到喜山运动的推 力作用时 ，柔性岩层容易沿着刚性地体滑动 ，同时产生褶皱 ，甚至形成很剧烈的倒转褶皱而伴 生冲断层 。这种双层构造中盖层的褶皱构造被称作阿尔卑斯型构造 。这是台湾的地质构造特 点 (图 1) 。双层构造中的基底是向东潜入的 ，而且倾角比较平缓
(图 2) 。 此时的台湾东部由于板块碰撞而处于压缩状况 ，结果地壳隆起 ，台湾西部的地壳 ，包括台 西平原及其以西的地壳则处于拉张而下陷 , N N E - N S 的纵向伴随有 E - W 横向张断裂 生成 ，而今台湾海峡的东部 ，开始有半地堑型断陷盆地生成 。这是最原始的台湾海峡盆地 。
本地区最新的弧 - 陆碰撞是在晚上新世开始的 。菲律宾板块吕宋弧与当时大陆架 ，即今
台湾东北部 (花莲近海) 的接触而展开新一代的陆弧碰撞 ，对陆架一侧则促使中央山脉 、雪山山
外祖父的英文脉和山麓带上隆 、褶皱加激 ，沿着双层构造的基底上界面发生向上向西的逆冲断层 ，而在碰撞
带的弧侧则形成了今日之海岸山脉
(长约 150 km ) ，现今还以 6cm/ a 的速度沿海岸山脉断裂向 N E 方向滑移 。这就是今日台湾岛的阿尔卑斯构造的特点 。本区没有一个向西
(大陆侧) 俯冲 的俯冲带 ，却是大陆侧的古大陆板块向东潜插 (图 2 、图 3) 7 。这样从大陆一侧延伸而来的海
下隧道是不会遇到俯冲带的 。按现在世界上各大海底隧道工程的实例和交通运输的要求 ，隧
道的深度多开挖到海床下 40 m 。而目前所知的台湾海峡中部横断震测剖面 ( 图 4) 可见 ，海峡
水域中北段的中 —西部震测剖面显示海床下岩层的最上部 ，自上新世底面向上 ，包括第四纪岩 层(已经成岩) 在内 ，约 300 m 厚 ，均作水平状 ，而且不存在大断层带 。这么厚的不漏水固结页 岩层 ，足够保证隧道开挖时的场地条件 。本文第一作者于 1948 年夏 ，带领台湾大学地质系学 生 ，进入以页岩为顶板的瑞芳煤矿井下 。瑞芳煤矿位于基隆市东偏南约 5～6 k m 的瑞芳镇 ，距
海约 3～4 km ，表层为中中新统的砂页岩 ，煤层则位居下中新统的上部
(该层当时称作木山层) 。 煤层深约 600 m ，为石英砂岩 、暗灰色至黑色页岩伴生的深色粘土和白色
泥砂的不规则纹层 、亚 杂砂岩和几个煤层 。煤层厚度一般 10～100c m ，平均厚约 40cm ( 张锡龄 ,1971) 8 。当时采用 斜坑道 ，供采矿者出入 ，斜穿中中新统砂页岩 ，进入煤层后 ，即顺走向开挖煤层 ，延伸入海下 ，在 核减地面高程及水深之后 ，估计矿坑在海床下深约 500 m ，但井下斜坑则穿越海床下各种深度 , 当年第一作者在坑下只遇到滴水 ，而未闻有大量漏水 。
图 4 为横穿台湾海峡中段的 AB 线的震测剖面 ，图 5 为靠近台湾海峡的东海大陆架的震 测剖面 。这两个剖面有类似的构造特点 ，即从上新世底部至现代层层序完全呈水平状 。图 3 、
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1 . 西螺地块( X iluo block) ;
2 .台西海岸带( Taiwan2west ern c oast z o ne) ;
3 . 山麓带(piedmo nt z o ne) ;
4 . 台湾北端第
四纪火山群( volcanoes of Quat ernary perio d in t he no rt h of Taiwan) ; 5 .屏东纵谷(Lo ngit udinal Valley of Pindo n g) ;
6 . 雪山带( snowberg z o ne) ;
7 . 宜兰平原( Yilan Plain) ;
8 .中央山脉板岩(cent ral mo unt ain slat e) ;
9 .东部台湾基底
中心带(cent ral z o ne of t he bament in t he east of Taiwan) ; 10 . 东部台湾基底中心带主体片岩带(main schist belt of cent ral z o n e of t he bament in t he east of Taiwan) ; 11 .台东纵谷(Lo ngit
udinal Valley in t he east of Taiwan) ; 12 . 海岸山脉(c oast al mo u nt ains)
a○新竹—林内断裂( Xinzhu —Linnei fault ) ; b○彰化断裂( Zhanghua fault ) ;
c○屯子脚—狮潭断裂( Tunzijia o2Shit an fault )
图1 台湾地质纲要图附西螺地块简图( 据文献7 )
Fig. 1 S implified t ecto n ic ma p of Taiwan wit h a chart of Xilu o b lock
( Acc o rding to Biq Chingchang 1997)
4 中所揭示的海峡正断裂陷盆地以及图
5 东海南部断陷盆地均系上新世以前长期形成的。
根据王志明9 在临近新竹的桃园县沿海地区的观音KY - 1 号地层测井资料，上新统顶部
卓兰层、下更新统头科山层及中更新统大南湾层的厚度分别为533 m 、314 m 及36 m 。据俞何
2 期 彭阜南等 : 台湾海峡隧道地质与地震条件分析 179
1 . 前第三纪刚性基底( rigid bament of t he Pre 2Tertiary ) ;
2 . 前第三纪滑动基底 ( sliding bament of t he Pre 2Ter 2 tiary ) ;
3 . ( 2) 上部之粘板岩( 已强烈变形破碎并作蛇绿岩化) (clayey slat e o n t he top of ( 2) ;
4 . ( 1) 的上部第三纪板 岩及石英岩分离层( t ertiary sl at e and quartzitic belt o n t he top of ( 1) ;
防火标语
5 . 主要为中新世及上新世地层 ，分布在山麓区 作迭瓦构造( t he layer of Miocene epoch and Pliocene epoch , dist ribut ed in t he piedmo nt area in t he f o r m of i mbricat e st r uct ure ) ;
6 . 更新世磨砾层及造山后沉积( 分布于山系西侧) ( gravel layer of Pleistocene epoch and po st 2o ro genic d 2 i ment s ( dist r ibut ed in t he west of t he mo unt ain syst em ) ;
7 . 第三系外来弧及俯冲杂岩(exotic arc of Tertiary and under 2
Yahweh
t hrust c o mplex ) H L . 新竹 —林内断裂 ( Xinzhu 2Linnei fault ; TS. 屯子脚 —狮潭断裂 ( Tunz ijia o 2Shit an fault ; CC. 潮州 —车埕断裂 ( Cha ozho u 2Checheng fault ) ; L S. 梨山断裂(Lishan fault ) ; ZR. 中央山脉断裂 (fault of t he cent ral mo unt ains ) ; K R. 海岸山脉断裂(fault of t he c oast al mo unt ains )
ml . 苗粟( Mia o shu ) ; tc . 台中( T aizho ng ) ; hl . 花莲( Hualian )
图 2 台湾地质剖面简图( 据文献7 )
Fig. 2 S implified geolo gic ctio n of Taiwan
( Acc o rding to Biq Chingchang , 1997 and wit h an additio nal chart )
图 3 福建南日岛至台湾新竹 —苗栗之间地质地震剖面图
Fig. 3 S eismic geolo g ic p r ofile acro ss Nanri Island of Fu jian p r o vince to Xinzhu 2Miaoli of Taiwan
根据南海所( 1989) 、俞何兴和陈汝勤( 1996) 及毕庆昌( 1997) 等图件编制
Synt hetic Prof ile af t er S. China Sea Instit ut e of Oceanograp hy 1989 ,
H. S. Yu & J . C. Chen 1996 and Biq Chingchang 1997 , et al .
