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新興科技應用
農村發展及水土保持署
測繪圖資新利器-淺談新式地質製圖方法
期數 / 第40期
發布日期 / 2022.03.10
主筆 / 陳昭岑
責任編輯 / 陳振宇
測繪地質圖的難處

地質圖(圖一)為地質學門研究的重要基礎,其提供之區域地質資訊可作為野外地質調查時的參考。傳統測繪地質圖,係以野外調查為主,由地質學家實際走訪野外,沿河谷或海岸沿線露頭調查,紀錄區域之岩性、地質構造、位態等資料。惟受限於部份區域植被覆蓋或地形過於險峻且難以抵達,使得傳統測繪及製圖時,仍須仰賴地質學家以零星之露頭調查資料結合作圖法推測,並建構出區域地質樣貌。因此,在傳統測繪製圖上仍存在一些無法克服的限制。

圖一、五十萬分之一台灣地質圖。(摘自地調所,2000)
圖一、五十萬分之一台灣地質圖。(摘自地調所,2000)
地質製圖的發展

現今,隨著科技發展,空載光達與無人載具空拍技術已能克服傳統地質調查時的限制,其產製的高精度、高解析度之數值高程模型(Digital Elevation Model, DEM)可用來作為地表微地形特徵判釋的基礎底圖,且加上電腦軟硬體的精進,如今地理資訊系統(Geographic Information System, GIS)可進一步將數值高程模型立體化(圖二),提供三維的各種光影與視角,讓地質學家以更全面性的視野,於室內先進行岩層線形與構造判釋,描繪出地表岩層與斷層分布,輔以過去文獻收集與彙整,補足野外調查的限制與節省耗費於野外為尋找合適露頭的時間。

圖二、順向坡地形。(摘自詹瑜璋,2021)
圖二、順向坡地形。(摘自詹瑜璋,2021)
精進製圖的方法

善用三維立體展圖視覺化的特色,結合光源、視角或其他參數的調整(圖三),可強化數值地形影像之細微特徵,並使地質人員於判釋時,可更清楚判讀各類岩層與構造線性(斷層、褶皺)及其他岩性之地表特徵,同時藉由電腦計算位態(圖四),輔以查核、驗證野外調查成果之正確性。

圖三、不同光影呈現效果之數值地形圖。(摘自詹瑜璋,2021)
圖三、不同光影呈現效果之數值地形圖。(摘自詹瑜璋,2021)
圖四、回歸面與地層位態計算示意圖。(摘自施乃慈,2018)
圖四、回歸面與地層位態計算示意圖。(摘自施乃慈,2018)
站在巨人的肩膀上-前人研究與文獻的重要性

過去地質學家們的野外研究,亦是測繪地質圖的重要基礎。例如位態與岩性等前人野外調查的資料,結合高精度數值高程模型,針對各特徵進行分類,可避免誤判構造線形種類,降低研究過程中人為誤判的風險。且隨著時代變遷,許多良好的露頭因工程或人為開發,已不復見,因此在測繪地質圖前,對於前人研究的彙整(圖五),是不可或缺的重要工作。

圖五、新舊地質圖幅比對。(摘自詹瑜璋,2021)
圖五、新舊地質圖幅比對。(摘自詹瑜璋,2021)
傳統地質製圖的限制

由於過去製圖可能因資料缺乏,繪製的界線線形常無法考慮地形特徵,僅能仰賴地質學家以經驗法則推測製圖,致使小比例尺及工程大比例尺的地質問題研究上,仍有許多空缺。例如,傳統測繪之地質圖,岩層界線多以圓滑曲線呈現(圖六),且岩層線段多以平行等厚的概念利用等距測繪法繪製。

圖六、新舊地質圖幅岩層界線比對。(摘自詹瑜璋,2021)
圖六、新舊地質圖幅岩層界線比對。(摘自詹瑜璋,2021)
新式地質製圖的優點

利用高精度、高解析度數值高程模型所測繪之地質圖,因其可全方位的展現地表地形上的構造線形特徵及其位態資訊,使地質學家能更精準地描繪、掌握並建立地層邊界與地質構造的正確地理位置(圖七),並克服傳統地質製圖因人力無法到達及受限於植被覆蓋的限制,精進現有的地質圖。

圖七、背斜構造,(a)立體數值高程模型;(b)立體地質圖。(摘自施乃慈,2018)
圖七、背斜構造,(a)立體數值高程模型;(b)立體地質圖。(摘自施乃慈,2018)
新形態地質製圖之限制

儘管在數值高程模型上測繪崩積層之岩層線與構造線時,此線型代表該構造在地形上可能出露之位置,但因為崩積物可能覆蓋岩石差異侵蝕的地形,使之呈現半圓錐狀或使地層厚度增加(圖八),造成真實邊界投影至地表的位置有所偏差。因此在線型的位置判釋,仍須仰賴地質學家實地走訪調查其誤差或判斷真實性。同時,對於大範圍之人為開發區域(圖九),因缺乏許多連續地質構造線型特徵,僅能仰賴前人文獻的野外調查及更多地質學家們於野外查核所獲得之成果,建構該區域之原始地質樣貌。

圖八、崩積覆蓋岩層之線型於崩積物剖面測繪示意圖。(摘自施乃慈,2018)
圖八、崩積覆蓋岩層之線型於崩積物剖面測繪示意圖。(摘自施乃慈,2018)
圖九、人為開發區域野外照片與立體數值高程模型圖對比。(摘自施乃慈,2018)
圖九、人為開發區域野外照片與立體數值高程模型圖對比。(摘自施乃慈,2018)
地質製圖之展望

現今,透過整合前人研究資料與文獻,加上空載光達及無人飛行載具的應用,以及電腦軟硬體設備的快速發展,使地質學者們發展出更詳細、廣域及全面性的新式地質圖製圖流程。同時,在三維測繪環境中突破傳統地質測繪製圖之限制,提供更高精度、高解析度與富有立體化之新一代地質圖,使其具有更多地質資訊,提升其實用及準確性。

參考文獻:

施乃慈 (2018) 在三維環境中繪製高解析度地質圖:以臺灣北部雙 溪地質圖幅為例。臺灣大學地質科學研究所學位論文,145頁。
詹瑜璋 (2021) 光達測繪精細地形在地質圖修繪應用-LiDAR地質圖說明手冊。

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