第一章續論

Size: px

Start display at page:

Download "第一章續論"

告敢梅
5 years ago
Views:

1 因版權問題, 恕不提供本文提及之插圖第五章變質岩 (METAMORPHIC ROCKS) 基本概念 : 1. 變質岩由火成岩沉積岩或已變質的岩石變質而來 2. 變質岩導自於溫度和壓力的變化, 以及孔隙內部流體化學性質的變化, 這些變化經常會產生新礦物新岩理和岩體的新構造 3. 沉積作用進行時, 新礦物沿最小應力方向成長, 形成平面狀岩石構造, 稱為葉理三大主要葉理為 :(1) 板岩狀劈理,(2) 片理和 (3) 片麻岩狀條紋 4. 單一礦物組成的岩石會發展出顆粒粗大的粒狀岩理 5. 主要的變質岩有板岩片岩片麻岩石英岩大理石角閃岩變質礫岩和角頁岩 6. 區域變質作用沿著收斂板塊邊界的山根地區發展接觸變質作用為局部的現象, 一般和岩漿侵入圍岩所引起的熱和化學變化有關 5-1 變質岩的特性和分布 (NATURE AND DISTRIBUTION) 原岩因外界溫度壓力或化學環境的改變, 轉變成變質岩大部份原岩的岩理或構造遭受變質作用的破壞, 無法辨識變質岩通常較原岩更緊密更重且顏色更深變質作用常會形成新礦物, 產生新的岩理, 若成份不變, 則礦物晶體會長得更大變質岩的組成礦物顆粒有偏好的方向性排列 (Preferred Orientation), 顯示此等礦物在應力作用下結晶, 或因壓力作用而有塑性流動的現象變質岩的組成礦物同時開始進行結晶作用, 彼此在固態下競爭生長所需的空間, 其成長乃依最小應力方向, 變質岩因礦物的再結晶作用而具層狀或平面狀構造變質岩組成大陸地殼的大部份, 地表的沉積岩經侵蝕移去後, 大陸內部的地盾 (Shield) 常見大範圍變質岩的出露, 變質岩和相關的火成侵入岩體約佔有整個大陸地殼 85 %的體積, 其延伸至少達 20 公里的深度除了穩定的地台和地盾外, 變質岩亦常存在於山脈的根部, 地函的一部份可能為變質岩 ( 仍有待證實?) 39

2 5-2 變質作用 (METAMORPHIC PROCESSES) 變質作用為岩石的岩理和成份一系列的變化, 變化朝著使岩石恢復平衡的方向進行主要的變質營力有 :(1) 溫度 (2) 壓力和 (3) 化學的變化 ( 一 ) 溫度變化 (Temperature Change)- 岩石溫度升高時, 礦物開始由固態轉為液態, 孔隙流體的活性亦增加低於 200 時, 礦物沒有任何變化, 而隨著溫度的升高, 孔隙流體和岩石間的化學變化明顯進行, 礦物原有的結晶格子 (Lattice) 被破壞, 離子重新組合成新礦物溫度超過 700 時, 岩石液態部份增加, 此高溫液相 (Fluid Phase) 成份已趨近岩漿階段, 溫度繼續升高將造成岩石和岩漿共存的狀態, 可能形成介於火成岩和變質岩間的過度性岩石不同礦物的穩定溫度不同, 由岩石中的礦物成份可瞭解岩石的形成溫度 ( 二 ) 壓力變化 (Pressure Change)- 地殼內部的高壓造成岩石物理性質顯著改變, 高壓下岩石轉為塑性, 並因礦物顆粒的移動轉動或破裂而產生變形, 形成礦物的重新排列和新的岩理高壓常產生原子排列更緊密的新礦物, 而壓力來源除深埋岩層所受的靜岩壓外, 壓力亦常來自收斂板塊邊界處的具方向性應力 ( 三 ) 化性活潑的流體 (Chemically Active Fluids)- 變質作用常涉及化學成份的變化變質過程中, 低溫礦物分解產生流體介質, 有助於離子和原子的活動離子和原子自分解的礦物中析出, 在孔隙內的流體介質裏, 沿著顆粒邊緣移動, 再重新組合成在新的溫壓條件下能保持穩定的新礦物岩漿侵入圍岩時, 岩漿的物質亦可能藉由圍岩的流體介質進入圍岩中, 而產生新礦物, 稱之為換質作用 (Metasomatism) 5-3 變質作用 (METAMORPHISM) 的分類 ( 一 ) 接觸變質作用 (Contact Metamorphism)- 當岩漿侵入圍岩時, 圍岩和岩漿的接觸面, 會因高溫而發生變質作用, 此作用涉及離子的交換或岩漿流體的侵入接觸變質作用只發生在火成岩和圍岩間的接觸變質圈 (Metamorphic Aureole), 其寬度寬者可達二三百公尺, 甚至超過數公里, 狹者僅及二至三公分, 決定於侵入岩體的大小溫度種類和圍岩的性質 ( 二 ) 區域變質作用 (Regional Metamorphism)- 規模可延伸數百或數千平方公里, 溫度和壓力並重, 其他變質營力亦參與變質作 40

3 用, 造成葉理狀變質岩區域變質作用多發生在褶皺山脈或造山帶中, 與造山運動有密切關係 ( 三 ) 壓碎變質作用 (Cataclastic Metamorphism)- 影響範圍小, 以岩石的機械變形為主, 局部發生在地下淺處的斷層帶和強烈的褶皺帶岩石組成礦物受壓力或剪力作用, 成份未變, 但有強烈機械性破裂, 或磨壓成粉如角礫岩 (Breccia) 和磨變岩 (Mylonite) 5-4 變質岩的種類變質岩的分類係根據其岩理和成份, 可分為兩大類 :(1) 岩石具明顯平面狀構造, 稱之為葉理 (Foliation),(2) 岩石不具葉理, 呈粒狀岩理 (Granular Texture) ( 一 ) 葉理狀岩石 (Foliated Rocks)- 葉理因岩石受動力作用, 片狀或長條形礦物平行排列所造成, 岩石經常可見不同礦物成層狀分布, 相間出現板岩 (Slate)( 圖 5.1)- 極細粒的變質岩, 由頁岩經低度變質作用所造成平面狀礦物如雲母綠泥石和滑石平行排列, 形成岩石極易順著板岩狀劈理 (Slaty Cleavage) 方向分離成平滑的岩板組成礦物顆粒細小, 需使用岩石顯微鏡方可辨識千枚岩 (Phyllite)- 外觀和板岩近似, 但因雲母晶體較大, 劈理面常呈絲絹光澤, 其所受變質作用強度比板岩具較高的溫度和壓力片岩 (Schist)( 圖 5.2)- 中粗粒葉理狀岩石, 礦物顆粒可由肉眼辨識葉理由雲母綠泥石滑石和赤鐵礦平行排列造成, 稱為片理 (Schistosity) 除了粘土礦物以外, 片岩常含大量石英長石石榴子石 (Garnet) 角閃石和其他礦物, 又可細分為 : 綠泥石片岩雲母片岩和角閃石片岩片岩變質作用強度高, 其原岩種類多如玄武岩花崗岩頁岩和凝灰岩, 片岩為數量最多的變質岩片麻岩 (Gneiss)( 圖 5.3)- 為粗粒葉理狀岩石, 其葉理由淺色和深色礦物呈層狀分布相間出現所形成, 又稱片麻岩狀層紋 (Gneissic Layering) 其主要礦物和花崗岩一致, 石英長石和鐵鎂質礦物, 淺色層次由長石石英組成, 深色層次由雲母角閃石和含鐵礦物組成, 片麻岩由高度區域變質作用造成, 其片麻岩狀層紋常高度扭曲, 部份地區的片麻岩外已逐漸趨近花崗岩狀 ( 二 ) 非葉理狀岩石 (Nonfoliated Rocks)- 由等粒狀單一礦物組成的岩 41

4 石如砂岩石灰岩, 變質作用可壓扁伸張和拉長其礦物顆粒, 但無法形成層狀葉理, 稱為粒狀岩理石英岩 (Quartzite)( 圖 5.4)- 由石英含量高的砂岩變質而成個別的石英顆粒變形並結合成一整體團塊, 岩質堅實純的石英岩為白色或淺色, 但氧化鐵或其他礦物成份, 常造成紅色褐色綠色和其他顏色的石英岩大理岩 (Marble)( 圖 5.5)- 由石灰岩或白雲岩變質而成, 方解石為主要的組成礦物, 常呈等粒狀的較大晶體交鎖 (Interlocking) 在一起純的大理岩為白色, 但因常含其他礦物雜質而有多種色調和條紋, 如白色綠色紅色褐色和黑色大部份大理岩形成於區域變質作用地區, 其分布介於片岩帶和千枚岩帶之間角閃岩 (Amphibolite)- 為粗粒狀的變質岩, 成份以角閃石斜長石為主, 雲母石英石榴子石和綠簾石 (Epidote) 亦有時存在角閃岩由玄武岩輝長岩或鐵鎂質高的岩石變質而成變質礫岩 (Metaconglomerate)( 圖 5.6)- 數量不多, 但在某些地區極為重要, 岩石中的礫可顯示岩石在固態下, 所能夠承受的變形程度在具方向性的應力作用下, 拉長的礫呈線性組織 (Linear Fabric) 角頁岩 (Hornfels)- 極細粒堅硬緻密的變質岩, 常呈黑色, 因岩石受接觸變質作用, 礦物產生局部或全部再結晶作用所造成角頁岩一般導自頁岩火山岩流或其他細粒岩石亦可造成 5-5 變質帶 (METAMORPHIC ZONE) 區域變質作用涉及大型岩體構造的調整和組成礦物的再結晶作用, 區域變質岩可顯示不同溫壓組合的變質帶, 不同變質帶可由一定的指標礦物 (Index Mineral) 的出現而反映當相當厚度的頁岩變質時, 其標準的指標礦物自低度至高度變質作用, 依序為 : 綠泥石 (Chlorite), 黑雲母 (Biotite), 石榴子石 (Garnet), 十字石 (Staurolite), 藍晶石 (Kyanite) 和矽線石 (Sillimanite)( 圖 5.7) 若原岩為其他岩類時, 則指標礦物亦將有所不同, 而指標礦物所定義的相鄰兩變質帶的界線稱為等變質度線 (Isograd), 在此線上岩石的變質度相同另一類變質帶的建立則根據在一定變質條件下, 所產生的相關變質岩的組合而定, 稱為變質岩相 (Metamorphic Facies)( 圖 5.8) 每 42

5 個變質岩相有其特殊的礦物組合, 並以特性岩石或礦物的種類加以命名若以玄武岩為例, 變質岩相中最低度的低溫低壓的沸石 (Zeolite) 相, 沸石為一種複雜的含水含鋁含鈉或鈣的矽酸鹽類礦物溫度升高即進入綠色片岩 (Green Schist) 相, 主要組成礦物有綠泥石鈉長石綠簾石和陽起石如果變質度或溫度再繼續升高, 即進入綠簾石 - 角閃岩 (Epidote-Amphibolite) 相, 除綠簾石和角閃石外, 尚可能含鈉長石和鈉鈣長石如果溫度再升高, 即進入角閃岩 (Amphibolite) 相, 角閃石和斜長石取代綠泥石和綠簾石成為主要礦物, 有時尚含石榴子石最高度的區域變質作用為粒變岩 (Granulite) 相, 礦物皆不含水, 以紫蘇輝石 (Hypersthene) 和普通輝石 (Augite) 最為常見, 又稱雙輝石 (Two Pyroxene) 相, 其他礦物尚有斜長石橄欖石和尖晶石若溫度再升高, 則岩石進入熔融狀態另外, 在極特殊的環境下, 相當高的壓力作用會造成榴輝岩 (Eclogite) 相, 由鈉質輝石和鎂質石榴子石組成而綠色片岩相在高壓低溫的環境下會造成藍色片岩相 (Blue Schist), 主要礦物為藍閃石 (Glaucophane), 為一種藍色的含鈉角閃石 5-6 變質岩和板塊運動 (PLATE TECTONICS) 根據板塊運動學說, 壓力來自板塊的壓縮聚合作用, 熱量在隱沒帶產生, 而剪力存在於板塊彼此滑動的破碎帶和隱沒帶在收斂板塊邊界 ( 圖 5.9), 褶皺山脈的根部, 原有物質為來自大陸或火山島弧受侵蝕作用所產生的沉積物, 或為來自海洋地殼的玄武岩和深海沉積物此等物質在收斂板塊邊界受到擠壓, 再結晶作用形成高角度或垂直的葉理, 呈平行收斂板塊邊緣的方向分布在山根深處, 變質作用強烈的溫壓並重, 並有部份熔解的現象, 熔解的物質被自隱沒帶上升的岩漿同化, 使得火成岩基和岩脈經常和高變質度岩石相伴而生不同的變質岩組由不同原岩產生, 如大陸邊緣的砂岩頁岩和石灰岩, 沿火山島弧分布的火山沉積物和岩流, 海洋地殼的玄武岩和深海沉積物的混合物接近隱沒帶處, 高壓左右著變質作用的發展, 下沉板塊表面的海洋沉積物和海洋地殼碎塊被刮起, 使得深海沉積物海洋玄武岩其它岩類岩塊和部份上掩板塊的物質, 混合成雜亂無章的團塊 (Chaotic Mass), 稱之為混同層 (Melange) 離隱沒帶遠處的山根, 則存在高溫低壓的變質作用在板塊收斂作用的應力被消耗後, 山脈的侵蝕作用開始進行, 山根因大地均衡的調整而上升, 演進至最後階段時, 山根的岩層和 43

6 變質雜岩出露於地表, 形成新的大陸地殼, 整個作用需時數百萬年此作用隨著造山運動重複進行, 使得大陸逐漸長大, 因此地盾裏的變質岩帶被視為古代大陸衝撞的記錄 44

概念構圖

概念構圖地表岩石的循環圖片請參閱 : Plummer, Charles C.&Carlson, Diane H. (2007). Physical Geology (p.56). New York:McGraw Hill. 第三章火成岩之ㄧ (IGNEOUS ROCKS) 主要觀念 : 1. 岩漿為熔融狀的岩石, 因下部地殼和上部地函的組成岩石部份熔解所產生, 其形成深度通常在地表下方 10 至 200

第一章 續論

第一章續論