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火成岩成因 Formation of Igneous Rocks
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沉積岩的主要特點
1 . 層理(bedding)
因外在環境的變化,以及搬運外力的分選作用,使顆粒大小、硬度、顏色及成分等均不相同的沉積物先後堆積,形成層理;相鄰兩層之間的接觸面叫層面。 |
2. 波痕(ripple marks)
固結的沉積受流水、波浪等作用的影響而移動,在表面形成波狀起伏的層面構造,叫做波痕,如被後期沉積物覆蓋,硬化成岩後,便可保存在沉積岩層中。 |
3 . 化石(fossil)
沉積岩中常有沉積時代的生物遺體,有的祇是印痕,有的是軀殼、骨骼、枝葉等,有的保存很完整,有的則為碎片。這些遺體或遺痕經石化後,保存在沉積岩層中,即為化石或痕蹟化石。因為時代不同、環境不同,也就有不同的化石。 最特別為恐龍化石。 |
4 . 岩層的產狀(attitude of bedding)
岩層的產狀指岩層與水平面的相對位置和方位,通常有水平、傾斜和直立等幾種,其要素包括岩層的走向(strike)、傾向(dip) 和傾角(dip angle) 。岩層與水平面相交的線叫走向線,走向線的方向就是岩層的走向,它表示岩層在水平面上的延伸方向。傾向指岩層傾斜的方向,標準的傾向線與走向線互相垂直、是岩層傾斜一端的水平投影;而在岩層的真正傾斜表面上下引一條與走向線互相垂直的直線,則為傾斜線;此線與傾向線之間的夾角,叫做傾角。 |
地殼中的岩石,由於地殼活動或岩漿活動的影響,受到高溫、高壓的作用和岩漿的化學作用,使原來岩石的內部礦物成分、結構和構造上發生了變化,從而形成一種新的岩石,稱為變質岩,這種變化稱為變質作用。因為原來岩石的性質不同,變質作用的性質和強度不同,所形成的變質岩亦各有不同之處。總的來說,變質作用的結果可以概括為兩方面:一是岩石的礦物重新結晶或產生新礦物;二是某些礦物在定向壓力下呈定向排列形成片理構造。 |
變質作用可分為兩大類:接觸變質作用(contact metamorphism)及區域變質作用(regional metamorphism)。
前者是指地殼深處的岩漿上升,侵入原生岩時,原生岩受到岩漿高溫(可達 攝氏1 0 0 0度以上)的影響,或受到岩漿中分異出來的揮發成分及熱液的影響而發生變質。這種變質作用又可稱為熱力變質作用,其變質帶(aureole) ----受熱而重新結晶的範圍----範圍較小,一般呈狹長帶狀分布。 |
佈。
區域變質作用,是由地殼運動所引起的大範圍變質現象,是各種變質因素作用的結果。如天山、祁連山地區都曾經過區域變質作用。
以下為較常見的變質結果:
母岩 | 變質岩 | |
砂岩 | 石英岩(quartzite) | |
石灰岩 | 大理岩(marble) | |
頁岩/泥岩 | 板岩(slate)、千枚岩(phyllite) | |
花崗岩 | 片麻岩(gniess) |
大理岩
是組成陸地表面的物質,通過岩漿活動、沉積成岩作用或變質作用而形成;在形成之後,則受地表的不同作用影響,改變了成分或結構,甚或改變了位置,亦使地面形貌改觀。這些不同的作用,總稱為剝蝕作用。
各種的剝蝕作用經常運作,使地面的岩石破碎或移動,最後集中於一些低窪的位置沉積,經成岩作用便形成沉積岩。若因板塊碰撞或火山爆發引致火山口塌陷,則岩石會掉進岩漿中而被熔融,要是遇上地表薄弱位置或裂縫位置,岩漿會上湧至較低溫地帶而冷凝為火成岩。當岩漿上湧時,其熱力足以使兩旁的原生岩石局部熔化並使礦物重新結晶;若有地殼運動而產生斷層或褶曲作用,則除了地勢升降外,受力的岩石也會變質或破碎,形成變質岩。已形成的各種岩石會再受到各種剝蝕作用影響而改變,是為岩石物質的循環。由此可見,剝蝕作用可促使岩石物質的循環。
礦物的類別達三千種,晶體形狀奇異,色彩瑰麗。 礦物是由各種化學元素組成的化合物。化學元素在地殼中很少是以單質元素存在的,祇有金、金剛石(碳)、石墨(碳)、自然硫等幾種;其他絕大多數元素以化合物形式存在於地殼中,如石英(二氧化硅)、食鹽(氯化鈉)、石膏(硫酸鈣)等。
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方解石 calcite | 石英 quartz |
黃鐵礦 pyrite | 黑雲母 biotite (mica) |
磁鐵礦 magnetite | 石膏 gypsum |
孔雀石 malochite | 銅礦 copper ore |
不少礦物可供開採提煉,作為各種工業生產的原籵,如石墨、磁鐵礦、石棉、高嶺土、石英等,亦有不少礦物如金剛石、硬玉等,琢磨後成為珍貴的寶石或玉石。 |
(一)火成岩:火成岩是因地球內部高溫岩漿噴出地面凝結,或侵
入地殼以內冷卻凝結而成。而由於在地中生成的位
置不同而有火山岩、半深成岩、深成岩等三種。其
種類包括有玄武岩、安山岩、流紋岩、閃綠岩及
花崗岩等。
(1)火成岩的礦物成分:火成岩是由一種或數種火成礦物晶粒
緊密結合而成。火成岩的主要造岩礦物為矽酸岩類如:橄
欖石、輝石、角閃石、黑雲母、白雲母、長石、石英等。
(2)火成岩的組織與形狀:岩石組織是岩石物理性質的一種,
是指岩石中礦物粒集聚的外觀,如顆粒的大小、形狀及礦
物粒間的排列關係。
1.粒狀組織:假如岩漿冷卻得緩慢,那麼就有足夠的時間來
生長顆粒較大,而可由肉眼分辨出的礦物粒。叫粒狀組織。
2.微晶組織:岩漿冷卻的速度常和岩漿體的大小,形狀以及
距地表的深度有關,即使同體積的岩漿侵入體,假若它的
表面積很大,也就是說它的厚度小,而寬度及長度較大,
因而它與周圍的低溫岩石的接觸面積大,那麼它的冷卻速
度也較快,不能形成較大的礦物粒,只能造成微粒,叫做
「微晶組織」。例如(玄武岩)
3.玻璃組織:假如岩漿自火山或地殼的裂縫中突然噴出地
表,而急驟冷卻,以致時間上不允許礦物結晶,如此形成
的岩石就沒有結晶而變成玻璃質。例如(黑曜石)
4.斑晶組 4.斑晶組織:岩漿的冷卻速度有時先後不一,初期冷卻得較
慢而有較大的礦物 粒生成。後因岩漿體移入另一種新環境
而加快冷卻,使在後期結晶出的礦物形成較細的晶粒,在
這種岩石中大的晶體稱為「斑晶」。例如(芬岩山岩)
(3)常見的火成岩有:花崗岩、安山岩、玄武岩、輝長岩、
閃長岩等。
(4)火成岩的用途:火成岩中的安山岩經過切割磨平,就成為
很好的石材,可用來鋪路,築石階,做建築材料。也可以
用來雕刻龍柱、壁像、碑文等。
沈積岩:沉積岩,顧名思義,是經過「沉澱、堆積」而形成
的岩石。在地球上已存在的岩石,無論是火成岩、
沈積岩或變質岩,在受到化學或風化作用後,就變
成碎屑物質或溶解於水中的物質,這些物質再經自
然媒介,如河流、冰川、風、海流等,搬運到另外
的地方。如果搬運速度的改變,這些碎屑物就在一
個新的環境中逐漸沈積下來,造成礫、砂或泥堆於
河床,湖底,海濱等地。這些沈積下來的疏鬆物質
叫做沈積物,這些沈積物經長時間的硬化後,就造
成「沈積岩」。
(1)沈積岩的特徵:沈積岩常顯示平行的紋理,代表著沈積的
層次,這種成層的構造稱為「層理」,這是沈積岩最明顯
的特徵。觀察其自下而上之層次,就可以辨別沈積之先
後,而且沈積時往往有生物遺跡,如果埋沒時間很久就變
成化石,這是與火成岩最大不同的地方。
假如沈積岩的顆粒在2公厘以上的叫礫岩,0.2公厘至2公厘
的叫砂岩,0.2公厘以下的叫頁岩。
(2)沈積岩的成岩作用:
1.壓縮作用:由於沈積物本身重量的壓力,使顆粒和顆粒間
的水分被排除,沈積物被壓縮成為岩石。
2.膠結作用:在碎屑沈積物的空隙中,為其他物質充填沈澱
其中,而使沈積物膠結硬化成為岩石,常見的膠結物有矽
質(SO2)如石英、蛋白石等;石灰質(CaCO3)多為
方解石,及鐵質,如氧化鐵。
3.再結晶作用:在化學沈積物和生物沈積物中比較普遍,如
生物遺體中的霰石;再結晶成為方解石。
4.其他化學變化:如氧化及還原作用及有機物分解作用等。
(3)常見的沈積岩有:礫岩、角礫岩、砂岩、 頁岩、石灰岩等。
(4)沈積岩的用途:沉積岩中最具開採價值的是石灰岩。石灰
岩是台灣最豐富的礦產之一,是製造水泥、石灰、製糖和
造紙不可或缺的原料,它與我們日常生活有密不可分的關
係。 變質岩,就是火成岩或水成岩受高溫高壓及水氣之
作用,而將其中所含的礦物及其組織,全部或一部
分改變,而成為另一種類之岩石,此種變化,就稱
為變質作用。如:石灰岩變為大理岩,頁岩變為
板岩等。變質岩主要產生在板塊推擠最劇烈的「造
山帶」中,例如台灣的中央山脈。
(1)變質作用之要素:岩石變質有三要素,即壓力、熱力、液
體及氣體,三 者各有其效用,而無分輕重,如果岩石變質
很深,則三者的作用一定都很強烈,否則三者之中,以其
中一項為主,其他二項為副;現在把三者交互作用的情形
說明如下:
1.區域變質:岩石若僅受其上部地層之靜壓力,則產生之變
質效用很小,僅能將疏鬆者壓成堅質,除非有高溫的熱力
幫助。若是動壓力,就可發生重要變質。動壓力就是岩石
周圍所受強弱不均之壓力,所以其中的岩石分子,得乘虛
弱之處伸張或重行排列,因此造成一特殊之變質結構。依
據專家實驗的證明,僅動壓力一種,就可使岩石中礦物重
行排列,而成扁平或狹長狀,互相平行,形成片狀組織。
2.接觸變質:火成岩的岩漿侵入到其他岩石中,在其接觸
帶,因熱力可以熔解岩質,將已成之礦物,使之分裂而重
新造成新礦物,如火成岩侵入於石灰中,因受熱力影響,
重行結晶,成為大理岩。
3.熱液變質:當火成岩冷凝時,尚有餘液分泌出來,溫度雖
不甚高,但氣質甚多,如果與四周岩石接觸,也可起化學
作用,而產生熱液變質,如:絹雲母,綠泥石,石英等礦
物都是這樣生成的。此類變質範圍不廣,但是造成了許多
有經濟價值的礦脈。
(2)常見之變質岩:片麻岩、石英岩、雲母片岩、板岩、千枚
岩、片岩、大理岩、蛇紋岩等。
(3)變質岩的用途:變質岩中的大理岩看起來清爽華貴,是高
級的建築材料,也可以用來雕塑手工藝品或藝術品。這種
呈白色、土黃色或棕色的大理岩與綠色的蛇紋岩,都是台
灣東部的特產。
岩石為礦物的集合體,是組成地殼的主要物質。岩石可以由一種礦物所組成,如石灰岩僅由方解石一種礦物所組成;也可由多種礦物所組成,如花崗岩則由石英、長石、雲母等多種礦物集合而成。組成岩石的物質大部分都是無機物質。岩石可以按照其成因因分為三大類,但由於自然界是連續體,很難真正依據我們的非類分成三種岩性,因此會存在一些過度性的岩石,好比說凝灰岩(火山灰塵與岩塊落入地表或水中堆積膠結而成)就可能被歸於沉積岩或火成岩,但大抵是我們還是可以分為主要的三大類:
沉積岩
佔地表的66%,為地表的主要岩類。由原來已形成的岩石,受到風化作用後變為碎屑,或由生物的遺跡等,再經過侵蝕、沉積、及石化等作用而造成的岩石。這類岩石都成層狀,最先沉積者在下部,時代較老;層次愈上者,則時代愈新,這叫做疊置層法則。當岩石沉積的時候往往含有生物的一還埋沒後長可以完好保存歷久就變成化石;在火成岩中則多無化石存在。
火成岩
地球內部的溫度和壓力都很高,所有組成物質﹝指礦物質﹞都呈現熔融狀態的流體,名為岩漿。火成岩即由於岩漿侵入地殼內部,或流出地表面造成熔岩,在經冷卻凝固而造成,如玄武岩及花崗岩等都是。火成岩是所有岩石中最原始的岩石。
變質岩
原來的火成岩或沉積岩,再經過地殼運動或岩漿侵入作用所發生的高溫和高壓與熱液的影響,可以改變其原來岩石的結構或組織,或使部分礦物消失,而產生他種新的礦物,因而成為另外一種與原岩不同的岩石,稱為變質岩,如大理岩變自石灰岩;板岩變自頁岩;石英岩變自砂岩等。典型的變質岩存在於前寒武紀或造山帶區域,常有區域構造相關之劈理,或礦物的變化。
地球大約在46億年以前形成,在這漫長的地質歷史過程中,組成地殼的物質仍然處在不斷的運動和變化之中,地殼的表面形態及其內部構造也在不斷地進行著改造和演變。推動著地殼改造和演變的能量主要來自地球內部的放射性能和重力能以及地球外部的太陽能。地球上由自然力引起地殼的物質組成、內部結構和地表形態發生變化的各種作用,統稱為地質作用。地質作用按其能量來源可分為內營力地質作用和外營力地質作用。
內營力地質作用
岩漿作用是指岩漿侵入地殼及噴出地表的過程中所發生的一切地質作用,現在分為火山作用與深成作用兩種。岩漿衝出覆蓋的岩層,噴出地表或接近地表,急速冷卻,凝固成火成 岩的現象,稱為火山作用,所形成的火成岩,稱為火山岩。火山的噴發,可分為爆炸式與寧靜式兩種。一般而言,岩漿中二氧化矽含量愈高,黏度大,氣體不易逸散,愈易形成爆炸式火山;反之,岩漿則以寧靜的熔岩流方式流出地表。常見的火山岩包括流紋岩、安山岩、玄武岩等。岩漿侵入地殼深處,冷卻、凝固成火成岩的現象,則稱之為深成作用。經深成作用產生的火成岩,稱為深成岩,包括花崗岩、正長岩、閃長岩、輝長岩、橄欖岩等。花崗岩為分布最廣的深成岩,屬酸性火成岩,據估計,在大陸地殼最外層的幾十公里內,幾全由花崗岩所組成。 | |
原來已經存在的岩石,由於受到地下深處溫度、壓力、或化學環境的變化而形成另一種岩石的作用,稱為變質岩作用。變質作用是指岩石在固態下所發生的變化,不包括岩石的深熔作用或風化作用在內。當溫度達到岩石的熔點以上,岩石就熔融成為岩漿,其後的作用便屬於岩漿作用而不是變質作 用。變質作用都發生在地下較深處,通常在地面風化帶及成岩作用帶以下。變質作用包括化學再結晶作用,係指礦物的再結晶而形成新的變質礦物;以及機械變質作用,指礦物顆粒的破碎或發生再排列而改變岩石的組織者,但是岩石受風化作用與成岩作用所引起的改變,皆不屬於變質作用的範疇。 | |
岩石在地殼深處經高溫作用而熔融成為岩漿的過程。當一厚重的沉積物堆積在一正在下沉的地槽區域中時,底部的沉積物因上覆岩層的重壓而漸漸地向地殼深處移動,在地殼深處的溫度、壓力遠較地表附近的溫度、壓力為大,此時的岩石已不再是固體,而逐漸開始熔融,當岩石部份或全部熔融為 岩漿後,這些岩漿又會漸漸上升形成火成岩。 |
外營力地質作用
在溫度、水分、大氣和生物等因素的影響下,使地殼表面堅硬岩石在原地發生破碎分解的作用。 | |
在風、流水、海浪、冰川等外動力的作用下,使地殼表面岩石、礦物、風化產物發生破壞的作用。 | |
在風、流水、海浪、冰川等外動力的作用下,將風化與侵蝕的產物搬遷離開原地的作用。 | |
被搬運的物質在移動的過程中,由於流速或風速等動力作用的減弱,致使被搬運物質在新的環境下,逐漸沉積下來,形成鬆散沉積物的作用。 | |
堆積下來的鬆散沉積物,經過壓縮、膠結、再結晶等一系列的物理化學的過程,逐漸變成堅硬岩石的作用。 |
火成岩、沉積岩、和變質岩三者間彼此都有一定的關係,當時間和地質條件發生改變以後,任何一類岩石都可以變為另外一類的岩石。自然界中各類岩石互相轉變的現象,稱為岩石循環。當原始函物質經過熱的作用或壓力的減低,可產生部分熔融而形成岩漿。岩漿沿著地殼的裂隙上升至地殼的淺處,或經由火山噴發至地表,冷卻結晶形成火成岩 。岩漿在結晶過程中可產生分化作用而形成不同種類的火成岩,存在於岩漿中的少量氣體( 如H2O,CO2,CO,N2,Ar,SO2,SO3,Cl2,H2,S2等 ),在火成岩形成時逃逸至氣圈,而岩漿中的水分,則可進入水圈,例如海底火山噴發時,岩漿中的水分可直接進入海水中。由於氣圈、水圈與生物圈之間有密切的關係,例如植物形光合作用,吸收大氣中的二氧化碳及水分而放出氧,而動物則利用水分及氧氣以維持其新陳代謝作用的進行,當某些生物死亡後,其遺骸可形成生物沉積。另一方面,已存在的火成岩,再經過曝露、風化、搬運作用後,亦可形成沉積物,造成沉積岩。沉積岩經過長時間在地殼深部受高溫和高壓的作用,而發生了變質作用,形成變質岩。也有一部份的變質岩是由火成岩受了高溫高壓的作用而變來的。在地殼深部的變質岩經過高溫的作用後,可產生深熔作用而在被熔為岩漿。有一部分的火成岩經過高溫的作用後,亦可再熔融為岩漿,岩漿經結晶作用後又造成了新的火成岩……,如此循環不已,形成岩石的循環。但是,我們必須了解岩石的循環並不是順著一定的次序進行的。有時受到地殼變動的影響,整個岩石圈便會驟然中斷,而由另一個階段重行開始循環;有時循環亦會繞著另一個較小的圈子進行,甚至有時採逆方向進行。總之,岩石的循環並非一成不變,而是一個複雜的過程。如此複雜的過程不斷地反覆進行,導致地殼體積的逐漸增加,同時組成地球的岩石與礦物,也不斷地被破壞而再形成新的物質。火成岩的種類
火成岩的分類主要依據(1)主要礦物的含量與成分(2)礦物的結構和(3)岩石的化學成分,先來看看下面的表格,幫助我們了解主要的火成岩類。在這個整理表的直行中我們將火成岩分為酸性、中性、中酸性、基性與超基性﹔橫列中我們分為深成岩與火山岩。酸性、基性、超基性等等指的是岩漿的二氧化矽(SiO2)含量,其分界依據我們用下面的圖來說明︰
SiO2含量小於45%稱之為超基性﹔SiO2含量介於45%與52%之間稱之為基性﹔SiO2含量介於52%與66%之間稱之為中性,其中又以較接近66%者為中酸性﹔超過66%的我們就稱它為酸性,至於各種成分的岩漿如何形成,我們將在「各種岩漿的成分」單元中說明。深成岩與火山岩分別指的形成於地底與形成於地表,我們將在「火成岩的產狀」單元作進一步的說明。現在,我們就先來看看這些岩石的外貌和一些簡單的特性︰
火成岩種類分類表 | ||
SiO2 | 深成岩(plutonic rocks) | 火山岩(volcanic rocks) |
酸 性 | 花崗岩 (granite) | 流紋岩 (rhyolite) |
花崗閃長岩 (granodiorite) | 石英安粗岩 (quartz latite) | |
中 酸 性 | 正長岩 (syenite) | 粗面岩 (trachyte) |
二長岩 (monzonite) | 安粗岩 (latite) | |
類長正長岩 (foidal syenite) | 響石 (phonolite) | |
中 性 | 石英閃長岩 (tonalite) | 石英安山岩 (dacite) |
閃長岩 (diorite) | 安山岩 (andesite) | |
基 性 | 輝長岩 (gabbro) | 玄武岩 (basalt) |
類長閃長岩 (foidal gabbro) | 類長玄武岩 (foidal baslat) | |
超基性 | 橄欖岩(peridotite) | 科馬堤岩 (komatiite) |
花崗岩(granite)︰ | |
| 石英、長石、白雲母。 |
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| 產於岩堵、岩脈及侵入層中,大多沿片麻岩之片理發達呈 凸鏡狀,偶有白雲母之大晶體出現,另尚含有柘榴石及電 氣石。本省南澳地區多以岩脈狀賦存於片麻岩中,但其岩 脈形狀並非規則或呈凸鏡狀出現,其層態以東西為主,岩 脈常被小斷層切斷或受拉長作用而形成串腸構造(Boudinage Structure)。 |
| 東部和仁片麻岩體及源頭山片麻岩體中。 |
輝長岩(gabbro)︰ | |
| 輝石、斜長石、橄欖石等。 |
| 為較基性之火成岩,主要之礦物成分為鐵鎂礦物及鈣長石,硬度5~6,比重2.9~3.2,外觀為綠灰色,中粒至粗粒組織,抗壓強度甚高,具有裂理(Parting),斜長石與輝長石類顆粒分量之比為1:1~6:1,橄欖石佔30%以下,磁鐵礦低於4%。 |
| 台東輝長岩體沿中央山脈東側之台東花蓮縱谷斷層侵入,輝長岩漿則係順中新世台灣東部大地槽生成時發生之裂面上昇,此一輝長岩岩漿之結晶主要成分為輝長岩。 |
| 中央山脈東斜面,東澳,烏石鼻,大濁水北溪,海岸山脈南部,關山,利吉,虎頭山。 |
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| 酸性岩漿在地面流動,冷凝後常留下帶狀流紋,我們稱這樣的岩石為流紋岩。主要的礦物有石英、長石。 |
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| 石英、長石、角閃石、輝石等。 |
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| 安山岩因內部所含礦物之不同而各具特色,如石英安山岩、角閃安山岩、普通輝石安山岩、輝石安山岩、兩輝石安山岩、角閃兩輝安山岩等;與玄武岩同為火成岩中分佈最廣的岩類之一。 |
| 大屯山火山群,基隆火山群,台東海岸山脈,觀音山火山體,龜山島,蘭嶼。 |
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| 輝石、長石、橄欖石。 |
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| 大部分海洋地殼皆由玄武岩造成,岩理有成緻密狀者,亦有成為多孔狀者,後者的孔隙常有方解石、石英等充填而成杏仁狀構造。經風化作用後,生成粘土或紅土。玄武岩與安山岩同為台灣分佈最廣而出產較多之火成岩。 |
| 大屯山火山群,海岸山脈,澎湖群島 |
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