變質作用與變質岩

Storyteller/玩石碎碎念

圖一、太魯閣國家公園-慈母橋

六月,即將邁入炎熱的暑假,一股迫切想暫時逃離都市繁忙的出遊情緒,伴隨著熱恍恍的太陽在燃燒著。「至少,去個可以乘涼的地方吧!」,不想再只是依靠偉大發明的冷氣達到喘口氣的確幸,想偶爾沉浸在自然環境的原始裡並得到解放?那麼,就去趟太魯閣吧!

太魯閣,這個人文與自然和諧共榮之地,1986年成為台灣第四座國家公園,是台灣重要的變質岩區。清澈的潺潺流水,環繞磅礡的斷崖深谷;放眼望去,稜角分明的岩壁,伴隨潑墨般舞動的線條,遠看近看,變質岩的奧祕就藏在其中。究竟是經過怎樣的過程,才能造就如此美麗的岩壁,就讓我們一起了解變質作用吧!

 

變質作用

 變質岩,基本上就是經過「變質作用」(Metamorphism)後,性質發生改變的岩石。而變質作用受控於三大要素:「溫度」、「壓力」、「流體」。當溫壓條件發生變化,原岩(可能是沉積岩、火成岩、變質岩)內部的礦物在成份、形貌就會發生改變,並再次結晶、排列形成新的礦物。而流體除了可以攜帶並對礦物進行置換之外,還能加速變質作用的速度。而變質作用因為成因不同,又可區分成以下幾種:

  1. 接觸變質作用(Contact Metamorphism):此變質作用以「熱力」主要因素,通常發生在淺部地殼。當岩漿侵入圍岩時,它們之間會形成顯著的地溫梯度,周圍岩石受到高熱影響,就會再次結晶,發生變質。而發生變質的區域稱作接觸圈變質圈(Metamorphic Aureole),寬度不一,取決於侵入岩體的大小和種類,以及圍岩性質,寬可超過數公里,狹也可僅二至三公分。
  2. 廣域變質作用(Regional Metamorphism):又稱「區域變質作用」。「溫壓並重」為此種作用的重要特徵,通常發生在褶皺造山帶,規模可延伸數百至數千平方公里。當岩石受到深埋擠壓,溫壓隨之升高,礦物再次結晶排列。而片狀和帶狀的結構,在此種變質作用所產生的岩石中是很常見的。另外,我們前面所講到的太魯閣就是台灣廣域變質帶的核心喔!
  3. 壓碎變質作用(Cataclastic Metamorphism):以岩石的「機械變形」為主,影響範圍小,通常發生在斷層帶或是強烈褶皺帶。一般為岩石受到強力的剪切,磨壓成粉狀及小顆粒,且礦物再結晶不顯著,像是麋稜岩(Mylonite)和假玄武玻璃(Pseudotachylite)都屬於此種變質作用下的產物。
  4. 衝擊變質作用(Impact Metamorphism):當外來星體,像是隕石,高速撞擊地球時,會在短時間內產生了極高壓和高熱,造成周圍岩石變質;通常在隕石坑內可以發現特殊的超高壓礦物,像是衝擊石英。

 

變質岩的種類

變質岩的分類主要是以「葉理」(Foliation)的有無來區分,主要有兩大類:「葉理狀變質岩」和「非葉理狀變質岩」。而葉理為岩石受到應力擠壓後,礦物垂直受力方向重新結晶排列,所形成的平面狀構造。

  • 葉理狀變質岩(Foliated Rocks):具有片狀及條狀礦物平行排列而成的葉理,由變質度低到高分別為硬頁岩、板岩、千枚岩、片岩以及片麻岩。
  • 非葉理狀變質岩(Nonfoliated Rocks):此種變質岩的原岩(像是石灰岩)不具形成片狀礦物的原料,所以在經過變質作用後,礦物可以拉長或壓扁,但無法形成層狀的葉理,大理岩及石英岩都屬此種變質岩。

 

變質相圖

所謂的變質相圖,是科學家經過長時間的觀察與模擬,將不同的變質岩,其內部的礦物組合統整歸納後,劃分出在不同溫壓範圍內會出現的礦物群集,我們稱這些群集為「變質相」。而我們可以利用變質相圖來幫助推測所觀察到的變質岩,其變質環境可能為何,並拼湊出當地的地質故事喔!

圖二、變質相圖

那麼,接下來就讓我們跟著影片來更進一步了解變質岩的點點滴滴吧!(這次的影片要記得開字幕喔!)