變質岩與變質岩的地質構造

地質學(Geology) (Geological science) 地質學是專門從〔現在地面或地面附近〕所能觀察到的〔岩石〕，研究〔地球自形成以來到目前為止〕，〔地球的組成〕與〔地球的結構〕是如何地〔演變〕的一門科學。

地球的固體部分，依據震波傳播速度的差異，由內而外，分為〔地核(core)〕、〔地幔(mantle)〕 與〔地殼(crust) 〕 。

地質學家依據現在自然界所觀察的與實驗室所進行的實驗，認為固體地球最外層地殼的岩石可以依照〔岩石形成過程〕的不同區分為〔沈積岩〕 (sedimentary rock)、 〔火成岩〕 (igneous rock)與〔變質岩〕 (metamorphic rock)三大類。

岩石(rock)的定義： 岩石是由一群固體顆粒(礦物、玻璃或生物遺骸) 結合所形成的物體。 岩石的形成過程(processes of formation)： 一群顆粒自然地緊密結合在一起而形成岩石的過程。

地殼的三種基本岩石種類： 沈積岩(sedimentary rock) 火成岩(igneous rock) 變質岩(metamorphic rock)

變質岩(Metamorphic rock) 沈積岩或火成岩形成之後，被埋在地殼深處，因為地下的溫度、壓力隨著深度的增加而增加，組成岩石的固體顆粒為了適應這種溫度高、壓力大的環境，因此會發生化學的及/或物理的變化，因而改變一部分或全部的礦物種類與顆粒之間排列的結構。 這種沈積岩或火成岩因為處在地下高溫高壓環境中因而改變原來的礦物種類與顆粒結構的岩石，稱為變質岩。 這種使沈積岩或火成岩改變原來的礦物種類與顆粒結構的過程，稱為變質作用(metamorphism)。

火成岩(Igneous rock) 由岩漿(magma)凝固所形成的岩石。 (Igneous的字源來自拉丁字的ignis，意思是“火”) 岩漿是地球內部的岩石，因為溫度達到岩石的熔點，而熔化成為液態的物體。 岩石之所以會熔化成為岩漿，是因為作用在岩石上的溫度增加或壓力降低的結果。

火成岩的形成步驟： 1.原來是固體的岩石熔化成液態的岩漿﹔ 2.液態的岩漿，因為溫度下降，各部份的岩漿體各自凝固成為單獨的礦物或礦物質的顆粒，聚集在一起而形成岩石。

火成岩的特徵 火成岩是由溫度很高而火熱的岩漿冷卻之後所形成的岩石，因此堅硬、緻密。 岩漿冷卻的速度有快、有慢。在地表附近，岩漿冷卻的速度快，結晶出來的礦物顆粒小，或甚至來不及結晶成礦物，成為沒有結晶構造的非晶質玻璃；在地下深處，岩漿冷卻的速度慢，岩漿可以慢慢地結晶成大顆粒的礦物，緊密地鑲嵌在一起。 岩漿流出地面而在地面凝固所形成的岩石，稱為噴出岩(extrusive igneous rocks)。

噴出岩的特徵 (1)絕大部份是玻璃(glass)(內部沒有結晶構造的固體)，很少有結晶的礦物(內部有結晶構造的固體) 。例如：浮石(pumice)、黑曜石(obsidian)。 (2)早期結晶的礦物，以顯晶(phenocryst)的姿態，鑲嵌在較晚結晶而較小的礦物晶體或玻璃構成的基質（groundmass）中，形成所謂的斑狀結構(porphyritic texture)。例如：安山岩(andesite)、玄武岩(basalt)。

玄武岩(basalt)磨成薄片後，在顯微鏡底下所呈現的斑狀結構(porphyritic texture)。塊狀的礦物為橄欖石(olivine)，橄欖石周圍為不具有結晶構造的玻璃。

台灣北部基隆山的安山岩磨成薄片後，在顯微鏡底下所呈現的斑狀結構(porphyritic texture)。 斜長石 角閃石 基質

深成火成岩的特徵 (1) 組成岩石的顆粒都是有結晶構造的礦物，都大到可以用肉眼看出結晶的形狀。例如：花岡岩(granite)、閃長岩(diorite)、輝長岩(gabbro)、橄欖岩(peridotite)。 岩漿在冷卻成火成岩的過程中，隨著溫度的降低，在不同的溫度會分為兩個系列分別結晶出不同的礦物。一個是不連續系列，在最高溫結晶的礦物是橄欖石(olivine)，接著依序為輝石類(pyroxene)、角閃石類(amphibole)、雲母(mica)、石英(quartz)。另外一個系列是連續系列，亦稱為斜長石系列，在最高溫結晶的礦物是鈣質斜長石，接著依序為鈣鈉質斜長石、鈉質斜長石。

台灣可以見到的火成岩 在台灣地區產出的火成岩有安山岩、玄武岩與輝長岩。 安山岩(andesite)是最容易見到的火成岩，大屯山、陽明山、觀音山與基隆山都是由安山岩構成的。 玄武岩(basalt)比較少見，偶而可以在大屯山、陽明山、觀音山找到，在草嶺山比較容易看到玄武岩。 輝長岩(gabbro)更是少見，只有在海岸山脈南端的利吉層中，可以零星地看到嵌在泥岩當中的輝長岩岩塊。

沈積岩(Sedimentary rock)的定義 在地球表面，固體顆粒(複數)由上往下透過空氣(air)、水(water)或冰(ice)，在地面上聚集在一起後，經過壓密作用與膠結作用所形成的岩石。 固體顆粒的來源基本上可分為三種： (1)暴露在地面上的岩石受到風化作用而形成的岩石碎屑。 (2)直接從水溶液沈澱出來的礦物顆粒。例如，鹽水湖乾沽時沈澱在湖底的礦物。 (3)有機體生長出來的骨骼與外殼。

沈積岩(Sedimentary rock) (a)碎屑岩(clastic sedimentary rock)︰ 組成這種岩石的顆粒是原先就已形成的老岩石，受到機械性的風化作用，變成一些大小不等的顆粒後，被水、風或冰搬運後堆積在一起，再經過壓密與膠結的固結作用而形成的堅硬岩石。 例如：礫岩、砂岩、泥岩、冰磧岩等等。 (b)化學岩(chemical sedimentary rock)︰ 岩石中的顆粒是由溶液中沈澱下來的顆粒所組成時，這種岩石稱為化學沈積岩。 例如：岩鹽、石膏、石灰岩。

(c)有機岩(organic sedimentary rock)︰ 岩石中的顆粒主要是動、植物的遺體或分泌物時，這種的岩石稱為有機沈積岩。 例如：由珊瑚礁轉變而來的石灰岩。 (e)火山碎屑岩(pyroclastic rock)︰ 火山爆發時，噴發到空中的火山灰、火山彈及火山口周圍岩石碎片掉落到地上緊密地集結在一起所形成的岩石。 例如：主要為火山灰的凝灰岩(tuff)、主要為大塊碎屑或火山彈的火山集塊岩(agglomerate)。

台灣常見的沈積岩 礫岩(conglomerate)： 由主要是礫石般大小的顆粒構成的岩石。 砂岩(sandstone)： 由主要是沙粒般大小的顆粒構成的岩石。 粉砂岩(siltstone)︰ 泥岩(mudstone)： 由主要是泥土般的顆粒構成的岩石。 頁岩(shale): 具有層理構造的泥岩。 石灰岩(limestone)： 主要是碳酸鹽礦物組成的岩石。

沈積岩的特徵 1.顆粒的形狀是近乎圓形或破碎形的。 2.有動物或植物化石的存在。 3.有沈積構造，如交錯層、粒級層等等。 4.組成的顆粒大部分是石英， 5.層次分明，層與層之間的界限十分清楚，而且延伸得很遠。 ( 請想像沈積岩的形成過程中，組成這些沈積岩的顆粒，在被河流、冰川或風搬運的過程時，顆粒的形狀與大小可能會產生哪些不同的變化﹔及在沈積時，這些形狀不同、大小不同的顆粒又是如何沈積下來的)例如顆粒被河流搬運時，則在搬運時，顆粒會被磨圓，或相互碰撞成有稜有角的小碎塊或小碎片﹔在沈積時，顆粒大的會先沈積下來，顆粒小的則會較晚沈積下來。)

沈積岩的特徵：層次分明的層狀構造(stratification) 構成沈積岩的顆粒是由上往下掉落，由於顆粒的成分、形狀與大小不同，因此由下往上堆積成一層層層次分明的岩層(stratum)(bed)。

一塊岩石磨成薄片後，在顯微鏡底下可以看出是由一堆有稜有角大小與沙子一般的碎塊緊密地固合在一起的結構。這種岩石稱為砂岩。

一塊岩石磨成薄片後，在顯微鏡底下可以看出是由一堆有稜有角大小與沙子一般的碎塊及生物遺體(化石)緊密地固結在一起的結構。這種岩石稱為含有化石的砂岩。 ←生物遺體

受到很低度變質作用過的沈積岩的褶皺構造

受到很低度變質作用過的沈積岩的褶皺構造

變質岩(Metamorphic rock) 變質岩是經過變質作用的沈積岩或火成岩。 變質礦物：將沈積岩或火成岩原來的礦物種類加以改變後所形成的礦物，稱為變質礦物。 變質結構：將沈積岩或火成岩原來的顆粒結構加以改變後所形成的結構，稱為變質結構。 由於變質岩的礦物只是改變原來沈積岩或火成岩的礦物種類，其岩石整體的化學成分仍然是原來的化學成分，因此變質岩的礦物成分與原來岩石的化學成分(礦物成分)有密切的關係。

變質作用的營力 : Heat (熱) Hot groundwater (熱的地下水) Pressure (壓力) Differential Stress (軸差應力)

變質岩的形成步驟： 1.形成沈積岩或火成岩 2.形成的沈積岩或火成岩，被埋在地殼深處，為了適應地下深處溫度高、壓力大的環境，組成岩石的固體顆粒發生化學的及/或物理的變化，改變一部分或全部的礦物種類與顆粒之間排列的結構。

變質岩的特徵 1.具有特殊的、只有變質岩才有的葉理構造及礦物。 2.岩石中除了具有沈積岩或火成岩的結構之外，還具有非沈積岩或火成岩形成過程所能形成的結構及礦物。 3.岩石的礦物及結構顯示有經過改變的現象。 礦物的改變： 礦物本身的大小、形狀、結晶構造的改變。 結構的改變： 上述礦物的改變所導致之結構的改變，雖然礦物的成份改變不大，但礦物的大小、形狀、或排列的狀態改變，因而造成新的層狀構造或平面構造( planar structure)或線條構造(linear structure, lineation)。

變質礦物：經過變質作用產生的礦物 綠泥石(chlorite) 蛇紋石(serpentine) 綠廉石(epidote) 藍閃石(glaucophane) 硬玉(jade) 軟玉(nephenite) 陽起石(actinolite) 紅柱石(andalusite) 藍晶石(kyanite) 矽線石(sillimanite)

當沈積岩或火成岩在地下深處變質成為變質岩時，如果還受到外力的作用，則原來的沈積岩或火成岩構造發生根本性的改變，這種在變質環境中所產生的地質構造，稱為變質構造。

Types of Metamorphic Rocks 變質岩的類型 (1)Foliated Metamorphic Rocks 具有葉理的變質岩 (2)Nonfoliated Metamorphic Rocks 不具有葉理的變質岩

Foliated Metamorphic Rocks 經過變質作用後有新葉理產生的變質岩。 葉理 (foliation) 變質岩中新產生的層狀構造(layering)。 由於被變質過的沈積岩中，有時仍然保有原來的層理，為了區分這種沈積岩原有的層理與變質作用新產生的層理，前者稱為原生層理(primary foliation)，簡稱層理，而後者則稱為次生葉理(secondary foliation)，簡稱葉理。

變質岩中新產生的葉理種類 板劈理(slaty cleavage)： (slaty, from Old High German,“to split”.) 千枚岩構造(phyllitic structure)： 片理(schistosity)： (Greek, easily cleaved.) 片麻理(gneissose structure)： (Greek,”banded rock”)

(1)板劈理(slaty cleavage)： 礦物的顆粒很細(＜5 mm)，難以肉眼鑑定出礦物的種類。 有板劈理產生的變質岩，稱為板岩(slate)。 (2) 千枚岩構造(phyllitic structure)： 礦物的顆粒較粗，可以用肉眼分辨出的礦物為絹雲母。 有千枚岩構造發育的變質岩，稱為千枚岩(phyllite)。

南方澳豆腐岬中新世的泥岩受到低度的變質作用所產生的板劈理。板岩很容易沿著這種板劈理裂開。由右上角往左下角的面為板劈理，由左上角往右下角的光滑面為節理。

在顯微鏡底下的板劈理與原生層理(大禹嶺)

片理(schistosity)： 礦物的顆粒相當地粗(1-10 mm) ，可以用肉眼分辨出次生葉理的礦物，例如白雲母、黑雲母、綠泥石、角閃石等等。 有片理產生的變質岩，稱為片岩(schist)。

台灣大南澳片岩中的片理(瑞穗)

顯微鏡底下雲母石英片岩的片理構造(瑞穗)。 可以見到岩石全部由晶體所組成，且有定向性的排列。

片麻岩構造(gneissic structure) 沈積岩或火成岩在中、高度變質作用時，經過再結晶作用所發展出來的一種條帶形葉理。這種變質岩主要是由中粒到粗粒的礦物所組成。成份或顆粒大小不同的礦物常常分別聚集在一起而呈現條帶構造(compositional banding)，片狀的、板狀的或長條狀的礦物則排成平面構造且呈現定向的排列，透鏡形與顆粒形的礦物則大致呈平行的排列。

太魯閣國家公園溪畔地區片麻岩中的片麻岩構造。

地質學者認為這種與沈積岩岩層斜交的層理是岩石形成之後(受到外力的作用)才形成的。

變質岩的分類與命名 變質岩的命名： 1.以結構的差異作為命名的依據： (1)有次生葉理(secondary foliation)發育的變質岩，再以葉理種類的不同細分為： 板岩(slate)、千枚岩(phyllite)、片岩(schist)、角閃石片岩(amphibole schist)、片麻岩(gneiss)。 (2)沒有次生葉理發育的變質岩： 角閃岩(amphibolite)、大理岩(marble)、石英岩(quartzite)。

2.以變質岩中數量最多的礦物作為命名的依據，例如： 角閃岩(amphibolite)：主要以角閃石為主的變質岩。 大理岩(marble) :主要以方解石為主的變質岩。 石英岩(quartzite) 主要以石英為主的變質岩。

變質構造：經過變質作用所產生的地質構造 板劈理(slaty cleavage)：(slaty, from Old High German,“to split”.) 片理(schistosity)：(Greek, easily cleaved.) 片麻理(gneissose structure)：(Greek,”banded rock”)

泥岩經過變質作用變成片麻岩。此片麻岩具有經過再結晶作用所形成的粗顆粒淡紫色石榴子石礦物與其他新礦物以及新的層理(葉理)。

顯微鏡底下具有片理構造的片岩(白雲母石英片岩)

顯微鏡底下的角閃石片岩(amphibole schist)

顯微鏡底下的藍閃石片岩(glaucophane schist) 斜長石 藍閃石 白雲母 石榴子石

顯微鏡底下的蛇紋岩

顯微鏡底下的陽起石

顯微鏡底下的結晶石灰岩(crystalline limestone) 或稱為大理岩(marble)

變質構造：經過變質作用所產生的地質構造 在此地(太魯閣國家公園內)， ，具有層狀構造的沈積岩不但被變質過，而且被擠壓成彎彎曲曲的褶皺(fold)。

在此地(太魯閣國家公園內)，具有層狀構造的沈積岩不但被變質過，而且被擠壓成彎彎曲曲的褶皺(fold)。

台灣常見的變質岩 大理岩(marble) 片岩(schist) 台灣常見的變質岩 大理岩(marble) 片岩(schist) 板岩(slate) 蛇紋岩(serpentinite) 片麻岩(gneiss)

大理岩(marble)： 大理岩即結晶石灰岩(crystalline limestone)，絕大部份是由方解石(calcite)礦物組成的岩石。大理岩是一種由石灰岩經過變質作用所形成的變質岩。 片岩(schist)： 具有片理構造的變質岩的統稱。依其最主要、最明顯的礦物分別給予不同的名稱，例如，綠泥石片岩，石英雲母片岩，角閃石片岩。 板岩(slate)： 具有非常緊密的劈理構造的變質岩。是一種由泥岩經過低度變質作用所形成的變質岩。

蛇紋岩(serpentinite)： 由絕大部份是由蛇紋石(serpentine)礦物所組成的岩石。蛇紋岩是一種由橄欖岩(peridotite)經過變質作用所形成的變質岩。 片麻岩(gneiss)： 是一種主要由石英、雲母與長石所組成的變質岩。片麻岩與花岡岩的組成很類似，但與花崗岩的差別在於片麻岩的礦物有方向性的排列。