鄧國章〈香港生態旅遊專業培訓中心導師〉
首先,我們玩一個分類推理遊戲。以下八種岩石,你能將它們分成哪幾類組合?
「頁岩、粉砂岩、石英岩、石灰岩、板岩、大理岩、砂岩、片岩」
(答案在頁末)
何謂變質岩?
根據「岩石循環」(rock cycle)的概念,一切岩石均受著不同的內營力或外營力作用而改變,甚至再次形成其他類型的岩石。例如大家熟識的沉積岩就是不同的岩石受到風化和侵蝕搬運的影響,所形成的碎屑物最終堆積成新的沉積岩。而所形成的岩石結構組織或礦物成分,亦會因為附近接觸地帶(圍岩)的溫度、壓力或化學環境(如岩漿入侵)的影響而發生不同程度的改變。產生這樣變化的作用稱為「變質作用」,受到變質作用影響而發生改變的岩石,就是「變質岩」了。
大多數岩石在受到高溫高壓的劇烈影響時,原來岩石中的礦物顆粒為了抒解壓力,會順著一定的方向重新排列或結晶,形成片狀的構造,稱為「葉理」。這是變質岩的重要特徵。試想一想雲石(大理岩)的花紋。
變質岩的葉理 |
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原來岩石中的礦物呈現不規則的分布 |
受地殼壓力時,礦物的長軸順著垂直於壓力的方向重新排列 |
受到地殼剪切力時,礦物的長軸順著平行於剪切力的方向重新排列 |
變質作用的類型
(1) 接觸變質作用(亦稱熱力變質作用)。這是由岩漿沿地殼的裂縫上升,在岩漿侵入岩體周圍,溫度可達攝氏一千度,圍岩因為高溫,發生熱力烘焙作用,使圍岩在化學成分基本不變的情況下,出現重結晶作用和化學作用(交代作用)。例如岩漿入侵到石灰岩地層中,使原來石灰岩中的碳酸鈣重新結晶,晶體變粗、顏色變白(或因其他礦物成分出現斑條),最後形成大理岩。從石灰岩變為大理岩,化學成分沒有變,而方解石的晶形發生變化,這就是接觸變質作用最普通的例子。接觸變質作用所產生的變質岩分佈範圍局部,但卻指示出附近一定有侵入體存在。
(2) 動力變質作用。這是由於地殼構造運動所引起的、使沿作用力的局部地帶岩石發生變質。在斷層帶上經常可見此種變質作用。此類受變質的岩石主要是因為在強大的、定向的壓力之下而造成的,往往令變質岩石本身的礦物晶體破碎不堪或變形,如斷層角礫岩、糜稜岩等。
(3) 區域變質作用。分佈面積很大,變質的因素多而且複雜,幾乎所有的變質因素——高溫、高壓、化學活動性的流體等都參與,就好像壓力煲烹煮一樣——同一食材,若火候不同,味道與質感也不同;意即同一種母岩,因不同的高溫、高壓、化學組合,將會產生不同的變質岩。這種區域變質多與「造山帶」有關。例如中國的泰山及五台山所見的變質岩,就是區域變質作用所產生。若以頁岩為例,經區域變質作用可產生不同變質程度的岩石系列:由低度至高度依次為板岩、千枚岩、片岩、片麻岩等。
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頁岩經輕度變質作用產生的板岩 |
留意片岩上反光的雲母礦物 |
大理岩的岩芯(從地下鑽探而得) |
香港的變質岩
大家如對香港的地質歷史或地質現象略有認識,應知道香港曾受多次火山活動、侵入作用和斷層作用所影響,因此動力變質與接觸變質均產生變質的岩石。香港地區出露的變質岩不多,主要在新界西北部,如新田、落馬洲等地,都由原本的砂岩及粉砂岩經高溫、高壓改變了礦物及構造,形成不同變質程度的千枚岩及片岩;而該組岩石由於抗蝕力弱,只能組成一些較矮的山丘。除了地面,該區地底也存在著多處大理岩的溶洞,這些大理岩能溶解於地下水而造成地下洞穴,有下陷的危險,對元朗地區建築發展構成威脅。除了元朗地區以外,馬鞍山、東涌一帶也有類似情況。
談到馬鞍山,這區亦是變質岩出露的地區,最著名就是「矽卡岩」(skarn)。矽卡岩是一類非常特別的岩石,它是典型的接觸交代作用的變質岩。矽卡岩的形成必須具備兩個絛件:酸性岩漿侵入及碳酸鹽岩類圍岩。也就是說,矽卡岩是由酸性岩漿,例如花崗質岩漿,侵入到富含碳酸鈣的岩石,如大理岩、石灰岩、白雲岩等中間,發生接觸變質作用所形成的一套變質岩,同時這裡亦形成多種新的礦物。馬鞍山礦區的矽卡岩構成了香港最為複雜多變的礦物組合,其主要礦物包括陽起石(actinolite)、綠泥石(chlorite)、綠帘石(epidote)和蛇紋石(serpentine)…等。從岩石分佈來看,馬鞍山山頂一帶出露凝灰岩和流紋岩,它們屬於淺水灣火山岩群的荔枝莊組;其時代為晚侏羅世,距今約一億四千六百萬年。這一套火山岩直接覆蓋在泥盆紀馬鞍山組的古老沉積岩之上(距今約三億七千萬年)。花崗岩則從西南方向侵入到馬鞍山一帶。沉積岩由於受到花崗岩侵入的影響,巳局部變質成為角岩(hornfels)和矽卡岩。馬鞍山鐵礦的礦體就存留在花崗岩與沉積岩的接觸帶上。
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馬鞍山的蛇紋石(似蛇皮嗎) |
綠簾石矽卡岩(網上照片) |
馬鞍山礦石堆是觀賞
變質礦物的好地方 |
至於動力變質方面,在香港主要斷裂地帶上,由於岩層的滑動,促使斷層面兩旁的岩石發生礦物變形或碎裂的情況,試到萬宜東壩火山岩岩壁上看一看,你就可以找到証據吧!
變質岩是一類變化多端的岩石,它可擁有多姿多彩的斑紋、或是閃爍的雲母礦物、甚或多種半寶石礦物,使它成為石材或觀賞石的寵兒。至於香港地區有沒有這些斑爛的變質岩?就有待大家努力尋索了。
答案:至少5種組合
1 「沉積岩類」:頁岩、粉砂岩、石灰岩、砂岩
2 「變質岩類」:石英岩、板岩、大理岩、片岩
3 「變質組合」:頁岩→板岩 ;石灰岩→大理岩 ; 砂岩→石英岩
4 「機械性沉積岩」:頁岩、粉砂岩、砂岩
5 「變質程度系列」:頁岩→板岩→片岩 |