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研究生: 賴昱銘
論文名稱: 基隆山安山岩之實驗岩石學研究及其石英成因之探討
指導教授: 劉德慶
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 地球科學系
Department of Earth Sciences
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 98
中文關鍵詞: 基隆山安山岩石英實驗岩石學
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:181下載:34
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  • 基隆山位於基隆火山群北方,屬於台灣北部火成岩區。該區的火山岩體含有石英顆粒,根據IUGS的分類為安山岩類,此安山岩體約在更新世時噴發,岩漿侵入中新世的地層內而生成。本實驗樣本採樣地點為基隆山下東南方,靠近102縣道旁的安山岩露頭,外觀為淺灰色,斑晶組成有斜長石、角閃石、黑雲母、磁鐵礦以及石英,岩基中大多為斜長石、斜輝石,偶而有直輝石。

    本研究透過實驗模擬岩漿的結晶過程,針對不同壓力下岩漿結晶的情形,以及各礦物相的溫壓分佈,討論此地區安山岩質岩漿結晶的情形與岩石的成因,並探討安山岩中石英的來源。實驗利用高溫爐及高溫高壓儀分別進行常壓及高溫高壓下的實驗岩石學研究,實驗後將樣本製成光片,用反射式顯微鏡作初步鑑定,再用掃描式電子顯微鏡和電子微探儀,將各溫壓環境下之礦物部分與熔融部分分別分析其化學成分。

    依據實驗結果,基隆山安山岩在常壓下之全融溫度約為1285℃,固相溫度約略低於1094℃,熔融區間約為191℃,礦物的結晶順序為斜長石(1285℃)、氧化物(1267℃)、石英及直輝石(1174℃)、斜輝石(1166℃)。1.0京帕下之全融溫度約為1270℃,固相溫度約略低於1120℃,熔融區間約為150℃。礦物的結晶順序為斜長石(1270℃)、直輝石(1250℃)、石英及氧化物(1170℃)、斜輝石(1150℃)。1.5京帕下1240℃時晶出的礦物相為斜長石與石英。2.0京帕下之全融溫度約為1280℃。

    常壓下殘餘岩漿隨著溫度降低,氧化矽、氧化鉀的含量有增高的趨勢,而氧化鈦、氧化鋁、氧化鐵、氧化鎂含量皆有下降的趨勢。1.0京帕下殘餘岩漿隨著溫度降低,氧化矽、氧化鈦、氧化鐵及氧化鉀的含量有上升的趨勢,而氧化鋁、氧化鎂及氧化鈣的含量有下降的趨勢。在Na2O+K2O-SiO2圖中常壓及1.0京帕下基隆山安山岩的岩漿演化過程皆在次鹼性區內,演化趨勢朝全鹼量及二氧化矽皆增加的方向進行,且殘餘岩漿早期皆落於安山岩的區域,而在演化晚期進入石英安山岩的區域。在AFM圖中常壓下到了演化晚期氧化鎂含量降低、鹼金屬的含量升高、全量鐵的含量降低,而1.0京帕下到了晚期氧化鎂含量降低、鹼金屬的含量變化不明顯、全量鐵的含量則為增高。

    石英在常壓下約1174℃晶出後,可穩定存於常壓下,而在1.0京帕下約1170℃晶出後,可穩定存於1.0京帕下,且在壓力繼續升高至1.5京帕1240℃時,仍然可以晶出石英,因此,基隆火山群安山岩的石英可自岩漿自行結晶產生。

    基隆火山群的安山岩質岩漿可能在地底較深處約1.5京帕(40~50公里處)下晶出石英顆粒,而後隨著岩漿上升,溫度下降,在1.0京帕(30~40公里處)下石英變成不穩定相,石英的灣狀構造可能在此產生,持續上升至地表時溫度約1148℃~1166℃之間,急速冷卻而形成基隆火山群安山岩。

    摘要 Ⅰ 目錄 Ⅱ 圖目 Ⅳ 表目 Ⅵ 第一章 序論 1-1 地質概況 1 1-1-1 北部火山帶 1 1-1-2 基隆火山群 1 1-1-3 基隆山 9 1-2 研究目的 11 1-3 採樣地點 12 第二章 研究方法 2-1 岩相學研究 14 2-2 製作實驗樣本 14 2-3 燒失量(L.O.I.,Loss on ignition)的測定 14 2-4 全岩化學分析方法 15 2-5 實驗岩石學之實驗方法 16 2-5-1 一大氣壓下之高溫實驗 16 2-5-2 高溫高壓實驗 18 2-6 掃描式電子顯微鏡分析 21 2-7 電子微探儀(EPMA)分析 25 第三章 結果與討論 3-1 岩相學與全岩化學分析 28 3-1-1 岩相學觀察 28 3-1-2 全岩化學分析 28 3-2 實驗岩石學之研究 32 3-2-1 結晶順序與熔融區間 32 3-2-1-1 常溫常壓下之實驗 32 3-2-1-2 1.0京帕下之實驗 39 3-2-1-3 高壓下之實驗 39 3-2-1-4 溫度壓力圖 39 3-2-2 掃描式電子影像分析 41 3-2-2-1 1.0京帕下的掃描式電子影像分析 41 3-2-2-2 各礦物的EDS光譜圖 43 3-2-3 礦物化學 50 3-2-3-1 斜長石(Plagioclase) 50 3-2-3-2 直輝石(Orthopyroxene) 55 3-2-3-3 氧化物(Oxides) 55 3-2-3-4 斜輝石(Clinopyroxene) 63 3-3 基隆山安山岩之岩漿演化 63 3-3-1 液相成分隨溫度變化趨勢圖 67 3-3-2 液相成分隨二氧化矽變化圖(哈克氏圖) 74 3-3-3 Na2O+K2O-SiO2圖 74 3-3-4 鹼金屬–全量鐵–氧化鎂圖(AFM圖) 77 3-3-5 應存礦物 77 3-3-6 基隆火山群安山岩中石英的來源 84 第四章 結論 88 致謝 90 參考文獻 91 圖1-1 台灣北部火山帶(NTVZ)與琉球島弧的地理位置圖 2 圖1-2 基隆火山群地理位置圖 3 圖1-3 基隆火山群火成岩在IUGS火山岩分類圖中之位置 6 圖1-4 基隆火山群與彭佳嶼、綠島、龜山島及北台灣漸新世沉積岩的鍶-釹同 位素分佈圖 10 圖1-5 採樣地點位置圖 13 圖2-1 A.白金囊包的製作流程;B.白金囊包的懸掛方式 17 圖2-2 一大氣壓實驗及驟冷裝置示意圖 19 圖2-3 高溫高壓實驗之電爐組合 22 圖2-4 高溫高壓實驗之實驗裝置 23 圖2-5 SEM-EDS儀器之裝置 25 圖3-1 基隆山安山岩之外觀 29 圖3-2 基隆山安山岩岩石薄片中的斜長石 29 圖3-3 基隆山安山岩岩石薄片中的渾圓石英 30 圖3-4 基隆山安山岩岩石薄片中的磁鐵礦 30 圖3-5 基隆山安山岩岩石薄片中的角閃石 31 圖3-6 基隆山安山岩岩石薄片中的黑雲母 31 圖3-7 全岩化學成分之全鹼量對二氧化矽成分圖 34 圖3-8 全岩化學成分之K2O對SiO2作圖- 35 圖3-9 全岩化學成分之AFM圖 36 圖3-10 基隆山安山岩質岩漿常溫常壓下結晶順序圖 38 圖3-11 基隆山安山岩質岩漿1.0京帕下結晶順序圖 38 圖3-12 基隆山安山岩之溫度壓力圖 40 圖3-13 基隆火山群火成岩之稀土元素分佈圖 42 圖3-14 1.0京帕、1280℃下之掃描式電子影像圖 44 圖3-15 1.0京帕、1260℃下之掃描式電子影像圖 44 圖3-16 1.0京帕、1240℃下之掃描式電子影像圖 45 圖3-17 1.0京帕、1180℃下之掃描式電子影像圖 45 圖3-18 1.0京帕、1160℃下之掃描式電子影像圖 46 圖3-19 1.0京帕、1160℃下之掃描式電子影像圖 46 圖3-20 1.0京帕、1140℃下之掃描式電子影像圖 47 圖3-21 玻璃相的代表性光譜圖 48 圖3-22 斜長石相的代表性光譜圖 48 圖3-23 直輝石相的代表性光譜圖 48 圖3-24 石英相的代表性光譜圖 49 圖3-25 氧化物相的代表性光譜圖 49 圖3-26 斜輝石相的代表性光譜圖 49 圖3-27 常溫常壓下之A.斜長石成分分布圖;B.斜長石成分隨溫度變化圖 52 圖3-28 1.0 GPa下之A.斜長石成分分布圖;B.斜長石成分隨溫度變化圖 54 圖3-29 常溫常壓與1.0 GPa下之直輝石成分分布圖 59 圖3-30 常溫常壓下氧化物中全量鐵(tFeO)對溫度變化圖 62 圖3-31 各溫壓下斜輝石成分分布圖 66 圖3-32 常溫常壓下液相成分隨溫度之變化趨勢圖 72 圖3-33 一京帕下液相成分隨溫度之變化趨勢圖 73 圖3-34 常溫常壓下液相成分隨二氧化矽之變化趨勢圖 75 圖3-35 一京帕下液相成分隨二氧化矽之變化趨勢圖 76 圖3-36 常溫常壓殘餘岩漿成分之全鹼量對二氧化矽成分圖 78 圖3-37 1.0 GPa殘餘岩漿成分之全鹼量對二氧化矽成分圖 79 圖3-38 常溫常壓殘餘岩漿成分之全鹼量對二氧化矽成分圖 80 圖3-39 1.0 GPa殘餘岩漿成分之全鹼量對二氧化矽成分圖 81 圖3-40 常溫常壓下實驗殘餘岩漿之AFM圖 82 圖3-41 1.0 GPa下實驗殘餘岩漿之AFM圖 83 圖3-42 常溫常壓下殘餘岩漿應存礦物與溫度變化圖 85 圖3-43 1.0京帕下殘餘岩漿應存礦物與溫度變化圖 86 表1-1 不同定年法對於基隆火山群主要火成岩體的定年結果 7 表1-2 基隆火山群主要化學成分含量的分佈範圍 8 表1-3 基隆火山群主要火成岩體之主要元素分析 8 表2-1 電子微探針分析所使用之標準樣本成分 26 表3-1 基隆山安山岩全岩成分 33 表3-2 常溫常壓下基隆山安山岩之實驗結果 37 表3-3 高溫高溫下基隆山安山岩之實驗結果 37 表3-4 常溫常壓下斜長石之化學成分表 51 表3-5 1.0 GPa下斜長石之化學成分表 53 表3-6 1.5和2.0 GPa下斜長石之化學成分表 56 表3-7 常溫常壓下直輝石之化學成分表 57 表3-8 1.0 GPa下直輝石之化學成分表 58 表3-9 常溫常壓下氧化物之化學成分表 60 表3-10 1.0 GPa下氧化物之化學成分表 61 表3-11 常溫常壓下斜輝石之化學成分表 64 表3-12 1.0 GPa下斜輝石之化學成分表 65 表3-13 常溫常壓下玻璃之化學成分表 68 表3-14 1.0 GPa下玻璃之化學成分表 69 表3-15 1.5 GPa下玻璃之化學成分表 70 表3-16 2.0 GPa下玻璃之化學成分表 71

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