92年地質學實驗南橫野外實習

本學期(91學年上)地質學實驗課,野外考察行程包括甲仙地區未受變質的沈積岩層、化石富集帶、南橫公路沿線之輕度變質岩、利稻至台東的變質岩與大理岩區、以及台東電光里的基性與超基性火成岩。第一天(92-01-19)早上7:15從學校出發後,在覆鼎金直接上10號國道(東西向10號高速公路),至高速公路終點下銜接台21線公路,經旗山到達甲仙,再沿台20線(南橫公路)一路觀察了甲仙、寶來、高中、梅山等觀察點,夜宿梅山青年活動中心。第二天(92-01-20)由梅山出發,陸續觀察了進涇橋、昌仕橋、埡口-關山隧道口旁之露頭,以及碧山隧道前的露頭。夜宿於利稻青年活動中心。第三天(92-01-21)由利稻出發,先觀察利稻橋旁之露頭後,再向台東方向前進。由於台20線公路177-178 km處正進行噴漿的工程,所以略過此點的黑色片岩觀察,而直接前往電光。午餐之後返程,下午7:00返抵高雄,行程總共花了三天的時間。

主要考察路線地理位置與地質概況如下:

第一站:
甲仙化石館旁,於四德大橋前的堤防進入,並練習後方交會法定位,沿楠梓仙溪觀察中新世晚期未變質沈積岩(砂岩、頁岩)的露頭,學習利用虛擬層態來測量地層的走向與傾斜角資料。

第二站:
囉囉埔附近,至高中檢查哨一段路,主要觀察塊狀玄武岩、中新世硬頁岩、粉砂岩夾玄武岩透鏡體、枕狀玄武岩流,並且觀察其中的氣孔及杏仁孔。

第三站:
於梅山往東,禮觀之前,標高1200-1300 m之間的南橫公路(20號省道)上,觀察中新世硬頁岩、砂岩、鉛筆石構造。爾後在變質砂岩與硬頁岩層中發現到了美麗的雙頭水晶!

第四站:
由進涇橋開始,沿路標138.7 km至141.5 km路段觀察露頭,溯河往上游觀察河谷中的滾石。經過昌仕橋附近,沿途觀察中新世硬頁岩,硬頁岩和板岩過渡帶、大崩塌、變質砂岩、綠色火山岩透鏡體,以及山壁上明顯的剪力摺皺。

第五站:
靠近埡口的關山隧道口旁,是板岩和千枚岩的過渡帶,常可見石英和綠泥石共生之細脈。在此可發現石英脈,採集水晶,並觀察類似鐘乳石形成方式的碳酸鈣沉澱作用。

第六站:
在碧山隧道前利稻橋的附近可見背斜的傾沒摺皺、屬於大南澳片岩的黑色片岩、矽質片岩與串腸構造。

第七站:
在電光大橋旁南北溪交會處測量溪流方向,沿著河谷沿岸觀察此處的地質概況。在這邊可見蛇綠岩套與台灣岩,推測此處是海洋地殼的殘塊。在北溪岸邊露頭有著海底紅泥沉積形成的深海沉積物;在南溪則發現到已變質成皂石的輝石假晶。

觀察重點摘要彙整:

第一站:
一(A)、甲仙(四德大橋)

位置:自甲仙四德大橋北端約100 m的甲仙化石館起,經四德化石保護區、土石流坍塌處,到楠梓仙溪河床為止。
地質概況:整個路線是由鹽水坑頁岩Ys(塊狀頁岩)過渡到糖恩山砂岩Ts(厚層砂岩、泥質砂岩),屬於上新世地層,年輕未受變質作用。此地岩層以Ys(塊狀頁岩)為主。
*附本區地質圖*
觀察活動: 四德化石保護區觀察:此處岩石為泥頁岩互層,風化狀況似洋蔥狀風化,有外層剝離,但是由於另外受到裂隙的水溶蝕,所以變成上圓下方的形狀。敲擊聲鈍,應該是鬆散結構。風化部份有黃色、褐色、棕色等。內有片狀黑雲母、方解石。 四德化石保護區土石流坍塌處觀察:由於是土石流坍塌,所以各種岩石均有,不過大致上有二種,一是小而易碎者,另一種是大而堅固者。後者內有方解石(遇HCl會起泡、硬度>指甲,<小刀)、生物化石(二枚貝)、生痕化石(砂棒)。表面的方解石因受氧化而呈褐色,敲開後亦有不同分層。 楠梓仙溪河道觀察:整個河道呈S形,內灣處流速慢,易堆積。外灣處流速快,易侵蝕。雖然外灣有時也有大量砂石堆積,但那是因為洪水暴漲所造成,且是堆成一塊區域,並不像內灣是形成一片堆積。 另外可由在內灣堆積的滾石傾斜方向判斷出古河道的方位。在外灣則會因為侵蝕作用將山腳不斷進行切割,所以亦多生崩塌。
重點筆記:
在進行模擬層態時,不要靠露頭太近否則可能會被其他結構所迷惑。 膠結作用:密實的沈積物之間有許多空隙,當地下水流經這些孔隙時,帶來的礦物質不但將孔隙一一填滿,同時將岩石碎屑顆粒緊緊膠黏一起。 生痕化石(砂棒):是二枚貝所鑽出的孔道,被砂或其排泄物所填滿,由於和周遭的岩性不同,因此成岩(或是鈣化)後,呈現出和周遭不同的顏色。 牛軛湖:當S形河道因為內灣堆積和外灣侵蝕不斷作用下,使河道彎曲度增加到近似牛軛(即Ω)時,因河流截彎取直,原有的牛軛形狀之河道行成牛軛湖,這種情形多發生在下游坡度緩降處。
一(B)、建山公墓

地質概況:硬頁岩、板岩、千枚岩夾砂岩
觀察活動: 後方交位法:保安宮東南25度。由於我們一直是在台20號線上所以只須要一個觀測點即可定位,但最好有兩條以上之測線,才能檢查定點的正確性。 荖濃溪觀察:由東北向西南流。有三個河階,旁邊內灣近似一小沖積扇。
重點筆記: 河階:是由於河岸地層抬升,造成河流下切力增加所發生的類似階梯地形。也因此河階數目有時可能用來計算地層抬升次數。 沖積扇:由於坡度急速降低,而使砂石迅速在出口處堆積成扇形而成。這種情況多發生在山谷出口處,不過大型的沖積扇也有可能出現在不明顯的河階地形。 三角洲:多發生在河川出海口,因河川流速變慢,使得泥沙開始堆積。和沖積扇扇的分別主要在於成因的不同以及堆積物的差別。 沖積(氾濫)平原,當河水暴漲超過原有何道,帶來大量石、泥、砂等的堆積,所形成的平原,多發生在下游處。

第二站:囉囉埔-高中檢查哨
地點:台20號線82.1km處
觀察活動 : 定為:利用山頭(山頂)進行後方交會定位法,為囉囉埔。當利用高山頂點進行定位時,可能無法看到最高點,所以要利用山線擬出最高點。 沒有發現明顯的破裂面或層理,且較剛才地點的地層更堅硬;有不少方解石存在於杏仁孔構造中。 枕狀玄武岩是由於岩漿流動冷卻形成的,其凸面向上可以用來指示本區地層並未倒轉。 枕狀玄武岩由於外部冷卻快,所以會形成一玻璃質的外皮構造,這一外皮由於和內部岩性有所差異所以易剝落。 枕狀玄武岩內之氣孔充填物(杏仁孔)褐色為方解石,綠色為綠泥石。 前行200m為枕狀玄武岩和沉積岩的交界處,所以會產生接觸變質;玄武岩尚有遇到熱水變質,使得玄武岩呈青灰色(含有綠泥石)。
重點筆記: 觀看地層時要注意視傾角問題。 杏仁孔構造;由於玄武岩形成時會有氣體在其中,因而會形成一個個空洞。當含有鈣質成分的水流經時就會在此形成方解石等礦物。 熱水變質:玄武岩內原本含有大量鈣斜長石,當熱水流過時鈣離子被鈉離子取代變成鈉長石。而鈣離子和水中的碳酸形成碳酸鈣沉積下來。

第三站 梅山路段
地點:台20號線119.5km處梅山落石段
地質概況:主要是中新世硬頁岩、砂岩,以及由硬頁岩形成的鉛筆石。
重點筆記: 鉛筆石:鉛筆石往往是發生在頁岩過渡到板岩的區域,遠觀是成片狀結構,近觀則有類似鉛筆的長條狀,其成因是由於硬頁岩受到力的作用產生兩組解理,與本身的層面、葉理面構成類似鉛筆的細長構造(鉛筆石通常是由硬頁岩所構成,但是硬頁岩不一定都能形成鉛筆石)。在本區所觀察到的硬頁岩變質度都較之前在囉囉埔所見之硬頁岩稍高,也較具有光澤。

第四站 進涇橋-昌仕橋
地點:台20線138.6 km進涇橋下的河谷。
地質概況:此區域在地質上的分區是為畢祿山層,變質度已達板岩。板岩的光澤較硬頁岩亮,是由於內部片狀礦物較為發達。
觀察活動:在某一岩基的葉理面和解理面上都可看見方解石脈與石英脈,因為當水流過這些解理時會使矽化物或鈣離子沈澱其中,又有可能受力擠壓而使這些脈扭曲。在公路上可見塊狀的變質砂岩,其層理、葉理、劈理均不發達故稱之塊狀。在變質砂岩的表面有許多的顆粒鑲嵌,可發現雲母、石英、方解石、綠泥石等等,並有紅色植被。其他還可見青灰色的礫質砂岩,其青灰色成份是來自火山灰中的綠泥石。在昌仕橋,可見一個大崩塌的地形:這是由於河谷的切割和斷層作用使得該處的地層容易坍落。在此地層中有三層黑色地層,可推測黑色部分可能為含有有機質的泥質層;而由於斷層面的錯動會把岩石磨係成較小的顆粒,且有地下水的滲入而形成「斷層泥」。此外還可見青灰色火山岩,有些火山岩中夾雜有暗紅色的深海沈積物;而主要的青綠色礦物是墨綠色的綠泥石及黃綠色的綠簾石。而在144.3km處可以看到完整的板岩剪力褶皺,是由於板岩受到歐亞大陸板塊和菲律賓海板塊擠壓而造成。
重點筆記: 在繪製地質圖時除了要有多條路徑進行測量外,還要利用地形、層態、等高線加以配合才行。黑色的碎屑斷層泥只是比較小的岩屑,雖然含有石墨、有機質等,但仍然不能算是土壤。

第五站:埡口-關山隧道
地點:啞口隧道出口500m處,是在埡口-關山隧道的東側,已進入了板岩與千枚岩的過渡帶。
地質概況:相較之前的板岩,在此所見的板岩變質度為高,岩性更脆,更容易剝落。
觀察活動:此處的石英脈也可以找到一些水晶;但是可能因形成時含矽水溶液量充足,大都形成全填滿的石英脈,所以只能在脈中的小裂縫處小晶洞中尋找水晶(單頭水晶),有些水晶常和綠泥石共生。此外還發現含有碳酸鈣水溶液流經的山壁,經由沈澱作用,以致在其上附著一層氧化鐵;所以呈現黃褐色。此種由水溶液沈澱出之層狀岩石,類似鐘乳石的形成過程。

第六站:(A)、 利稻橋
地理位置:台20線180.8km處,高度為海拔885m,全長735m。(民國82年10月30日通車)
觀察活動:隧道旁可見新武呂溪之典型V型峽谷,沿河約4到5km長,狹長且彎曲,類似太魯閣地區之河谷地形,但太魯閣的河谷落差更大。形成原因是地層快速抬升造成河川下切力加大。
重點筆記: 護坡工程大致上有二種,一是建擋土牆(強度較好),二是噴漿(強度較差)。而無論是那一種都必須注意預留水管讓地層中的水傾洩出來,不然反而會導致地層更快崩坍。 護坡工程尚可用岩栓增加強度,不過要注意必須固定到基岩上方有其效果。
(B)、利稻橋-新武橋

地點位置:台20號177.2km處
地質概況:本區在地質上的分區屬於大南澳片岩區,葉理非常的發達。此區域片岩的分類有:富含有機質的→石墨片岩(黑色片岩),石英含量較高的→矽質片岩(白色片岩),含有凝灰岩質的→凝灰質片岩(綠色片岩)。
觀察活動: 有極發達的葉理,加上本區受到板塊推擠,易發生褶皺,而使得葉理在轉折處顯得特別脆弱,常會在轉折處又形成另外一個新方向的葉理。此外,在這些片岩中也有石英充填形成脈,若兩側受力擠壓(垂直石英脈方向)時,因為石英的硬度較大,故僅能將石英脈擠壓成一段一段的形狀,而稱之為「串腸構造」。

第七站:電光大橋-嘉武北溪
觀察活動:
大多是由溪水從上游運送下來的滾石。在此可見呈黑色,全為玻璃質的岩石,稱之為台灣岩(Taiwanite)。在台灣岩中常夾有粗粒玄武岩之碎屑,以及玻璃質充填在粗粒玄武岩之空隙中。顯示台灣岩為流動性高之岩漿,侵入淺層的粗粒玄武岩及其他沈積岩層中並凝結。此等基性深成岩散佈於海岸山脈各地,但較大岩塊者多鑑於海岸山脈南端及西南部。由於此處位於二個板塊交界帶,所以三大岩石都可以在這發現到;但仍然以變質岩居多。
重點筆記: 綠泥石(Chlorite),化學結構式(Mg,Al,Fe)6(Si,Al)4O10(OH)8: 單斜晶系的片狀礦物,外觀呈塊狀、鱗片狀、或粒狀;有良好的解理。顏色為綠色、墨綠、赤色、紫色、或白色,具玻璃至珍珠光澤;比重2.5-2.8,摩氏硬度2-2.5。化學組成複雜,是一種常見的造岩礦物,產在泥質岩、低度變質岩、及熱水換質岩內。 綠簾石(Epidote),化學結構式Ca2(Al,Fe3+)3(SiO4)3(OH): 為單斜晶系的柱狀或片狀礦物。外觀呈粒狀、放射纖維狀、或塊狀;解理極佳,破裂面呈貝殼狀、不平或粗糙。顏色在暗綠到黃綠色之間,有灰色條痕。具玻璃光澤,比重為3.3-3.5,摩氏硬度6-7。屬於變質、接觸交代變質、熱水礦物,並會與陽起石、鈉長石、及柘榴子石共生。

心得摘錄:

蕭閔仁:
由於我們是從地層的年輕到老逆向看過去,對於地層的大致變化有了解。另外在礦物的分辨上也學到必須以新鮮剖面為主,否則會因表面風化作用而有所誤認。在整個行程之中,我們所測量到的層態大多是東北-西南向,這可推測在這塊區域所受的應力方向大致一樣,應該都是受到歐亞大陸板塊和菲律賓海海板塊作用。不過之間仍然有部分角度的差異,可能的原因有二:一、測量上的誤差。二、菲律賓海海板塊並不是直直的撞向歐亞大陸板塊,而是略為順時針方向轉動,也因此不同區域的應力方向會有部分差異,導致層態差異。還有看到不少複雜的地形、礦物、岩石,這些都是我們在實驗室所無法直接體會的。

資料來源:由選修『地質學實驗』的同學所提供:
中山大學海洋資源系92級:王康仁
中山大學海洋資源系94級:陳俊宏、蕭閔仁、呂依凡、王奕量、王亮鈞

助教:李政帥、范秋屏、洪仁傑
編輯:李政帥(中山大學海洋資源所 )

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