變質作用與變質岩

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史基道接觸變質圈

　　英格蘭湖泊區(The English Lake District)北部之高原荒地，屬於康布立亞行政區(the Country of Cumbria)，有許多小區域為黑雲母花崗岩或花崗閃長岩與奧陶紀史基道板岩之接觸露頭。放射性定年的結果顯示，火成岩侵入的年代屬於泥盆紀。火成岩體的四周為寬廣的接觸變質圈所環繞，由接觸圈的研究得知，它們的形成是在地殼淺處，由中等規模之深成岩體侵入而成(圖1)。
　　接觸變質圈外的板岩具有穿透性劈理(penetrative cleavage)與緊密褶皺(tight fold)。劈理與褶皺都為接觸圈所加印(over printed)，顯示這些都是屬於侵入作用前之區域變質與變形的結果。因此史基道變質圈為接觸變質疊置於低度之區域變質作用加盟的產物。史基道接觸變質圈外板岩屬於低度變質礦物群，其主要的頁矽酸鹽礦物(phyllosilicate minerals)有絹雲母與綠泥石，它有著強烈的優勢排列以順應板劈理的方向。
　　根據史基道接觸變質圈泥質岩的漸進變質系列可以畫分成三個帶，依變質度之增加順序依次為：未改變之史基道板岩→外側斑點板岩帶→中間之斑狀變晶(porphyroblastic)板岩帶→內部之角頁岩帶。此等分野的標準，基於岩石組織之變化要比礦物群的變異來得重要。外側斑點板岩帶主要的特徵是板岩顆粒度的加粗致使劈理晦迹。在劈理面上的交錯斑點約在0.15~0.20mm大小，但在野外並無法辨明其礦物組成。中間之斑狀變晶板岩帶，其斑狀變晶可確認為紅柱石(特殊變異者稱空晶石；chiastolite)和堇青石，顆粒屬於粗粒。部分屬於細粒之千枚岩，但劈理仍然存在。內部之角頁岩帶為緻密塊狀，雖然其劈理仍可辨視。
　　圖2所示為外側斑點板岩之手繪薄片觀察圖。在本章中所繪各薄片皆為與葉理(foliation)成垂直橫切。由圖2看來，斑點所含之礦物與其周遭基質並無顯著之不同，二者皆由白雲母＋綠泥石＋硬綠泥石＋不透明礦物之礦物群所構成。淡色之斑點較基質者含較多的白雲母，而含較少的綠泥石與硬綠泥石。整個岩石顆粒大小的分布是相當均勻的。斑點與周遭基質的礦物群未有顯著差異是泥質接觸變質圈外側十分共同的現象。斑點的成因未明，根據拉斯托爾(Rostall)傳統的看法，認為它是由於某些化學組成選擇性的聚合所成，它也可能進而形成堇青石或紅柱石之斑狀變晶。但斑點也可能是代表斑狀變晶礦物之退化變質作用(retrograde metamorphism)。在史基道接觸圈之高級變質部分，確實存在著有部分或全部之紅柱石為白雲母所取代。圖2所示硬綠泥石＋綠泥石＋白雲母之斑點，可能是由紅柱石之退化變質，由水化作用與K⁺之介入而成。
　　圖3表示中間之斑狀變晶板岩帶之堇青石─紅柱石板岩，其礦物群為黑雲母＋白雲母＋堇青石＋紅柱石＋石英＋不透明礦物。堇青石呈橢圓形晶體，有著不規則外形和無數黑雲母、白雲母與不透明礦物之包裹體。這也是變嵌晶狀組織(poikiloblastic texture)的例子。所謂變嵌晶狀結構是指變質岩礦物晶體中含有其他礦物之包裹體。這些包裹體是如此的多，有些時候也稱之為篩狀組織(sieve texture)。值得一提的是，甚至在堇青石中的黑雲母、白雲母片和不透明顆粒片(可能是石墨)，都呈現著強烈的優勢排列，這些都可以說是史基道板岩之殘留板劈理(relict slaty cleavage)。
　　圖4表示內圈之角頁岩帶之紅柱石─堇青石片岩。其礦物群與中間之角頁岩帶相仿，為黑雲母＋白雲母＋堇青石＋紅柱石＋石英＋不透明礦物。原來之板劈理仍可由黑雲母、白雲母與石墨片之優勢排列看出端倪。同樣地，堇青石內之黑雲母、白雲母、和不透明礦物等包裹體都保留著板岩之殘留板劈理組織。
　　根據上面的討論，我們可以說典型史基道變質圈的典型礦物群為：

綠泥石＋硬綠泥石＋絹雲母＋石英	未變化之板岩(史基道板岩)
黑雲母＋綠泥石＋絹雲母＋石英	低變質度礦物群(Low-grade assemblages)
硬綠泥石＋黑雲母＋絹雲母＋石英	低變質度礦物群(Low-grade assemblages)
堇青石＋紅柱石＋白雲母＋黑雲母＋石英	高變質度礦物群(High-grade assemblages)

　　
　　此外，根據拉斯托爾(Rastall，1910)之報導，在高變質度之礦物群中尚有柘榴子石的出現。因此史基道變質圈之礦物群可以圖5之AFM圖來表示。

* 圖說：圖1. 史基道花崗岩體接觸變質圈示意圖

* 圖說：圖2. 史基道接觸變質圈外圈斑點板岩

* 圖說：圖3. 史基道接觸變質圈中間帶之堇青石－紅柱石板岩

* 圖說：圖4. 史基道接觸變質圈內圈之紅柱石－堇青石片岩

* 史基道接觸變質圈

* 圖說：圖5. 由AFM圖來表示史基道變質圈板岩漸進的變質。其中(a) 史基道板岩與外圈之礦物組合；(b)接觸圈中間帶之礦物組合；和(c)最內圈角頁岩之礦物組合。

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