基隆山安山岩之實驗岩石學研究及其石英成因之探討

Abstract

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。