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星期五的地質

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星期五的地質

2017-05-26

『老』山脈的新資料與新觀念

『疊置定律』是二百多年以來的地質學家所遵循的法則,愈下部地層愈老,疊置在上的地層愈年輕。同時,地層出露的層序也會出現愈老地層的變質度愈高。因此,地質學家又會認為變質度愈高的岩層愈老的概念;假若出露在同一地層層序時,這概念是對的。從百年來地質學家對於臺灣變質岩時代的闡釋,就可以瞭解這個概念。臺灣全島地質圖最早完成於1897年的『臺灣島地質鑛產圖』(石井八萬次郎,1897),之後陸續共出版九個版本。其中對於脊樑山脈出露的板岩與片岩變質岩帶的時代,就有類似變質度愈高年代愈老的看法。尤其在沒有發現化石與定年方法之前(日治時代),認為變質岩帶就應該屬於非常古老的地層。首先在地質圖中給予變質岩時代是1910年在「南日本の富源」書中所附的『臺灣本島地質圖』,認為板岩帶(廬山層)與片岩帶(太魯閣帶)屬於古生代,而玉里帶為太古代(恒藤規隆,1910)。臺灣總督府殖產局(1926)出版的『臺灣地質鑛產圖』,認為板岩帶屬於第三系(蘇澳統),片岩帶(大南澳統)為先第三系。同年,高橋春吉與市川雄一(1926)出板『臺灣地質鑛產地圖』,認為板岩與片岩帶為先第三系。之後,這些變質岩中陸續發現化石,張麗旭(1953)的『臺灣地質圖』認為板岩帶屬於漸新世(?)至始新世,部份可能為白堊紀(?),片岩帶為中生代(?)至古生代。


之後,大南澳片岩帶太魯閣帶與玉里帶的同位素定年研究,認為片岩年代屬於白堊紀(Lo and Yui, 1996)。雖然,玉里帶定年年代有部份也屬於晚新生代的年齡,如江博明等人(Jahn et al., 1981)的銣鍶(87Rb/86Sr)年代為14-8百萬年,但遷就於『變質度愈高,地層愈老』的既有概念,認為這年代是山脈隆升時的冷卻年代,而不是地層形成年代。


鋯石鈾-鉛定年的年代通常代表鋯石在岩漿中生成的年代,也是岩漿活動年代(詳細知識請參考本刊在2016年5月27日,朱美妃教授撰寫的那些火成岩鋯石告訴我們的事);因此火成岩或變質火成岩的鋯石鈾-鉛年代,就代表原來火成岩形成年代。所以在沒有年代的變質岩地層就可以利用這方法來測定未變質前的地層年代,但變質溫度須低於約700°C。


之前,大家都認為玉里帶與太魯閣帶是中生代古太平洋板塊隱沒產生的成雙變質帶的關係(Yen, 1963),因此從玉里帶混同層中的變質火成岩年代就可以瞭解古太平洋板塊的年代。玉里帶中包夾許多的變質火成岩岩塊,變質溫度最高達約560°C,因此利用鋯石鈾-鉛定年法將可以獲得玉里帶中火成岩生成的精確年代,以及玉里帶混同層形成年代。以此方法獲得玉里帶的藍閃石片岩年代為15-16百萬年前(Chen et al., 2017),周圍片岩的最年輕年代為中新世。所以玉里帶混同層是形成於15-16百萬年前之後,是早期蓬萊運動時板塊隱沒產生的混同層;並非之前認為是白堊紀古太平洋板塊隱沒所形成的,此年齡較之前所認知的年代約年輕了9千萬年。

如此一來,蓬萊運動的造山史就必須重新思考,也就是大家熟知6百萬年前的造山運動之前,菲律賓海與歐亞板塊就已經相互發生某些形式的板塊作用。近期針對海岸山脈最古老的火成岩(奇美火成雜岩)也同樣進行鋯石鈾-鉛定年研究,獲得最老的火成岩年代約15百萬年前,顯示是南中國海板塊開始隱沒的年代(陳文山,2009;Shao et al., 2015)。但是,在隱沒開始到造山期間,歐亞大陸邊緣隨著南中國海板塊的隱沒發生了俯衝作用(underplating),導致脊樑山脈新生代岩層產生變質作用,形成了板岩與片岩。從玉里帶的變質溫度與壓力來看,可以達到560±30 °C與13±1 kbar,顯然俯衝深度已達~45公里以上(Baziotis et al., 2017)。之後,在碰撞過程中逐漸地隆起成為山脈;並非現今大部份學者認知的在弧陸碰撞時,脊樑山脈就即刻隆起成為山脈。晚新生代以來,菲律賓海與歐亞大陸板塊的弧陸碰撞過程,形成了兩個縫合帶,玉里帶與太魯閣帶邊界(壽豐斷層)是早期的板塊隱沒邊界,玉里帶與海岸山脈邊界(花東縱谷斷層)是後期板塊碰撞的邊界(Chen et al., 2017)。



半世紀以來,國內外地質學者研究臺灣造山運動已經發表不下百篇以上文章,長期以來就於想當然爾的觀念下,變質度最高的玉里帶年代理所當然屬於臺灣地層中最古老的中生代。在眾多研究的區域,預期能夠改變長久以來的看法與模式是非常不易的,況且臺灣造山帶是全球地質學家眾所周知與研究的重點山脈。所以本文題目用了『老』山脈的意義是指眾所周知與研究的山脈。如今有了鋯石鈾-鉛年代的新實證,重新解釋玉里帶年代,成為從未曾被聯想成在蓬萊造山運動的一分子。透過這研究,也發現變質度最高的岩層卻是最年輕,在這造山運動過程中如何將最上部岩層俯衝至最深層的地下,又如何將最深層的岩層隆起至地表。臺灣造山帶應該還有許許多多未被發掘的問題,期待未來研究者能夠有新資料與嶄新的觀念重新闡述臺灣或世界其它山脈的造山運動史。




朱美妃(2016)那些火成岩鋯石告訴我們的事。中國地質學會網站。http://gst.org.tw/2001/

陳文山(2010)海岸山脈火山島弧與碰撞盆地的地層架構與年代。西太平洋地質科學,第9卷,第67-98頁。

Baziotis, I., Tsai, C.H., Ernst, W.G., Jahn, B.M., and Iizuka, I. (2017) New P–T constraints on the Tamayen glaucophane-bearing rocks, eastern Taiwan: Perple_X modelling results and geodynamic implications. J. metamorphic Geol., 35, 35–54.

Chen, W.S., Chung, S.L., Chou, H.Y., Zugeerbai, Z., Shao, W.Y., and Lee, Y.H. (2017) A reinterpretation of the metamorphic Yuli belt: Evidence for a middle-late Miocene accretionary prism in eastern Taiwan. Tectonics, doi: 10.1002/2016TC004383

Lo, C.H., and Yui T.F. (1996), 40Ar/39Ar dating of high-pressure rocks in the Tananao basement complex, Taiwan, J. Geol. Soc. China, 39, 13–30.

Shao, W.Y., Chung, S.L., Chen, W.S., Lee, H.Y., and Xie, L.W. (2015) Old continental zircons from a young oceanic arc, eastern Taiwan: Implications for Luzon subduction initiation and Asian accretionary orogeny. Geology, 6, 479–482, doi:10.1130/G36499.1

Yen, T.P. (1963) The metamorphic belts within the Tananao schist terrain of Taiwan. Proc. Geol. Soc. China, 6, 72–74.

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