晚中新世以來沉積岩岩象分析探討臺灣南部山脈剝蝕歷史

Abstract

當造山山脈隆起同時，造山前緣逐漸下陷形成前陸盆地，因此前陸盆地沉積物隨晚中新世以來的造山運動，紀錄了剝蝕來自山脈沉積物的演變。本研究利用砂岩岩象（粗砂）與單晶質石英顆粒的圓度分析，探討晚中新世以後砂岩組成變化與中南部造山山脈的剝蝕歷史。從臺灣造山山脈出露的岩層層序來看，剝蝕層序依序應從未膠結的沉積層開始，之後陸續出露成岩相的沉積岩層（中新統砂岩與頁岩），葡萄石-綠纖石相的極低度變質岩（中新統至始新統的變質砂岩與硬頁岩），綠色片岩相的低度變質岩（中新統至始新統的石英岩與板岩）。以下為南部一個地區的岩象分析與單晶質石英顆粒的圓度分析結果。 中部地區濁水溪以南顯示（1）上新世早期之前＞4 Ma（大窩砂岩下部），岩性以大量單晶質石英為主，少量的岩屑則以片岩為主；（2）上新世晚期約4-2.6 Ma（上部大窩砂岩至錦水頁岩）出現少量沉積岩岩屑（1-2%），且隨時代愈年輕至更新世早期2.6-2.0 Ma（卓蘭層下部），沉積岩岩屑逐漸變多（6-20%），片岩岩屑隨著逐漸變少；（3）更新世早期約2.0 Ma（卓蘭層中部）開始出現硬頁岩以及極低度變質砂岩岩屑（2-15%）；（4）更新世早期約1.5 Ma（頭嵙山層底部）則開始大量出現板岩以及低度變質砂岩岩屑（20%）。 單晶質石英顆粒的圓度分析目的為探討造山最初期的未膠結沉積物出露時代，本研究結果顯示最佳圓度變化出現在晚中新世約5.5 Ma（關刀山砂岩上部），而晚上新世約4 Ma（大窩砂岩上部）之後開始圓度變差，且同時岩象顯示沉積岩岩屑開始出現。上述結果得知單晶質石英的圓度變佳的原因，推測是因為來自沉積岩層上覆未膠結的沉積層被侵蝕搬運再度磨圓導致，而沉積岩岩屑的出現則造成圓度開始變差。 對比上述岩象與單晶質石英顆粒的圓度分析結果，顯示沉積物來源由被動式大陸邊緣轉變成造山帶的過渡帶變化可能位在晚中新世，且山脈呈現一反剝蝕現象。 高屏地區以及東部地區在上新世早期至晚期已經接收到板岩岩屑，為侵蝕來自於中新世中期至晚期隱沒作用產生的變質混同層（玉里帶）。台中地區以北的前陸盆地在更新世晚期開始接收到板岩岩屑，濁水溪以南地區在更新世早期開始接收到板岩岩屑，是由於雪山山脈不同區塊有不同的冷卻歷史以及古河系發育規模不同所造成，造成不同的河川沉積系統出現不同的沉積遲滯時間。 彙整造山帶前人的低溫熱定年資料，得知造山帶各區塊的冷卻歷史、岩性出露歷史以及斷層可能的活動時間，並配合沉積盆地砂岩岩象結果得知前陸盆地來源演化與造山帶剝蝕間的沉積物源－滙關係。