地質學淺論
2003/06/03
構造運動(Tectonic Movement)由地球內部能量所引發地殼岩石的機械變形和變位，構造運動結產生了岩石變形及地表形態的劇烈變化。規模小的可使地層傾斜與彎曲、岩石塊體的破裂及岩層的相對錯動以及山（斷層）如規模大的，可造成火山的噴發、地震、脈形成（圖14-1）、海陸變遷、大陸分裂與大洋擴張等。此外，構造運動也是引起岩漿作用與變質作用的重要原因。因此，構造運動在地質學中至為重要。
按構造運動的運動方向可分為垂直運動和水平運動兩類：
水平運動與垂直運動為構造遷動的兩個最重主要因素。實際上對於某一個地區而言，兩者常常為同時或先後發生。
為了方便闡述地殼的變形及構造，擬先說明以下常見的述語：
測量地層的走向及傾斜方向，通常用傾斜儀(Clinometer)或羅盤儀量測（圖14-5左下圖）。
各種層疊疊的岩層，如果受了橫壓力擠壓以後，常可形成一種似波浪的形狀，此種構造稱為褶曲。此種現象好像拿一疊機十張紙，將它的兩端用力推擠，即可形成高低起伏不平的形狀（圖14-6）。褶曲構造中其凸出成鞍部狀者稱為背斜(Anticline)，而凹下成槽形狀者則稱為向斜(Syncline)。地層褶曲形成背斜層以後，其頂部因張力關係，常產生裂縫，因此甚易產生風化而成為河溝。
褶曲構造中，平分兩翼間的平面，此假想平面稱為軸面(Axial Plane)，如（圖14-7）的虛線所示。軸面與褶曲地層在地面的交接線，稱為褶曲軸(Axis of the Fold)，如圖14-7之AB連線為背斜軸(Anticlinal Axis)， 而CD連線為向斜軸(Synclinal Axis)。褶曲的兩邊稱為翼(Flank或Limb)。如果軸面為直立，則其所形成的褶曲稱為為對褶曲；如果軸面為傾斜時，則為傾斜褶曲。它的左右兩翼不對稱(圖14-6的左下圖及右下圖)。
褶曲的類型
褶曲的成因－褶曲可由下列的地質作用而生成：
岩層經過變形壓力(Compression)、張力(Tension)或扭力(Torsion)等作用後產生變形，如果作用持續進行，則岩層會沿著較脆弱的面破裂，並將其兩側的岩層錯動位移此種作用稱為斷層（圖14-11、圖14-12）。
地層經壓力作用後，每先產生裂縫。靜止稍許後，壓力再度增加後，即沿裂縫產生變位，因此，斷層多沿舊有裂縫形成。當此突然的斷層作用發生時，地殼多會產生震動，此稱之為地震斷層之變位，變位的距離可由極小到幾公里，而斷層的長度亦可由極小以至數百公里不等。
斷層滑移動的平面稱為斷層面(Fault Surface)。岩層經斷裂後，分為兩部份，其位於斷層面之上方者，稱為上盤(Hanging Wall)，而位於其下者稱為下盤(Foot Wall) (圖14-11)。
斷層的類型
據此，斷層可分為正斷層(Normal Fault)與逆斷層(Reverse Fault)兩種(圖14-12、圖14-13、圖14-14)。上盤沿著正斷層為破裂面向下移動。而逆斷層為上盤沿斷層面向上上升者造成逆斷層的主應力擠壓力，二側岩層向中間縮短。逆斷層常見於褶曲激烈的地區，因為褶曲過份激烈所產生的現象。逆斷層之傾角，如果極小或近乎水平者，則又另稱為逆掩斷層(Overthrust)（圖14-14及圖14-15），其移位量往往甚大，例如歐洲阿爾卑斯山之大逆掩斷層，向前推進可達數十或百餘公里之遙（圖14-15）。大 大陸褶曲刻劇烈地區，逆掩斷的分佈層亦多，例如江蘇之寧鎮山脈及四川盆地之邊緣，貴州北部以及臺灣西部麓山帶及雪山山脈亦諸多逆斷層及逆掩斷層分佈。圖14-16、圖14-20）顯示在野外所見的斷層現象。
斷層之判認
事實上，斷層有時為褶曲持續受力的結果，漸漸由褶曲轉交為斷層（圖14-14及圖14-15）。欲判別斷層的存在與否不甚容易，有些斷層特徵往往在不整合(Unconformitty)之中亦可見到，兩者極易混淆。一般判認斷層（圖14-21）的方法有：
地球外殼之岩石受力作用或經風化作用後，常產生裂縫，這種裂縫大多長短不一或互相平行，或縱橫交錯，或呈不規則狀，稱為節理（圖14-23、圖14-24）。裂縫不論其為分開、填充、或緊密，但未見錯動現象。但如有移位現象者則可稱為斷層(圖14-25)。
節理之類型
所謂不整合為將兩組不同地質時代岩層分開的侵蝕面或沈積停止面稱之，（圖14-30）。不整合對石油地質、構造地質及地層學之研究極為重要。通常年代較新的岩層位於不整合面之上，但年代較老的地層可為火成岩、亦可為變質岩或沈積岩，正常而言，為位於不整合面之下（圖14-31）。
(一) 不整合之分類（圖14-32）：
（二）不整合之辨識：
（三）不整合的形成
形成過程為地層經過沈積成為地層，之後由於地殼變動而抬升，上，並經褶皺作用而形成山脈，其後，叔等地層再經過侵蝕作用而形成一個高低起伏的侵蝕不整合面。由於地殼的下沈，將地層下降到海水面以下，而新沈積了新的地層在這個侵蝕面之上。此即不整合的形成（圖14-35及圖14-37）。
事實上，此不整合的形成過程也等於經過一個造山的輪迴（圖14-38）。如圖14-39---圖14-42所示，就可以知道喜馬拉牙雅山的造山過程。
(一)：概論
自從海底擴張學說及板塊構造學說(Plate Tectonics)的理論發表以來，地球科學的各種分野研究有了突破性的進展。目前此項學說已發展成為地質學經典的學說。根據板塊構造的理論，地球表面共分為二十大地殼板塊（圖14-43），此等板塊可以滑動，也會以彼此互相碰撞。地質史上所發生的各種地殼變動和地震都是由於板塊間的相互作用而造成。而各板塊的邊緣就是世界上目前主要的地震帶、火山帶及造山帶。而板塊的內部和中心較為穩定，僅見輕微的運動而已。
板塊構造學說的出現，為地質科學界的一大革命。此學說可以將過去諸多地球上無法解釋的地質現象、成因和機制，例如地震、火山活動、岩漿侵入、變質作用及造山運動等，均可用此學說來解釋。
事實上板塊構造學說的形成為經由二十世紀初期的大陸漂移說，最近發展出來的海底擴張說、地磁學及磁極的轉變和轉形斷層學說演化而來，最後經深海鑽探而獲得證實，茲分別兩點介紹如下：
(二)：大陸漂移說(Continental Drift)
大陸漂移說為德國氣象學家和地球物理學家魏格納(A.Wegener)所提出。魏格納認為較輕的硅鋁質的大陸地殼，浮在較重的硅鎂層海洋地殼之上漂移。世界上所有的大陸在古生代早期為整個世界連接成一體，稱為聯合古大陸或泛大陸(Pangaea)。而圍繞在聯合古大陸周圍的廣闊海洋稱為泛大洋(圖14-44 )。自中生代開始，泛大陸開始破裂、分離，並逐漸漂移，直到最近才形成現代的海陸分佈狀況（圖14-45）。
魏格納的大陸漂移說主要是根據太平洋及大西洋兩側大陸的地理形狀，具有相似性。而在地層、地質構造、古生物、古氣候等方面也提供相當有力的證據（圖14-46）。
(三)：海底擴張學說(Seafloor Spreading)
為60年代初，美國地質學家赫斯(Hess,1962)和迪芝(Distz,1961)，首先提出大洋中脊頂部為地函物質上升的出口，而此物質經冷凝後即形成新的洋殼。此新洋殼將早形成的老洋底，逐漸向兩側推開，並呈對稱性的擴張（圖14-47）。如此持續進行，則先生成的老洋殼就可不停地向大洋兩側擴張及推移（圖14-48及圖14-49）。此可由洋脊中的古地磁記錄得到印證（圖14-49及圖14-50）。一般而言，洋底的移動擴展速度，大約是每年個厘米而已。
(四)：板塊構造學說(Plate Tectonics)
板塊構造學說為1967年麥金齊(D.P.Mckenzie)和派克(R.L.Parker)及1968年犘根(J.Morgan)所提出。根據這個學說，地殼的上部可以分為六或七個大板塊和十多個小板塊（圖14-51），這些板塊厚約一百公里。根據板塊構造學說，地球的上部可以分為三大層，最上一層為岩石圈(Lithosphere)，也是板塊本身，由冷而剛強的岩石構成，厚約七十至一百多公里左右。第二層為軟流圈(Asthenosphere)，平均厚約二百公里。軟流圈由軟弱而流動性佳的物質所構成，各板塊可在軟流圈上自由移動（圖14-50、圖14-52）。
表14-1 板塊構造學說的展經過
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年份 |
主要事項 |
有關科學家 |
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1912~1915 |
大陸漂移說的創立 |
Wegener |
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1915~1950 |
大陸漂移說的爭辯，多數科學家並不贊同 |
Du Toit, Holmes |
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1950~1960 |
海底地質研討和探勘，中洋脊的發現 古地磁和磁極移動路線研究 |
Ewing, Heezen Blackett, Runcorn |
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1960~1962 |
海底擴張學說 |
Dietz, Hess |
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1963 |
海底地磁異常的發現 |
Vine, Mathews |
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1965~1966 |
轉形斷層和地震的研究 |
Wilson, Sykes |
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1967~1968 |
由大陸漂移及海底擴張兩學說演化成板塊構造學說 |
Mckenzie, Parker Morgan, Le Pichon Isacks, Oliver |
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1968~1970 |
格羅瑪挑戰者探勘船的深海鑽探 |
Sykes, Maxwell等 |
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1970 |
板塊構造說由地質上的假想變為多數學者所接受的全球構造學說 |
現己知可分為六大板塊(Major Plate)和十餘個亞板塊(Subplate)。此六大板塊分名：歐亞(Eurasian)、美洲(American)、太平洋(Pacific)、非洲(African)、南極洲(Antarctic)和印度洋(Indian)。南美洲和北美洲可分為兩個板塊。有些板塊可以同時包括大陸和海洋地塊，例如美洲板塊；有的板塊全由海洋地塊組成，例如太平洋板塊。太平洋板塊為最大的板塊（圖14-51），幾佔地球表面五分之一的面積。
(五)：板塊運動與各種地質作用的關係與應用
板塊構造與岩漿作用
現代活火山已知共有523座(其中455座在陸地上，68座位於海底)，呈狹長的火山帶分佈，主要集中在以下三個帶：
由上述三個火山帶與板塊邊界的地理分佈，可知岩漿活動的空間分佈主要集中在板塊的邊界附近，而板塊的邊界活動影響並控制岩漿活動的成份、來源及成因機制等（圖14-54及圖14-55）。
板塊構造與變質作用
板塊活動與變質作用之間關係密切。在分離型板塊邊界的大洋脊軸部附近，由於岩漿不斷上升而形成新洋殼，因此具有較高的地熱梯度及活躍的熱液作用，因而使先形成的洋殼岩石產生中－低級的變質作用，此即所謂洋底變質作用。在平移型板塊邊界，由於兩板塊的相對移動，因此多會產生動力變質作用（圖14-56）。
板塊構造與地震、火山及造山運動的關係
板塊構造與表層地質作用
在地殼表面的表層地質作用與地表的地形及氣候條件有關。但地表地形變化則受到構造運動、造山運動及板塊活動的控制。換言之，板塊活動間接影響地表自然條件地質與地形和氣候的變化與變遷。
台灣島位於西太洋歐亞大陸板塊與菲律海板塊的交界線附近。向中新世晚期以來，菲律賓海板塊。即以海百萬70km的速度，沿西北方向的歐亞板塊並撞，直到最近還在持續進行中，所以地震特別多，而台灣島也是在過程中隆起的（圖14-57、圖14-58、圖14-59）。
