地球科學園地

一九九七◆六月夏季

《第二期》

 

 

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為什麼有這麼多黃金?

余炳盛/經濟部中央地質調查所

 

  談完了九份-金瓜石的開礦歷史,可能有人會問:金瓜石地區的金礦究竟是怎樣生成的呢?接下來就讓我們來談談金瓜石地區金礦的成因。

 

● 2,500-1,000萬年前

  分佈於九份-金瓜石地區的中新世沈積岩,主要是約2,500至1,000萬年前在海底堆積形成的。

  這些岩層主要由砂岩、頁岩與少數煤層構成,厚度可自數公分至十公尺以上,厚度總計約為四千公尺。地層的層序由老至新依次是:木山層、大寮層、石底層、南港層及南莊層。

● 1,000-200萬年前

  大約在1,000至800萬年前,台灣東南方的菲律賓海板塊和台灣島所在的歐亞大陸板塊開始產生衝撞作用,並且造成菲律賓海板塊隱沒到歐亞大陸板塊之下,形成台灣宜蘭東北外海的琉球島弧,引發沖繩海槽張裂。

  而由於板塊的碰撞和隱沒作用,也使得九份-金瓜石地區的中新世沈積岩岩層受到來自東南向的強大壓力作用。這些岩層便經歷了此中新世晚期至更新世(約200萬年前)時代以來的地殼運動,並且形成許多東北-西南走向的褶皺與逆衝斷層。

● 170-90萬年前

  由於沖繩海槽的張裂作用,形成一系列火成活動。大約在170至90萬年前的更新世時期,這個地區也發生了岩漿活動,形成數個火成岩的侵入岩體及噴出岩體,包括基隆山、武丹山、本山等三個主要侵入岩體,及草山、雞母嶺兩個噴出岩體,另外尚有規模較小的新山、九份與武丹坑東南的潛伏安山岩。

  而根據重力研究顯示,此區可能尚有報時山、北勢坑、大粗坑、燦光寮、石筍和南武丹山等潛伏未出露火成岩體。

  上述火成岩體主要為安山岩構成,新鮮時呈灰白色,通常含有許多黑雲母及角閃石斑晶,晶體可達半公分大,安山岩內亦常可發現高溫石英。

  接著,發生南北向高角度斷層,在本山,斷層面向東傾斜,九份則是向西傾斜。

● 110-90萬年前

  約在岩漿侵入、形成火成岩的同時或稍晚,熱水礦液沿著許多南北向斷層及附近許多平行小斷層和破碎帶上湧,發生「熱水礦化作用」(詳細說明請見後述),開始形成了此地區的金礦體。

  後來又生成一些東西向的斷層,切過原先的南北向礦化帶。沿著這些東西向斷層,又產生了較後期的熱水礦化作用。

  而約在這個時期,在金瓜石的東邊,也發生了許多角礫岩的爆破作用或「角礫岩化作用」(詳細說明請見本期第四篇)。爆破後的角礫岩筒具有許多破碎構造,形成熱水礦液的良好通道,進而在角礫岩筒以及附近產生熱水礦化作用。

● 現在

  金瓜石地區的金礦大致便是如此形成的,之後由於持續進行的構造運動,使得這個地區持續地上升,因此,深藏地底的礦體才能夠連同圍岩整個被抬升到現在的海拔高度。

  上部原來較厚的覆蓋岩層,也在這一百萬年之間,因侵蝕作用而被除移,使得部份金礦體露出地表,甚至有許多淺部礦體的黃金被雨水沖到河川之中。因此,九份-金瓜石附近的溪流,甚至遠達八堵的基隆河,都可以發現砂金的蹤跡呢!

 

熱水礦液的溫度和生成深度

  形成金瓜石地區礦體的熱水礦液溫度主要在攝氏300至400度左右,但局部地區可達攝氏500至600度。而九份地區的熱水礦液溫度較低,大約在攝氏200度左右。

  至於熱水礦液最初生成礦體的深度,大約在當時地底約1,500至2,500公尺深。在一般大氣壓力之下,水在攝氏100度便會沸騰,但隨著環境壓力的加大,沸點會增高。這些熱水礦液由於在地下深處受到岩石強大壓力,仍可暫時保持液體的狀態而未汽化。

 

什麼是「熱水礦化作用」?

  由於火成作用本身會帶來一些熱液,而熾熱的火成岩體也會加熱地下水,熱液和熱地下水便混合成「熱水礦液」。熱水礦液在地底深處高溫高壓的環境下,溶有較多的金屬離子,它們會順著岩層內的斷層和破碎帶或角礫岩筒上升。

  當熱水礦液流經岩石裂隙、上升到較淺處時,其溫度及所受的壓力降低,金屬離子在熱液中的溶解度也跟著降低.於是過飽和的金屬離子便驟然沈澱在裂縫或周遭的岩石孔隙內,產生所謂的「熱水礦化作用」。如果礦物沈澱累積的量夠多而能夠符合開採價值,便形成礦體了。

  熱水礦液在上湧的過程中,除了會產生礦化作用之外,高溫強酸的熱水礦液也常和岩石發生物理或化學反應,使岩石的質地產生改變,在地質學上稱之為「換質作用」。金瓜石地區由熱水礦液引起的換質作用常見的有3種:「矽化作用」、「黏土化作用」、「綠泥石化作用」,此外還有「角礫岩化作用」(詳細說明請見本期第四篇)。

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