關西、竹東地區的玄武岩和凝灰岩是屬於角板山期火成活動的產物，主要分佈在南莊
層沈積岩層中，上覆有厚層的石灰岩層。這些玄武岩類岩石內，常夾有超基性的擄獲
岩，其岩性以尖晶石兩輝橄欖岩、正輝石橄欖岩和純橄欖為主；從野外、顯微鏡和電
子微探儀的觀察發現，各種不同的岩類均受不同程度的換質作用，較新鮮的標本中，
僅有輕微的蛇紋岩化現象，礦物成份以原始之鎂橄欖石、頑火輝石（以上二者佔９０
％以上）、透輝石、尖晶石為主；而受換質作用劇烈的標本，其原始礦物大多轉變成
碳酸鹽類或其它次生礦物，其中碳酸鹽類礦物重量百分比可達８５％以上。
整個換質作用的過程分兩期進行；第一期為輕微蛇紋岩化作用，此期換質使得一小部
份的鎂橄欖石和頑火輝石變為蜥蛇紋石，而它指示著溫度、壓力條件較低的環境；故
透輝石和尖晶石皆不受此期換質之影響。
第二期的換質作用主要是因富含鈣離子、碳酸根離子水團貫入所造成的；它引起一連
串的反應：首先是鎂橄欖石及頑火輝石的分解作用，此時透輝石與尖晶石仍不受影響
，這個反應釋出了大量的鎂離子，可與二價鐵離子、碳酸根離子結合成方解石、鐵白
雲石、菱鐵鎂礦等碳酸鹽類礦物，取代原來鎂橄欖石、頑火輝石的位置；另一作用則
是因第一期所產生的蛇岩石動機鎂離子、二價鐵離子、二氧化矽換質成鐵皂石。
由碳氧穩定同位素的資料顯示，第二期換質作用水團的來源為一般具較低δ13Ｃ的天
水流經關西、竹東石灰岩後所形成的；而水團的主要成份除了鈣離子、碳酸根離子外
，還有一些二價鐵離子及二價錳離子，其溫度應在攝氏１００度以下。
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