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研究生:謝佩珊
研究生(外文):Pei-Shan Hsieh
論文名稱:台灣地區溫泉與泥火山氣體來源初探
論文名稱(外文):Tha gas sources of hot springs and mud volcanoes in Taiwan
指導教授:楊燦堯楊燦堯引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:地質學研究所
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:1
中文關鍵詞:溫泉氣體泥火山氣體氦同位素碳同位素
外文關鍵詞:hot springmud volcanohelium isotopecarbon isotope
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摘 要
台灣地處菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊碰撞交界,快速的隆起造山,造成了年輕造山帶異常的地溫梯度,也孕育了溫泉形成的良好環境。加上北部大屯火山群與東部呂宋島弧因火成作用產生的地熱,使得全島溫泉總數多達一百餘處,真可稱的上是一“溫泉島”。本研究採集了台灣地區不同地體構環境下形成的溫泉水氣與泥火山氣體,分析其氣體組成、氦同位素、與碳同位素比值,希望比較不同地體構造區中之溫泉、泥火山的氣體成份並進一步討論其可能來源與成因。
本研究中大部分的溫泉氣去水後成分主要以CO2為主,而泥火山噴氣則以CH4為主。火成岩區溫泉水氣之氦同位素比值皆大於空氣比值 (3He/4He=4~7RA,RA為空氣之3He/4He比值),而其碳同位素比值δ13C=-5o/oo∼-7o/oo,明顯具有地函成份特徵,表示仍有岩漿源物質持續逸氣當中。除了位於變質岩區的蘇澳冷泉、瑞穗溫泉,西南部沈積岩區的中崙溫泉與東部羅山鹽埕泥火山之外,其餘變質岩區與沈積岩區的溫泉與泥火山氣體氦同位素比值皆小於空氣比值 (<1RA),顯示其氣體成分主要還是以地殼來源為主;而從碳同位素結果顯示,變質岩區溫泉水氣 (δ13C=-6.6∼-8.4o/oo) 與沈積岩區溫泉水氣 (δ13C=0∼-7o/oo),表示可能有不同的碳來源。
在1999年10月22日嘉義地震 (ML=6.4)發生前後,中崙地區氣體成份有明顯的變化。可能受到地震應力作用影響,原本達到平衡之中崙地區溫泉氣體發生了供應來源系統的改變,使得地殼中不同來源並具有不同碳同位素值的氣體得以混入,因而造成了氣體來源與同位素值上明顯的變化。
一般說來,天然逸氣中氦與碳主要有三個來源:(1)上部地函 (M):3He/4He~8±1 RA, δ13C~-6.5±2.5 o/oo; (2)海洋石灰岩 (L):3He/4He~0.05 RA, δ13C~0±2 o/oo; (3)沈積物 (S):3He/4He~0.01RA, δ13C~-30 o/oo。利用上述三個端成分的混合,可以模擬台灣地區溫泉氣體可能的來源與各端成份所佔比例 (Sano and Marty, 1995),計算結果顯示北部大屯火山群火山氣體之碳的來源比例為:M=4~21%、L=52~66%、S=11~30%。並利用三端元兩階段混合模式 (Van Soest et al., 1998)可以合理解釋大屯火山群溫泉氣體成份:第一階段上部地函 (M~98%)與隱沒板塊與沈積物 (L~2%)混合生成岩漿,在岩漿脫氣上升過程中再與上覆地層沈積物 (S)作第二階段的混合。
而沈積岩區與變質岩區溫泉氣體則大部分源自地殼源成份;此外,台灣各處之泥火山氣體成分皆以甲烷氣為主,主要可能源自於地殼厚層泥岩中有機物分解的甲烷氣體,而明顯帶有地殼氣體成份特徵 (3He/4He < 1 RA)。蘇澳冷泉氣體氦同位素比值反映出有地函來源物質的加入,可能是隨著沖繩海槽向西拉張所造成的地殼漸薄,龜山島附近具有地函特徵的流體得以滲入,而造成影響較高氦同位素比值結果。而羅山泥火山與瑞穗溫泉可能都是受到海岸山脈下方殘存岩漿庫逸氣影響,而導致3He/4He比值略高於一倍大氣比值,而帶有岩漿源氣體成份特徵。
雖然第四紀以來台灣西南部及其鄰近地區並未有明顯岩漿活動,可是鄰近觸口斷層位於沈積岩區的中崙溫泉與濁水潭噴氣,卻具有異常高的氦同位素比值(3He/4He=3~6 RA),明顯具有地函氣體特徵。此氣體成分可能源自位於地殼深處的新生代火成岩儲氣層,儲氣層中的氣體混合了具有地函特徵的火成岩脫氣成份而逸散至地表;另一可能性則暗示觸口斷層為一很深的斷裂,提供了一個地函源氣體成份得以上升至地表的管道。
目 錄
第一章 緒論 1
1-1簡介 1
1-2前人研究 2
1-2-1溫泉分佈與數目 2
1-2-2溫泉來源與成因 3
1-2-2-1火成岩區溫泉 3
1-2-2-2變質岩區溫泉 5
1-2-2-3沈積岩區溫泉 6
1-2-3溫泉水之化學性質 9
1-2-4泥火山數目分佈與來源成因 13
1-2-5泥火山之水化學性質 15
1-3研究動機與目的 16
第二章 野外採樣與分析方法 18
2-1野外採樣 18
2-1-1採樣地點 18
2-1-1-1溫泉 18
2-1-1-2泥火山 18
2-1-2採樣方法 22
2-2氣體成分分析 25
2-3氦同位素分析 28
2-4碳同位素分析 29
2-5氦同位素特性 30
2-6碳的來源與碳同位素值分佈範圍 32
第三章 分析結果 35
3-1氣體成份結果 35
3-1-1火成岩區溫泉 35
3-1-2變質岩區溫泉 39
3-1-3沈積岩區溫泉、泥火山 39
3-2氦同位素分析結果 44
3-2-1火成岩區溫泉 44
3-2-2變質岩區溫泉 44
3-2-3沈積岩區溫泉、泥火山 44
3-3碳同位素分析結果 48
第四章 氣體來源形成機制之討論 50
4-1火成岩區溫泉氣體來源與形成機制之探討 50
4-2變質岩區溫泉氣體來源與形成機制之探討 60
4-3沈積岩區溫泉氣體來源與形成機制之探討 62
4-4沈積岩區泥火山氣體來源與形成機制之探討 68
第五章 結論 69
參考文獻 72
參考文獻
中文部分
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