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研究生:古月萍
研究生(外文):Ku, Yueh-ping
論文名稱:薄層砂岩與薄層泥岩互層中劈理形成機制與褶皺作用過程的關係:以雪山山脈十八重溪層中一個有劈理發育的中型褶皺為例
論文名稱(外文):The Relationship between Formation of Cleavage and Folding in Multilayer : A case study on an Anticline with Well-developed Cleavage in the Shihpachunghsi Formation , in Hsuehshan Range
指導教授:楊昭男楊昭男引用關係
指導教授(外文):Yang, Chao-Nan
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:119
中文關鍵詞:十八重溪層劈理褶皺壓溶曲流作用折射現象
外文關鍵詞:Shihpachunghsi Formationcleavagefoldpressure solutionflexural-flowcleavage refraction
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在台灣雪山山脈中部,南投縣濁水溪北岸的雙龍地區,在一由十八重溪層中的一些薄層砂岩與薄層泥岩互層所構成的露頭上,展現有發育良好的劈理與褶皺共生的構造--在中型背斜構造的軸部與翼部,分別有對稱及非對稱的微褶皺構造 ; 在微褶皺翼部則有劈理的發育。在中型背斜構造的兩翼,劈理在穿過不同岩性時,劈理面會明顯產生偏斜 ; 但這種現象在中型背斜構造的軸部則不明顯。而本研究認為這個露頭上所展現的小型構造可以用來研究劈理與褶皺在成因上的演化關係。在透過中尺度下劈理與層面的幾何關係分析、微構造的觀察、以及福來法應變分析後,初步結果如下 :
(一).泥質岩層與粉砂岩層中的連續劈理與小型對稱微褶皺,是由於岩層橫向縮短作用而形成。而在微褶皺形成的同時,微褶皺岩層的翼部由於應力集中導致易溶物質(石英、方解石、斜長石)的壓溶並產生遷移,而殘留下的不易溶物質(雲母類礦物、不透明泥質物質)則相對富集,而形成與微褶皺包絡面的夾角約為90度的間距劈理。
(二).中型背斜構造透過曲流作用的方式逐漸形成,微褶皺的形態以及劈理面也因此產生變化─於中型褶皺翼部的岩層中,形成非對稱的微褶皺,以及於褶皺軸面兩側的岩層中形成呈扇形排列的劈理圖形。而另一方面,由於不同岩性的岩層,各具有不同的力學性質,對於外力的抵抗能力以及所產生的變形程度會有所不同 ; 因此劈理面在由變形粉砂岩層進入相鄰泥質岩層時,劈理面會產生偏斜,而形成劈理的折射現象。
There appears a coexistent structure of well developed cleavage and fold in the outcrop which is located in the middle of Taiwan''s Hsuehshan, on the north of Nantou''s Choshuiche-- Shunglung. The outcrop consists of multi-layer of thin-layered sandstone and slate in Shihpachunghsi Formation. In the structure of middle scale anticline, there exist symmetrical micro-fold structure in the hinge and asymmetrical in the limb; in the limb of the micro-fold the development of cleavage can be found. In two limbs of the middle-scaled anticline cleavage orientation often tilts obviously when the cleavage passes into different layer while in the hinge area it doesn''t. In my view the genetic relationship between cleavage and fold can be analyzed through the microstructure appearing in this outcrop, where the geometric relationship between cleavage and bedding on a middle scale, microstructure analysis and Fry method-strain analysis are applied to it. The primary conclusions are as following:
1. The continuous cleavage and small-scaled symmetrical micro-fold in the mud-stone layer and sandstone layer are generated through parallel layer shortening. While the micro-fold is developing, the limb of the micro-fold causes pressure solution of solution materials(quartz, calcite, plagioclase ) because of high stress and begin to migrate. Relatively, the remaining non-solution materials(mica, clay)are rich and form spaced cleavage whose angle of the inclination crossing micro-fold envelopment is approximately 90o.
2.Flexural-flow causes the middle-scaled anticline gradually and the geometry of the microfold, as well as cleavage orientation, begins to have physical changes. There emerges asymmetrical microfold in the layer of the limb of the middle-scaled microfold. And in the both layers of the fold axial plane there appears fanning cleavage pattern. In addition, different layer possesses its own physical property, therefore resistance from force and deformation vary with it. Hence the cleavage plane tilts when it goes from sandstone layer into mudstone layer, then cleavage refraction occurs.
摘要i
第一章 緒論1
一、研究動機與目的1
二、研究區的地理概況4
三、研究區地質背景5
第二章 與本研究有關的理論及分析方法的原理9
第三章 研究步驟與方法30
一、室外工作30
二、室內工作32
第四章、研究區域之岩層與地質構造描述34
一、岩層34
二、褶皺34
三、劈理40
第五章、分析結果與討論42
一、微構造分析與討論42
二、劈理與褶皺的幾何關係分析與討論46
三、應變分析結果與討論61
第六章、結論67
第七章、檢討與建議70
參考文獻74
圖版與圖版說明79
附錄103
圖 目 錄
圖1-1 :本研究露頭的地理位置4
圖1-2 :李春生(1979)在本研究地區所繪製的地質圖6
圖1-3 :劉桓吉(1991) 在本研究地區所繪製的地質圖7
圖1-4 :水里-地利一帶地質與鉀雲母結晶度8
圖2-1 :複層褶皺演化理論10
圖2-2 :複層岩層的褶皺形態11
圖2-3 :多級和諧褶皺的形成過程12
圖2-4 :片狀礦物的機械性旋轉14
圖2-5 :顆粒的再結晶作用15
圖2-6 :壓溶作用16
圖2-7 :夾皺劈理形成的示意圖17
圖2-8 :劈理面與岩石內的最大有限縮短應變的關係18
圖2-9 :岩層在被褶皺的過程中,劈理可能形成的三種時間19
圖2-10 :呈扇形排列的劈理20
圖2-11 :劈理與褶皺的幾何關係21
圖2-12 :一線在受剪切時角度的變化23
圖2-13 :座標圖示一線在受剪切時角度的變化 23
圖2-14 :剪切量、剪切角度和岩層傾角的變化關係24
圖2-15 :在經過一有限均勻應變後線的長度變化26
圖2-16 :褶皺強岩層內部的變形28
圖2-17 :福來法應變分析的原理與方法29
圖4-1 :實際量測到岩層位態之極點等值線圖35
圖4-2 :野外實際在層面上量得層面與劈理面的交線方向36
圖4-3 :實際量測到的劈理面位態之極點等值線圖37
圖4-4 :褶皺岩層在正交剖面的岩層厚度變化39
圖4-5 :間距劈理的劈理間距與岩層厚度變化的關係40
圖5-1 :本研究分析標本的採樣位置圖43
圖5-2 :實際量測到的劈理、微褶皺包絡面的幾何變化關係47
圖5-3 :將圖5-2的資料依岩性的不同表示60
圖5-4 :本研究區粉砂岩層內部的應變分布情形63
圖5-5 :劈理形成時於夾質域的應變情形66
圖6-1 :本區劈理與褶皺的演化關係示意圖69
圖7-1 :福來法應變分析的主要條件73
表 目 錄
表5-1 :本研究應變分析的相關資料62
表5-2 :求劈理形成時夾質域之應變情形所需的相關資料與資料數據結果
65
圖 版 目 錄
圖版一 :研究區中視及近視(A∼K)構造照片與素描80
圖版二 :正交切面景象相片94
圖版三 :粉砂岩層中的劈理類型為間距劈理 ; 泥質岩層中的劈理類型為
相對的連續劈理95
圖版四 :變形粉砂岩層中劈理域的組成礦物主要是不透明泥質薄層96
圖版五 :變形粉砂岩層夾質域中石英顆粒的變形特徵97
圖版六 :變形粉砂岩層中石英顆粒與不透明泥質薄層以直線接觸98
圖版七 :劈理多出現在小型褶皺的翼部99
圖版八 :劈理域內的石英顆粒多呈現定向排列100
圖版九 :變形泥質岩中的主要組成礦物101
圖版十 :變形粉砂岩層中的夾質域組成礦物102
附 錄 目 錄
附錄一 :採樣步驟與注意事項104
附錄二 :於野外實際量測到的岩層位態108
附錄三 :野外實際量測到的劈理面位態109
附錄四 :以福來法求得的應變橢圓(X / Z)原始圖形110
王源、楊昭男 (1979) 關於大南澳片岩多次變質及變形作用的一些證據。地質,第二卷,第41-45頁。
李春生(1979)台灣中部南投縣水里─玉山地區之古第三紀地層。中國地質學專刊,第3號,第237-247頁。
宋國城 (1983) 台灣輕微變質岩的鉛筆構造。地質,第四卷,第二期,第37-44頁。
李元希 (1989) 台灣中央山脈大禹嶺地區地質構造的演化。國立台灣大學地質學研究所碩士論文,共126頁。
林啟文、楊昭男 (1991) 簡介褶皺形成的理論。地質,第十一卷,第一期,第47-65頁。
林偉雄、林啟文和游明聖(1995)中央山脈南段鹿野溪地區之地質構造研究。經濟部中央地質調查所,共24頁。
陳維民、楊昭男 (1985) 花蓮銅門地區大南澳片岩之地質構造。地質,第六卷,第二期,第1-20頁。
陳肇夏、王京維、鐘三雄 (1994) 鉀雲母結晶度在台灣雪山及中央山脈地層與構造研究上之應用。經濟部中央地質調查所特刊,第八號,第261-284頁。
陳肇夏、王京新 (1995) 台灣變質相圖說明。經濟部中央地質調查所特刊,第二號,第1-51頁。
楊昭男 (1977) 由小看大-簡介中視構造的重要性。演化,第五期,第29-32頁。
楊昭男,羅偉 (1986) 中央山脈大禹嶺地區之地質構造。地質,第七卷,第二期,第11-33頁。
楊昭男 (1986) 台灣中央山脈大南澳片岩及其上覆地層的劈理型態。地質,第七卷,第二期,第1-10頁。
劉桓吉(1991)台灣雪山山脈濁水溪地區地質構造之研究。國立台灣大學地質學研究所碩士論文,共67頁。
劉桓吉、楊昭男(1992)台灣雪山山脈濁水溪地區之地質。中央地質調查所彙刊,第8號,第31-62頁。
羅偉 (1985) 台灣中央山脈大禹嶺地區之構造地質研究。台灣大學地質學研究所碩士論文,共67頁。
羅偉 (1992) 台灣中央山脈合歡山至天祥地區之地層與構造研究。國立台灣大學地質學研究所博士論文,共273頁。
羅偉、林偉雄 (1993) 台灣中央山脈岩石劈理之生成機制及其在地質圖測製上的應用。經濟部中央地質調查所,共93頁。
鐘嘉猷 (1998) 實驗構造地質學及其應用。北京科學出版社,共246頁。
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