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應變橢球重建與板塊模式之探討

藉由Flinn圖解(Flinn, 1962)整合XZ面與YZ面的應變量就能 得出立體應變橢球的型態。不同型態可能代表不同的應力模式,如 pure strain(純剪)、simple strain(單剪)等。

由於本研究中只有點蒼山中段製作xz面及yz面薄片,所以分 析之k值及flinn圖表就只呈現點蒼山中段部份。點蒼山中段之k值及 應變型態如表4-2,從Flinn圖解可看出點蒼山中段剖面的數據分散 在拉張與壓扁的區域,因此無法區分主要的應變型態以扁長型

(prolate)或是扁圓形(oblate)為主(圖4-8)。此區域k變化介於0

~ 1.6之間,其中樣本07dn002更是完全的壓扁應變(plane strain;k=0)

的情況。由此Flinn分析圖可顯示點蒼山中段右翼部分應變屬於不均 質的情況,k值與樣本岩性及地理位置無關。

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圖 4-8 點蒼山中段剖面應變結果之Flinn圖。

表 4-2 點蒼山中段剖面應變型態變化表

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應力方向的改變:北中段為近垂直軸,南段轉為近水平位態。此現 象顯示了北中段主應力來源為板塊擠壓,水平應力大於垂直方向的 應力;而南段主應力來源為荷重的壓力,垂直應力大於水平方向的 應力。點蒼山北中南三段Z軸位態的改變。

由NASA SRTM topo30所提供的資料繪製出的地形高層剖面

(圖4-10)也可對照到本研究的結果,點蒼山由北段到南段兩千多 公里驟降500公尺,顯示點蒼山南段受重力影響而垮塌的結果,這 可能說明重力垮塌為應力方向改變的原因;加上本研究分析點蒼山 南段Z軸位態為近水平,說明垂直方向應力大於水平方向應力,兩 者結果可互相對應。由點蒼山南段野外露頭觀察到東西向向南傾之 葉理面,加上Rf-φ應變分析所得出之結果顯示點蒼山南段有一往上 衝甚至逆衝的趨勢,與點蒼山北中南三段主應力Z軸由垂直軸轉為 近水平位態的改變,可能為上部地殼與下部地殼不偶合的證據,但 也可能為點蒼山南段重力垮塌所造成之結果,需要更多的資料與分 析結果來討論。

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而點蒼山北中南三段的X軸位態分布來看,傾角都很緩,方向 由北方、東北向、轉到東南向,若配合上Burchfiel(2004)提出的 下部地殼流體模式圖,可發現點蒼山北中南三段符合整體順時針旋 轉的法線方向(圖4-11),說明北中南三段X軸位態改變的趨勢符合 下部地殼流體模式所描述之順時針旋轉流。

圖 4-9 點蒼山北中南三段各個礦物拉張線分析之X軸、Z 軸。

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圖 4-10 點蒼山、哀牢山與象背山(DNCV)之高程剖 面。

圖 4-11 點蒼山北中南三段X軸方向示意 圖,X軸位態改變的趨勢符合下部地殼流體模式所 描述之順時針旋轉流之法線方向。

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120 縫合的印支期 (Maluski et al.,1995, 2001; Nam et al., 2003),二、與 新生代晚期印度碰撞歐亞大陸的喜馬拉雅造山期。又新生代印度碰 撞歐亞大陸時期包含了兩期滑移運動:中新世紅河剪切帶左移活動 (Tapponnier et al., 1982, 1990; Schärer et al., 1990, 1994; Harrison et al., 1992, 1996; Leloup et al., 1993, 2001; Wang et al., 1998, 2000;

Jolivet et al., 2001),及中新世晚期紅河剪切帶右移活動 (Allen et al., 1984; Leloup et al., 1993)。

本研究所提出的第一期構造事件(D1)可能與Gilley 等人2003 年的定年結果指出印支造山時期活動(~220 Ma)相對應,而李冠 英(2007)微構造分析結果顯示葉理的疊置關係與旋動方向顯示D1 為一右旋變形事件,符合Carter等人(2001)所提出印支期中南半

121 力 (transpression) 造成剪切帶上的變質岩體抬升。Leloup等人 (1993) 採集了片麻岩中的鉀長石、黑雲母、白雲母和角閃石進行氬 氬定年研究,得到鉀長石年齡4.3-5.0 Ma,黑雲母年齡6.4-9.5 Ma,

白雲母年齡15.4-22.0 Ma,角閃石年齡22.1 Ma。Leloup 等人(1993)

根據礦物定年結果,提出點蒼山左移剪切開始時間至少為20-24 Ma,

大約結束於19-17 Ma。Leloup et al. 在2001年發表了紅河哀牢山剪 切帶冷卻歷史的分析,說明較早期的冷卻期發生在35 Ma,而點蒼

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Leloup et al., 1995; Wang et al., 1998; Replumaz and Tapponnier, 2003)。Leloup等人(1993)提出紅河剪切帶之右移伸張發生年代大

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約在5 Ma,並提出點蒼山冷卻歷史顯示右移剪切及正斷層開始的時 間約在4.7±0.1Ma。由於擠壓作用強烈,喜馬拉雅山與藏南在中生 代早期抬升,至5-7 Ma抬升至最大高度,此時第二期擠壓開始運動,

紅河剪切帶進行右移運動(Leloup et al., 1993)。本研究氬氬定年顯 示晚期快速冷卻事件發生於4-6Ma之間(圖4-14),與Leloup et al.

(1993)定年結果(圖1-9)符合。而此右移剪切事件與點蒼山構 造史之對應,可能發生在第四期塑性變形或第四期之後,而Rf/φ斷 層機制解分析結果顯示點蒼山南段最後一期塑性變形受到右移剪 切作用,加上斷層機制解與斷層擦痕分析結果也說明點蒼山有右移 剪切紀錄,說明第四期與第五期都有發生右移剪切事件。

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圖 4-12 點蒼山變質岩帶定年礦物封存溫度與定年結果關係圖,其中包含Gilley et al., 2003; Leloup et al., 1993; Harrison et al., 1996; Scharer et al., 1990,1994; Zhang & Scharer, 1999之定年結果。

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4.6 點蒼山變質岩帶主要應變之分析

Teyssier等人 (2002) 使用應變模擬來分析剛性地殼上之塑性 變形作用。使用相同的剪切應力分析當剛性地殼旋轉時可能與下部 塑性地殼之間發生三種應變狀態 (圖4-13):(1)上部剛性地殼與下部 塑性地殼一起轉動變形,則上部剛性地殼的旋轉量為ω;(2)只有上 部剛性地殼旋轉ω;(3)因下部塑性地殼轉動變形而緩慢帶動上部剛 性地殼旋轉,則上部剛性地殼之旋轉量為ω/2。其應變的結果可以 反應在葉理面及礦物拉張線之分佈型態與方位所顯示:模式一、葉 理面走向不一致,呈現發散的狀況,傾角小於30度,且傾向相同的 方向,而礦物拉張線分佈呈現同心圓的狀態;模式二、此狀態下無 塑性變形,皆為脆性變形,沒有葉理面及礦物拉張線產生;模式三、

葉理面走向分佈一致,傾角可朝向南或北都有,傾角角度很緩,礦 物拉張線之分佈型態呈紡錘狀,甚至分成對角方向 (圖4-13,

Teyssier et al., 2002)。

Houseman and England (1993) 認為亞洲大陸的變形機制為黏 滯流體變形,以及Burchfiel (2004) 更以現今全球定位系統資料 (GPS),提出了下部地殼流體模式(lower crustal level flow model;圖

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1-3),此模式即符合於Teyssier等人(2002)提出的應變模式三 (圖 4-13),即東亞地體板塊之活動機制主要以下部塑性地殼為動力。

(a)

(b) (a)

(b)

圖 4-13 應變實驗的三種模擬方式與結果:(a)三種模 擬方式:(1) 剛性板塊與塑性板塊一起進行剪切變形;(2) 只有上層剛性板塊旋轉運動;(3)剛性板塊因下部塑性層剪 切運動的結果而旋轉。(b)模擬結果:(1) 葉理面走向不一 致,呈現發散的狀況,傾角小於30度,且傾向相同的方向,

而礦物拉張線分佈呈現同心圓的狀態;(2) 此狀態下無塑性 變形,皆為脆性變形,沒有葉理面及礦物拉張線產生;(3) 葉 理面走向分佈一致,傾角可朝向南或北都有,傾角角度很 緩,礦物拉張線之分佈型態呈紡錘狀,甚至分成對角方向 (Teyssier et al., 2002) 。

127 Sol et al. (2007)顯示為現代GPS的記錄,說明可能從21 Ma時起

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察到左移壓縮的情況(黃愛玲,2008)是很合理的,符合大型順時 針旋轉流周圍的應力擠壓及伸張狀態。

圖 4-14 點蒼山應力模式圖。點蒼山北中段 為垂直應力大於水平應力,點蒼山南段則為水平應 力大於垂直應力。

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圖 4-15 點蒼山(a)葉理面及礦物拉張線與(b)Teyssier

(2002)所提出之模式一的比較,顯示點蒼山上部剛性地殼與下部 塑性地殼一起轉動變形,屬於偶合(coupled)的情況。

圖 4-16 紅河哀牢山剪切帶之點蒼山變質岩體、哀牢山 變質岩體及象背山變質岩體礦物拉張線的整合,顯示點蒼山 屬於偶合的情況,而哀牢山及象背山則屬於非偶合的情況。

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圖 4-15 點蒼山的高溫構造(HT)及低溫構造(LT)。(a)

Leloup將點蒼山分為兩期構造,暗色區塊為高溫構造,淺色區塊 為低溫構造。a圖可看出葉理面及礦物拉張線位態不同的情況;b 圖為礦物拉張線及葉理面的玫瑰圖,可看出高溫構造與低溫構造 角度的差異。(b)說明先發生含有黑雲母的高溫構造,再發生含 有綠泥石的低溫構造,兩者葉理面及礦物拉張線位態不同

(Leloup et al., 1993)。

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(Burchfiel, 2004)。此外,Rf /ψ應變分析結果也顯示點蒼山南段為 雙剪切變質帶,且在點蒼山南段為右移拉張的作用。

點蒼山變質岩帶整體礦物拉張線統計大致呈同心圓狀,葉理 面位態發散且不一致,顯示點蒼山變質岩帶的剪動機制圍上部地殼 與下部地殼偶合(coupled)的情形,因此可將Sol等人(2007)所 提出的偶合與不偶合之界線下修到北緯25.5度及東經102度。此葉理

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面發散不一致且礦物拉張線呈同心圓狀的情形也不符合Leloup等 人(1993)所提出點蒼山依據葉理面及礦物拉張線位態的不同,可區 分為高溫構造和低溫構造,本研究認為葉理面及礦物拉張線位態的 不同反應出同一期偶合的狀況,而非高溫及低溫構造的差別。

點蒼山變質岩帶經歷四期主要的塑性變形作用,分別為三疊 紀、始新世到中新世左移期、與中新世之後的右移期,與本研究野 外大構造分析所得的四期塑性變期及氬氬定年實驗結果相符,顯示 第一期塑性變形發生於三疊紀印支期,產生近南北向的高角度摺皺;

第二期塑性變形產生西北東南向偃臥褶皺,形成近水平之葉理面;

第三期塑性變形為21 Ma左右之左移運動,產生西北東南向高角度 摺皺;第四期塑性變行為點蒼山段發生重力垮塌事件造成東西向的 葉理面,為5 Ma左右之右移運動時期。

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參考資料 

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