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048期-地質篇 (十) 蘇澳的板岩

文/圖:江協堂(國立宜蘭大學講師)

石頭與生活

石具是人類祖先最早使用的工具之一,石頭堅硬又隨地可得,在洪荒時代人類只能以蠻力取得食物,或者防禦動物或同類攻擊的時期,石頭是最被容易運用的器具,早期人類的生活跟石頭息息相關,早已結下不解之緣,因此當時的文明被稱為石器時代文化,從考古資料可發現,人類剛開始使用的石頭大都比較粗糙、巨大,可能是需藉由石頭的重量達到攻擊或防禦的目的,爾後漸演變成使用較精緻的石具如石針、石刀等,除上述目的外,精緻的石具也廣泛運用於食衣住行的日常生活。

 

人類因石頭的硬度、劈理、色澤、形狀等不同特性而有不同的用途,在台東卑南遺址出土的文物中,我們發現當時的居民曾大量使用板岩作為建材、棺木、器具等等。

圖1 台東卑南出土的石棺文物(林正芳攝)
圖1 台東卑南出土的石棺文物(林正芳攝)

 

板岩並非很堅硬的岩石,可能不適於當作攻擊的工具,但板岩具有很好的劈理和葉理特性,適當手工敲擊後,裂開的石片板面平整,厚度扁薄,外觀就像木板一樣,但卻不怕火燒,也不會腐爛,因此可應用於日常生活如炊具、建材、睡床、桌椅、架子等等,從出土記錄以及目前保存的文物來看,台灣的祖先們對板岩的使用可能已持續千年以上,而且不止台東卑南地區的居民喜歡使用,其他地區的原住民或漢民族也都發現有使用板岩的習慣。

圖2 平地居民用板岩蓋成的石頭屋
圖2 平地居民用板岩蓋成的石頭屋

板岩如何形成

岩石可分成火成岩、沈積岩和變質岩,三種岩石經不同地質作用可以互相轉變。

 

陸上的砂、泥等沈積物被河流帶到海床堆積,當堆積的厚度越來越厚時,下層早先堆積的沈積物越來越深,其周圍環境的溫度、壓力也就越來越高(往地底下每深100公尺溫度大約增加3℃、壓力大約增加15-20大氣壓),沈積層孔隙中的水分因壓力變大而被排出,沈積物顆粒和顆粒間在缺乏水分支撐後,接觸壓力增大,當顆粒與顆粒因壓力熔蝕(溫度不變下,固態物質因壓力增高而熔化的現象稱為壓力熔蝕)而膠結一起,鬆散的沈積物就岩化成沈積岩,此稱為石化作用(lithification)。

 

沈積岩如果繼續深埋,溫度與壓力繼續升高,就會開始產生變質作用而變成變質岩,依環境溫度、壓力的高低,變質岩變質的程度也有高低之別,變質度最低者為硬頁岩,接著依序為板岩、千枚岩、片岩、片麻岩等。

 

這些變質岩類都有葉理(foliated)特徵,所謂葉理是指岩石經變質後形成一片一片彼此平行排列,可以沿岩面將岩石剝離開來(圖4),是變質岩特有的岩石結構(texture),板岩具有很細密的葉理狀岩理,葉理很薄,大都是頁岩或其他細粒沈積岩經輕度變質而成,其組成葉理的礦物顆粒很細,肉眼不易判識,板岩的顏色不一,跟未變質前的沈積岩母岩有關,因母岩大都以深色頁岩為主,故板岩顏色以深灰色居多。

圖3 岩石的循環
圖3 岩石的循環
圖4 板岩的葉理構造(攝於南方澳內埤海邊)
圖4 板岩的葉理構造(攝於南方澳內埤海邊)

蘇澳地區的板岩

台灣因造山運動,深埋在地底下的變質岩層被擠出地表形成高聳的山脈,因此板岩廣佈於中央山脈和雪山山脈,蘇澳地區位於中央山脈的最北端,所出露的變質岩為中新世廬山層的板岩(圖5),在蘇花公路路旁我們可以看到標準的板岩地層剖面,廬山層岩層分佈的範圍很廣,宜蘭平原南側的山區都屬廬山層,廬山層的中部有一厚層砂岩,在清水、土場一帶可見此層砂岩出露,但蘇澳地區卻消失不見,只有厚度數公分的薄層砂岩夾於板岩之中,因此蘇澳地區的板岩應為廬山層的上部或下部岩層。

圖5 蘇澳地區地質圖。圖中圓圈編號7和8為下文表2中岩樣標本編號
圖5 蘇澳地區地質圖。圖中圓圈編號7和8為下文表2中岩樣標本編號

蘇澳的板岩以砂質板岩和細緻的黑色板岩為主(圖6),組成礦物包括白雲母、石英、綠泥石、鈉長石、方解石和碳物質等,碳質含量一般在3%以下(表1),黑色碳質是使板岩呈現深色的主要原因。

 

蘇澳板岩之化學成分主要以二氧化矽為主,約佔百分之六十,其次為氧化鋁和氧化鐵,與中央山脈其他地區的板岩組成類似,表2為蘇澳地區兩處板岩之分析結果,表中7號樣本為新鮮板岩,8號樣本為灰白色換質板岩。換質板岩可能是被冷泉長期溶蝕的結果,冷泉因含碳酸,酸鹼度約4.9-5.2,板岩中含碳酸鈣(方解石)、氧化鐵等化合物容易被溶解,故8號樣本含量較7號樣本低。

圖6 南方澳海灘上的板岩。板岩因含黑色碳質物,色澤偏暗。
圖6 南方澳海灘上的板岩。板岩因含黑色碳質物,色澤偏暗。

 

本區板岩地層走向約略成東西向,與區域地大地構造走向一致,岩石的節理面(岩石受力產生的裂痕,裂痕兩側無相對運動)有許多組,其中以南北走向,與地層走向垂直的方向最為發達,有些地方節理數可高達每公尺11-33條,節理發達的板岩,容易崩落成細小石塊,無法形成較大片的石板。

 

蘇澳板岩為年代7-26百萬年前的中新世地層,從板岩的母岩為頁岩和薄層砂岩推論,在中新世時期,目前中央山脈一帶可能為淺海至深海環境,來自中國大陸的陸上沈積物,從海岸或河口附近沈積較粗的砂,一直往外海,堆積的沈積物越來越細,最後到本區域的沈積物大都為非常細顆粒的泥,當這些堆積層越積越厚,細顆粒的沈積物被壓密後石化成頁岩。

 

由於地底下的溫度壓力越來越高,沈積岩中的礦物顆粒重新排列或者長出新的礦物而變質成板岩,板岩中的礦物大都會沿當時的主應力面生長,新生成的礦物成扁平狀分佈,因而形成葉理狀岩理。

 

5-6百萬年前,台灣的造山運動,擠壓出中央山脈,蘇澳地區深數公里的板岩也被抬升至地表,蘇澳的板岩受地殼大地應力的作用,板岩中有些地方的節理特別發達,岩層節理數可達每公尺數十條,而節理面則可寬達數十公尺以上。

南方澳內埤海邊板岩採集

圖7 南方澳內埤海邊的板岩,節理面近乎垂直。
圖7 南方澳內埤海邊的板岩,節理面近乎垂直。

 

在南方澳的內埤海邊我們可以發現整個海岸的地層都是由板岩所組成(圖7),板岩的葉理和節理都很發達,可能是受海水作用或海浪侵蝕的影響,最發達的節理面可高達20條/公尺,垂直向的巨型節理常常在短時間內造成板岩大量的崩落,這些崩落在海邊的板岩塊有許多沿葉理面裂開,平整的岩面經海浪的淘洗後變的非常光滑,大部分板岩塊厚度約2-5cm,大小約30cm×50cm左右,也有少數長、寬可達1公尺以上(圖8)。

圖8 南方澳內埤海邊沙灘上隨意拾獲的板岩,大小約60cm×80cm。
圖8 南方澳內埤海邊沙灘上隨意拾獲的板岩,大小約60cm×80cm。

板岩在台東被先民當成良好的建材使用,但在蘇澳地區,板岩似乎沒有被大量使用,板岩不但可用於建材,依筆者的經驗,選用適當的板岩來烤肉,肉不會燒焦、油煙少,可保持食物原來的美味,由於岩石熱導率小,不易散熱,故板岩加熱後溫度下降很慢,可節省木炭使用量,使用板岩烤肉何嘗不是一種做環保的舉動。

 

蘇澳地區蘊藏很多板岩石材,雖然我們不太可能像先民一樣再使用板岩來蓋房子、做睡床、建棺木,但如果將石材做簡單的加工或設計,工整的石板作為人行步道踏板、庭園裝飾用石桌、石椅、地磚、壁磚等,甚至拿來當專業烤肉的器具,也未嘗不是善用「就地取材」之利。

圖9 板岩烤肉
圖9 板岩烤肉

參考文獻

  • 何春蓀,普通地質學,台北:五南,1990年。
  • 陳肇夏,蘇澳冷泉的調查研究,中央地質調查所彙刊,第十三號,第1-23頁,2000。

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