香港的地質歷史和岩石
對岩石的深入研究,能了解地質歷史和構造環境的演變。香港有種類繁多的岩石出現,這反映了這地區的複雜地質環境。 |
- 香港的地質歷史
- 中國東南地區的地殼構造架構
- 古生代至中生代火山活動前時期
- 中生代時期的火山及入侵活動
- 中生代火山活動後及新生代時期
- 第四紀時期
香港的地質歷史在過去的四億年,香港的地質歷史深受板塊構造變化操控,較顯著的影響是導致香港缺失了部份主要地質時期的地質記錄,反映當時此地區極可能發生重大的區域性地殼構造變化。這些區域性地殼構造變化令沉積環境由最早的河流及三角洲演變為溫暖的淺海,然後變為大陸深海、火山活動活躍的大陸邊緣,以至乾旱的大陸斷塊環境﹝圖1﹞。 香港最古老的岩石為晚古生代陸上及淺海的沉積岩,這些泥盆紀、石炭紀及二疊紀的岩石主要出現於香港的東北及西北部地區。中生代火山活動以前形成的沉積岩,包括有侏羅紀早期及中期於沖積環境及淺海環境沉積的砂岩、粉砂岩及泥岩。 中生代的火山岩及深成岩為香港主要的岩石種類,當中包含花崗岩岩體、流紋質岩牆及厚層的流紋質凝灰岩及熔岩。而大部份的火成岩出現於侏羅紀晚期及白堊紀早期時代。 中生代火山活動之後形成的沉積岩,和第三紀沉積岩主要出現於香港的東北部地區,其中包括沉積於陸上斷層盆地的紅層﹝帶紅色的沉積岩岩層﹞ 以及蒸發性沉積物。 風化及侵蝕作用等地質過程,形成了現今香港的地貌,並引致較厚的第四紀表土沉積物囤積在個別地區。 |
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圖1:香港地質時代表。﹝按圖放大﹞ |
中國東南地區的地殼構造架構在香港沒有露出而深埋的大陸基盤估計年齡超過五億五千萬年,然而鄰近的廣東省則發現遠達二十五億年的結晶岩。 中國東南部相信是由三組古老地塊構成。稱為華北地塊、揚子地塊及華夏地塊( 圖2 )。它們於過去十億年間,經過大陸板塊與大陸板塊之間的碰撞而接連﹝縫合﹞一起。現時位於中國東南部的地殼環境稱為不活動大陸邊緣﹝即大陸地殼邊緣並不是板塊邊界﹞。 中國東南部屬於歐亞板塊的一部分,歐亞板塊的南端與印澳板塊之間發生大陸板塊與大陸板塊的碰撞,形成喜馬拉雅山山脈。在東面,菲律賓板塊正向西北方移動,形成歐亞板塊邊緣一帶複雜的大洋俯衝帶系統。 在台灣北面,菲律賓板塊正俯衝於歐亞板塊之下;而在台灣南面,菲律賓和歐亞兩板塊則俯衝於菲律賓群島之下。這樣的板塊構造環境,構成複雜的火山及地震歷史。 |
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圖2:大陸板塊與現時位於中國東南部的板塊構造。 |
古生代至中生代火山活動前時期約十億年前,香港的大陸基盤﹝華夏地塊﹞於聚合型板塊邊緣構造環境中,與揚子地塊發生碰撞。 約在六億年前,中國東南部大部份的陸地被淹沒於大陸淺海中。 到了四億年前,經由河流及其三角洲運來的沉積物在香港一帶堆積。這些沉積物成為現今香港最古老的岩石,即泥盆紀黃竹角咀組,這時期此地區的板塊活動相對穩定。 |
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接著的五千至七千萬年,此地區被溫暖的淺海淹沒,並沉積石灰泥漿,而這些沉積物後來變成埋藏在香港元朗地底的大理岩。 到了約於三億年前,此地區已變為大陸深海。 |
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約在二億五千萬至二億年前,中國可能受到板塊重組以及花崗岩岩漿侵入的影響,而發生了重要的地殼構造活動。香港早期的岩石亦因此嚴重變形。 從大約二億至八千萬年前,中國東南海岸發展成聚合型板塊邊緣構造環境。約在一億六千五百萬至一億四千萬年前,香港區內的活火山噴出火山灰及熔岩。 |
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中生代時期的火山及入侵活動在屯門一帶的少量火山灰和熔岩,含豐富鈣、鈉、鐵和鎂的鋁矽酸鹽礦物,這些火山岩皆為香港最古老火山的證據。初步放射性年齡測試斷定這些岩石的歷史約有一億八千萬年。這些岩石可能屬於侏羅紀早期至中期﹝二億至一億七千五百萬年前﹞,在中國東南沿岸的聚合型板塊邊緣構造開始形成的環境下,產生的安山岩質層狀火山遺下的一小部份。 |
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隨著聚合型板塊邊緣構造漸趨成熟,俯衝帶相繼向東南方轉移,因而產生了類型和成份稍稍不同的火山。在一億六千五百萬至一億四千萬年前期間,香港受到火山活動的重大影響。當時猛烈火山爆發,噴出含豐富二氧化矽﹝石英﹞、鉀、鈉和鐵的鋁矽酸鹽礦物的火山灰和熔岩,形成大型破火山口型火山。火山爆發主要發生於四段時期﹝圖12﹞:一億六千五百萬至一億六千萬年期間、一億四千八百萬至一億四千六百萬年期間、一億四千三百萬至一億四千二百萬年間及一億四千萬年前。四段時期皆附隨大型花崗岩岩體侵入。 |
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圖12:中生代時期香港的火山中心或破火山口之推斷地點。 |
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主要火山爆發時段 一億六千五百萬至一億六千萬年期間 現時我們在新界中部看到的岩石,大部份在首段火山爆發時期形成,這些岩石主要是含有豐富結晶碎屑的火山灰,當中也包括大量的岩石碎片。火山爆發非常猛烈,僅留下極少證據顯示有任何熔岩流。雖然這時期形成的破火山口早已消失,但其大約位置仍可根據火山噴道的物質及相關深成岩的位置推斷。它們形成東北向間斷的、環狀構造,很可能是原來破火山口型火山的邊界﹝圖13﹞。而東北向、平行於當時聚合型板塊邊緣的斷層,則可能控制了破火山口的大小和形狀。 |
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圖13:一億六千五百萬至一億六千萬年前的破火山口及相關的侵入岩之圖解 |
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一億四千八百萬至一億四千六百萬年期間 聚合型板塊邊緣進一步向東南方移徙,導致火山活動的焦點轉至東南方,並促使西北與東南方的拉張性構造營力增強。一座新的破火山口形成於現時大嶼山中部的位置﹝圖18﹞。該火山的岩漿源自地下深處的岩漿庫,岩漿沿岩牆注入。沙田區附近的花崗岩體便是該岩漿庫的殘餘部分,而位於大嶼山西北部、馬灣及青衣一系列東東北及東北向的岩牆,則屬於該火山系統中輸送岩漿的岩脈。該岩牆系統的闊度約達6公里,相等於在火山爆發期間﹝約一百五十萬年﹞,西北 - 東南向地殼拉張的寬度。 |
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圖18:一億四千八百萬至一億四千六百萬年前的破火山口及相關的侵入岩之圖解 |
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與早期的火山活動比較,第二期的火山活動溫度較高、噴出的晶體碎屑數量較少而爆發較強烈。火山灰因溫度極高而熔成一體,形成熔岩流。這個過程稱為熔結,估計是大嶼山一些帶狀火山岩的成因。 |
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一億四千三百萬至一億四千二百萬年期間 隨著聚合型板塊邊緣持續移向東南方,中生代火山活動的規模和強度亦繼續增加。香港的第三段主要火山活動時期尤其複雜,出現至少兩座破火山口,噴出稍稍不同成份的火山物質。證據顯示,其中一座以香港島為中心的破火山口,爆發時噴出非常少量含晶體碎屑的火山灰。而位於西貢區和大灘海的另一破火山口,爆發時噴出的火山灰則含有大量的晶體碎屑﹝圖23﹞。 |
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圖23:一億四千三百萬至一億四千二百萬年前的破火山口及相關的侵入岩之圖解 |
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該兩座火山可能於同一時期同時爆發,並釋放出少量的熔岩。隨著每次火山爆發,溫度逐步提高,威力增強,達至最終一次毀滅性的強烈爆發導致兩座破火山口倒塌。現在,這兩座破火山口的邊界,透過間斷而呈岩牆狀的侵入岩顯示出來。 |
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一億四千萬年前 香港的第四期﹝即最後一段﹞主要火山活動時期,開展於西貢糧船灣海位置。破火山口在該處形成,岩漿從破火山口北邊和南邊的東北向裂縫噴出﹝圖27﹞。噴發主要為一層一層厚厚的、含少量晶體碎屑的火山灰,局部地方可見火山灰受熱力熔結,證實當時爆發非常熾熱。 |
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圖27:一億四千萬年前的破火山口及相關的侵入岩之圖解 |
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隨著聚合型板塊邊緣繼續向東南方移徙,香港的板塊構造環境發展為強烈的弧後型擴張。最終的火山活動是一次極強烈的爆發,導致破火山口倒塌,大量火山灰於倒塌的火山口積存,最少達400米厚。火山灰逐漸冷卻,形成位於萬宜水庫東壩所見,壯觀的六角形柱狀岩石。這場災難性的爆發,便是香港地區於中生代火山活動的最後記錄。 |
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中生代火山活動後及新生代時期由約一億四千萬至五千萬年前,香港地區仍是大陸地塊的一部分。除了有多個斷層盆地發展外,此地區的板塊構造相對穩定,而當時氣候既炎熱又乾燥。 |
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從五千萬至約二百萬年前期間,香港地區並無任何沉積物的紀錄,但卻有強力證據顯示這段時期處於持續的亞熱帶風化環境。大部份原本藏於地下約2千米深的花崗岩露出地面,並被風化成現今厚度達250米的風化土層。 由大約五百萬年前至今,歐亞板塊一直與菲律賓板塊發生碰撞,導致中國東南部的東北向斷層再度活躍。 |
第四紀時期第四紀時期,即大約由二百六十萬年前至今,適逢週期性的氣候變化,這段時期全球海面水位因應冰期及間冰期之變化而分別下降或上升。 在寒冷的冰期期間,當時的海平面曾經較現在的低120米,而海岸線則約位於香港以南100公里以外,同時,大量河流沖積物堆積在因海平面下降而暴露出來的海床上。 於間冰期期間地球溫度略為上升,導致冰原融化,使海水水位上升。上升的海水淹沒了沉積的河流沖積物,海泥覆蓋了大部份香港的水域,而較粗糙、多沙的沉積物則在水流較強的範圍堆積。 因此,儘管香港從來未被冰川淹蓋,但從離岸沉積物的地層證據,間接證明第四紀時期曾發生重要的全球性氣候變化。 隨著最後一個冰川期的結束,即約一萬一千年前,海面水位開始急速上升,香港地區的水位可能在八千年前已升至現時的高度。 香港的第四紀表土沉積主要包括山坡沉積﹝坡積物﹞、河流沉積﹝沖積物﹞及離岸沉積﹝泥與沙﹞。香港的土地約14%是由厚度達2米或以上的第四紀時期的表土沉積物覆蓋,而人為的堆積物﹝如填海區﹞,則構成約6%的土地面積。 |
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岸上表土沉積
離岸表土沉積
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