台灣「礦物熱帶雨林」在瑞芳!淺溫礦床造就多樣性 擁全台超過1/3礦種

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金瓜石與九份雖相鄰,卻因距離熱源與地底環境不同,形成截然各異的礦床與礦物組合,讓瑞芳礦山成為擁有全台超過三分之一礦種的「礦物熱帶雨林」。

編按:我們都知道金瓜石擁有豐富的金、銅、銀等金屬礦產,但或許大家不知道的是,緊鄰在旁的九份,其實也是座礦山。因為與熱源的距離、地底含氧量的不同,造就金瓜石長出豐沛的金銅礦,九份則在邊緣錘鍊出黃金與多樣的碳酸鹽礦物,成就北部這座礦山成為「礦山版的熱帶雨林」。

《黃金山的召喚》透過解析地質學,帶領讀者了解台灣礦物的多樣性成因。

金瓜石受惠於高硫化型淺溫礦床的成礦作用,擁有大量的金銅礦蘊藏;而緊鄰在旁的九份(瑞芳礦山)其實也屬於淺溫礦床的一員,只是九份並不產銅礦,僅產出金礦,是相對於金瓜石礦山的「過渡型至低硫化型淺溫礦床」類型。可想而知,礦山底下的岩漿熱源,應曾經是較靠近金瓜石而遠離九份。

形成高硫化型與低硫化型淺溫礦床的地質系統概念圖。圖中可看出高硫化、低硫化區域。靠近岩漿位置受火山與熱液系統影響;遠離岩漿處則受地熱系統影響。 引用來源/Hedequist et al., 2000. ,重製/丸同連合,圖/野人提供
形成高硫化型與低硫化型淺溫礦床的地質系統概念圖。圖中可看出高硫化、低硫化區域。靠近岩漿位置受火山與熱液系統影響;遠離岩漿處則受地熱系統影響。 引用來源/Hedequist et al., 2000. ,重製/丸同連合,圖/野人提供

高硫化型與低硫化型淺溫礦床在世界各地的分布。A圖可見礦床分布在環太平洋火環帶上,說明這些礦床的形成與板塊運動有關。B圖呈現礦床在歐洲和西亞的分布,這裡的礦床與古老的板塊邊界有關,礦床因而也非常古老了。 引用來源/Hedequist et al., 2000.,圖/野人提供
高硫化型與低硫化型淺溫礦床在世界各地的分布。A圖可見礦床分布在環太平洋火環帶上,說明這些礦床的形成與板塊運動有關。B圖呈現礦床在歐洲和西亞的分布,這裡的礦床與古老的板塊邊界有關,礦床因而也非常古老了。 引用來源/Hedequist et al., 2000.,圖/野人提供

明明就在隔壁,金瓜石、九份產出的礦物卻完全不同?

金瓜石與九份兩地的地質差異不僅反映在經濟礦物的產出,也反映在礦床的型態以及礦物組合的差異上。這些地質特徵在我於2021年策劃展覽時,才有較深的體悟。

那次展覽規劃了一個單元,介紹金瓜石與九份地質上的差異,因為大哥K的協助,我獲得了兩個分別能代表兩地特色的大型礦石展品。來自金瓜石的礦石因覆滿了硫砷銅礦、呂宋礦等黑灰色的含銅礦物,標本整體顏色較深;反觀九份的礦石看不到這些深色礦物,反而多了白色花狀的水晶與粉紅色的菱錳礦。

瑞芳礦山經典礦物組合:水晶、菱錳礦以及方解石。 圖/野人提供
瑞芳礦山經典礦物組合:水晶、菱錳礦以及方解石。 圖/野人提供

菱錳礦是一種含錳的碳酸鹽礦物,生成的溫度相對較低。從這線索可知,九份的礦石形成溫度相較金瓜石來得低,應證了文獻上所說的,低硫化型淺溫礦床形成的位置離岩漿侵入中心(熱源)較遠的說法。

考量展覽期間展品的安全性,我放棄展示附有自然金的礦石標本。回想起來,雖不免遺憾,但當時選擇展示的標本,也足夠代表金瓜石與九份了。

全台1/3礦物都在這!「水金九」是礦山版的亞馬遜

一塊礦石就是一座礦山,我直到現在都還是很喜歡這個概念。

礦山因火山活動連帶而生的成礦作用,加上離岩漿距離的遠近差異,以及地底不同深度的環境差異,讓不同種類的礦物生成於特定位置,進而創造出礦物的多樣性。金瓜石因靠近岩漿熱源而擁有自然金與銅礦,而且是上部含金、下部含銅,並伴隨石英、重晶石等礦物;九份則因為較遠離熱源,主要的金屬礦僅有金礦,另外再伴隨黏土礦物、石英,還有方解石與菱錳礦等碳酸鹽礦物。

再考量成礦環境所在深度,越靠近地表通常氧化程度越高,越深處則含氧量下降。地底下的礦物組成,約略產生垂直地表的帶狀分布,像是石膏(CaSO4)、針鐵礦(α-FeO(OH))、赤鐵礦(Fe2O3)、重晶石(BaSO4)、方解石(CaCO3)等化學式中含氧(O)或含有氫氧根(OH)的礦物,較容易出現在靠近地表的氧化帶中;閃鋅礦(ZnS)、黃鐵礦(FeS2)、黃銅礦(CuFeS2)、輝銻礦(Sb2S3)等硫化礦物,則較集中在地底深處的還原環境中。

彩色針鐵礦特寫。 圖/黃克峻、野人提供
彩色針鐵礦特寫。 圖/黃克峻、野人提供

彩色針鐵礦。 圖/黃克峻、野人提供
彩色針鐵礦。 圖/黃克峻、野人提供

礦物的化學組成就像是一組組帶有意義的暗碼,當你懂得解析它時,就能掌握到礦山垂直地表方向的礦物組合模式。

科學家還發現,這些含氧與不含氧的礦物在礦山的真實環境中,會出現交錯共生的現象。這暗示過去礦山地底下的氧化帶/還原帶的邊界曾在不同時期產生變動,這種地質學上的複雜性更加深了礦山礦物組成的豐富度。

學長H曾歸納至今於礦山發現的礦物種類,包含最具經濟價值的金銅礦,已達至少113種,且仍持續增加中。這個數量占全台灣已知礦物種類的1/3以上,比台灣任一地方發現的礦物種類還要多,學長因而大讚礦山是「台灣礦物學的熱帶雨林」。這稱號,相信不只是我,認識了礦山的人們肯定都百分百認同。

石英特寫。 圖/黃克峻、野人提供
石英特寫。 圖/黃克峻、野人提供

明礬石特寫。 圖/黃克峻、野人提供
明礬石特寫。 圖/黃克峻、野人提供

重晶石。 圖/黃克峻、野人提供
重晶石。 圖/黃克峻、野人提供

赤鐵礦。 圖/野人提供
赤鐵礦。 圖/野人提供

《黃金山的召喚:台灣百萬年大地礦詩——九份、金瓜石、水湳洞時空紀事|島嶼東北角的礦物熱帶雨林》。 圖/野人提供
《黃金山的召喚:台灣百萬年大地礦詩——九份、金瓜石、水湳洞時空紀事|島嶼東北角的礦物熱帶雨林》。 圖/野人提供

精華 FAQ

  • 關鍵在於兩地離岩漿熱源的遠近不同,導致成礦溫度、硫化程度與地底氧含量都有差異。金瓜石較靠近熱源,九份則較遠,因此形成不同的礦床類型與礦物組合。

  • 金瓜石以高硫化型淺溫礦床為主,常見自然金與銅礦,並伴隨石英、重晶石等;九份則偏向低硫化型,主要產金,還可見方解石、菱錳礦與黏土礦物。

  • 因為當地已發現至少113種礦物,占全台已知礦物種類三分之一以上,且氧化帶與還原帶礦物交錯共生,顯示地質環境複雜多變,形成極高的礦物多樣性。


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