108 年 國立臺灣大學海洋研究所物理與化學與地物組（3組聯招）《普通地質學》

Lithification 是指沉積物（如沉積顆粒、生物碎屑等）經過壓實、膠結等作用，最終轉變為固態沉積岩的過程。這個過程通常發生在地表或淺層地底下。

主要機制包括：

1. 壓實 (Compaction)：上覆沉積物的重量會擠壓下方的沉積物，減少顆粒間的孔隙空間。

$\delta^{18}O$ （讀作 delta-eighteen-O）是氧的穩定同位素比值，用來表示樣品中 $^{18}O$ 相對於 $^{16}O$ 的相對豐度。它是一個重要的地球化學指標，廣泛應用於古氣候學、古海洋學、水文學、火山學、地質學等領域。

計算公式為：
$\delta^{18}O = \left( \frac{R_{sample}}{R_{standard}} - 1 \right) \times 1000 \%$
其中：

• $R_{sample}$ 是樣品中 $^{18}O$ 與 $^{16}O$ 的同位素比值 ($^{18}O/^{16}O$)。
• $R_{standard}$ 是標準物質中 $^{18}O$ 與 $^{16}O$ 的同位素比值。
• 單位為 per mil (‰)，即千分率。

Migmatite（麻粒岩）是一種混合岩，由兩種不同岩石成分組成：一種是富含暗色礦物（如黑雲母、角閃石）的暗色部分，另一種是富含淺色礦物（如長石、石英）的淺色部分。

Migmatite 的形成與變質作用的高溫、高壓條件有關，通常發生在造山帶的深部地殼。其形成機制主要有兩種：

1. 部分熔融 (Partial Melting)：當原來的岩石（如泥岩、片麻岩）受到足夠高的溫度時，其中較易熔化的礦物（如石英、長石）會先熔化，形成熔融體（anatexis）。

Wadati-Benioff zone（瓦迪-班尼夫帶）是指在地殼隱沒帶（subduction zone）中，俯衝的海洋板塊在進入地幔過程中，沿著板塊邊界發生地震的傾斜平面。這個區域的地震深度可以從地表附近延伸到約 700 公里深。

特徵：

1. 傾斜平面：地震的分布呈現一個傾斜的平面，其傾角通常與俯衝板塊的傾角大致相同。
2. 深度範圍廣：地震深度從淺層（約 30-70 公里）到中層（約 70-300 公里），甚至到深層（約 300-700 公里）都有分布。

Moho，全稱為 Mohorovičić discontinuity（莫氏不連續面），是地殼與地幔之間的一個主要界面。它以發現者、克羅埃西亞地震學家 Andrija Mohorovičić 的名字命名。

特徵：

1. 地震波速度變化：在地殼下方，地震波（特別是 P 波和 S 波）的速度會突然顯著增加，這個速度急劇變化的界面就是 Moho。
2. 密度變化：地殼的平均密度約為 2.7-3.0 g/cm³，而上部地幔的密度約為 3.3-3.5 g/cm³。Moho 是地殼與地幔密度差異的界面。

Hot spot（熱點）是指在地幔深處，一股持續上升的熱柱（mantle plume）所形成的區域。這些熱柱將地幔深處的熱量帶到地殼，並在地表形成火山活動。

特徵：

1. 與板塊邊界無關：熱點火山活動通常發生在板塊的內部，與板塊邊界（如離散邊界、聚合邊界）的火山活動不同。
2. 移動的板塊，固定的熱點：熱點在地幔中相對固定，而其上方的岩石圈板塊則在移動。當板塊移動經過熱點上方時，就會形成一連串的火山島鏈或火山山脈。

Subduction（隱沒）是板塊構造學說中的一個基本過程，指一個較密集的岩石圈板塊（通常是海洋板塊）俯衝到另一個較輕的岩石圈板塊（通常是大陸板塊或較年輕的海洋板塊）之下，進入地幔的過程。

特徵：

1. 發生位置：主要發生在聚合型板塊邊界，稱為隱沒帶（subduction zone）。
2. 板塊密度差異：海洋板塊因為含水量較高，密度通常大於大陸板塊，所以當兩者碰撞時，海洋板塊會向下俯衝。

海洋地殼的中洋脊玄武岩（Mid-ocean ridge basalt, MORB）的形成是地幔部分熔融（partial melting）的直接結果，這過程發生在中洋脊的擴張中心。

在中洋脊，由於板塊的拉張作用，地幔物質（主要是橄欖岩，peridotite）會發生減壓熔融（decompression melting）。當岩漿上升並接近地表時，其壓力降低，這會導致岩漿的固相線（solidus）溫度下降。即使溫度沒有顯著升高，壓力降低也足以使部分地幔岩石熔化，形成熔融體。

這個熔融過程並非整個地幔物質都熔化，而是只有一部分較易熔化的礦物（如斜長石、輝石中的某些成分）先熔化，形成一種成分富含二氧化矽和鹼的金屬元素的熔融體。這個熔融體就是原始的玄武岩漿。由於熔融的僅是整體的一部分（partial melting），未熔化的殘餘部分仍是固態的橄欖岩。

此題主要考查岩石學和構造地質學中關於岩石破裂面或層理構造的辨識與區別。

(1) 「解理」與「節理」的異同

• 解理 (Cleavage)：

  • 定義：解理是指某些礦物晶體，在特定方向上具有高度的光滑、平整的破裂面，這是由於礦物晶格中化學鍵的強度在不同方向上存在差異所致。解理並非隨機的破裂，而是依循晶體結構的特定平面。
  • 形成原因：礦物內部的化學鍵排列特性。
  • 呈現：多呈現為平行、規則的平面。例如雲母類的解理（單組解理，非常完全）、方解石的解理（三組，呈菱面體）。
  • 岩石學意義：是礦物的一種物理性質，用於礦物鑑定。

• 節理 (Joint)：

  • 定義：節理是指岩石體中，沒有明顯相對運動的破裂面。節理是岩石在應力作用下產生的破裂，但破裂兩側的岩塊沒有發生明顯的位移。
  • 形成原因：外加應力（如張力、壓力、剪切力）作用於岩石，當應力超過岩石的抗拉強度或抗剪強度時，岩石就會發生破裂。可能與構造運動、沉降、溫度變化等有關。
  • 呈現：可以是平面、曲面，方向多樣，常成組出現，例如垂直節理、水平節理、對稱節理等。
  • 岩石學意義：是岩石構造的一種，反映了岩石所受的應力歷史，是風化作用的起始點，也是地下水滲流的通道。

• 異同總結：

  • 相同點：兩者都是一種「面」，都可能呈現為平面。
  • 不同點：
    • 尺度：解理是礦物內部的晶格破裂面，是微觀尺度；節理是岩石體（宏觀尺度）的破裂面。
    • 成因：解理由礦物內在的化學鍵強度決定；節理是由外加應力作用於岩石所產生。
    • 相對運動：節理的定義是不含相對運動，而解理是礦物晶體本身的破裂，不涉及岩塊間的相對運動。
    • 規則性：解理通常非常規則、平行，遵循晶體幾何；節理的規則性較差，但可能成組出現。

(2) 「解理」與「斷口」的異同

台灣的西部麓山帶（Western Foothills）是台灣西部褶皺帶的一部分，位於西部平原與中央山脈之間，是台灣島最年輕的地質構造之一。它主要由新生代（主要是上新世至更新世）的沉積岩構成，並受到複雜的褶皺和斷層作用影響。

主要特徵與成因：

1. 地質組成：以泥岩、砂岩、頁岩、礫岩等為主。這些沉積物來自於台灣造山運動時期，中央山脈隆升後，被侵蝕下來的物質沉積在西部盆地。
2. 構造特徵：
   • 褶皺：西部麓山帶最顯著的特徵是廣泛的褶皺構造，包括背斜（anticline）和向斜（syncline）。這些褶皺是菲律賓海板塊與歐亞板塊碰撞擠壓的結果。
   • 斷層：除了褶皺，還有許多逆衝斷層（thrust faults）和走向滑移斷層（strike-slip faults）。這些斷層反映了板塊碰撞的複雜應力狀態。

根據板塊構造學說，板塊邊界是兩個相鄰板塊相互作用的區域，其運動方式決定了邊界的型態。板塊邊界主要可分為三種：

1. 離散型板塊邊界 (Divergent Boundary)：

   • 運動型態：兩個板塊相互分離、遠離。
   • 特性：
     • 地殼生成：在此類邊界，地幔物質上升、減壓熔融，形成新的地殼（主要是玄武岩質海洋地殼）。
     • 火山活動：常見火山活動，岩漿噴發形成新的地殼。
     • 地震活動：地震活動相對較淺，規模通常較小，多為張力性地震。
   • 特徵地體構造：
     • 中洋脊 (Mid-ocean Ridge)：在海洋中，是板塊分離、新地殼生成的主要場所，如大西洋中洋脊。
     • 裂谷 (Rift Valley)：在陸地上，板塊分離初期可能形成裂谷，如東非大裂谷。

2. 匯聚型板塊邊界 (Convergent Boundary)：

   • 運動型態：兩個板塊相互碰撞、聚合。
   • 特性：
     • 板塊隱沒或碰撞：根據參與碰撞的板塊類型，又可細分為三種：
       • 海洋板塊-大陸板塊匯聚：密度較大的海洋板塊俯衝到密度較小的大陸板塊之下（隱沒）。
       • 海洋板塊-海洋板塊匯聚：密度較大的老海洋板塊俯衝到密度較小的年輕海洋板塊之下（隱沒）。
       • 大陸板塊-大陸板塊匯聚：兩個密度較小的大陸板塊碰撞，由於密度差異不大，不易發生明顯的隱沒，而是發生劇烈的擠壓、褶皺和隆升。
     • 火山活動：在海洋-大陸及海洋-海洋匯聚邊界，隱沒的海洋板塊釋放水分，引起地幔部分熔融，形成火山弧。大陸-大陸匯聚邊界則火山活動較少。