115 年 國立成功大學資源工程學系碩士班甲組《地學通論》

本題主要考查地質學中五個基本名詞的定義與涵義。

(1) Cleavage: 在岩石學中，Cleavage 指的是岩石中一種平行於特定平面排列的解理或破裂面。這種排列通常是由於岩石在變質作用過程中，礦物結晶定向排列所形成。在沉積岩中，Cleavage 則是指沉積物顆粒排列的定向性。在構造地質學中，Cleavage 是一種變質面理 (metamorphic foliation)，常見於板岩 (slate) 和千枚岩 (phyllite) 中，其形成與應力作用有關。

(2) Creep: 在地質學中，Creep 指的是一種非常緩慢、連續的變形過程，通常發生在地表或淺層地殼中，尤其是在土壤、岩石或冰川中。在斜坡上，土壤或岩石會因為重力作用而以極其緩慢的速度向下移動，這就是土壤蠕移 (soil creep) 或岩石蠕移 (rock creep)。這種移動通常是肉眼難以察覺的，但長期累積會對地表地貌產生顯著影響，例如造成樹木彎曲、擋土牆變形等。

(3) Thrust: 在構造地質學中，Thrust (或稱 Thrust fault) 指的是一種逆斷層 (reverse fault)，其傾角 (dip angle) 通常小於 45 度，且斷層上盤 (hanging wall) 相對於下盤 (footwall) 向上或水平移動。Thrust faults 通常與擠壓應力環境有關，在造山帶 (mountain belts) 中非常普遍，是地殼加厚的主要機制之一。它們可以將老的岩層推到年輕的岩層之上，形成複雜的地質構造。

本題旨在探討地質圖所能提供的資訊，並區分圖框內的地質圖繪製內容與圖框外的輔助資訊。

地質圖是表示地表岩層、地質構造、地質體分布情況的圖件，是地質研究和工程應用中最基本、最重要的圖之一。

圖框內的主體內容 (地質圖本身)

圖框內的地質圖主要包含以下地質資訊：

1. 岩性 (Lithology): 不同種類的岩石（如砂岩、頁岩、花崗岩、玄武岩等）會以不同的顏色、符號或圖例表示。這提供了地表分布的岩石類型及其空間變化。
2. 地層 (Stratigraphy): 不同年代的地層（或岩層單元）會被標示出來，通常依據地層的相對年代（如寒武紀、侏羅紀、白堊紀）或絕對年代進行區分。這能了解地層的疊覆關係、沉積序列和地質歷史。
3. 地質構造 (Geological Structures):
   • 斷層 (Faults): 斷層線會被標示出來，通常以特定的線條樣式（如粗實線、虛線）和符號（如箭頭表示斷層兩盤的相對運動方向）表示。斷層的類型（正斷層、逆斷層、走向滑動斷層）也可能被註記。
   • 褶皺 (Folds): 褶皺軸線（如背斜軸、向斜軸）和傾角、傾向的標示，可以顯示岩層的彎曲變形情況。
   • 節理與裂隙 (Joints and Fractures): 雖然不一定全部標示，但重要的節理或裂隙系統可能以線條符號表示。
   • 岩脈與岩牆 (Dikes and Sills): 火山岩侵入體或變質帶也可能在地質圖上顯示。
4. 地層傾角與傾向 (Strike and Dip): 這是表示岩層空間產狀的重要資訊，通常以符號 ( Strike and Dip symbol ) 表示，符號中的長線代表走向 (Strike)，短線指向下坡方向，符號上的數字代表傾角 (Dip)。
5. 地表地形 (Topography): 地質圖通常會疊加地形等高線，以顯示地表的起伏形態。地形與地質構造的關係（如斷層崖、向斜谷）可以從中觀察。

本題考查地球物理探勘的三種方法，要求說明其原理和應用。地球物理探勘是利用地球內部的物理性質差異來推斷地下地質結構和物質成分的一種無破壞性探測技術。這裡列舉三種常見且重要的地球物理探勘方法：地震波探勘 (Seismic Exploration)、重力探勘 (Gravity Exploration) 和磁力探勘 (Magnetic Exploration)。

1. 地震波探勘 (Seismic Exploration)

• 原理: 地震波探勘基於地震波（P波和S波）在不同介質中傳播速度的差異。當人工產生地震波（如利用爆破、振動器）後，這些波會通過地下岩層傳播。當地震波遇到不同密度、彈性模量或物性的界面時，會發生反射 (reflection) 或折射 (refraction)。在地表或井孔中設置的地震儀 (seismometer) 會記錄這些反射或折射波到達的時間和強度。通過分析這些數據，可以繪製出地下地層界面和構造的圖像。
  • 反射法 (Reflection Method): 主要利用地震波在界面處的反射信號來成像。適用於較深層的地下結構成像。
  • 折射法 (Refraction Method): 主要利用地震波沿著不同速度層的折射信號來判斷速度界面的深度。適用於較淺層的地質結構和基岩面的確定。
• 應用:
  • 石油與天然氣勘探: 這是地震波探勘最主要的應用領域，用於尋找地下儲油構造（如背斜、斷塊）。
  • 地熱勘探: 尋找地下高溫區域和儲熱構造。
  • 地下水勘探: 確定含水層的位置和地下基岩面的深度。
  • 工程地質勘探: 確定淺層地下基岩面的起伏、斷層、溶洞等，為建築、隧道、橋樑等工程選址和設計提供依據。
  • 礦產勘探: 尋找某些與特定構造相關的礦體。
  • 地球科學研究: 研究地殼、地幔的結構和物性。

2. 重力探勘 (Gravity Exploration)

• 原理: 重力探勘基於地下不同岩石或礦體由於密度差異而產生的重力異常。地球的重力場在空間上並非均勻，地下物質密度的變化會導致局部重力場的微小變化。

本題考查邊坡地下水調查的內容，強調其在邊坡穩定分析與工程規劃中的重要性。邊坡的穩定性很大程度上受到地下水條件的影響，因此詳細的地下水調查是必不可少的。

邊坡地下水調查的內容應涵蓋以下幾個方面：

1. 地下水位 (Groundwater Level):

   • 觀測井佈設: 在崩塌區內外、不同深度、不同位置（如坡頂、坡面、坡腳）設置足夠數量的觀測井（piezometer）。
   • 水位測量: 定期（長期、短期、連續）測量各觀測井的地下水位。
   • 水位變化趨勢: 分析地下水位隨時間（降雨、季節、抽水等）的變化規律和趨勢。
   • 穩定水位與波動範圍: 確定地下水的穩定水位以及其波動的極大值和極小值。

2. 水力梯度 (Hydraulic Gradient):

   • 計算: 根據不同觀測井的水位差和井間距離，計算水平和垂直方向的水力梯度。
   • 分布特徵: 分析水力梯度在空間上的分布規律，這反映了地下水的流動方向和強度。

3. 地下水流動方向與流速 (Groundwater Flow Direction and Velocity):

   • 流動方向: 通過水力梯度和滲流理論，確定地下水的總體流動方向，特別是流向邊坡內外的方向。
   • 流速估算: 根據水力梯度、含水層的滲透係數（見下一點）等參數，估算地下水的流速。高流速可能意味著較大的滲流壓力，對邊坡穩定不利。

4. 含水層參數 (Aquifer Parameters):

   • 滲透係數 (Permeability / Hydraulic Conductivity): 這是衡量地下介質透水能力的重要參數。可以通過現場的抽水試驗 (pumping test) 或注水試驗 (slug test) 來測定。滲透係數直接影響地下水滲流的速度和壓力。
   • 孔隙度 (Porosity): 介質中孔隙所占的體積比例，影響地下水的儲量和流動。

本題為一個假設性的情境題，要求結合臺灣河溪的水文及地文特性，解釋一個虛構的「2025年9月馬太鞍溪堰塞湖災害事件」的原因。此題旨在考察學生對臺灣地區特殊地質環境、水文條件以及可能誘發堰塞湖的因素的理解與應用能力。

首先，我們需要了解「堰塞湖 (Stucked Lake / Barrier Lake)」的形成機制，以及臺灣河溪的普遍特性。

堰塞湖的形成機制:
堰塞湖是由於山體滑坡、泥石流、地震、火山噴發或冰川作用等導致的物質（如大量的岩石、土壤、泥沙、樹木等）堵塞河道，從而使上游河水積聚形成的湖泊。

臺灣河溪的水文及地文特性:

1. 地形陡峻、河道短促: 臺灣位於環太平洋地震帶，地殼活動頻繁，造山運動劇烈，因此地形非常陡峭，山脈縱貫全島。河流大多發源於高山，河道短促，坡降大，水流湍急。
2. 地質破碎、易崩塌: 臺灣位於板塊碰撞帶，岩層多呈破碎狀態，加上高強度的降雨，使得邊坡極易發生崩塌、滑坡、泥石流等災害。
3. 豐沛的降雨與強烈的颱風: 臺灣位於副熱帶地區，年平均降雨量豐沛，尤其東部地區受颱風影響顯著。颱風帶來的強降雨往往是誘發大規模地質災害（如崩塌、泥石流）的主要原因。
4. 地質構造複雜: 斷層、褶皺等構造發育，影響岩體穩定性。
5. 河谷寬度與堆積物: 某些河谷可能較寬，容易堆積大量的鬆散物質（如沖積物、坡積物）。

馬太鞍溪的地理背景 (需結合實際知識或合理推斷):
馬太鞍溪位於臺灣東部，花蓮縣境內，屬於花東縱谷的一部分。該區域的地質背景可能與花東縱谷斷層帶、海岸山脈或中央山脈東側地質有關。一般而言，東部的河流易受地震和颱風影響。

推測「2025年9月馬太鞍溪堰塞湖災害事件」的原因:

結合上述特性，可以推測導致此事件的可能原因組合：

1. 誘發因素 (Triggering Factor):
   • 強烈地震: 臺灣位於地震活躍帶，一次規模較大的地震（可能發生在2025年9月前後，假設）可能導致馬太鞍溪上游或河道沿線發生大規模的山體崩塌或滑坡。