108 年 國立中央大學應用地質研究所碩士班一般生《構造地質學》

本題旨在釐清地質構造的基本分類，並檢驗考生對各類型的理解與舉例能力。

核心觀念： 地質構造依其成因與形成時間，可分為接觸構造、原生構造與次生構造。

詳解：

1. 接觸構造 (Contacts):

   • 定義： 指不同岩性、不同時代或不同岩體之間的界面。這些界面代表了沉積、侵入、噴發或變質等地質作用的結束或轉換。
   • 舉例：
     • 沉積接觸 (Sedimentary Contact)： 不同沉積岩層之間的界面。
       • 平行不整合 (Disconformity)： 沉積面上方有侵蝕，但上方岩層與下方岩層的沉積面平行。
       • 角度不整合 (Angular Unconformity)： 下方岩層被傾斜或褶皺後，上方岩層沉積在其上，兩者沉積面之間存在角度差異。
       • 假整合 (Paraconformity)： 沉積面之間有侵蝕或沉積間斷，但兩者沉積面平行，且侵蝕痕跡不明顯。
       • 噴發不整合 (Disconformity)： 沉積岩與火山岩之間的接觸。
       • 沉積岩與變質岩之間的接觸 (Sedimentary-Metamorphic Contact)： 例如沉積岩覆蓋在變質岩之上。
     • 侵入接觸 (Intrusive Contact)： 火成岩侵入到其他岩層（沉積岩、變質岩或先前形成的火成岩）的界面。
       • 岩脈 (Dike)： 火山岩侵入到圍岩的狹長岩體，常呈垂直或傾斜狀。
       • 岩床 (Sill)： 火山岩侵入到圍岩的層間，與圍岩層理平行。
       • 岩頸 (Neck/Volcanic Plug)： 火山通道被岩漿固結後形成的柱狀岩體。
       • 岩基 (Batholith)： 大型侵入岩體，通常是花崗岩質。
       • 淺層侵入體 (Laccolith)： 蘑菇狀的侵入體，將上覆岩層隆起。
     • 變質接觸 (Metamorphic Contact)： 變質岩與其他岩層之間的接觸，常伴隨接觸變質帶。
       • 接觸變質帶 (Contact Aureole)： 火成岩侵入體周圍因高溫引起的變質作用帶。
       • 區域變質岩與未變質岩的接觸。
       • 變質岩與沉積岩的接觸。
       • 變質岩與火成岩的接觸。
       • 同向疊置的變質岩層之間。
     • 噴發接觸 (Extrusive Contact)： 火山噴發物與下伏岩層的接觸。
       • 熔岩流與下伏岩層的接觸。
       • 火山碎屑岩與下伏岩層的接觸。
       • 火山灰層與下伏岩層的接觸。
       • 枕狀熔岩與下伏岩層的接觸。
       • 熔岩穹丘與基岩的接觸。
     • 斷層接觸 (Fault Contact)： 斷層兩側岩塊之間的界面。
       • 正斷層接觸： 上盤相對下盤下降。
       • 逆斷層接觸： 上盤相對下盤上升。
       • 走向滑動斷層接觸： 兩側岩塊水平移動。
       • 衝斷層接觸： 逆斷層的一種，傾角很小。
       • 重複岩層接觸： 逆斷層導致某些岩層在剖面上重複出現。

2. 原生構造 (Primary Structures):

   • 定義： 指在岩石形成過程中，由物理或化學過程直接產生的構造。它們通常與沉積或火山作用有關。
   • 舉例：
     • 沉積構造 (Sedimentary Structures)：
       • 層理 (Bedding/Stratification)： 沉積岩中最常見的結構，顯示沉積物堆疊的層次。
       • 交錯層理 (Cross-bedding)： 在層理內部出現傾斜的細小層面，指示搬運介質（水或風）的流動方向。
       • 漣痕 (Ripples)： 沉積物表面形成的波浪狀紋理，指示流體（水或風）的流動。
       • 泥裂 (Mud cracks)： 泥質沉積物乾燥收縮形成的裂縫。
       • 生痕構造 (Trace Fossils)： 生物活動留下的痕跡，如足跡、鑽孔、蠕動痕。
       • 塊狀構造 (Massive Structure)： 缺乏明顯層理或紋理的結構。
       • 斜層理 (Laminated bedding)： 細微的層理。

本題主要探討「破裂」在構造地質學中的定義及其涵蓋的各種地質構造。

核心觀念： 破裂是岩石完整性受損的表現，廣義上包含所有無顯著位移的裂隙以及有顯著位移的斷層。

詳解：

破裂 (Fracture)：
在構造地質學中，破裂是指岩石內部或岩體中出現的斷開或開裂現象，即岩石完整性受到破壞。這種破壞可以是因為應力超過岩石的強度極限而導致的破壞。破裂的形成與岩石所受到的應力狀態（拉張、壓縮、剪切）以及岩石本身的性質（抗張強度、抗壓強度、彈性模量等）密切相關。

破裂所含括的地質構造：

廣義的「破裂」可以涵蓋以下幾種地質構造：

1. 節理 (Joints)：

   • 定義： 指岩石中出現的破裂面，但沒有發生顯著的相對滑動或位移。節理通常是岩石在受力或因應力釋放（如冷卻收縮、脫水、卸載）後產生的。
   • 舉例： 張力節理、壓性節理、柱狀節理、共軛節理。

2. 斷層 (Faults)：

   • 定義： 指岩石中由於應力作用，發生了顯著的相對滑動或位移的破裂面。斷層是地殼運動最直接的證據之一，是造成地震的主要原因。
   • 舉例：
     • 正斷層 (Normal Fault)： 上盤相對下盤下降，與張力有關。

本題要求考生列舉十種在野外或圖面上用於識別斷層的常見特徵與關係。這考驗考生對斷層野外調查與判釋能力的掌握。

核心觀念： 斷層是地殼運動的結果，通常會在地表或地下留下各種與斷層活動相關的痕跡，這些痕跡是判斷斷層存在的關鍵線索。

詳解：

以下列舉十種常用的斷層判識特徵及關係：

1. 斷層面 (Fault Plane)：

   • 特徵： 斷層本身就是一個破裂面。在野外，斷層面可能呈現光滑、磨蝕或有條痕（striations）的現象，這是由於斷層兩側岩塊在斷層面上滑動摩擦所致。斷層面通常是傾斜的，但也可能是近乎垂直或水平。
   • 關係： 斷層面是定義斷層的幾何平面，其產狀（走向、傾角、傾向量）是描述斷層的重要參數。

2. 斷層擦痕 (Fault Striations)：

   • 特徵： 在斷層面上，岩石表面留下的平行線狀或溝槽狀痕跡。這些痕跡指示了斷層運動的方向（滑動方向）。
   • 關係： 擦痕的方向與斷層的傾滑分量或走向滑動分量有關，是判斷斷層運動學的重要依據。

3. 斷層鏡肌 (Fault Mirror/Slickensides)：

   • 特徵： 在斷層面上形成的鏡面般光滑的表面，是岩石在斷層滑動過程中被高度壓實和拋光所致。
   • 關係： 與斷層擦痕常伴生，指示斷層滑動的強度和程度。

4. 斷層泥 (Fault Gouge) 與斷層角礫岩 (Fault Breccia)：

   • 特徵：
     • 斷層泥： 在斷層帶中，岩石被研磨、粉碎成細小的黏土狀或粉末狀物質，缺乏明顯的碎塊結構。
     • 斷層角礫岩： 在斷層帶中，岩石被破碎成 angular（角狀）的碎塊，這些碎塊嵌在細粒的基質中。
   • 關係： 這些是斷層帶中岩石破碎、研磨的證據，指示了斷層的活動強度。

5. 岩層重複或缺失 (Repetition or Omission of Strata)：

本題旨在考察考生對斷層帶中產生的特殊岩石——斷層岩的分類知識。

核心觀念： 斷層岩是在斷層活動過程中，由於岩石破碎、研磨、膠結或變質作用而形成的特殊岩石。其分類主要依據岩石的顆粒大小、碎裂程度、礦物成分以及膠結情況。

詳解：

斷層岩 (Fault rocks) 是指在斷層帶內，由於岩石在斷層運動過程中受到機械破碎、摩擦、研磨、化學反應（如水化、交代）以及可能的變質作用而形成的岩石。根據其形成過程和結構特徵，斷層岩可以分為以下幾類：

1. 斷層角礫岩 (Fault Breccia)：

   • 特徵： 由斷層帶內岩石被機械破碎形成的 angular（角狀）碎塊組成。碎塊的尺寸可以從毫米級到米級不等。這些碎塊通常嵌在較細粒的基質（matrix）中，基質的成分可能與碎塊相似，也可能由於摩擦研磨而形成。
   • 形成過程： 主要由岩石的脆性斷裂形成，碎塊之間沒有明顯的塑性變形。

2. 斷層泥 (Fault Gouge)：

   • 特徵： 由斷層帶內岩石被極度研磨、粉碎而形成的細粒物質，通常具有黏土狀或粉末狀的質地。顆粒尺寸通常小於 0.0625 mm。斷層泥可能含有黏土礦物，顯示有化學作用（如水化）的參與。
   • 形成過程： 主要由岩石在斷層帶內反覆的滑動、摩擦和研磨作用形成，常伴隨化學風化或水化作用。

本題要求考生解釋五個與褶皺相關的構造名詞，考驗考生對褶皺形態、相對位置及形成過程的理解。

核心觀念： 褶皺是岩層受力彎曲的結果，其形態、大小、相互關係以及形成時間是研究地質構造的重要內容。

詳解：

以下是這五個名詞的解釋：

(a) 背斜 (Anticline)：

• 定義： 是一種向上彎曲的褶皺構造，其核心部（最高點）是較老的岩層，兩翼（側邊）的岩層朝外傾斜。從剖面上看，呈現「Λ」形或拱形。
• 關係： 背斜通常與地殼受壓縮力作用有關，是地質構造中的常見形態。

(b) 偃臥褶皺 (Recumbent Fold)：

• 定義： 是一種極度彎曲的褶皺，其軸面 (axial plane) 幾乎與水平面平行。在偃臥褶皺中，岩層的兩翼被極度壓縮，甚至可能發生斷裂和滑動。
• 關係： 通常發生在強烈的構造應力作用下，尤其是在地殼疊瓦狀的擠壓環境中，如逆衝斷層帶。

(c) 寄生褶皺 (Parasitic Fold)：

• 定義： 指在一個較大的主要褶皺（如主背斜或主向斜）的兩翼上，發育的較小、尺寸較小的褶皺。這些小褶皺的軸面通常與主褶皺的軸面平行或近似平行。
• 關係： 寄生褶皺是主褶皺形成過程中，由於應力集中或岩層層序的差異而產生的小規模變形。它們的大小和形態受主褶皺的影響。

(d) 背斜形向斜 (Antiformal Syncline)：

• 定義： 這個名詞描述的是一種特殊情況：一個看起來像是背斜（向上彎曲）的構造，但其核心部卻是較新的岩層；或者一個看起來像是向斜（向下彎曲）的構造，但其核心部卻是較老的岩層。這通常是由於斷層作用（如逆斷層）或複雜的褶皺疊置造成的。
  • 反例： 嚴格來說，背斜 (Anticline) 的定義是核心部為老岩層，向斜 (Syncline) 的定義是核心部為新岩層。

本題旨在探討劈理的形成機制，以及如何利用劈理這一構造特徵來判斷岩層是否發生了倒轉。

核心觀念： 劈理是變質岩中一種重要的片狀或線狀優勢面，其形成與變質應力有關，並且其產狀與原岩層理的關係可以指示岩層的傾斜和倒轉狀態。

詳解：

劈理 (Cleavage) 的成因：

劈理是變質岩中發展出的一種重要的片狀或線狀優勢面，它與原岩的層理 (bedding) 通常是無關的。劈理的形成是變質作用過程中，岩石在定向應力 (directed stress) 作用下，礦物（尤其是雲母、葉蠟石等片狀或針狀礦物）發生定向排列的結果。

其形成過程可歸納為以下幾點：

1. 應力作用： 岩石受到來自不同方向的應力，特別是來自垂直於劈理面的壓縮應力。
2. 礦物重結晶與定向： 在變質作用的溫度和壓力條件下，原有礦物可能溶解並在應力場中重新結晶。片狀或針狀礦物（如雲母、葉蠟石、綠泥石等）會優先在垂直於最大壓縮應力方向的平面上定向生長，形成所謂的「變質層理」(metamorphic layering) 或「劈理面」。
3. 塑性變形： 岩石在應力作用下可能發生塑性變形，使原來的礦物顆粒變形、拉長，並沿特定方向排列。
4. 化學溶蝕與沉澱： 在應力作用下，某些礦物可能沿特定方向溶解，並在其他方向沉澱，導致物質的重新分配和定向排列。

根據礦物定向排列的程度和細膩度，劈理可以細分為：

• 片狀劈理 (Slaty Cleavage)： 變質程度最低，岩石可以劈成薄片，如板岩 (slate)。
• 千枚岩劈理 (Phyllitic Cleavage)： 介於片狀劈理和片岩之間，礦物顆粒略微增大，表面呈絹絲光澤。
• 片岩（或稱片理）(Schistosity)： 變質程度較高，可見較大的片狀礦物（如雲母、綠泥石）定向排列，形成明顯的片理。
• 葉理 (Foliation)： 廣泛用於描述變質岩中任何礦物定向排列形成的片狀結構，包括劈理和片理。
• 線理 (Lineation)： 礦物沿特定方向排列形成的線狀構造。

利用劈理判斷岩層是否有倒轉 (Overturned)：

劈理的產狀（走向和傾角）與原岩的層理產狀之間存在一種相對固定的幾何關係，這種關係可以幫助我們判斷岩層是否發生了倒轉。

基本原理：
劈理通常形成於原岩層理之上，並且其形成與岩層被壓縮的程度和方向有關。在未倒轉的岩層中，劈理面通常與層理面存在一定的角度，且兩者之間的關係是穩定的。

判斷方法：

1. 觀察劈理與層理的相對位置：
   • 未倒轉岩層 (Normal Stratification)： 在一個正常的、未倒轉的岩層中，如果我們