108 年 國立中央大學應用地質研究所碩士班在職生《普通地質學》

本題主要在測試考生對普通地質學中五個基本名詞的理解與掌握程度。

(1) Bowen's reaction series (鮑氏反應序列)
Bowen's reaction series 是由加拿大地質學家 Norman L. Bowen 在 20 世紀初期提出的理論，用以解釋不同礦物在火成岩冷卻結晶過程中，依據其化學成分和結構，如何依序析出的現象。它分為兩條主要序列：

• दायक序列 (Discontinuous series)：包含鎂鐵質礦物，如橄欖石、輝石、角閃石、黑雲母等。這些礦物在冷卻過程中會依序發生固體相變，形成結構不同的新礦物。例如，橄欖石會轉變成輝石，輝石再轉變成角閃石，角閃石再轉變成黑雲母。
• 連續序列 (Continuous series)：主要包含長石類礦物，主要是斜長石。從富含鈉的鈉長石到富含鈣的鈣長石，在冷卻過程中會形成一系列固溶體，其化學成分會連續改變，但晶體結構大致相同。

Bowen's reaction series 說明了在岩漿冷卻過程中，較高溫下形成的礦物（如鎂鐵質礦物）與較低溫下形成的礦物（如鉀長石、石英）的先後順序，是理解火成岩分類與成因的重要基礎。

【答案】 Bowen's reaction series 是指鎂鐵質礦物（दायक序列）和斜長石（連續序列）在岩漿冷卻結晶過程中，依據溫度高低所依序析出的理論序列。

(2) fabric (織構)
Fabric 在地質學中，特別是沉積岩和變質岩的文理學 (fabric analysis) 中，指的是岩石中所有組成礦物顆粒、成分或結構要素在空間中的排列方式、取向和相互關係。它反映了岩石在形成或變形過程中受到的物理條件和應力狀態。

• 沉積岩的 fabric：通常指沉積物在沉積時的排列方式，如層理、交錯層理、斜交層理、顆粒的定向（例如長石或雲母的定向），以及孔隙的排列等。
• 變質岩的 fabric：更為複雜，可能包含礦物的定向（如片狀或柱狀礦物的平行排列，形成片理或線理）、應變的結構（如褶皺、剪切帶）、以及礦物集合體的形態。

Fabric 的研究對於判斷岩石的沉積環境、沉積物搬運方向、變質作用的類型、變形歷史和應力方向至關重要。

【答案】 Fabric 指岩石中礦物顆粒、成分或結構要素在空間中的排列方式、取向和相互關係，反映其形成或變形過程的物理條件。

本題主要在測試考生對長石、石英、雲母這三種常見礦物的生成環境與岩石成因的理解。這三種礦物都是矽酸鹽礦物，化學成分相對穩定，且在不同岩石類型中都可能出現，但其出現的組合與生成過程會有所差異。

核心觀念： 礦物的出現與岩石的形成環境（溫度、壓力、化學成分）密切相關。長石、石英、雲母都是相對常見且穩定的礦物，它們的組合與生成過程能反映岩石的種類。

(1) 火成岩 (Igneous rocks)

• 出現組合與說明： 長石、石英、雲母（主要是白雲母和黑雲母）可以同時出現在許多中性至酸性的火成岩中，例如花崗岩 (granite) 和閃長岩 (granodiorite)。
  • 長石 (Feldspar)：是火成岩中最豐富的礦物。在酸性至中性岩漿冷卻時，長石（包括鈉長石、鈣長石及鉀長石）會大量結晶析出。
  • 石英 (Quartz)：通常是岩漿最後結晶的礦物之一，因為它在岩漿中的溶解度較低，且化學成分相對穩定。在岩漿成分富含二氧化矽時（酸性岩漿），石英的含量會較高。
  • 雲母 (Mica)：黑雲母 (biotite) 和白雲母 (muscovite) 也是酸性至中性火成岩的常見成分。黑雲母通常在高溫階段開始結晶，而白雲母則在較低的溫度下結晶。
• 生成過程： 在地殼深部，由於高溫和高壓，岩石熔融形成富含矽、鋁、鈉、鉀的酸性岩漿。當岩漿緩慢冷卻時，鮑氏反應序列中的礦物會依序析出。在較高的溫度下，鎂鐵質礦物（如黑雲母）和斜長石開始結晶。隨著溫度降低，鉀長石和石英結晶析出，形成具有長石、石英和雲母組成的花崗岩類火成岩。

【答案】 在花崗岩等酸性火成岩中，長石、石英、雲母（如黑雲母、白雲母）可同時出現。它們是岩漿在高溫下依序冷卻結晶形成的，其中長石和黑雲母在高溫階段析出，石英和白雲母在較低溫階段形成。

(2) 沉積岩 (Sedimentary rocks)

• 出現組合與說明： 長石、石英、雲母可以同時出現在某些沉積岩中，特別是砂岩 (sandstone) 和粉砂岩 (siltstone)。
  • 石英 (Quartz)：由於其化學成分穩定，不易風化，因此是沉積岩中最常見的顆粒物。在砂岩中，石英顆粒通常佔主導地位。
  • 長石 (Feldspar)：長石相對石英較不穩定，在風化和搬運過程中容易分解。但如果沉積環境屬於較短的搬運距離，或岩石風化程度不高，長石顆粒仍可能殘存於砂岩中，稱為長石砂岩 (arkose) 的一種。

本題主要在測試考生對於野外地質調查基本方法的理解，特別是針對火成岩和沉積岩兩種不同岩性的調查策略。野外地質調查的目的是記錄地質構造、岩性、礦物組成、化石、風化程度等資訊，以繪製地質圖和解釋地質歷史。

核心觀念： 野外調查的重點是觀察、測量、記錄和採樣。針對不同岩石類型，調查的側重點和方法會有所不同。

(1) 火成岩野外露頭的地質調查

火成岩的調查重點在於其岩性、侵入關係、構造特徵、以及風化剝蝕的程度。

• 岩性識別與描述：
  • 顏色： 記錄露頭的整體顏色，這通常與礦物成分有關（例如，淺色代表酸性，深色代表基性）。
  • 礦物組成（肉眼觀察）： 辨識主要礦物（如石英、長石、角閃石、輝石、雲母等）的相對含量和大小。
  • 顆粒大小 (Grain size)： 判斷是細粒（如玄武岩、安山岩）還是粗粒（如花崗岩、輝長岩），這與冷卻速率有關。
  • 結構 (Texture)： 觀察晶體形態、排列方式，如斑狀結構（大晶粒嵌於細粒基質中）、玻璃質結構、多孔結構、球粒結構等。
• 構造特徵：
  • 侵入接觸面 (Intrusive contact)： 尋找火成岩與周圍圍岩（沉積岩、變質岩）的接觸關係，是侵入還是噴發？接觸帶的形態（如烘烤變質、熱變質）和界線是清晰還是模糊？
  • 層狀結構： 部分噴出岩（如熔岩流）或火山碎屑岩可能呈現層狀或流紋構造。
  • 節理 (Joints) 與裂隙 (Fractures)： 測量節理的走向、傾角、密度和開放程度，這反映了岩石的應力歷史。
  • 褶皺與斷層： 記錄岩體內是否存在褶皺或斷層，以及它們與火成岩的關係。
• 採樣：
  • 採集代表性的岩石標本，標記清楚位置、岩性、主要特徵。
  • 若有特殊礦物或構造，應單獨採樣。
• 繪製地質圖： 根據觀察到的接觸線、斷層線、節理走向等，繪製火成岩的分布範圍和構造。

【答案】 火成岩野外調查需記錄其岩性（顏色、礦物、顆粒大小、結構）、構造（侵入接觸、節理、斷層、層理）、採集代表性標本，並繪製地質圖。

(2) 沉積岩野外露頭的地質調查

沉積岩的調查重點在於其層序、層理、沉積構造、顆粒組成、化石、以及與其他岩層的接觸關係。

本題主要在測試考生對台灣地區幾個著名地質景觀成因的理解，涵蓋了地貌、構造、沉積、風化等不同地質作用。

核心觀念： 台灣位於地震活躍、板塊碰撞的前緣，地質作用活躍，形成多樣的地貌景觀。解釋這些景觀的成因需要結合地形、岩性、地質構造、氣候和時間等因素。

(1) 大安溪峽谷 (Daan River Canyon)

• 發生原因： 大安溪峽谷的形成是河流侵蝕作用的結果，尤其受到台灣地區地殼快速抬升和構造活動的影響。
  • 河流侵蝕： 大安溪水系發源於中央山脈，流經地勢高峻、坡度陡峭的區域。河流的下切侵蝕能力強，不斷將上游的岩石和土壤刨蝕，向下挖掘，形成深邃的峽谷。
  • 地殼抬升： 台灣位處菲律賓海板塊與歐亞板塊碰撞帶，地殼持續快速抬升，使得河流的相對高程不斷增加，進一步增強了河流的侵蝕能力。
  • 岩性： 峽谷兩側的岩石（可能為變質岩或沉積岩）的抗侵蝕能力也會影響峽谷的形態。
  • 構造： 區域性的斷層或褶皺可能控制了河流的流向和侵蝕的強度。

【答案】 大安溪峽谷的形成主要是由於河流強烈的下切侵蝕，加上台灣地區持續的地殼抬升作用，使河流侵蝕能力增強所致。

(2) 苗栗火焰山 (Huoyanshan, Miaoli)

• 發生原因： 苗栗火焰山是典型的「惡地」地形，其形成與岩性、地層結構、以及劇烈的風化侵蝕作用密切相關。
  • 岩性： 火焰山主要由鬆散的泥岩、砂岩、泥質砂岩和礫岩組成，這些岩層的膠結程度較差，抗侵蝕能力較弱。
  • 地層結構： 地層傾斜，且常有不整合或斷層，使得岩層容易受到侵蝕。
  • 劇烈風化侵蝕： 該地區降雨豐沛，加上岩性鬆散，極易發生水蝕和重力侵蝕（如崩塌、滑坡）。雨水沿著岩層裂隙和節理滲入，軟化岩石，並帶走鬆散的土壤和岩屑。
  • 地形特徵： 陡峭的山坡、瘦削的山脊、深邃的溝谷是惡地地形的典型特徵，這些結構在不斷的侵蝕作用下被塑造出來。
  • 「火焰山」名稱由來： 其獨特的地貌，山體呈現出類似火焰的紋路和顏色，以及陡峻的地形，使其得名。

【答案】 苗栗火焰山為惡地地形，其形成是因岩層（泥岩、砂岩等）鬆散、膠結不良，加上降雨豐沛，導致強烈的水蝕、重力侵蝕作用，塑造出陡峭、溝谷縱橫的地貌。

(3) 合歡山含金石英脈 (Gold-bearing Quartz Veins on Hehuanshan)

• 發生原因： 合歡山地區的含金石英脈形成於區域變質作用和岩漿活動的背景下。
  • 變質作用： 合歡山地區主要由變質岩組成（如片岩、片麻岩）。在區域變質作用過程中，岩石中的礦物會發生重結晶，並可能伴隨流體活動。
  • 岩漿熱液： 在變質作用過程中或之後，可能伴隨有中酸性岩漿的侵入。

本題主要在測試考生對台灣西部麓山帶古近紀地層的沉積環境、層序特徵以及構造變形特徵的掌握程度。這是台灣地質學中非常重要且複雜的課題。

核心觀念： 台灣西部麓山帶（或稱西部麓山帶褶皺帶）的地層主要是由新生代（始新世至更新世）的淺海至陸棚環境沉積的砂岩、頁岩、泥岩等組成。這些地層在板塊碰撞過程中，遭受劇烈的擠壓變形，形成了複雜的褶皺和斷層構造。古近紀（約 6600 萬年前至 2300 萬年前）的地層是麓山帶地層的基礎部分。

古近紀地層的沉積層序特徵：

台灣西部麓山帶的古近紀地層，主要指的是始新統 (Eocene) 到中新統 (Miocene) 的沉積物。這些地層記錄了當時台灣海峽及附近陸棚的沉積環境變化。

1. 底部的沉積（始新統至漸新統）：

   • 沉積環境： 通常是較深水的淺海至大陸棚環境，可能包括深灰色的頁岩、泥岩，夾有薄層的砂岩或炭質頁岩。
   • 沉積物： 富含細顆粒沉積物，指示離岸較遠的環境。可能含有少量生物遺骸。
   • 代表性地層： 在部分地區，可能存在類似的深海相沉積。

2. 中部的沉積（漸新統至中新統早期）：

   • 沉積環境： 沉積環境逐漸變淺，可能從大陸棚進入淺海、潮坪或潟湖環境。
   • 沉積物： 砂岩、泥岩、頁岩的組合開始出現，砂岩的顆粒可能變粗。可能出現煤層或富含植物碎屑的頁岩，指示近岸或陸棚邊緣的沉積。
   • 代表性地層： 例如，部分地區可能出現含煤層的組合，是重要的能源礦產。

3. 上部的沉積（中新統）：

   • 沉積環境： 沉積環境多樣，從淺海、潮坪到河流三角洲環境都有。
   • 沉積物： 砂岩成為主要成分，顆粒變粗，分選性可能變差。出現較厚的砂岩層，夾有頁岩、泥岩。可能出現斜交層理、波痕等淺水沉積構造。
   • 代表性地層： 許多區域性的中新統地層（如觀音山、林口台地的一些地層）在麓山帶的基底中也可能與之對應，但麓山帶的古近紀地層通常是指更古老的部分。

構造特徵：