111 年 國立中央大學地球科學學系地球物理碩士班一般生《普通地質學》

本題為名詞解釋題，旨在測驗考生對普通地質學基本名詞的理解程度。以下逐一解釋：

(1) Transform fault：轉換斷層，是一種走滑斷層，通常發生在板塊邊界，連接兩個相對運動的板塊邊界構造（如洋中脊或俯衝帶）。其特徵是兩側岩塊沿斷層面水平錯動，但斷層本身不產生或消耗岩石圈。

(2) Mohorovicic discontinuity (Moho)：莫氏不連續面，是地殼與地函之間的界面，其深度在地殼下方約5-10公里（海洋地殼）至30-70公里（大陸地殼）。這個界面是以地震波速度的顯著變化來定義的。

(3) Love wave：拉夫波，是一種體波，屬於表面波的一種。其傳播方式是質點在水平方向上做橫向振動，且振動方向垂直於波的傳播方向。拉夫波的振幅隨深度增加而減小，且速度比瑞立波快。

(4) Unconformity：不整合，是地層中一段時間的地層缺失，代表著沉積作用的中斷，可能發生了侵蝕或沒有沉積。不整合在岩層中通常表現為一個沉積岩層與其下方的岩層之間存在侵蝕面或角度不整合。

本題主要在於說明火成岩的分類、形成環境及其在地殼構造中的位置。

火成岩主要根據其化學成分和礦物組成，以及冷卻結晶的過程進行分類。根據冷卻結晶的過程，火成岩可分為兩大類：

1. 深成岩 (Intrusive Igneous Rocks / Plutonic Rocks)：

   • 形成過程：岩漿在地殼深處緩慢冷卻結晶而成。由於冷卻速度慢，礦物顆粒有足夠的時間生長，因此通常具有較大的晶粒（粗粒結構，如偉晶狀、斑狀）。
   • 常見岩石：花崗岩 (Granite)、閃長岩 (Diorite)、輝長岩 (Gabbro)。
   • 地體構造位置：通常形成於大陸地殼內部，特別是與造山運動相關的岩漿活動區域，如大陸碰撞帶的造山帶（例如花崗岩體常出露在地表，是因為地殼抬升和侵蝕作用）。它們位於大陸岩石圈的較深部，但經由地殼抬升及侵蝕後，可能在地表或淺部出露。

2. 噴出岩 (Extrusive Igneous Rocks / Volcanic Rocks)：

   • 形成過程：岩漿噴出地表後，在地表或接近地表的地方快速冷卻結晶而成。由於冷卻速度快，礦物顆粒通常較小（細粒結構），甚至來不及結晶形成非晶質的玻璃質。
   • 常見岩石：玄武岩 (Basalt)、安山岩 (Andesite)、流紋岩 (Rhyolite)。
   • 地體構造位置：

本題主要在於探討沉積物在深埋過程中的成岩作用，以及在俯衝帶環境下經歷的變質作用及其產生的變質岩。

一、成岩作用 (Diagenesis)

沉積物堆積在海床後，會經歷一系列物理和化學變化，最終轉變為沉積岩，這個過程稱為成岩作用。對於矽質泥質沉積物，主要經歷以下過程：

1. 壓實 (Compaction)：上方沉積物的重力會壓迫下方的沉積物，使顆粒間的孔隙空間減小，水分被擠出，沉積物密度增加。對於泥質沉積物，壓實作用非常顯著。
2. 膠結 (Cementation)：孔隙水中溶解的礦物質（如碳酸鈣、二氧化矽、氧化鐵等）會在顆粒之間沉澱，將顆粒膠結在一起，形成固態的岩石。
3. 重結晶 (Recrystallization)：部分礦物顆粒在壓實和膠結過程中可能發生重結晶，形成更穩定或更大的晶體。
4. 脫水 (Dehydration)：在壓實過程中，黏土礦物（如伊利石、綠泥石）中的層間水會被擠出，導致礦物結構發生變化。

經過這些成岩作用，原來的矽質泥質沉積物會形成 泥岩 (Mudstone) 或 頁岩 (Shale)，若矽質成分較高，則可能形成 矽質泥岩。

二、變質作用 (Metamorphism)

當這些已成岩的矽質泥質沉積物被捲入俯衝帶，並被埋藏至約30公里深度時，將承受較高的壓力（P）和溫度（T），經歷變質作用。俯衝帶的變質作用通常具有 高壓低溫 (HP/LT) 的特徵，這與一般造山帶的變質作用（中壓中溫或低壓高溫）有所不同。

在約30公里深度，壓力可能達到數千個大氣壓力（約1 GPa），而溫度會依據俯衝帶的溫度梯度而定，但通常比正常地殼的溫度梯度低。

可能的變質作用與產生的變質岩：

1. 低溫高壓變質作用 (Low-Temperature, High-Pressure Metamorphism)：

本題主要在於描述台灣地區（北部、東部及其外海）的地體構造，並連結不同深度的地震活動與其震源機制，闡述其所代表的構造意義。

台灣地區的地體構造

台灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的匯合處，是世界上構造活動最活躍的地區之一。其地體構造複雜，主要可分為以下幾個部分：

1. 台灣東部：

   • 板塊邊界：台灣東部是菲律賓海板塊向西俯衝至歐亞板塊之下（或歐亞板塊向東俯衝至菲律賓海板塊之下，取決於討論區域和時間尺度）的主要區域。此處存在複雜的變形和變質作用。
   • 構造特徵：以一系列的逆衝斷層和走滑斷層為主，形成高聳的山脈（如中央山脈東緣）和深邃的海溝（如馬里亞納海溝以北的區域）。
   • 地震活動：地震頻繁，且分布在不同深度。

2. 台灣北部：

   • 構造特徵：北部構造相對複雜，受到中央山脈造山帶、台灣海峽的張裂影響，以及呂宋火山弧的推進。北部海岸線附近存在斷層帶，內陸地區則有盆地（如台北盆地）和火山地貌（如大屯火山群）。
   • 板塊交互作用：北部受到北邊的沖繩海槽（Okinawa Trough）的張裂影響，以及南邊的菲律賓海板塊的擠壓。

3. 台灣外海（東部、東北部）：

   • 東部外海：菲律賓海板塊向西俯衝，形成 琉球海溝 (Ryukyu Trench)。
   • 東北部外海：沖繩海槽（Okinawa Trough）是一個活躍的弧後張裂盆地，其西端延伸至台灣東北部外海。沖繩海槽的張裂與琉球火山弧的形成有關。

不同深度地震與震源機制的構造意義

1. 淺源地震 (0-70公里)：
   • 分布：遍布台灣全島及近海地區，包括東部、東北部及北部。
   • 震源機制：
     • 台灣東部及外海（俯衝帶）：淺源地震多為 逆衝斷層 (Thrust faulting) 作用，反映了板塊碰撞擠壓的應力狀態。震源機制顯示壓力軸（P-axis）大致為水平方向，與板塊匯聚方向一致。
     • 台灣東北部外海（沖繩海槽）：淺源地震多為 正斷層 (Normal faulting) 作用，反映了區域性的張力應力。

本題旨在測驗考生對物理性沉積構造的認識及其形成原因。物理性沉積構造是指在沉積物沉積過程中，由物理作用（如水流、風力、重力等）直接形成的沉積物表面或內部結構。

以下列出五種常見的物理性沉積構造及其成因：

1. 波痕 (Ripples)：

   • 形態：常見於砂質沉積物表面，呈現規則的起伏狀，有時呈直線狀，有時呈彎曲狀。
   • 成因：主要由流體（水或風）流動引起。當流體流速超過一定閾值時，會引起砂粒的移動和堆積，形成迎流坡和背流坡，進而產生波痕。波痕的走向與流體流動方向大致垂直。

2. 交錯層理 (Cross-bedding / Cross-stratification)：

   • 形態：在層狀沉積物中，較小的層理面（漣漪或沙丘的側面）與較大的層理面（沉積層的主體層面）之間呈現傾斜的角度。
   • 成因：是波痕或沙丘（由流體搬運形成的移動堆積體）進一步發展的結果。當流體流動帶動沉積物在波痕或沙丘的迎流側堆積，並越過波峰後在背流側滑落堆積，就會形成傾斜的層理，即交錯層理。

3. 泥裂 (Mud cracks / Desiccation cracks)：

   • 形態：在泥質沉積物（如泥岩、粉砂岩）表面形成的網狀裂縫。
   • 成因：當富含黏土的沉積物暴露在空氣中並乾燥時，水分蒸發導致體積收縮，進而產生裂縫。這些裂縫通常呈多邊形，並會向下延伸。泥裂構造表明沉積環境經歷過週期性的乾濕交替。