111 年 國立中央大學地球科學學系地球物理碩士班在職生《普通地質學》

本題為名詞解釋題，旨在測試考生對普通地質學基本名詞的理解程度。每一題都需定義清楚，並簡述其在地質學上的重要性或成因。

(1) Transform fault：轉換斷層，是一種大規模的平移斷層，通常連接兩個造山帶或地塊邊界，例如大洋中脊的兩段。其特徵是兩側岩塊沿斷層面作水平方向的相對移動，沒有明顯的張裂或擠壓。

(2) Mohorovicic discontinuity：莫氏不連續面，簡稱莫氏面，是地殼與地函之間的一個界面，其下方地震波速度會發生明顯的增強。此界面是地殼與地函的主要分界，其深度在地殼下方，大陸地殼下方較深，海洋地殼下方較淺。

(3) Love wave：勒夫波，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作橫向振動，且振動方向垂直於波的傳播方向。勒夫波的振幅隨深度增加而減小，且速度比表面波中的瑞利波快。

(4) Unconformity：不整合，是指沉積岩層或火山岩層與其下方的岩層之間存在一個時間上的間斷。這種間斷通常是由於地殼的抬升、侵蝕作用，然後再下沉、沉積所造成的。不整合代表著地質記錄中的一段缺失。

(5) Diapir：貫入體，是一種向上侵入周圍岩層的塑性物質，如鹽岩、泥岩或岩漿。當這些物質的密度小於圍岩時，它們會因為浮力而向上隆升，形成圓頂狀或塔狀的結構，有時會貫穿地表。

本題主要考查火成岩的分類、形成環境及其在地殼構造中的分布。

火成岩的分類主要依據其化學成分（矽的含量）和礦物成分，但題目要求從形成過程來區分，即深成岩與噴出岩。

1. 火成岩的分類（依形成過程）：

• 深成岩 (Intrusive Igneous Rocks)：

  • 定義： 岩漿在地殼深處緩慢冷卻結晶而形成的岩石。由於冷卻速度慢，礦物顆粒有足夠的時間長大，因此通常具有較大的晶粒（粗粒結構，如等粒粗晶結構）。
  • 代表岩石： 花崗岩 (Granite)、閃長岩 (Diorite)、輝長岩 (Gabbro)。
  • 地體構造位置： 通常在地殼深部，常構成大陸地殼的基礎，例如大陸盾、造山帶的深部。在地表上，深成岩常在經過長期侵蝕後才暴露出來，例如山脈的核部。
  • 位於海洋或大陸岩石圈： 主要位於大陸岩石圈的深部。

• 噴出岩 (Extrusive Igneous Rocks)：

  • 定義： 岩漿噴出地表後，在相對較短的時間內快速冷卻結晶而形成的岩石。由於冷卻速度快，礦物顆粒通常很小（細粒結構），甚至來不及結晶形成玻璃質。
  • 代表岩石： 玄武岩 (Basalt)、安山岩 (Andesite)、流紋岩 (Rhyolite)。
  • 地體構造位置：
    • 玄武岩： 常見於張裂環境，如海洋中脊、大陸裂谷、火山島。
    • 安山岩： 常見於聚合板塊邊界，如火山弧、聚合板塊邊緣的山脈。
    • 流紋岩： 與花崗岩成分相似，常與安山岩伴生，或形成大陸裂谷區的酸性火山岩。
  • 位於海洋或大陸岩石圈：
    • 海洋岩石圈： 主要由玄武岩組成，構成海床。
    • 大陸岩石圈： 包括玄武岩（如大陸玄武岩）、安山岩（如火山弧）和流紋岩。

2. 各類火成岩出現的地體構造位置與位於海洋／大陸岩石圈的歸屬：

| 岩石類型 | 代表岩石 | 形成環境 / 地體構造位置 | 位於海洋岩石圈 / 大陸岩石圈 |

本題考查沉積物從沉積、成岩到變質的整個過程，以及不同條件下形成的變質岩種類。

1. 成岩作用 (Diagenesis)

沉積物堆積在海床後，經過埋藏、壓實、膠結等過程，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（主要成分為黏土礦物和細小的石英顆粒），其成岩過程如下：

• 壓實 (Compaction)： 隨著上覆沉積物的增加，沉積物所承受的壓力增大，顆粒之間的孔隙空間被壓縮，水分被排出，岩石的體積減小，密度增加。
• 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）在沉積物顆粒的接觸點沉澱，將顆粒「膠結」在一起，使疏鬆的沉積物轉變為堅實的岩石。對於矽質泥質沉積物，主要的膠結物可能是二氧化矽（石英）或碳酸鹽。
• 脫水與礦物轉變： 在埋藏過程中，黏土礦物會發生脫水反應，部分黏土礦物可能轉變為新的礦物，例如伊利石 (illite) 可能轉變為白雲母 (muscovite) 和石英。

經過約 4 公里深埋藏後，矽質泥質沉積物會轉變成一種稱為「泥岩」(Mudstone) 或「頁岩」(Shale) 的沉積岩，其主要礦物成分仍為黏土礦物和石英，但結構更為緻密。

2. 變質作用 (Metamorphism)

當這些已經成岩的泥岩或頁岩被帶入隱沒帶，並被深埋到約 30 公里深度時，它們將經歷變質作用。隱沒帶的特徵是高壓力、相對較低的溫度（相較於地殼深處的均溫梯度）。

• 變質條件：

  • 壓力 (Pressure)： 約 30 公里深度，壓力值很高。在隱越帶，壓力主要來自於岩石的靜岩壓力（垂直壓力）以及板塊碰撞產生的定向壓力（應力）。
  • 溫度 (Temperature)： 相較於同一深度的正常地溫梯度，隱沒帶的溫度相對較低，因為俯衝的冷洋殼會將冷物質帶入地函。然而，隨著埋深增加，溫度也會升高。

• 變質作用的類型：

  • 低溫高壓變質作用 (Low-temperature, High-pressure Metamorphism)： 這是隱沒帶最典型的變質作用。在這個條件下，原本的泥質岩（以黏土礦物和石英為主）會發生礦物轉變。

• 可能經歷的變質階段與形成的變質岩：

本題考查台灣地區的地體構造，以及不同深度地震與其震源機制所反映的構造變形。台灣位於菲律賓海板塊與歐亞板塊的匯聚邊界，地體構造極為複雜。

1. 台灣北部、東部及其外海的地體構造：

• 東部（包含外海）：

  • 構造背景： 台灣東部是菲律賓海板塊（向西北漂移）與歐亞板塊（向東南移動，或被擠壓）碰撞的主要區域。
  • 主要構造：
    • 琉球隱沒帶 (Ryukyu Subduction Zone)： 在台灣東部海域，菲律賓海板塊（太平洋板塊的北部）俯衝到歐亞板塊之下，形成一個北東向延伸的隱沒帶。這個隱沒帶向北延伸至日本南部。
    • 東台灣斷層帶 (Eastern Taiwan Fault Zone)： 沿著台灣東海岸，存在一系列主要的斷層，包括海岸山脈斷層、縱谷斷層等。這些斷層的性質複雜，有逆衝、側移的成分，是板塊碰撞擠壓的結果。
    • 馬尼拉隱沒帶 (Manila Subduction Zone)： 在台灣東南部外海，菲律賓海板塊（包含巴士海峽）也存在向北俯衝的現象，但其活動性與琉球隱沒帶有所不同。
  • 地殼變形： 該區域承受強烈的擠壓應力，導致地殼抬升、褶皺和斷裂。

• 北部（包含外海）：

  • 構造背景： 台灣北部與台灣東部的情況有所不同，但仍受兩大板塊的交互作用影響。
  • 主要構造：
    • 琉球隱沒帶的延伸： 琉球隱沒帶向西延伸至台灣北部外海，並與台灣北部區域的構造耦合。
    • 褶皺與斷裂： 台灣北部陸地區域，特別是北部山區，存在一些褶皺和斷層，反映了區域性的擠壓應力。
    • 大屯火山群 (Tatun Volcano Group)： 位於台灣北部，是火山弧的表現，與琉球隱沒帶的岩漿活動有關。
  • 地殼變形： 區域性的擠壓和火山活動是北部的主要特徵。

• 台灣東部外海：

  • 琉球隱沒帶： 這是最主要的構造特徵。菲律賓海板塊在此處俯衝，形成隱沒板塊的彎曲和弧形構造。
  • 衝繩海槽 (Okinawa Trough)： 在琉球隱沒帶的陸側（即台灣北部外海），存在一個張裂的弧後盆地——衝繩海槽。這個區域的構造相對複雜，有張裂也有轉形斷層的活動。

• 台灣北部外海：

  • 衝繩海槽： 這是該區域的主要構造特徵，是一個正在張裂的弧後盆地。
  • 琉球隱沒帶的南端： 琉球隱沒帶在這裡逐漸變淺或發生變化。

2. 各深度地震與震源機制代表的構造意義：

• 淺源地震 (0-70 km)：
  • 分布： 廣泛分布於台灣及其周圍海域，尤其集中在構造活躍的區域，如縱谷斷層、海岸山脈、西部麓山帶、大屯火山區、台灣北部及東部外海的衝繩海槽和琉球隱沒帶的前緣。
  • 震源機制：

本題考查學生對沉積構造的理解，特別是物理性沉積構造及其成因。物理性沉積構造是指由沉積物顆粒在沉積過程中或沉積後，受物理作用（如水流、風力、重力）影響而形成的各種結構。

以下列出五種物理性沉積構造及其成因：

1. 層理 (Bedding / Stratification)：

   • 定義： 沉積岩中最基本、最普遍的構造，指沉積物堆積時，由於沉積時間、成分、顆粒大小、顆粒形狀等條件的變化，在岩層中形成的平行或大致平行的層狀結構。
   • 成因： 主要由沉積物的供應變化（如河流洪水期與枯水期）、搬運介質（水流、風）的能量波動、或沉積環境的變化（如海平面升降）所導致。每一層代表一個相對穩定的沉積事件或時期。

2. 波痕 (Ripples)：

   • 定義： 在沉積物表面形成的微小起伏，通常呈平行或交錯的波紋狀。
   • 成因： 主要由水流或風力吹拂沉積物表面時，顆粒的移動和堆積形成的。當流體（水或風）的速度超過某個臨界值，會引起表層顆粒的滾動和跳躍，進而在表面形成規律性的隆起和凹陷。依據流體的流動方向，可分為平行波痕（流體單向流動）和交錯波痕（渦流或複雜流動）。

3. 砂 बँक (Cross-bedding / Cross-stratification)：

   • 定義： 在較大的沉積層內部，包含著傾斜的層理面，這些傾斜層理面的方向通常與該層總體層理面不平行。
   • 成因： 主要是在移動的沙丘、波浪脊、或水下沙壩等地形上，由流體（水流或風）不斷侵蝕搬運沉積物，並使其在坡面上堆積而形成的。