112 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，旨在測試考生對普通地質學基本名詞的理解程度。以下為各名詞的解釋：

(1) pumice: 浮石，是一種非常輕的火山噴出岩，主要由 SiO₂ 含量高的酸性火山玻璃組成。其特徵是含有大量氣泡，使得其密度小於水，可以在水上漂浮。
【答案】浮石，一種輕質多孔的酸性火山噴出岩，因含有大量氣泡而能在水上漂浮。

(2) active fault: 活動斷層，指在最近的地質時期（通常指全新世，約過去 11,700 年內）曾經發生過錯動，且未來仍有可能再次錯動的斷層。活動斷層是地震的主要發生地點。
【答案】指在最近地質時期（通常指全新世）曾發生錯動，且未來仍可能再次錯動的斷層。

(3) slaty cleavage: 頁岩變質的劈理，是一種非常細緻、平行排列的片狀或葉狀構造，使得岩石可以沿著這些平面劈開成薄片。這是由變質作用過程中，黏土礦物定向排列所形成，常見於低度變質的泥岩或頁岩中。
【答案】低度變質岩石中，因變質作用使礦物（主要是雲母）定向排列而形成的細緻、平行片狀或葉狀劈開構造。

(4) mylonite: 糜棱岩，是一種在強烈剪切應力作用下形成的動力變質岩。其特徵是礦物顆粒被拉長、變形，呈現流動狀構造，常伴隨細粒的基質。常見於斷層帶。
【答案】在強烈剪應力作用下，岩石經強烈塑性變形而形成的動力變質岩，具有流動狀構造及細粒基質。

(5) cross bedding: ગuપuપiકિi, 是一種沉積構造，指層理面與其上方或下方的層理面之間呈現傾斜的層面。通常由風或水流搬運沉積物時，在斜坡上形成。

本題考驗對板塊構造理論中三種主要板塊邊界類型的理解，包含其形成機制、伴隨的地質現象、地震活動與火山活動。

板塊交界帶主要可分為三種類型：

1. 離散型邊界 (Divergent Boundary)：

   • 形成機制：兩個板塊相互分離。在地殼，通常表現為大陸裂谷或洋中脊的形成。
   • 地質特徵：
     • 大陸裂谷：大陸地殼因張力而斷裂、下陷，形成裂谷。伴隨有火山活動，產生玄武岩熔岩。
     • 洋中脊：在中洋脊，地幔物質上湧、熔融形成玄武岩漿，冷卻凝固形成新的海洋地殼。伴隨有海底火山活動和熱液噴口。
   • 地震特徵：地震多為淺源性地震，規模較小，但分布廣泛。
   • 火山特徵：火山活動以玄武岩質熔岩為主，形成盾狀火山或裂隙噴發。
   • 繪圖說明：繪製洋中脊結構圖，顯示地幔上湧、岩漿房、新的海洋地殼形成、斷層活動等。

2. 聚合型邊界 (Convergent Boundary)：

   • 形成機制：兩個板塊相互碰撞、擠壓。根據板塊的類型，可細分為三種情況：
     • 海洋板塊與大陸板塊碰撞：密度較大的海洋板塊向下俯衝至大陸板塊之下（俯衝帶）。
     • 海洋板塊與海洋板塊碰撞：密度較大的海洋板塊俯衝至另一個海洋板塊之下。
     • 大陸板塊與大陸板塊碰撞：由於兩個大陸板塊密度都較小，不易俯衝，而是發生劇烈的擠壓、褶皺、斷裂，形成巨大的山脈。
   • 地質特徵：
     • 俯衝帶：形成海溝（海洋板塊俯衝入地幔處）、火山弧（陸地上或島嶼鏈上，沿著俯衝帶後方形成的火山群）、褶皺山脈。
     • 大陸碰撞：形成高聳的褶皺山脈（如喜馬拉雅山脈）。
   • 地震特徵：地震活動劇烈，震源深度範圍廣，從淺源到深源都有（俯衝帶）。淺源地震在碰撞帶也常見。
   • 火山特徵：
     • 俯衝帶：由於俯衝板塊脫水，降低上覆地幔楔的熔點，引起熔融，形成安山岩質或流紋岩質的火山。

本題旨在探討台灣三個不同區域（大屯火山區、宜蘭平原、中央山脈變質岩區）為何會有豐富的溫泉及高地熱潛能。這需要結合各區域的地質背景、構造、岩性、熱源以及水文循環等因素進行綜合分析。

核心觀念：溫泉和地熱潛能的形成，主要取決於三個關鍵因素：

1. 熱源 (Heat Source)：地殼或地幔的熱量來源，例如岩漿活動、放射性元素衰變、地幔熱流。
2. 熱儲層 (Heat Reservoir)：能夠儲存熱量的岩體，通常是多孔隙的岩石。
3. 循環流體 (Circulating Fluid)：地下水或地熱流體，負責將熱量傳遞到地表。

以下分別探討三個區域的特性：

(1) 大屯火山區 (Tatun Volcano Group)

• 地體構造：位於台灣北部，屬於呂宋火山弧的一部分，是菲律賓海板塊與歐亞板塊碰撞的結果。此區地殼變薄，岩漿活動活躍。
• 岩性與構造：以火山岩（安山岩、玄武岩）為主，存在許多火山體、熔岩流、火山碎屑岩。斷層、裂隙發達，提供地下水循環通道。
• 地質演化史：年輕的火山活動，約在280萬年前至今。
• 地殼厚度：相對較薄。
• 地形：多火山錐、火山口、熔岩台地。
• 溫泉與地熱潛能解釋：
  • 熱源：最主要的熱源是潛藏在地殼下方的年輕岩漿庫。岩漿的熱量透過傳導和對流不斷釋放，加熱圍岩。
  • 熱儲層：火山岩本身及其下方的破碎岩層，多孔隙且裂隙發達，可儲存高溫地下水。
  • 循環流體：地表水滲入斷層和裂隙，被加熱後形成熱水，再透過對流循環至地表形成溫泉。
  • 結論：活躍的岩漿活動提供了強大的熱源，發達的斷裂系統提供了良好的循環通道，因此大屯火山區擁有豐富的溫泉及極高的地熱潛能。

(2) 宜蘭平原 (Yilan Plain)

• 地體構造：位於台灣北部，受到菲律賓海板塊與歐亞板塊碰撞的影響，並受斷層活動影響。地形上是一個沖積平原，但下方基盤岩石與構造複雜。
• 岩性與構造：上覆為厚層沖積物（黏土、砂、礫石），下方基盤岩石可能包含變質岩或火成岩。斷層、褶皺構造發達，特別是衝上斷層和逆斷層，常將深部的熱源或熱水帶至淺層。
• 地質演化史：地質構造相對年輕，受板塊運動影響。
• 地殼厚度：變異性大，但整體上可能因張裂作用或斷層活動而有地熱異常。
• 地形：平坦的沖積平原，但存在一些構造抬升區域。
• 溫泉與地熱潛能解釋：
  • 熱源：此區的熱源相對不明顯，主要可能來自於：
    • 地幔熱流：由於斷裂和構造活動，地幔的熱量可能透過較淺的區域傳遞上來。
    • 放射性元素：基盤岩石中可能富含放射性元素，其衰變產生熱量。
    • 構造活動：斷層錯動過程中產生的摩擦熱。

本題考驗對矽酸鹽造岩礦物的分類、物理性質、結構特徵及其產狀的了解。題目要求區分鐵鎂礦物與非鐵鎂礦物，並分別舉例說明。

核心概念：

• 矽酸鹽礦物 (Silicate Minerals)：地殼中最主要的礦物類別，其基本結構單元是矽氧四面體 (SiO₄)⁴⁻。
• 矽氧四面體的排列方式：決定了矽酸鹽礦物的結構類型（獨立四面體、單鏈、雙鏈、片狀、環狀、網狀），進而影響其物理性質。
• 鐵鎂礦物 (Ferromagnesian Minerals)：含有鐵 (Fe) 和鎂 (Mg) 等陽離子，通常顏色較深，比重較大，硬度較低。
• 非鐵鎂礦物 (Non-ferromagnesian Minerals)：不含或僅含少量鐵鎂離子，主要由鋁 (Al)、鉀 (K)、鈉 (Na)、鈣 (Ca) 等陽離子組成，通常顏色較淺，比重較小，硬度較高。

鐵鎂礦物 (Ferromagnesian Minerals) - 舉例 3 種

1. 輝石 (Pyroxene)

   • 物理性質：
     • 晶系：單斜晶系或斜方晶系。
     • 硬度：5.5 - 6.5。
     • 解理：約 80-90 度，呈兩組不完全解理。
     • 斷口：參差狀。
     • 顏色：深綠色、黑色、褐色。
     • 條痕：白色至淺褐色。
     • 光澤：玻璃光澤至金屬光澤。
     • 比重：3.2 - 3.6。
   • 矽氧四面體排列：單鏈結構 (Single Chain)。
   • 產狀：常見於基性至中性火成岩（如玄武岩、輝長岩、安山岩）、變質岩。

2. 角閃石 (Amphibole)

   • 物理性質：
     • 晶系：單斜晶系或斜方晶系。
     • 硬度：5 - 6。
     • 解理：約 56 度和 124 度，呈兩組不完全解理。
     • 斷口：參差狀。
     • 顏色：深綠色、黑色、褐色、藍黑色。
     • 條痕：白色至淺褐色。
     • 光澤：玻璃光澤。
     • 比重：2.9 - 3.4。
   • 矽氧四面體排列：雙鏈結構 (Double Chain)。
   • 產狀：常見於中性至酸性火成岩（如安山岩、閃長岩）、變質岩（如片岩、片麻岩）。

3. 橄欖石 (Olivine)

   • 物理性質：
     • 晶系：斜方晶系。
     • 硬度：6.5 - 7。
     • 解理：不發育。
     • 斷口：圓弧狀至參差狀。
     • 顏色：橄欖綠、黃綠色。
     • 條痕：白色。
     • 光澤：玻璃光澤。
     • 比重：3.2 - 3.4。
   • 矽氧四面體排列：獨立四面體結構 (Isolated Tetrahedra)。

本題考驗對地層對比與古地理分析中，用於判斷地層頂底的各種沉積構造的認知。這些構造在沉積過程中形成，其形態能指示重力的方向，進而推斷地層的原始堆疊順序。

核心觀念：地層的原始堆疊順序是「老在上，幼在下」（Law of Superposition），但由於地殼變動，地層可能被傾斜、倒轉。因此，需要一些「內部指標」來判斷地層的頂底。這些指標通常是隨重力方向形成的構造。

以下列出五種可判斷地層上下的地質構造：

1. 交錯層理 (Cross Bedding)：

   • 說明：沉積物在風或水流的作用下，沿著傾斜的表面堆積，形成層面與上覆或下伏層面不平行的斜向層理。
   • 判斷方法：通常，斜向層理的頂部是圓滑的，而底部是截切的。沉積物總是從高處（坡頂）向低處（坡底）滾落堆積，因此斜向層理的頂部朝向地層的頂部，底部朝向地層的底部。
   • 舉例：沙丘、三角洲前緣斜坡的沉積。

2. 壺穴 (Pot Hole)：

   • 說明：在河流或瀑布底部的岩石上，由於水流的渦流攜帶砂石不斷沖刷而形成的圓形或橢圓形凹坑。
   • 判斷方法：壺穴總是形成在河流或水流的底部，所以壺穴開口朝上，底部朝下。如果在地層中發現壺穴，則壺穴開口的一面是地層的頂部。

3. 波痕 (Ripple Marks)：

   • 說明：由於水流或風力在沉積物表面形成的細小漣漪狀起伏。
   • 判斷方法：
     • 對稱波痕：通常形成於水流來回作用，兩側對稱，較難判斷頂底。
     • 不對稱波痕：形成於單向水流或風流。波峰被侵蝕的一側（迎風/迎流面）通常較為平緩，而波谷處（背風/背流面）則較為陡峭。沉積物堆積方向是從平緩側向陡峭側，因此平緩側朝向地層頂部。
   • 舉例：海灘、淺水湖泊、河床、沙漠。