112 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，旨在測試考生對普通地質學基本名詞的理解程度。以下逐一解釋：

(1) Pumice: 浮石。一種火山玻璃，為具有極多氣孔的噴出岩，其密度小於水，因此能漂浮於水面。主要由富含揮發份的岩漿噴發時，氣體快速膨脹形成，氣孔結構是其重要特徵。通常呈淡色，質輕。

(2) Active fault: 活動斷層。指在過去一萬年內（全新世，Holocene）曾發生過錯動，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，其研究對於地震預防與災害評估至關重要。

(3) Slaty cleavage: 頁岩劈理。一種變質構造，常見於低級變質岩（如板岩）中。其特徵是岩石在一個方向上具有明顯的劈裂面，使得岩石可以沿此面被劈成薄片。這是由於原岩（如頁岩）中的雲母等片狀礦物在壓力作用下，定向排列所形成。

(4) Mylonite: 糜稜岩。一種動力變質岩（或稱構造變質岩），形成於剪切帶中，經過強烈的塑性變形作用。其特徵是岩石具有細粒的糜稜結構，礦物顆粒被拉長、變形，並呈現出流動構造。常見於地殼深處的斷層帶。

(5) Cross bedding: 交錯層理。一種沉積構造，指在沉積層中，較小的層理面與較大的層面之間呈斜交關係。通常由風或水流搬運沉積物時，在坡面上形成。

本題主要考察板塊構造理論中關於板塊邊界的三種類型及其特徵。板塊交界帶是地球上地質活動最活躍的區域，包括地震、火山活動和造山運動等。

板塊交界帶可分為三種：

1. 張裂型邊界 (Divergent Boundary)

• 說明: 兩個板塊相互分離，岩漿從地函上湧，形成新的地殼。
• 繪圖: 繪製兩個板塊向外移動的示意圖，中間有岩漿上升並形成新的海洋地殼。可標示洋脊、裂谷。
• 地質特徵:
  • 形成洋中脊（Mid-ocean Ridge）：海底山脈，是新生地殼的源頭。
  • 形成裂谷（Rift Valley）：在陸地上，若張裂作用發生在陸塊上，會形成寬廣的裂谷。
  • 玄武岩質火山活動。
• 地震特徵: 主要為淺源性地震，震源深度通常小於 70 公里，震級相對較小。
• 火山特徵: 活躍的玄武岩質火山活動，常形成海底火山或在裂谷帶形成火山。

2. 聚合型邊界 (Convergent Boundary)

• 說明: 兩個板塊相互碰撞。根據碰撞板塊的類型，可再細分為三種子類型：
  a. 海洋板塊與大陸板塊碰撞 (Oceanic-Continental Convergence):
  • 繪圖: 繪製一個海洋板塊俯衝到另一個大陸板塊之下，形成海溝、火山弧。
  • 地質特徵:
    • 形成海溝（Trench）：俯衝帶前緣的深海溝。
    • 形成火山弧（Volcanic Arc）：在俯衝板塊上方的大陸邊緣形成一列火山。
    • 形成褶皺山脈（Folded Mountains）：碰撞擠壓導致大陸地殼隆起褶皺。
  • 地震特徵: 發生淺源、中源及深源地震。由於俯衝作用，震源深度可達數百公里，常發生大地震。
  • 火山特徵: 活躍的安山岩質火山活動，形成火山弧。
    b. 海洋板塊與海洋板塊碰撞 (Oceanic-Oceanic Convergence):
  • 繪圖: 繪製一個海洋板塊俯衝到另一個海洋板塊之下，形成海溝、島弧。
  • 地質特徵:
    • 形成海溝（Trench）。

本題旨在探討台灣三個區域（大屯火山區、宜蘭平原、中央山脈變質岩區）溫泉與地熱潛能高的原因，需要結合各區域的地質特性進行分析。溫泉的形成與地熱潛能主要與地殼的熱流、岩漿活動、斷層構造、地下水系統以及岩石特性等因素有關。

核心觀念: 地熱的來源主要是地球內部的熱能，透過岩漿、地函熱流、放射性元素衰變等方式傳遞至地殼。當熱能能夠有效傳遞至較淺的地下，並有足夠的地下水作為介質，就能形成高溫的地下水（地熱流體），進而形成溫泉或具高地熱潛能的區域。

各區域分析:

(1) 大屯火山區 (Tatun Volcano Group)

• 地體構造與地質演化史: 大屯火山區位於台灣北部，是菲律賓海板塊與歐亞板塊碰撞的區域。此區是典型的火山活動區域，由多次的火山噴發堆疊而成，地質上屬於火山岩區。其形成與區域性的火山弧及斷層活動密切相關。
• 岩性與構造特徵: 主要岩性為安山岩、玄武岩等火成岩，富含未完全結岩漿庫。區域內有密集的斷層與裂隙，提供岩漿上升及地下水循環的通道。
• 地殼厚度: 相較於中央山脈，此區地殼相對較薄。
• 地形: 呈現為錐狀火山體、火山口、熔岩流等地形，地形起伏較大。
• 溫泉與地熱潛能原因:
  • 高溫熱源: 區域內存在活躍的岩漿庫或殘餘的熱岩體，是主要的熱源。
  • 優良的導熱介質: 火山岩具有一定的滲透性，而密集的斷層與裂隙更是提供地下水快速循環與接觸熱源的通道。
  • 充沛的地下水: 降雨充沛，提供了地熱流體的來源。
  • 淺層熱源: 岩漿活動使得熱能能夠快速傳遞至較淺的地殼，形成高溫梯度。

(2) 宜蘭平原 (Yilan Plain)

• 地體構造與地質演化史: 宜蘭平原位於台灣東北部，是呂宋火山弧的一部分，受到板塊碰撞及斷層活動的影響。地質上是沖積平原，但下方可能存在活動斷層與熱源。
• 岩性與構造特徵: 平原底部主要是第四紀的沉積物（砂、礫、泥），但其下方可能存在火山岩層或熱源，且區域內有活動斷層（如蘭陽斷層），這些斷層是熱流體上升的通道。
• 地殼厚度: 屬於相對較薄的地殼區域。
• 地形: 廣闊的沖積平原，地形平坦。
• 溫泉與地熱潛能原因:

本題主要考察考生對矽酸鹽礦物分類、基本物理性質、結構（矽氧四面體排列）以及其在不同岩石種類中出現的知識。矽酸鹽礦物是地殼中最主要的礦物類群，根據矽氧四面體 (SiO$_4$)$^{4-}$ 的排列方式可分為六大類。

核心觀念:

1. 矽酸鹽礦物分類: 根據 (SiO$_4$)$^{4-}$ 獨立單元、成對、單鏈、雙鏈、片狀、網狀的排列方式，分為獨立矽酸鹽、島狀矽酸鹽、單鏈矽酸鹽、雙鏈矽酸鹽、片狀矽酸鹽、網狀矽酸鹽。
2. 鐵鎂礦物 (Ferromagnesian Minerals): 通常含有鐵 (Fe) 和鎂 (Mg)，顏色較深，比重較大。常見於基性及超基性火成岩，以及變質岩中。
3. 非鐵鎂礦物 (Non-ferromagnesian Minerals): 通常不含或僅含少量鐵和鎂，顏色較淺，比重較小。常見於酸性火成岩、沉積岩和變質岩中。
4. 物理性質: 晶系、硬度 (Mohs scale)、解理、斷口、顏色、條痕、光澤、比重。
5. 岩石類型: 礦物在特定成分和條件的岩石中形成。

一、 鐵鎂礦物 (Ferromagnesian Minerals)
要求列出 3 種，並描述其物理性質、矽氧四面體排列及出現的岩石。

(1) 橄欖石 (Olivine)

• 物理性質:
  • 晶系：斜方晶系 (Orthorhombic)
  • 硬度：6.5 - 7
  • 解理：無
  • 斷口：貝殼狀 (Conchoidal)
  • 顏色：橄欖綠至黃綠色
  • 條痕：白色
  • 光澤：玻璃光澤 (Vitreous)
  • 比重：3.2 - 4.4 (隨 Fe 含量增加而增加)
• 矽氧四面體排列: 獨立矽酸鹽 (Nesosilicate)，(SiO$_4$)$^{4-}$ 獨立單元，透過 Fe$^{2+}$ 和 Mg$^{2+}$ 離子連接。
• 出現的岩石: 主要出現於基性及超基性火成岩，如玄武岩 (Basalt)、輝長岩 (Gabbro)、橄欖岩 (Peridotite)。在地函的主要成分之一。

(2) 角閃石 (Amphibole) - 以普通角閃石 (Hornblende) 為例

• 物理性質:
  • 晶系：單斜晶系 (Monoclinic)
  • 硬度：5 - 6
  • 解理：呈約 56° 和 124° 夾角的兩組解理 (Characteristic cleavage angle of ~56° and 124°)
  • 斷口：參差狀 (Uneven) 至貝殼狀
  • 顏色：深綠至黑色
  • 條痕：白色至淺灰色
  • 光澤：玻璃光澤至絹絲光澤 (Silky)
  • 比重：2.9 - 3.4
• 矽氧四面體排列: 雙鏈矽酸鹽 (Inosilicate)，(Si$_4$O$_{11}$)$^{6-}$ 雙鏈結構，透過 Fe$^{2+}$、Mg$^{2+}$、Al$^{3+}$、Ca$^{2+}$ 等陽離子連接。
• 出現的岩石: 在各種火成岩中均可見，特別是中性至基性火成岩（如安山岩 Andesite、閃長岩 Diorite），也常見於變質岩（如綠色片岩 Green Schist）。

本題主要考察考生對古沉積構造的認識，這些構造能夠指示沉積物形成時的空間方位，從而幫助判斷地層的原始疊置關係，即地層的上下。

核心觀念: 地層的上下判斷依賴於能夠指示沉積物形成時重力作用方向的古沉積構造。這些構造在沉積後，除非經過嚴重的變形，否則會保留其原始的定向資訊。

以下列出五種可以用來判斷地層上下的地質構造：

1. 交錯層理 (Cross Bedding)

   • 說明: 在較大的層理面上，存在著許多傾斜的小層理，這些小層理的傾斜方向指示了當時沉積物搬運的介質（風或水流）流動方向。
   • 判斷方式: 在一個交錯層理單元中，較陡的傾斜面（斜坡）指向沉積物的堆積方向，而較平緩的頂部或底部則指示了沉積面的相對位置。通常，較陡的斜坡朝向地層的上方（即沉積方向）。

2. 漣痕 (Ripple Marks)

   • 說明: 在沉積物表面形成的波紋狀構造，通常由風或水流作用於細粒沉積物（砂或粉砂）上形成。
   • 判斷方式:
     • 對稱漣痕 (Symmetric Ripples): 通常由水流來回擺動形成，頂部較圓。
     • 不對稱漣痕 (Asymmetric Ripples): 由單向水流或風形成，具有一個較緩的迎風坡（或上坡）和一個較陡的背風坡（或下滑坡）。陡峭的下滑坡指向沉積物搬運的方向，通常指示地層的上方。