112 年 國立中央大學應用地質研究所碩士班在職生《構造地質學》

本題主要在釐清地層不連續面與構造不連續面的定義與分類，是構造地質學的基礎概念。

地層不連續面 (Stratigraphic Discontinuities) 指的是地層記錄中的中斷或缺失，通常與沉積環境的變遷、侵蝕作用或沉降停止有關，而非直接由構造作用產生。

主要種類如下：

1. 不整合 (Unconformity)：這是最常見的地層不連續面，代表一段時間的地層沉積作用暫停，期間可能發生侵蝕（形成侵蝕面），然後新的沉積作用開始。

   • 平行不整合 (Disconformity)：上下兩套地層的沉積面平行，但之間有侵蝕面，代表沉積暫停後有侵蝕，再繼續沉積。
   • 角度不整合 (Angular Unconformity)：下方的地層被傾斜或褶皺，然後上方地層以不連續的角度沉積在其上。
   • 假整合 (Disconformity / Paraconformity)：上下兩套地層的沉積面大致平行，且之間沒有明顯的侵蝕面，但地層記錄中有明顯的時間間隔（例如化石記錄的缺失）。有時也包含平行不整合。
   • 不規則不整合 (Nonconformity)：上方的沉積岩層是沉積在下方的變質岩或火成岩之上。

2. 侵蝕面 (Erosional Surfaces)：單純由侵蝕作用造成的地表，可能發生在陸地上或海底。

本題考查脆性變形條件下的斷層岩種類及其分類。脆性斷層岩形成於相對較淺、較冷的埋藏深度，應力作用導致岩石破裂而非延展變形。

脆性斷層岩 (Brittle Fault Rocks) 指的是在脆性變形條件下，由斷層運動所形成的岩石。這些岩石通常呈現碎裂、研磨、膠結等特徵。

主要分類依據岩石的變形機制、成分和紋理：

1. 碎裂岩 (Breccia)：

   • 特徵：由大小不一、棱角分明的岩石碎塊組成，碎塊之間可能被細粒物質（如膠結物）填充。
   • 形成機制：主要由斷層帶的強烈擠壓、拉張或剪切作用，導致岩石破裂成角礫狀。
   • 細分：
     • 斷層角礫岩 (Fault Breccia)：直接由斷層帶岩石破裂形成。
     • 衝擊角礫岩 (Impact Breccia)：由隕石撞擊等高能事件形成。

2. 糜棱岩 (Mylonite)：

   • 特徵：雖然常與延性變形相關，但在較深的脆性-延性轉換帶，或在較淺但應力集中區域，也可呈現部分脆性特徵。糜棱岩的特徵是岩石被強烈研磨、拉伸，礦物呈現定向排列（糜棱結構），有時可見到「眼球狀」構造（porphyroclasts）。
   • 形成機制：岩石在斷層帶內受到持續的剪切應力，發生塑性流動和破裂的組合作用。
   • 注意：嚴格來說，糜棱岩常被歸類為延性斷層岩，但在某些情況下，其形成過程可能包含脆性破裂的成分。若題目強調「脆性斷層岩」，則應著重於碎裂岩類。

本題旨在區分三種不同成因的地表地形特徵：斷層崖、斷層線崖和褶皺崖。

1. 斷層崖 (Fault Scarp)：

   • 定義：由斷層運動直接造成的地表隆起或下降所形成的陡峭地形。
   • 成因：當斷層面傾角較大，且斷層運動（特別是垂直運動，如正斷層或逆斷層）使一側地塊相對於另一側抬升或下降時，在斷層的水平投影處，地表會形成一處明顯的懸崖或陡坡。
   • 特徵：通常較為年輕，形態較新；如果地表有沉積物，斷層崖可能被覆蓋或侵蝕。

2. 斷層線崖 (Fault-line Scarp)：

   • 定義：由古老的斷層（斷層線）經過後期的侵蝕作用，使得較堅硬的岩塊被抬升，而較軟弱的斷層帶（已被填充或風化）被侵蝕下陷，從而形成的崖狀地形。
   • 成因：斷層本身可能已無明顯的相對運動，但斷層帶的岩石性質（如破碎程度、礦物成分）與周圍岩石不同。後期地表侵蝕作用會優先選擇較軟弱的區域下切，導致斷層帶被侵蝕形成谷地或低地，而斷層兩側較堅硬的岩塊則相對突出，形成崖。

本題要求繪製並說明三種基本的褶皺構造：單斜構造、同斜構造、以及背斜構造。繪圖時需標示出構造的關鍵元素，如軸面、翼部、頂部等。

1. 單斜構造 (Monocline)：

   • 定義：一種單純傾斜的構造，其中岩層向一個方向傾斜，但沒有形成完整的褶皺（即沒有明顯的背斜或向斜）。通常是緩坡連接兩側較平緩的地層。
   • 繪圖說明：繪製一系列平行或大致平行的岩層，它們整體向一個方向傾斜一個角度。可以想像成一個單純的傾斜坡面。
   • 關鍵特徵：所有岩層都向同一方向傾斜，且傾角大致相同，沒有形成彎曲的頂部或底部。

2. 同斜構造 (Homocline)：

   • 定義：一组岩層全部以大致相同的方向和傾角傾斜。這可以看作是單斜構造的一種較為廣泛的表現形式，或者是一個較大區域的單一傾斜趨勢。
   • 繪圖說明：與單斜構造類似，繪製一系列平行岩層，但強調其連續性和大範圍的單一傾斜趨勢。
   • 關鍵特徵：所有岩層都向同一方向傾斜，傾角一致，且連續延伸。

本題要求繪製斷層的三種基本型態，並說明其形成過程中與應力狀態的關係。斷層的基本型態主要根據斷層面的傾角和斷層運動的方向來劃分。

斷層的三種基本型態及其與應力的關係：

1. 正斷層 (Normal Fault)：

   • 定義：斷層面上盤（hanging wall）相對於下盤（footwall）發生下降的斷層。
   • 應力關係：主要由張力應力 (tensional stress, $\sigma_1$ 沿垂直方向，$\sigma_3$ 沿水平方向) 引起。張力導致岩體拉伸，斷層面傾角通常較大（大於 45°，但也有較緩的）。
   • 繪圖說明：繪製一個斷層面（傾角大於 45°），標示出上盤和下盤。繪製上盤相對於下盤下降的箭頭。標示出主要張力應力方向（水平方向受拉）。

2. 逆斷層 (Reverse Fault)：

   • 定義：斷層面上盤相對於下盤發生上升的斷層。
   • 應力關係：主要由壓縮應力 (compressional stress, $\sigma_1$ 沿水平方向，$\sigma_3$ 沿垂直方向) 引起。壓縮應力導致岩體縮短，斷層面傾角通常較大（大於 45°）。
   • 繪圖說明：繪製一個斷層面（傾角大於 45°），標示出上盤和下盤。

本題為應用題，要求考生具備台灣地區主要斷層分布的地理知識，並能將其繪製於台灣地圖輪廓上。這五條斷層在台灣地質構造上具有代表性。

繪製台灣外框：
首先，依據對台灣島形狀的記憶，徒手繪製一個比例約 20 公分的台灣地圖輪廓。重點在於大致的海岸線、東西寬度、南北長度比例。

繪製斷層地表跡：
以下針對每一條斷層，簡述其位置與走向，並說明如何繪製：

1. 新城斷層 (Shincheng Fault)：

   • 位置：位於花蓮縣北部，屬於蘇花公路沿線。
   • 走向：大致為南北向。
   • 繪製：在地圖上花蓮縣北部沿海岸線附近，繪製一條南北向的斷層線。

2. 鐵站山斷層 (Tieshan Shan Fault)：

   • 位置：位於苗栗縣竹南鎮附近。
   • 走向：大致為南北向。
   • 繪製：在地圖上苗栗縣北部沿海地區，繪製一條南北向的斷層線。