115 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》

本題主要考查蛇綠岩系的組成、形成機制以及出露的地質過程。蛇綠岩系是代表大洋地殼與上部地幔構造的岩石組合，其出露通常與板塊碰撞及造山作用有關。

蛇綠岩系的主要組成岩石與物質種類：
蛇綠岩系一般呈現向上變化的序列，由下至上依序為：

1. 上部地幔部分 (Upper Mantle Section): 主要為橄欖岩 (Peridotite)，尤其是方輝橄欖岩 (Harzburgite) 和二輝橄欖岩 (Lherzolite)。這些是地幔岩石，通常含有少量純橄欖岩 (Dunite)。
2. 岩石圈地幔部分 (Lithospheric Mantle Section): 也是以橄欖岩為主，但可能包含部分頷粒輝石橄欖岩 (Clinopyroxene-bearing peridotite)。
3. 庫柏岩 (Cumberlite) / 輝石岩 (Pyroxenite): 位於地幔與下部地殼之間，可能出現。
4. 層狀輝長岩 (Layered Gabbro): 代表從岩漿房中分異結晶形成的岩石，具有明顯的層狀構造。
5. 輝石岩脈 (Diabase Dikes) / 席狀岩脈 (Sheeted Dikes): 這是蛇綠岩系最為典型的特徵之一，由一系列近乎垂直的輝石岩岩脈組成，它們代表了從上覆岩漿房冷卻結出的岩漿。這些岩脈通常互相平行或近乎平行。
6. 枕狀熔岩 (Pillow Lava): 位於最上層，是海底火山噴發形成的熔岩，因與海水接觸而快速冷卻，形成枕頭狀的外觀。常伴隨有火山碎屑岩 (Volcaniclastics)。

本題主要考查岩漿生成的主要控制因素以及不同二氧化矽含量岩漿的分類與特徵。

控制岩漿生成的主要因素：
岩漿生成（熔融）的主要控制因素包括：

1. 溫度 (Temperature): 這是最直接的因素。當圍岩溫度升高達到或超過其熔點時，就會開始熔融生成岩漿。溫度通常隨深度增加而升高（地溫梯度）。
2. 壓力 (Pressure):
   • 靜岩壓力 (Lithostatic Pressure): 深度增加導致壓力升高，通常會提高岩石的熔點，不利於岩漿生成。
   • 圍壓降低 (Decompression Melting): 在板塊張裂、地幔物質上湧（如洋中脊、熱點）的情況下，壓力突然降低，即使溫度不變，岩石也可能因為熔點下降而熔融。這是地幔岩漿生成的主要機制。
3. 揮發份含量 (Volatile Content): 主要是指水 (H₂O) 和二氧化碳 (CO₂)。揮發份能顯著降低岩石的熔點。在俯衝帶，含水的沉積物或蛇綠岩被帶入地幔，釋放出水，水進入上覆地幔楔，降低其熔點，從而發生熔融生成安山岩質岩漿。

岩漿的分類與特徵 (依 SiO₂ 含量)：
岩漿依據 SiO₂ 含量可分為三類，SiO₂ 含量越高，通常黏滯度越高，噴發形式越趨於爆炸性。

1. 基性岩漿 (Basaltic Magma):

   • SiO₂ 含量: 約 45-55 wt%
   • 主要礦物: 富含鎂鐵質礦物，如橄欖石 (Olivine)、輝石 (Pyroxene)、斜長石 (Plagioclase，鈣長石端)。
   • 溫度: 較高，約 1000-1200°C。
   • 黏滯度 (Viscosity): 較低，流動性好。
   • 揮發份含量: 較低。
   • 噴發特徵: 通常形成盾狀火山 (Shield Volcanoes)，噴發較為平靜，以溢流玄武岩 (Tholeiitic Basalt) 和鹼性玄武岩 (Alkaline Basalt) 為主。
   • 生成位置: 洋中脊、熱點、大陸裂谷。

2. 中性岩漿 (Andesitic Magma):

   • SiO₂ 含量: 約 55-65 wt%
   • 主要礦物: 包含鎂鐵質和造岩礦物，如斜長石 (Plagioclase，鈉長石端)、角閃石 (Amphibole)、黑雲母 (Biotite)，少量輝石。
   • 溫度: 中等，約 800-1000°C。
   • 黏滯度: 中等，流動性一般。
   • 揮發份含量: 中等。

本題考查區域變質作用中，以黏土礦物為主的沉積岩（如泥岩、頁岩）隨著變質程度（變質壓力與溫度）的升高，所發生的礦物組合與組織的演化過程。

區域變質作用環境與原始岩石：
區域變質作用 (Regional Metamorphism) 是指在較大的地殼區域內，由於構造應力、溫度和壓力的綜合作用而產生的變質作用，通常與造山運動有關。原始岩石為富含黏土礦物 (Clay Minerals) 的沉積岩，例如泥岩 (Mudstone) 或頁岩 (Shale)。這些岩石的主要成分是黏土礦物（如伊利石 Illite、蒙脫石 Montmorillonite）以及石英 (Quartz)、長石 (Feldspar) 和有機質。

變質度逐步升高過程中的變質演化特徵：
隨著變質條件（溫度和壓力）的升高，岩石中的礦物會經歷一系列的重結晶、轉變和新礦物的生成。這個過程可以分為幾個階段：

1. 低變質度階段 (Low-grade Metamorphism):

   • 溫度範圍: 約 200-300°C
   • 壓力範圍: 中等至高
   • 礦物變化:
     • 黏土礦物開始脫水，轉變為較穩定的低溫變質礦物。
     • 泥質岩 (Pelitic Rocks):
       • 綠泥石 (Chlorite): 由黏土礦物（如伊利石、蒙脫石）和少量石英、碳酸鹽等反應生成。
       • 白雲母 (Muscovite): 也是由黏土礦物反應生成。
       • 石英 (Quartz) 和長石 (Feldspar): 保持相對穩定，但可能發生重結晶。
     • 組織變化:
       • 薄頁狀變質岩 (Phyllite) / 綠泥石-白雲母帶 (Chlorite-Muscovite Zone): 黏土礦物轉變為微晶的綠泥石和白雲母。岩石開始呈現出更明顯的片理 (Schistosity) 或葉理 (Foliation)，表面呈現出一定的光澤（絹絲光澤），這是由於微小的白雲母和綠泥母片狀礦物定向排列所致。

2. 中變質度階段 (Medium-grade Metamorphism):

   • 溫度範圍: 約 300-500°C
   • 壓力範圍: 中等至高
   • 礦物變化:
     • 綠泥石-白雲母-石榴子石帶 (Chlorite-Muscovite-Garnet Zone): 隨著溫度升高，綠泥石和白雲母與石英反應，生成石榴子石 (Garnet)。
     • 綠泥石-白雲母-藍閃石帶 (Chlorite-Muscovite-Glaucophane Zone): 在高壓低溫條件下（藍片岩相），可能生成藍閃石 (Glaucophane)。
     • 綠泥石-白雲母-綠簾石帶 (Chlorite-Muscovite-Epidote Zone): 在中等壓力下，綠簾石 (Epidote) 也可能出現。

本題考查海洋地殼與大陸地殼的差異性比較，以及這些差異背後的地質意義。

海洋地殼與大陸地殼的比較：

造成這些差異的地質意義：

這些差異主要源於地球內部熱量的散失、板塊構造的動力學以及物質成分的演化。

1. 密度差異與地殼均衡 (Isostasy):
   • 意義: 大陸地殼的低密度是其能夠長期漂浮在相對較高密度的地幔之上，並形成高聳大陸的關鍵。根據地殼均衡原理，低密度的大陸地殼需要更高的厚度來維持其在軟流圈上的均衡。而高密度的海洋地殼則較薄，並且會下沉到比大陸地殼更深的位置。

本題考查喀斯特地形（喀斯特地貌）在不同發育階段（幼年期、壯年期、老年期）的地表與地下特徵。喀斯特地形是可溶性岩石（主要是碳酸鹽岩，如石灰岩）在水的作用下發生溶蝕而形成的地貌。

喀斯特地形的發育階段與特徵：

喀斯特地形的發育是一個連續的過程，但可以人為劃分為幼年期、壯年期和老年期，以描述其演化的不同階段。

1. 幼年期 (Youthful Stage):

• 特徵: 溶蝕作用剛剛開始，地貌形態變化不大，地下水的溶蝕作用尚不明顯。
• 地表特徵:
  • 地表滲穴 (Sinkholes / Dolines): 這是喀斯特最典型的地貌之一。在幼年期，滲穴通常較小，形態多樣，可能是由於岩石表面的微小裂隙受到水的作用而擴大，或由於地表碳酸鹽岩的直接溶蝕形成。常見的有：
    • 溶蝕滲穴 (Solution Sinkholes): 表面溶蝕形成。
    • 地下管洞塌陷滲穴 (Collapse Sinkholes): 較少見，表示地下有較明顯的管洞。
  • 溝槽 (Karren / Lapies): 在裸露的石灰岩表面，由於雨水沿著裂隙和節理流動，產生線狀或條狀的溶蝕溝槽。
  • 較少的地下河: 地下水系尚未發育成熟，地下河系統規模較小或不明顯。
  • 地表水系尚存: 雖然部分地表水會滲入地下，但仍有地表河流、溪流存在，但可能出現“乾谷”或“消失的河流”現象。
• 地下特徵:
  • 狹窄的裂隙與孔洞: 溶蝕主要發生在岩石的裂隙和節理中，形成較小的溶洞或通道。
  • 地下水流動不集中: 水流分散在岩石的孔隙和裂隙中。
  • 地下河系統不發育: 尚無明顯的、集中的地下河。

2. 壯年期 (Mature Stage):

• 特徵: 溶蝕作用強烈，地表和地下形態都十分發育，是喀斯特地貌最豐富的時期。
• 地表特徵:
  • 大規模的滲穴 (Sinkholes / Dolines): 滲穴數量多，形態變化大，包括圓形、橢圓形、漏斗形，且尺寸可能非常大。多個滲穴可能匯合形成更大的窪地。
  • 懸谷 (Uvalas): 由數個相鄰的滲穴匯合形成的較大的不規則窪地。
  • 喀斯特漏斗 (Poljes): 這是壯年期最為顯著的地貌特徵之一，是極大的、平底的、被陡峭崖壁環繞的窪地，通常是多個滲穴和懸谷匯合而成，內部可能積水形成臨時湖泊。
  • 乾谷 (Dry Valleys): 原有地表河流被地下河截流後留下的河谷。

本題考查沙漠的定義、成因，以及其在緯度分佈的規律（副熱帶高壓帶），並詳細解釋雨影沙漠的形成過程。

1. 沙漠的定義 (從氣候觀點):
沙漠是指年降水量極少，蒸發量遠大於降水量，植被稀疏或缺失，土壤乾燥的地區。從氣候學角度，通常以年平均降水量來界定：

• 年平均降水量小於 250 毫米 (mm)。
• 年平均蒸發量遠大於年平均降水量，導致土壤水分嚴重不足。

2. 沙漠形成的氣候條件:
沙漠形成的主要氣候條件是長期乾旱，即降水量極少且蒸發量大。這種乾旱氣候的成因可分為幾類：

• 副熱帶高壓帶控制 (Subtropical High Pressure Belts): 在南北緯約 20°-35° 之間，盛行下沉的空氣氣流。下沉氣流增溫並擴散，導致相對濕度降低，不利於雲的形成和降水。這是全球最普遍的沙漠分佈區（如撒哈拉沙漠、阿拉伯沙漠、澳洲中部沙漠）。
• 大陸內部 (Continental Interiors): 遠離海洋，水汽難以到達。即使有濕潤的氣團進入，經過長距離的陸地傳輸，水汽也已大量消耗，因此內陸地區降水稀少（如中亞的沙漠、北美洲的盆地沙漠）。
• 寒流影響 (Cold Ocean Currents): 在大陸西海岸，若有寒流經過，會導致近海空氣溫度降低，空氣穩定，不易形成對流降水。雖然空氣濕度相對較高，但近地面水汽不易凝結成雨（如秘魯沿岸的阿塔卡馬沙漠、非洲西南海岸的納米比沙漠）。
• 地形影響 (Rain Shadow Effect): 盛行風在經過高大山脈時，迎風坡降水，背風坡空氣下沉增溫，形成乾燥區（即雨影沙漠，詳見下文）。

3. 沙漠常分布於南北緯約 30° 附近的原因:
南北緯約 30° 附近是全球範圍內兩個重要的氣壓帶——副熱帶高壓帶 (Subtropical High Pressure Belt) 的常年控制區域。

• 形成機制: 在熱帶地區，由於太陽輻射強烈，空氣受熱上升，形成赤道低壓帶。上升的空氣在高空向兩側（向南北兩極方向）傳輸，在高空冷卻並變重，然後在南北緯約 30° 附近開始下沉。