115 年 國立中央大學應用地質研究所碩士班在職生《普通地質學》

本題考查「河階」的定義。

河階（river terrace）是指河流在侵蝕基準面相對下降或地殼持續抬升的過程中，於河谷兩側所形成的階梯狀地形。當河流的侵蝕作用大於搬運作用時，河流會向下切割其谷底。如果侵蝕基準面下降（例如海平面下降或河流下游抬升），河流將獲得更強的侵蝕能力，並向下切割。

本題考查「地質圈套」的定義。

地質圈套（geologic trap）是指在地殼內部，能夠阻止油氣（石油和天然氣）向上或向側方散逸，並聚集形成油氣儲層的地質構造或地層組合。油氣的生成需要有機質在適當的溫度和壓力下裂解，而油氣的儲存則需要有良好的儲集岩（如砂岩、裂隙發達的碳酸鹽岩）以及一個有效的蓋層（如泥岩、鹽岩）來阻止油氣的逃逸。地質圈套是油氣聚集的關鍵因素，沒有有效的圈套，即使有足夠的油氣來源和儲集空間，也無法形成商業性的油氣藏。

本題考查「莫氏不連續面」的定義。

莫氏不連續面（Mohorovičić discontinuity，簡稱 Moho）是地球地殼與地幔之間的一個主要不連續面，也是地球內部結構的一個重要界面。此界面以發現此不連續面的塞爾維亞地震學家安德里亞·莫霍羅維奇奇（Andrija Mohorovičić）命名。

本題考查「堰塞湖」的定義。

堰塞湖（landslide dam）是指由山崩、滑坡、冰川移動或火山噴發物等物質堵塞河流，導致河水積聚而形成的湖泊。

本題考查「灰色砂岩」的定義。

灰色砂岩（graywacke）是一種具有代表性的深灰色或灰綠色砂岩，主要由砂粒級的碎屑物質組成，但其碎屑成分複雜，除了石英、長石等礦物顆粒外，還含有大量的岩屑（rock fragments），特別是來自火成岩或變質岩的微晶質岩屑。

本題包含兩個部分：首先要求辨識沉積岩的主要特徵，其次說明沉積岩的成岩作用過程與機制。

第一部分：沉積岩的辨識特徵 (10%)

沉積岩是三大岩類（火成岩、變質岩、沉積岩）中最常見的一類，約佔地表岩石的 75%。其辨識主要依據以下特徵：

1. 層理（Stratification / Bedding）：這是沉積岩最顯著的特徵。沉積物通常是逐層堆積而成，因此沉積岩常呈現出平行或傾斜的層理構造，不同層位的沉積物可能在顆粒大小、成分、顏色或結構上有所差異。
2. 顆粒結構（Sedimentary Structures）：除了層理外，沉積岩還常包含各種沉積構造，如：
   • 交錯層理（Cross-bedding）：由風或水流搬運沉積物時形成的斜向層理。
   • 波痕（Ripple Marks）：由水流或風力作用在鬆散沉積物表面形成的起伏。
   • 泥裂（Mud Cracks）：沉積物乾燥收縮形成的裂縫。
   • 生痕化石（Trace Fossils）：生物活動留下的痕跡，如足跡、鑽孔等。
3. 化石（Fossils）：沉積岩是唯一常見含有化石的岩石類型，因為沉積環境通常能保存生物遺體或其活動痕跡。化石是判斷沉積岩年齡和古環境的重要依據。
4. 成分（Composition）：沉積岩主要由碎屑顆粒（如石英、長石、岩屑、黏土礦物）或化學沉澱物（如碳酸鈣、石膏、鹽）組成。碎屑沉積岩（如砂岩、頁岩）的顆粒大小、圓度、磨圓度及其膠結程度是重要的判斷依據。化學沉積岩（如石灰岩、石鹽）則根據其化學成分和結晶結構來辨識。
5. 鬆散結構（Loose Texture）：許多沉積岩（尤其是在成岩作用未完全進行的階段）可能保持鬆散的狀態，容易破碎。

第二部分：沉積岩的成岩作用過程與機制 (10%)

成岩作用（Diagenesis）是指沉積物在沉積後，在地表或淺地表條件下，所經歷的所有物理、化學和生物過程，這些過程最終將鬆散的沉積物轉變為堅硬的沉積岩。主要過程與機制包括：

本題包含兩個部分：首先要求說明板塊邊界的型態，其次說明地質學家如何得知板塊邊界的存在。

第一部分：板塊邊界的型態 (10%)

根據板塊相對運動的方向，板塊邊界主要可分為三種基本型態：

1. 離散型邊界（Divergent Boundary）：

   • 運動方向：兩個板塊相互分離（拉張）。
   • 地質現象：地殼增生。在地殼拉張處，岩漿上湧，形成新的地殼。
   • 常見於：
     • 洋中脊（Mid-ocean Ridge）：如大西洋中洋脊，是海底擴張的主要場所，形成新的海洋地殼。
     • 大陸裂谷（Continental Rift Valley）：如東非大裂谷，是大陸地殼正在分裂的過程，未來可能形成新的海洋。

2. 聚合型邊界（Convergent Boundary）：

   • 運動方向：兩個板塊相互碰撞、擠壓。
   • 地質現象：地殼消減或碰撞。根據碰撞板塊的性質（海洋或大陸），會產生不同的地質現象。
     • 海洋板塊與大陸板塊聚合：密度較大的海洋板塊會俯衝（subduct）到密度較小的大陸板塊之下，形成海溝、火山弧（如安第斯山脈）和地震。
     • 海洋板塊與海洋板塊聚合：一個海洋板塊俯衝到另一個海洋板塊之下，形成海溝、島弧（如日本、菲律賓）和地震。
     • 大陸板塊與大陸板塊聚合：由於兩個大陸板塊的密度都較小，難以俯衝，因此會發生強烈的擠壓、褶皺和斷裂，形成巨大的褶皺山脈（如喜馬拉雅山脈）和廣泛的地震。

3. 轉形型邊界（Transform Boundary）：

   • 運動方向：兩個板塊相互水平錯動（滑動）。
   • 地質現象：地殼不增生也不消減，但會產生強烈的地震。
   • 常見於：
     • 轉形斷層（Transform Fault）：如聖安德列斯斷層（San Andreas Fault），連接兩個洋中脊或洋中脊與海溝之間的洋殼。

第二部分：地質學家得知現今板塊邊界存在的方法 (10%)

地質學家透過多種地球觀測和地球物理學方法來得知現今板塊邊界的存在與活動：

1. 地震活動監測（Seismic Activity Monitoring）：
   • 方法：利用地震儀（seismometers）記錄全球發生的地震。

本題包含兩個部分：首先要求定義「活火山」，其次舉例說明火山監測的方法。

第一部分：何謂「活火山」 (10%)

活火山（Active Volcano）是指目前仍在噴發，或在過去一段時間內（通常定義為最近一萬年內，即全新世 Holocene）有過噴發記錄，並且未來仍有可能再次噴發的火山。這個定義包含了三個主要面向：

1. 持續噴發：火山正在經歷噴發活動，例如噴出熔岩、火山灰、火山氣體等。
2. 近期噴發記錄：即使目前沒有噴發，但在地質學上相對較近的時期（全新世）有過噴發紀錄。這表明該火山系統仍然活躍，有岩漿庫支持。
3. 未來噴發的可能性：基於其地質歷史和目前的活動跡象，科學家判斷該火山未來仍有可能再次噴發。

需要注意的是，「活火山」的定義在不同機構或學術領域可能略有差異，有些定義會更嚴格，例如要求在歷史時期（約過去幾千年）內有過噴發。但普遍而言，具有近期噴發歷史且未來仍有噴發潛力的火山，都會被歸類為活火山。

第二部分：五個火山監測的方法 (10%)

火山監測是為了預警潛在的火山噴發，減少災害。以下是五個常用的火山監測方法：

1. 地震監測 (Seismic Monitoring)：

   • 原理：岩漿在地下移動、儲存以及壓力變化會引起地殼的應力變化，進而引發地震。火山地區的地震活動頻繁且具有特殊模式（如火山震顫 Volcanic Tremor）。
   • 監測內容：記錄地震的位置、深度、頻率、震級和波形。例如，岩漿庫上方可能出現地震活動增加，且地震震源深度可能逐漸變淺，表明岩漿正在向地表移動。

2. 地表變形監測 (Ground Deformation Monitoring)：

   • 原理：岩漿庫充氣、壓力增加或地下結構的改變會導致火山體表面發生隆起、沉降或傾斜。
   • 監測內容：
     • 傾斜儀 (Tiltmeters)：測量地表微小的傾斜變化。

本題包含兩個部分：首先要求從地體構造解釋台灣高地溫梯度的原因，其次列舉台灣適合地熱開發的地區。

第一部分：台灣高地溫梯度的地體構造原因 (10%)

台灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的聚合型邊界，地體構造極為活躍且複雜，這造就了台灣許多地區具備高地溫梯度的特徵。高地溫梯度（Geothermal Gradient）是指地溫隨深度增加的速率。台灣高地溫梯度的主要原因與其特殊的板塊互動有關：

1. 板塊碰撞與變形：

   • 機制：台灣位於菲律賓海板塊向北西方向俯衝進入歐亞板塊之下（或碰撞擠壓）的地帶。這種劇烈的板塊碰撞導致地殼受到強烈的壓縮、褶皺、斷裂和錯動。
   • 影響：
     • 地殼變薄與抬升：碰撞過程可能導致地殼變薄（某些區域）或因物質堆疊而變厚（造山帶），但伴隨的應力釋放和斷裂作用，使得地下的熱量更容易透過較薄的地殼或斷裂帶傳遞到地表。
     • 斷裂系統發達：大量的逆衝斷層和走滑斷層形成，這些斷裂帶是熱流（heat flow）向上傳遞的通道，使得地下深處的高溫區域得以接近地表。

2. 岩漿活動與熱液系統：

   • 機制：在聚合邊界，俯衝的板塊（海洋地殼）會脫水，降低上覆地幔楔的熔點，引發岩漿生成。這些岩漿可能上升至地殼中，形成岩漿庫。
   • 影響：
     • 地溫升高：岩漿庫本身是高溫源，會顯著提高周圍地殼的溫度，形成局部的高溫梯度。
     • 熱液循環：岩漿或地溫升高的地殼區域加熱地下水，形成高溫熱液系統。這些熱液流體透過斷裂系統向上運移，將熱能帶到地表附近，形成高溫的地下水和噴氣孔，這也是地熱資源的重要表現。台灣的溫泉區大多與此類熱液系統有關。

3. 高放射性元素含量：

   • 機制：台灣的造山帶，特別是中央山脈，富含花崗岩質的岩石，這些岩石通常含有較高的鈾（U）、釷（Th）和鉀（K）等放射性元素。
   • 影響：這些放射性元素的衰變會持續釋放出熱量，為地溫的升高提供了內在的熱源。