113 年 國立臺灣大學地質科學系及海洋研究所聯合招生《地球物質》

核心觀念：壓力降低導致礦物熔融的過程。

詳解：
Decompression melting 指的是在壓力降低的情況下，岩石發生熔融的過程。當岩石上升至地殼或地函上部時，圍岩壓力會隨之減小。

核心觀念：變質岩中礦物定向排列形成的片狀或線狀構造。

詳解：
Foliation 是變質岩中常見的一種構造，指的是變質作用過程中，片狀或柱狀礦物（如雲母、角閃石）在壓力作用下，傾向於與最大應力方向垂直、最小應力方向平行的方向排列，形成一種規則的層狀、片狀或線狀構造。

核心觀念：一種常見的硫酸鹽礦物，常形成於蒸發岩環境。

詳解：
Gypsum（石膏）是一種常見的硫酸鹽礦物，化學成分為 $CaSO_4 \cdot 2H_2O$。它通常由鹹水湖或海洋中的水蒸發沉澱形成，屬於蒸發岩。

核心觀念：指富含鎂（Mg）和鐵（Fe）的矽酸鹽礦物或岩石。

詳解：
Mafic 是描述岩石或礦物的一種術語，源自 Magnesium（鎂）和 Ferric（鐵，指鐵離子，化學符號 Fe）。

核心觀念：混合岩，是部分熔融產生的火成岩和變質岩的混合體。

詳解：
Migmatite（混合岩）是一種特殊類型的變質岩，它是在高溫高壓條件下，原有岩石（通常是火成岩或沉積岩）發生部分熔融的結果。

核心觀念：一種由碳酸鈣等礦物圍繞核心層層沉澱形成的球狀沉澱物。

詳解：
Oolith（鈆球粒、鈇石）是一種微小的球狀或橢球狀顆粒，直徑通常小於 2 毫米，由碳酸鈣（方解石）或其他礦物（如鐵的氧化物）圍繞一個核心（如砂粒、生物碎屑）層層沉澱

核心觀念：某些礦物在不同方向上呈現不同顏色的光學現象。

核心觀念：沉積物顆粒大小分布的均勻程度。

核心觀念：金剛石（鑽石）的產狀與母岩。

核心觀念：島弧隱沒帶的典型構造空間配置。

詳解：
在一個典型的島弧隱沒帶中，構造單元自大洋（海）向大陸（陸）的空間排列順序如下：
首先是海溝（Trench），這是俯衝板塊彎曲下沉的最深處，標誌著隱沒的開始。
其次是火山前緣（Volcanic front），這是弧形火山鏈的陸側邊界，由於俯衝板塊脫水引起的地函熔融而形成。

核心觀念：用於判斷古水流方向的沉積構造。

詳解：
在礫岩（Conglomerate）中，用於判斷古水流方向的沉積構造主要有兩種：

1. 斜交層理 (Cross-bedding)：這是最常見且最有效的指標。在斜交層理中，較大的層面（主層理）被傾斜的細層（交錯層理）打斷，這些細層的傾斜方向指示了沉積物搬運的方向，也就是古水流方向。

核心觀念：火成岩的分類依據。

詳解：
火成岩的分類有兩種主要方式：

1. 深成岩 (Intrusive igneous rocks)：由於形成於地下深處，冷卻速度慢，礦物有足夠時間結晶長大，因此主要依據其礦物組成 (mineral composition) 來分類，例如花崗岩（富含石英、長石）、閃長岩、輝長岩等。

核心觀念：綠色片岩相的代表性綠色礦物。

詳解：
綠色片岩（Greenschist）是一種變質岩，其名稱來自於其普遍呈現的綠色。這種綠色主要是由兩種常見的綠色變質礦物所賦予：

核心觀念：藍片岩相的代表性藍色礦物。

詳解：
藍片岩（Blueschist）是一種變質岩，其名稱來自於其普遍呈現的藍色。這種藍色主要是由兩種獨特的藍色變質礦物所賦予，它們在藍片岩相（低溫高壓）的條件下形成：

核心觀念：地函橄欖岩的主要礦物成分。

詳解：
地函橄欖岩（Mantle peridotite）是構成地函上部的主要岩石類型。其主要礦物成分是鎂質矽酸鹽礦物，其中最主要的兩種是：

1. 橄欖石 (Olivine)：這是地函橄欖岩中最主要的礦物，佔據了大部分體積。橄欖石的化學成分為 $(Mg, Fe)_2SiO_4$，其中鎂含量高時顏色偏綠。

核心觀念：粒變岩相的礦物組合特徵。

詳解：
粒變岩（Granulite）是高溫變質作用（粒變岩相）的產物，其特徵是缺乏水雲母（mica）和角閃石（amphibole）等含水礦物。

核心觀念：塔 the Bouma sequence 序列的各層結構特徵。

詳解：
Bouma sequence 描述了濁流（turbidity current）沉積物在海底或湖底沉積時，由下而上依序形成的標準五層結構。這種序列代表了濁流從高速移動到靜止沉降的過程。由底部（沉積最早）到頂部（沉積最晚）的改變如下：

• E 層 (頂部)：細粒沉積層。主要由泥岩（mudstone）或細粉砂岩（siltstone）組成，顆粒非常細小，沉積速度最慢。
• D 層：粉砂質層。主要由粉砂岩（siltstone）組成，顆粒比 E 層稍粗。
• C 層：波動層理層（Contorted or convolute bedding layer）。

核心觀念：Bouma sequence 各層沉積動力學的解釋。

詳解：
Bouma sequence 的各層結構反映了濁流（turbidity current）在沉降過程中，流速和能量不斷減小的動力學過程。

• A 層 (底部，斜侵層理砂岩層)：這是濁流剛開始減速時沉積的。流速仍然很高，能夠搬運較粗的顆粒，並在底部形成斜交層理或平行層理。由於顆粒較大且流速高，容易產生較強的剪切力，導致顆粒的滾動和躍移，形成層理。此層的沉積動力最強。
• B 層 (平行層理砂岩層)：隨著流速進一步降低，但仍足以搬運細砂，形成顆粒大小較均勻、呈平行層理排列的沉積。此時的流速比 A 層低，但仍能維持一定的搬運能力。

核心觀念：碎屑沉積岩的分類依據。

詳解：
碎屑沉積岩（Clastic sedimentary rocks）是通過物理或化學風化作用形成的碎屑顆粒，經過搬運、沉積、壓實和膠結等過程而形成的岩石。其分類主要基於構成岩石的碎屑顆粒的四大特性：

1. 顆粒大小 (Grain size)：這是最主要的分類依據。根據顆粒的平均直徑，可將碎屑岩分為礫岩（>2 mm）、砂岩（1/16 mm - 2 mm）、粉砂岩（1/256 mm - 1/16 mm）和泥岩（<1/256 mm）。

核心觀念：接觸變質作用的機制。

詳解：
接觸變質作用（Contact metamorphism）是指岩漿侵入體（如岩脈、岩基）的高溫岩漿接觸周圍的圍岩時，由於高溫的熱傳導而引起的變質作用。這種變質作用主要發生在岩漿侵入體周圍的一個環帶狀區域，稱為「烘烤帶」（baked zone）或「接觸變質帶」。

其發生機制如下：

1. 熱傳導 (Heat transfer)：高溫的岩漿將熱量傳遞給周圍較冷的圍岩。

核心觀念：接觸變質岩的典型特徵。

詳解：
由接觸變質作用生成的變質岩，由於主要受高溫影響，通常會呈現出以下特徵：

1. 粒狀變晶結構 (Granoblastic texture)：礦物顆粒通常呈等粒狀、緊密結合的結構，因為高溫有利於礦物的擴散和重結晶，形成大小均勻的顆粒。

核心觀念：Bowen 反應系列的「不連續系列」的礦物結晶順序。

詳解：
Bowen 反應系列描述了矽酸鹽礦物在從地幔岩漿逐漸冷卻過程中，先後結晶的順序。它分為「連續系列」（斜長石）和「不連續系列」（鐵鎂礦物）。

不連續系列（Discontinuous Series）的礦物，在結晶過程中會經歷化學組成的劇烈變化，每次結晶出一種新礦物，其結構和成分都與前一種有顯著不同。

核心觀念：Bowen 不連續系列礦物在結晶順序中的化學組成和物理性質變化趨勢。

詳解：
承接上一題，Bowen 不連續系列礦物從高溫到低溫（結晶順序）的變化，體現了矽酸鹽礦物在冷卻過程中的演化趨勢：

化學組成上的改變：

1. 矽（Si）含量增加：從最早結晶的橄欖石（$SiO_4$ 四面體獨立存在）到最後結晶的雲母（$Si_4O_{10}$ 構成片狀結構），矽的含量逐漸增加。
2. 鹼金屬（Na, K）含量增加，鹼土金屬（Ca, Mg）含量減少：最早結晶的橄欖石和輝石富含鎂（Mg）和鈣（Ca）。隨著溫度降低，岩漿中可用的 Mg 和 Ca 離子減少，而 Na 和 K 離子相對增多，這些離子進入後續結晶的角閃石、黑雲母等礦物中。
3. 結構複雜化：從獨立的 $SiO_4$ 四面體（橄欖石），到鏈狀（輝石），再到帶狀（角閃石），最後到片狀（雲母），礦物的結構逐漸變得複雜。

物理性質上的改變：

核心觀念：蛇綠岩的組成單元及其在地質意義上的代表性。

詳解：
蛇綠岩（Ophiolite）是一系列在海洋地殼和上部地幔形成後，經由構造運動（如碰撞擠壓）被推覆到大陸地殼上的岩石組合。它被認為是海洋岩石圈的部分殘留，是研究海洋地殼構造和演化的重要窗口。

繪圖展示：
（請在此處想像一個簡化的蛇綠岩剖面圖，由下往上大致包含以下單元。由於無法在此處繪圖，僅以文字描述結構。）

• 底部：地幔楔（Mantle Wedge）：通常是未變質或輕度變質的超基性岩石，如純橄欖岩（Dunite）和二輝橄欖岩（Harzburgite），代表了上部地幔的物質。
• 中部：海洋地殼：
  • 下部：枕狀熔岩 (Pillow basalts)：這是海底火山噴發形成的典型形態，由一系列枕狀的玄武岩組成，是海洋地殼的頂部。
  • 中部：岩牆群 (Dike swarm)：由密集、近乎垂直的玄武岩岩脈組成，代表了地殼下方岩漿房供應給枕狀熔岩的通道。