114 年 國立臺灣大學地質科學系及海洋研究所聯合招生《海洋地質學》

本題為海洋地質學的基礎名詞解釋，共 11 個名詞，每題 5 分，總計 55 分。需對每個名詞的定義、形成機制、在地質上的意義等有清晰的理解。

(a) Deep sea trench (深海海溝)
定義：海洋中極深、狹長的凹陷地形，通常位於俯衝帶上方。
形成：主要由海洋板塊俯衝到另一個板塊（海洋或大陸板塊）下方時，由於板塊擠壓和俯衝作用，導致地殼下陷形成。
地質意義：記錄板塊運動、地震活動頻繁的區域，是研究俯衝帶動力學和地震成因的關鍵。

(b) Magnetic anomaly (磁異常)
定義：地球局部區域的磁場強度與該區域預期正常磁場強度之間的偏差。
形成：主要與地殼中富含磁鐵礦的火成岩有關。當岩漿冷卻並通過居里溫度時，岩石中的磁性礦物會被磁化，其磁化方向受當時地磁場影響。在海底擴張過程中，新形成的玄武岩帶會記錄下當時地磁場的極性，並以規則的條帶狀排列在洋中脊兩側，形成平行對稱的磁異常條帶。
地質意義：海底擴張的關鍵證據，可用於確定洋殼年齡、擴張速率以及板塊運動方向。

(c) S-wave (S波，或稱橫波)
定義：一種地震波，其質點振動方向與波傳播方向垂直。
特性：S波不能在液體中傳播，速度較P波慢。
地質意義：在地質學和地球物理學中，S波的傳播特性是研究地球內部結構（如地核的液態性質）的重要工具。在海洋地質學中，雖然地震儀通常布設在陸地上，但遠洋地震記錄的S波資訊仍可提供地球內部結構的線索。

(d) Oceanic island basalt (OIB, 海洋島玄武岩)
定義：形成於大洋中，與板塊邊界無關的火山島（如夏威夷群島）上的玄武岩。
形成：通常認為是由地函熱柱（plume）上升，穿透大洋岩石圈，在地表噴發形成的。
地質意義：OIB 的地球化學組成與洋中脊玄武岩 (MORB) 不同，其獨特的同位素特徵（如較高的 $\text{}^{87}\text{Sr}/\text{}^{86}\text{Sr}$ 和較低的 $\text{}^{143}\text{Nd}/\text{}^{144}\text{Nd}$）被認為反映了地函深部富集的地幔組分，是研究地幔異質性、熱柱成因和地幔演化的重要樣本。

(e) Sediment gravity flow (沉積物重力流)
定義：一種由重力驅動的、含有高濃度固體顆粒的流體（懸浮液）在水底坡度上向下流動的過程，將大量沉積物快速搬運並沉積下來。
種類與特徵：包括濁流（turbidity current）、滑塌（debris flow）、滑脫（slump）等。濁流是其中最常見的一種，其特徵是高密度、高速度、高攜帶能力，形成獨特的濁流岩（turbidite）沉積序列，具有遞變層理、荷包構造、底擦痕等特徴。
地質意義：是深海盆地和斜坡地區重要的沉積物輸送和堆積方式，形成厚層的濁流岩體，是研究深海環境、古海洋學和油氣儲層的重要對象。

(f) Last Glacial Maximum (LGM, 末次冰期極盛期)
定義：約發生在 2 萬年前，是過去約 260 萬年來的第四紀冰期中，冰蓋覆蓋面積最大、全球氣溫最低的時期。
特徵：全球海平面大幅下降（約下降 120-130 公尺），大量水被鎖在陸地冰蓋中。陸地面積擴大，許多現今的島嶼與大陸相連，淺海區域露出。
地質意義：對全球海岸線、沉積環境、生物圈產生巨大影響，其遺蹟（如冰磧地貌、古海岸線）是研究過去氣候變遷和海平面變化的重要依據。

(g) Marine Isotope Stage (MIS, 海洋氧同位素階段)
定義：根據海洋中鈣質浮游生物遺骸（主要是介形蟲和鈣質超微化石）的氧同位素比值（$\delta^{18}\text{O}$）變

本題為簡答題，共三小題，每小題 15 分，總計 45 分。

(a) 岩石圈與地殼的特徵與差別

核心觀念： 岩石圈 (Lithosphere) 與地殼 (Crust) 是兩個不同尺度和組成層次的地球構造概念，岩石圈是剛性的外殼，而地殼是岩石圈的頂部固體層。

論述：

1. 地殼 (Crust)：

   • 定義：地球最外層的固體岩石圈，是大陸地殼和海洋地殼的總稱。
   • 組成：
     • 大陸地殼：主要由較輕的長英質岩石組成，如花崗岩、變質岩，平均密度約 $2.7 \text{ g/cm}^3$，厚度較大（平均約 30-40 公里，山脈地區可達 70 公里）。
     • 海洋地殼：主要由較重的鎂鐵質岩石組成，如玄武岩、輝長岩，平均密度約 $3.0 \text{ g/cm}^3$，厚度較薄（平均約 5-10 公里）。
   • 位置：位於地幔頂部之上。
   • 特性：是固體岩石層，但其物理性質（如溫度、壓力）會隨深度增加而變化。

2. 岩石圈 (Lithosphere)：

   • 定義：地球最外層的剛性、堅硬的層，包含地殼和地幔頂部的堅硬部分。
   • 組成：包含整個地殼（大陸地殼和海洋地殼）以及上部地幔的頂部固體部分。
   • 位置：位於軟流圈 (Asthenosphere) 之上。
   • 特性：岩石圈是相對堅硬且脆性的，能夠承受一定的應力而不發生顯著變形。它被分割成許多獨立的板塊（Tectonic Plates），這些板塊在下方較軟的軟流圈上緩慢移動，是板塊構造學說的基礎。
   • 厚度：岩石圈的厚度變化很大，海洋岩石圈通常比大陸岩石圈薄，且隨地殼年齡增長而增厚。海洋岩石圈厚度約為 50-100 公里，大陸岩石圈厚度則可達 100-200 公里（甚至更厚）。

差別總結：

特徵	地殼 (Crust)	岩石圈 (Lithosphere)
範圍	地球最外層的固體岩石層 (大陸地殼 + 海洋地殼)	包含地殼 及 上部地幔的頂部固體部分
厚度	相對較薄 (5-70 公里)	相對較厚 (50-200+ 公里)
組成	主要是花崗岩質 (大陸) 或玄武岩質 (海洋)	包含地殼岩石 以及 上部地幔的橄欖岩等富鎂鐵質岩石
移動性	是岩石圈的一部分，隨岩石圈板塊移動	是剛性板塊，在軟流圈上移動
概念層次	是岩石圈的頂部組成部分	是板塊構造學說的基礎，是地質結構的較大尺度劃分

簡而言之，地殼是岩石圈的「外皮」，而岩石圈則包含這層外皮以及其下方的堅硬地幔部分。

【答案】岩石圈包含地殼和上部地幔的堅硬部分，而地殼僅指地球最外層的岩石層。岩石圈是剛性的板塊，在地幔上移動；地殼的厚度和組成則依據是大陸地殼或海洋地殼而有差異。

(b) 近海沈積作用的種類與特徵

核心觀念： 近海 (Neritic zone) 指的是大陸棚區域，水深相對較淺，受陸地來源沉積物和海浪、潮汐、洋流等影響顯著，沉積作用種類多樣，特徵明顯。

申論：

近海沉積作用主要受以下因素控制：

1. 沉積物來源：陸源碎屑沉積物是主要來源，由河流搬運至海岸，再由波浪和洋流作用擴散。此外，生物碎屑（如貝殼、珊瑚骨骼）和自生礦物（如蒸發岩、鐵錳結核）也占有一定比例。
2. 水動力條件：淺水區波浪和潮汐作用強烈，能夠搬運和分選沉積物，形成特定的沉積構造。
3. 水深與離岸距離：水深和離岸距離決定了沉積物顆粒的粒徑分選程度，離岸越遠，沉積物越細。
4. 生物作用：生物的遺骸是重要的沉積物組分，生物的活動也會影響沉積物的物理性質。

主要沉積作用種類與特徵：

1. 河流三角洲沉積 (Fluvial Deltaic Sedimentation)：

   • 形成：當河流攜帶大量沉積物注入相對靜止的海洋時形成。
   • 特徵：具有從陸側向海側的粒度遞減趨勢。常見的沉積體包括：
     • 河道砂岩：具交叉層理、塊狀層理。
     • 潮坪/潟湖泥岩：水平層理，富含有機質，可能含鹽類。
     • 前三角洲泥岩：細粒，含水率高。
     • 斜坡沉積：濁流或滑塌作用形成的細粒沉積物。
   • 代表意義：是陸源碎屑沉積物進入海洋的主要通道。

2. 波浪和潮汐作用下的沉積 (Wave and Tidal Action Sedimentation)：

   • 形成：在淺水、能量較高的海岸和近岸區域。
   • 特徵：
     • 良好的粒度分選：波浪和潮汐能將不同粒徑的沉積物分開，細小顆粒被搬運至較遠處。
     • 波痕 (Ripples) 和沙波 (Sand waves)：形成於沙質沉積物表面，反映了水流方向和能量。
     • 交錯層理 (Cross-bedding)：水平或斜向的層理，反映了波浪或潮汐流的搬運。
     • 生物擾動構造 (Bioturbation)：生物活動（如鑽孔、挖掘）會將沉積物擾亂，形成混雜的結構。