110 高普考高考三級 地質 構造地質學 考古題詳解

核心觀念

本題考查大陸岩石圈的深度向強度分布，以及岩石圈的厚度、熱年齡與地體構造應變速率如何改變大陸地殼可承受的最大差應力。岩石圈不是整體具有單一強度：淺部主要受脆性破裂或摩擦滑動控制，深部則主要受高溫下的延性蠕變控制；兩種機制中較弱者，決定該深度可承受的最大應力。

岩石圈厚度是岩石圈從地表延伸到軟流圈頂部的厚度；岩石圈年齡影響其熱狀態，通常年齡較老的穩定區域較冷。大陸地殼的強度則取決於岩石組成、地溫、流體含量、應變速率及脆延性轉換位置等因素。

解題方法

以「強度—深度包絡線」作答：先分別考慮脆性與延性強度，再說明厚度、年齡及應變速率如何改變包絡線及其積分強度。

脆性破裂強度可概略表示為：

其中 $\mu$ 為摩擦係數、$\rho$ 為密度、$g$ 為重力加速度、$z$ 為深度，$\lambda$ 為孔隙流體壓力比。隨深度增加，有效圍壓提高，脆性強度通常上升。

延性蠕變可用冪次律表示：

其中 $\dot{\varepsilon}$ 為應變速率、$\sigma_{\mathrm{d}}$ 為差應力、$A$ 與 $n$ 為材料常數、$Q$ 為活化能、$R$ 為氣體常數，$T$ 為絕對溫度。溫度越高，岩石越容易延性蠕變；在其他條件相同時，應變速率越高，維持該變形速率所需的差應力也越高。

各深度的有效強度可概念化為脆性與延性強度兩者的較小值：

核心觀念

本題考查褶皺－衝斷帶內覆瓦狀逆衝斷層的發育時序，以及如何利用斷層與地層的截切關係判定逆衝作用是「順時序」（in-sequence）或「脫序」（out-of-sequence）。

覆瓦狀逆衝斷層通常由一系列彼此疊瓦、向前陸方向推進的逆衝斷層構成。判斷時序的關鍵，是看較晚形成的斷層是否切穿或重活化較早形成的斷層，以及斷層截切地層後的延伸位置：

• 順時序發育：逆衝斷層依序向前陸側（foreland）推進，新生斷層大致出現在既有逆衝系統的前方。
• 脫序發育：較晚形成的逆衝斷層回到已變形的內側或較後方，切穿、截切或重活化較早形成的構造。

解題方法

先辨認各逆衝斷層對地層的截切關係，再由被切地層的年代與構造位置判斷斷層發育先後。斷層截切某層，表示該斷層晚於該層沉積；若一條較晚的逆衝斷層又截切較早形成的逆衝斷層或其所變形的地層，就可據此辨識脫序發育。

在剖面上，判讀步驟如下：

1. 確認地層年齡與層序：辨認地層由老至新的排列，並找出哪些地層被各斷層截切。
2. 確定斷層相對先後：被截切的地層或構造較早；截切它的斷層較晚。
3. 觀察新生斷層的位置：比較較晚斷層相對於既有逆衝斷層系統的位置，判斷它是否沿前陸方向推進，或回到內側切穿既有構造。

順時序與脫序的判準

核心觀念

本題考查晶體中的差排（dislocation）如何以線狀缺陷的形貌與種類描述，以及差排潛移如何造成礦物晶粒的塑性變形與微構造。差排潛移是差排在晶體內移動、使晶格逐步剪切的變形機制；在較高溫度下，差排也可藉由攀移（climb）越過障礙物。

差排可用差排線的方向與柏格斯向量（Burgers vector）描述。柏格斯向量表示晶格缺陷造成的位移量，其方向與差排線方向的相對關係，決定差排是刃差排、螺差排或混合差排。

差排的形貌與種類

差排是晶體內部的線缺陷，可視為晶格排列在一條線附近發生不連續或錯配。依差排線與柏格斯向量的幾何關係，分為以下三種：

• 刃差排（edge dislocation）：晶體中多出半個原子面，半原子面邊緣即為差排線。差排線與柏格斯向量互相垂直，即 $\mathbf{b}\perp\boldsymbol{\xi}$。差排線移動時，晶體沿柏格斯向量方向產生剪切。
• 螺差排（screw dislocation）：晶格排列呈螺旋狀錯移，差排線與柏格斯向量平行，即 $\mathbf{b}\parallel\boldsymbol{\xi}$。
• 混合差排（mixed dislocation）：差排線與柏格斯向量既不平行也不垂直。實際晶體中的差排常沿線段改變幾何關係，因此可同時包含刃差排與螺差排成分。

差排常以其移動方式描述。**滑移（glide）**是差排沿滑移面移動；**攀移（climb）**則是差排離開原滑移面移動，需藉由空位或原子擴散，因而在較高溫度下較容易發生。滑移與攀移共同促成晶體的塑性變形與差排潛移。

解題方法

作答可依「幾何分類—差排移動—形成的微構造」三步驟組織。先以差排線與柏格斯向量的關係說明種類，再交代滑移與攀移如何累積變形，最後列出顯微尺度下可辨識的變形與再結晶特徵。這樣能同時回答題目所問的差排形貌、種類，以及差排潛移所形成的微構造。

差排潛移形成的微構造

核心觀念

本題考查宜蘭平原的構造成因，須把陸上地形、東北部外海地形與板塊運動連成一個解釋。宜蘭平原位於臺灣東北部，西北側鄰雪山山脈，南側至東南側接中央山脈北端；向東北出海，則連接沖繩海槽西端。平原本身是低平的沉積地形，但其形成與下伏地殼的伸張、斷層下陷有關。

解題方法

可依「辨認地形 → 判讀構造 → 說明沉積填積」作答：

1. 先看陸海地形的連續性 宜蘭平原呈低平盆地狀，周圍為山地；往東北外海，地形轉為沖繩海槽。沖繩海槽是琉球島弧後方的狹長深水盆地，顯示外海存在弧後張裂地形。宜蘭平原位於海槽西南端附近，可視為這個張裂系統向臺灣陸地延伸的區域。

2. 再用板塊構造說明張裂來源 菲律賓海板塊向北隱沒於歐亞板塊之下，形成琉球海溝與琉球島弧。隱沒系統伴隨弧後伸張，促使琉球島弧後方的地殼拉張，形成沖繩海槽。此伸張作用向西南延伸至臺灣東北部，與臺灣北部的碰撞造山作用交會，使宜蘭地區呈現由擠壓環境轉為伸張環境的構造特徵。

3. 最後說明平原如何形成 地殼伸張使地塊沿正斷層下陷，形成構造性低地；周圍山區河流將大量礫石、砂、泥等沉積物搬運至低地中堆積，逐漸填平下陷盆地，形成今日的宜蘭沖積平原。