113 高普考高考三級 地質 構造地質與地層學 考古題詳解

核心觀念

斷層面是平面；不同方向的垂直剖面與斷層面相交，會得到不同的視傾角。視傾角是斷層面在指定水平方向上的傾斜角，真傾角則是斷層面沿最大下傾方向的傾角，且必不小於任何視傾角。

本題以水平面上的東、北方向作座標，令斷層面的高程梯度為 $(g_E,g_N)$。沿方位角 $A$ 的水平單位向量為 $(\sin A,\cos A)$，若方位所指方向就是下傾方向，則高程梯度在該方向的分量為 $-\tan\alpha$，其中 $\alpha$ 為視傾角。

解題方法

將方位角以正北為 $0^\circ$、順時針增加，則：

• $S50^\circ E$ 的方位角為 $130^\circ$。
• $N30^\circ E$ 的方位角為 $30^\circ$。

因此兩筆視傾資料分別給出：

代入三角函數值，聯立求得：

負梯度方向即斷層面的最大下傾方向。其水平方位角為：

換成象限方位，即約為 $N69.2^\circ E$。真傾角由梯度大小求得：

核心觀念

本題考查三種常見的岩石變形不連續面或局部變形帶：節理、變形條帶與縫合線。辨認時要掌握三件事：岩石如何變形、變形集中在哪種構造上，以及該構造對體積與孔隙的影響。

節理（joints）

節理是岩石中的張裂隙，裂隙面兩側主要呈張開位移，通常沒有明顯的剪切位移。節理可由張應力、卸載、冷卻收縮或流體壓力等作用形成；成因不同，產狀與分布也不同。裂隙形成後可保持開放，也可能被方解石、石英等礦物充填，成為脈。

變形條帶（deformation bands）

變形條帶是多孔岩石中的局部應變集中帶，常見於未固結或膠結較弱的砂岩。其形成涉及顆粒重排、旋轉、破碎或壓密，帶內的孔隙率常低於圍岩；依主要變形方式，可分為壓密條帶、剪切條帶、膨脹條帶及混合型條帶。

變形條帶通常比單一裂隙寬，並具有可辨識的內部構造。剪切型條帶具有沿帶面的剪切位移；壓密型條帶以體積減少為主，不必然有明顯的剪切位移。變形條帶可形成於斷層附近，累積後也可能發展為較大的剪切帶或斷層。

縫合線（stylolites）

縫合線是岩石中由壓力溶解作用形成的鋸齒狀或不規則接觸面。當顆粒接觸處承受較高正向應力，礦物便較易溶解；溶解物質由流體帶走，或在其他位置沉澱。難溶物質則常集中在縫合線上，使其呈深色細線。縫合線常見於石灰岩等可溶性岩石，也可見於其他岩類。

縫合線反映岩石因溶解而縮短、減薄或減少體積，並非一般張裂隙。其齒狀突起的方向可用來判讀縫合線形成時的大致壓縮方向；實際判讀仍須配合岩層產狀與其他構造。

解題方法

作答時可依「變形機制 → 構造幾何 → 位移與體積變化 → 岩性及地質意義」逐一描述，再比較異同。

核心觀念

本題考查地下流體注入如何改變既有斷層的有效應力，並用莫爾圓與莫爾－庫侖破壞包絡線判斷斷層是否會滑動。以下以壓應力為正，並假設注水使斷層附近孔隙水壓上升。

總應力為岩體承受的應力；孔隙水壓會抵銷部分顆粒骨架所承受的正向壓力。有效正向應力可寫為

其中 $\sigma_n$ 為斷層面的總正向應力，$P$ 為孔隙水壓，$\alpha$ 為 Biot 有效應力係數；簡化分析常取 $\alpha\approx1$。孔隙水壓升高時，斷層面的有效正向應力降低，摩擦阻力隨之減小。

莫爾－庫侖剪切破壞條件為

其中 $\tau$ 是斷層面剪應力，$c$ 是凝聚力，$\mu$ 是摩擦係數。若以有效應力表示，則為 $\tau\geq c+\mu\sigma_n'$。斷層接近或達到此條件時，容易發生滑動；若滑動快速且造成脆性破裂，便可能誘發地震。

解題方法

在莫爾圖上，橫軸為正向應力、縱軸為剪應力。主應力 $\sigma_1\geq\sigma_3$ 所對應的莫爾圓，其圓心與半徑分別為

核心觀念

本題考臺灣西北部麓山帶新生代沉積地層的岩石地層順序，以及各層所記錄的沉積環境與盆地演化。作答時要把三件事連起來：含煤層通常反映濱海平原、潟湖、河口灣或潮汐平原等較靠陸環境；厚層砂岩、頁岩及海相化石較多的地層，通常反映海進後的近岸至淺海沉積；這些沉積發生於什麼地體構造背景，則須依其年代區分被動大陸邊緣與晚中新世開始發育的前陸盆地。

以下採苗栗地區常用的岩石地層單位作為描述基準。由老至新為：五指山層、木山層、大寮層、石底層、南港層、南莊層。題目止於晚期中新世南莊層，不延伸列入其上的桂竹林層。

解題方法

先按地層上下關係排出順序，再以岩性特徵辨認沉積環境：

• 砂岩、頁岩或泥岩互層中的煤層與炭質物，指向濱海平原、沼澤、潟湖或河口灣等環境。
• 厚層砂岩與海相頁岩、鈣質砂岩及海相化石，指向海相環境，常見於近岸至淺海。
• 由含煤層轉為海相地層，常代表海進；由海相地層轉回含煤層，則代表海退或陸源沉積環境向海盆推進。

構造背景須避免把「晚中新世」直接等同於「已全面進入前陸盆地沉積」。西北部的漸新世至中新世地層主要記錄歐亞大陸邊緣的被動大陸邊緣沉積；晚中新世南莊層仍以被動大陸邊緣沉積特徵為主。臺灣弧陸碰撞及西部前陸盆地的發育始於晚中新世，之後的地層才更清楚記錄前陸盆地沉降與造山帶供源。

各地層單位：由老至新

核心觀念

本題考查五個地層學與沉積學名詞，重點是掌握它們各自代表的地層特徵、形成環境與用途，並辨清「可供對比的岩層」、「海進形成的底部粗屑」、「濁流沉積」、「年代地層單位」及「層序邊界」的不同概念。

解題方法與名詞解釋

（一）指準層（Marker bed）

指在一定區域內具有明顯、獨特且容易辨識的岩性或其他特徵，能在不同露頭、鑽井或地區之間追蹤與對比的岩層。典型指準層包括火山灰層、煤層、特殊化石層及具特殊岩性的薄層。

指準層的價值在於其可辨識性與區域可追蹤性，能協助建立地層對比關係；若為短時間內廣泛沉降形成的火山灰層，亦可作為近似等時面的地層標誌。須注意，指準層是用來辨認和對比的地層，不必然代表特定年代地層單位，也不保證在所有地區都等時。

（二）海進殘餘物（Transgressive lags）

海進期間，海岸線向陸地方向移動，波浪或潮流反覆侵蝕、淘洗海底沉積物，將細粒物質帶走，留下較粗、較耐搬運或較密集的顆粒，形成海進殘餘物。常見成分包括礫石、貝殼碎屑、磷酸鹽結核及海底侵蝕後再搬運的岩屑。

海進殘餘物常沿侵蝕面或海進面分布，可呈薄層或透鏡狀，並可能含有再搬運的化石或較老地層碎屑。辨識時應把握「海進造成的侵蝕與淘洗，留下粗屑集中層」這項特徵；不能只因岩層粗粒，就判定為海進殘餘物。

（三）濁流岩（Turbidites）

濁流岩是濁流沉積形成的沉積岩。濁流是含有大量懸浮沉積物、密度高於周圍水體的重力流，常沿大陸坡、海底峽谷或湖底斜坡向深水區流動。濁流速度降低後，沉積物逐步沉降，常形成由底部粗粒向上變細的正粒序層。

經典的鮑馬序列（Bouma sequence）由底至頂可分為 $T_a$ 至 $T_e$：$T_a$ 常為具層理或粒序的砂岩，向上依序出現平行層理（$T_b$）、波狀或爬升波痕層理（$T_c$）、平行紋理粉砂岩（$T_d$）及泥岩（$T_e$）。實際地層中常只保留其中部分層段。濁流岩常與深海扇及復理石地層有關；判讀時可注意正粒序、底部沖刷面、底痕及由砂岩向泥岩變細等特徵。

（四）中新統（Miocene Series）