113 高普考高考三級 地質 資源地質與礦床學 考古題詳解

核心觀念

本題考查礦床學與地球物理探勘中的五個基本名詞：脈體的幾何形態、大地電磁法的物理原理、鋁土礦的組成與成因、關鍵礦物的供應風險概念，以及重礦物的密度特徵與沉積富集作用。作答時，宜為每個名詞交代「是什麼、如何形成或探測、為何重要」，避免只寫字面翻譯。

解題方法與名詞解析

（一）梯狀脈（Ladder veins）

梯狀脈是由一組大致平行、間隔排列的脈體組成，外觀如梯子的橫檔；各脈通常由較大型的主脈或含礦構造向外分支，常近於垂直主脈。脈體多沿岩石中的張裂隙或張開空間充填、沉澱而成，常見脈石礦物為石英，亦可伴隨金屬硫化物或金等有用礦物。

其形成反映主脈附近的應力與裂隙分布：張裂隙提供流體通道，熱液流體進入後因溫度、壓力或化學條件改變而沉澱礦物。野外判讀時，應注意脈體與主脈的連接關係、排列方向及是否具有充填構造，避免把無關的平行脈群僅因外形相似就判為梯狀脈。

（二）大地電磁探勘（Magnetotelluric surveys）

大地電磁法是一種被動式電磁探勘法，利用天然變化的地磁場與地電場作為訊號來源，在地表同步量測水平電場與磁場的變化，再由兩者的振幅與相位關係推算地下電阻率分布。其基本量測關係可概念化為：

其中 $\mathbf{E}$ 與 $\mathbf{H}$ 分別為頻率 $\omega$ 下的電場與磁場，$\mathbf{Z}$ 為阻抗張量。不同頻率的電磁訊號對應不同探測深度：一般而言，低頻訊號可探測較深，高頻訊號較適於淺部構造。

地下岩層的導電性受岩性、孔隙流體、溫度、裂隙與礦物組成影響，因此可用電阻率差異推測地層界面、斷層、岩漿或熱液系統等構造。此法不需人工發射源，適合區域或深部探勘；但電阻率異常並非特定礦床的唯一指標，解釋時須與地質、鑽探及其他地球物理資料共同判讀。

（三）鋁土礦（Bauxite）

鋁土礦是富含鋁的風化殘積礦石，並非單一礦物。主要含鋁礦物包括三水鋁石（gibbsite）、一水軟鋁石（boehmite）及一水硬鋁石（diaspore），常伴隨鐵氧化物、黏土礦物、石英及鈦礦物等雜質。鋁土礦是工業生產氧化鋁及金屬鋁的主要原料。

典型鋁土礦床形成於溫暖、濕潤且排水良好的環境。母岩經長期強烈化學風化，較易溶解或移動的成分被淋洗，鋁相對富集，形成富鋁風化殼或殘積層；部分鋁土礦亦經搬運後再沉積。

核心觀念

本題考查岩漿礦床的成因分類：金屬或有用礦物如何在岩漿冷卻、結晶與分異過程中富集，並形成具有經濟價值的礦體。

岩漿冷卻時，礦物依序結晶。若某些礦物或熔體相對於周圍岩漿富含特定金屬，且經分離、聚集或殘餘熔體濃集，就能形成礦床。常見成礦物質包括鉻鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦、硫化物，以及鉑族元素、鎳、銅、鉻、鈦、鋰、鈮、稀土元素等。

解題方法：依富集與分離機制分類

1. 結晶分異與晶體累積

岩漿冷卻時，早期結晶的礦物若與熔體分離並聚集，可形成富含該礦物的層狀或透鏡狀礦體。分離方式包括晶體沉降、浮升、流動搬運及在岩漿房底部或特定層位堆積。

• 鉻鐵礦可結晶後集中，形成鉻鐵礦層。
• 磁鐵礦、鈦鐵礦可形成氧化物累積層，富集鐵、鈦及釩。
• **實例：**南非 Bushveld 層狀火成岩體的鉻鐵礦層與鉑族元素礦化；Skaergaard 火成岩體的磁鐵礦、鈦鐵礦層。

2. 不混溶熔體分離（熔離）

岩漿成分或物理化學條件改變時，矽酸鹽岩漿可分離出另一種不混溶液體，例如密度較大的硫化物熔體。鎳、銅、鈷及鉑族元素對硫化物具有親和性，會從矽酸鹽熔體分配進硫化物熔體。硫化物熔滴隨後沉降、聚集，形成浸染狀至塊狀礦體。

硫源加入、岩漿混合或硫化物熔體與大量矽酸鹽岩漿充分接觸，都能促進金屬富集。

• **實例：**加拿大 Sudbury 鎳—銅—鉑族元素硫化物礦床；俄羅斯 Noril’sk 鎳—銅硫化物礦床。

3. 殘餘熔體富集與晚期岩漿結晶

多數早期礦物結晶後，未進入晶體的元素會留在殘餘熔體中。鋰、鈹、硼、錫、鉭、鈮及稀土元素等，能在演化程度高的殘餘熔體中逐步富集。若此熔體結晶形成粗粒的偉晶岩或特殊成分的火成岩體，便可產生具經濟價值的礦物。

核心觀念

地球化學探勘是分析地表溫泉、冷泉、井水、噴氣孔氣體、土壤氣體及岩石中的元素、離子、氣體與同位素組成，藉此推估地下熱儲集層的溫度、流體來源、流動路徑及水岩反應。它能補充地質與地球物理資料，協助建立地熱系統的概念模型，並評估鑽探位置與資源特性。

本題沒有選項，也不需代入特定數據；作答重點是整理地球化學方法能提供的探勘資訊，以及各方法的適用範圍。

解題方法：依「熱、流體、通道、資源條件」整理

1. 推估地下熱儲集層溫度

分析溫泉水的溶質組成及氣體比例，可用化學地溫計估算流體在深部與礦物或氣體達到平衡時的溫度，常見方法包括：

• 二氧化矽地溫計：利用溶解二氧化矽濃度與溫度的關係。
• 陽離子地溫計：如 Na/K、Na-K-Ca、K-Mg 地溫計，利用離子間的平衡關係推估溫度。
• 氣體地溫計：利用 CO₂、H₂S、H₂、CH₄、N₂ 等氣體組成或反應平衡估算地下溫度。
• 同位素地溫計：利用水、氣體或硫酸鹽等物質間的氫、氧、碳、硫同位素分餾，推估深部溫度。

地溫計結果可協助判斷熱儲集層是否具有足以利用的溫度，以及不同樣點所反映的地下熱狀態。

2. 判斷地熱流體及熱源的來源

水與氣體的化學、同位素組成可用來辨識流體來源及其與岩石、岩漿或深部氣體的關係。例如：

• 氫、氧同位素可協助辨識流體是否主要來自大氣降水，並推估補注區特徵。
• 碳、硫及氦同位素可用來判斷氣體或溶質是否含有深部岩漿、地殼或其他來源的貢獻。
• 水中主要離子及微量元素組成，可反映流體與地層岩石接觸反應的特徵。

辨識來源有助於建立補注、加熱與排出的水文循環模型，並評估熱源與流體補給狀況。

3. 追蹤流動路徑、混合與相態變化

核心觀念

換質作用（alteration）是熱液與圍岩發生化學反應，使原有礦物部分或全部轉變為新礦物的過程。熱液在流動時會帶入或帶走化學成分，反應結果受溫度、壓力、流體酸鹼度、氧化還原狀態、流體成分及圍岩組成控制。換質作用常形成具有特定礦物組合與分帶的蝕變帶，可用來判讀熱液環境及尋找礦床。

解題方法

本題要求舉出兩種常見換質作用，並各自交代「成因」與「特性」。作答時宜選擇熱液礦床中典型、辨識度高的類型，分別說明熱液條件、代表性礦物，以及常見的岩石變化。

1. 絹雲母化（sericitization，亦稱千枚岩化）

**成因：**含鉀、偏酸性的熱液與長石等鋁矽酸鹽礦物反應，使原有礦物分解，並形成細粒白雲母（絹雲母）。此過程常伴隨鈉、鈣等成分移出，鉀則被帶入或重新分配。常見於斑岩銅礦等熱液系統的鉀化帶外側，或其他熱液礦床的蝕變帶。

核心觀念

本題考查的是水泥原料大理岩露天開採的全生命週期環境影響，以及如何透過「開採前評估、開採中防治、開採後復育」降低衝擊。大理岩主要成分為方解石，採礦可能改變地形、地表逕流與地下水系統；採掘、破碎、運輸及水泥製程則會造成粉塵、噪音、振動與碳排等問題。

涉及法規時，以命題當年（民國 113 年）法規為準。主要規範包括《礦業法》、《環境影響評估法》、《水土保持法》、《空氣污染防制法》、《水污染防治法》及《廢棄物清理法》。礦場應依規定辦理環境影響評估、水土保持、礦場環境維護及關閉復育等事項；個案是否須辦理環評，依開發規模、位置及當時法定認定標準判斷。

解題方法

可依「環境介質」分類議題，再對應提出防治方法：地形與地質、水文與水質、空氣、噪音振動、生態景觀、廢棄物及社會影響。作答時要注意不只談採礦本身，也要涵蓋採掘、破碎、運輸、尾渣堆置及礦場關閉復育。

主要環境議題與保育措施

一、地形改變、邊坡穩定與地質災害

露天採掘會移除植被與表土，形成採坑、陡坡及裸露岩壁；若邊坡設計或排水不當，可能發生落石、崩塌、滑動及土石流，並增加下游淤積與洪水風險。山區開挖也可能改變地景，造成長期視覺衝擊。

保育措施：

• 開採前進行地質、地形、邊坡穩定及災害潛勢調查，依地質條件設計分階段開採、平台與安全坡度。
• 規劃截水溝、排水溝、沉砂池及滯洪設施，將清水與含泥逕流水分流，減少沖蝕及下游淤積。
• 以分區、分期方式開採，限制同時裸露面積；逐區完成開採後即進行整坡、覆土及植生，避免全區長期裸露。
• 定期檢查邊坡、排水設施及堆置場，必要時設置監測與警戒措施。

二、地表水、地下水與水質

採礦可能攔截或改變地表逕流，影響附近溪流流量；開挖也可能切穿裂隙水或地下水通道，改變地下水位及泉水出露。採場逕流水若含大量懸浮固體，會使河川濁度上升、河床淤積，影響水域生物與下游用水。大理岩地區常有裂隙或溶蝕通道，地下水與地表水可能連通，污染傳輸較難由地表觀察完整掌握。

保育措施：

• 開採前建立地表水及地下水基線資料，持續監測流量、水位、濁度、懸浮固體及必要的水質項目。
• 設置沉砂池、集水與回收系統，採場含泥水處理後回用於灑水或製程，避免未處理排入水體。
• 妥善管理燃油、潤滑油及機具維修區，設置防滲與洩漏收集設施，防止油品污染土壤與水體。
• 依監測結果調整排水及開採方式；若發現地下水位、泉水或溪流流量異常，應採取減緩、補救或調整開採措施。

三、粉塵與空氣污染

鑽孔、爆破、鏟裝、破碎、篩分、堆置及卡車運輸會產生粒狀污染物；道路揚塵可能影響附近居民、農作物及植被。水泥生產另有窯爐排放及能源使用造成的污染與溫室氣體排放，須與採礦揚塵分開說明。

保育措施：

• 於破碎、轉運及篩分設備設置集塵、密閉或局部抽氣設施；堆置物及裸露道路採灑水、覆蓋或其他抑塵措施。
• 礦區道路定期清掃、灑水並限制車速，運輸車輛覆蓋物料，避免沿途逸散。
• 配合氣象條件安排高揚塵作業，並監測粒狀污染物及鄰近環境狀況。