114 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

本題考查的是二氧化碳地質封存場址的地質調查與評估流程。地質封存是將捕集後的二氧化碳（CO₂）注入地下深部適當岩層，使其長期留存在地下。調查的核心不是只找「孔隙多」的岩層，而是要證明整個封存系統具備：

1. 儲集層：有足夠孔隙空間、連通性與滲透性，能容納並接受注入 CO₂。
2. 蓋岩層：低滲透、厚度與連續性足夠，能阻止 CO₂ 向上逸散。
3. 圈閉與封存機制：可透過構造圈閉、殘餘圈閉、溶解圈閉及礦物圈閉等機制留存 CO₂。
4. 地質穩定與可監測性：斷層、廢棄井及地層破裂不致形成洩漏路徑，且注入後能持續監測。

臺灣位處活動性板塊交界，西部盆地雖有沉積厚層及深部鹽水層等調查目標，仍須特別評估活動斷層、地震、地層應力、既有井筒及地下水保護等風險。

解題方法

可依「區域篩選 → 場址特徵化 → 封存量與風險評估 → 注入及監測規劃」作答。這個順序先由大範圍資料找出有利盆地，再以地球物理與鑽井資料建立地下模型，最後判斷場址能否安全、有效地封存。

一、區域資料蒐集與初步篩選

先彙整地質圖、盆地與地層資料、既有鑽井及井測資料、地震反射測線、斷層資料、地熱與地下水資料，以及排放源與運輸條件。初步圈選具有厚沉積層、深部多孔隙地層、適當蓋岩及可行運輸路線的區域。

臺灣調查可優先檢視西部沉積盆地及近海區域；不同場址仍須逐一驗證，不能僅憑區域性潛能推定適合注入。初篩時也要排除靠近重要地下水資源、活動構造風險高、既有井密集且難以確認井筒完整性，或缺乏監測與工程可行性的區域。

二、地球物理調查與地層構造解釋

使用既有及新取得的二維、三維反射震測資料，解釋地下地層層序、沉積構造、儲集層與蓋岩分布、背斜或其他圈閉構造、斷層位置與延伸情形。必要時可配合重力、磁力等資料，協助了解區域構造背景。

臺灣構造複雜，震測解釋應特別確認斷層是否切穿蓋岩、是否與地表或含水層連通，以及構造是否可能在注入壓力增加後重新活動。震測解釋須與鑽井地層資料對比，避免只靠地震剖面判定岩性或封存能力。

三、鑽井、岩芯與井測調查

在候選場址布設探勘井或利用既有井，取得以下資料：

• 地層與岩性：確認儲集層、蓋岩的深度、厚度、延伸及側向變化。
• 岩芯分析：量測孔隙率、滲透率、密度、礦物組成及岩石力學性質；並進行岩石與鹽水、CO₂反應等試驗。
• 井下測井：利用自然伽瑪、電阻率、密度、中子、聲波等井測資料，判讀岩性、孔隙與流體特性，並與震測地層反射面對比。
• 地層流體及壓力：確認鹽水層流體性質、地層壓力與溫度，評估注入條件及流體運移方向。
• 井筒與既有井調查：盤點廢棄井及既有井的位置、封井狀況與完整性，因井筒可能成為 CO₂ 垂向逸散通道。

深部封存常以深部鹽水層為重要目標；當地層壓力、溫度及深度條件適合時，CO₂可呈高密度狀態，有利於提高單位體積的封存量。實際深度條件仍應依場址的地溫、地壓及流體性質確認。

四、建立三維地質模型並評估封存量

整合地層、震測、鑽井、井測及岩芯資料，建立儲集層與蓋岩的三維地質模型，估算有效厚度、孔隙率、滲透率、連通性與圈閉範圍。概念性容量估算可表示為：

核心觀念

本題考查韌性剪切帶中的剪動方向指標（shear-sense indicators），也就是岩石在非共軸剪切變形時形成的不對稱組織。觀察這些組織的幾何不對稱性，可以判斷剪切帶兩側的相對運動方向。

「右剪」是指站在剪切帶一側，看到對側地塊向右移動。剪動指標必須在適當的觀察面上判讀：通常選取平行線理、垂直葉理的 $XZ$ 剖面；若在錯誤的剖面觀察，不對稱形態可能變形或呈現相反表觀。

以下以「剪切帶上盤相對下盤向右」為右剪示意。圖中上方為上盤，箭頭為相對運動方向；各示意圖為剖面草圖，非比例圖。

解題方法與五種指標

作答時可按「組織特徵 → 形成機制 → 觀察判讀」逐一說明。以下列出五種常用韌性剪動指標。

一、S–C 組構

上盤相對運動 →
──────────────── C 面（剪切面）
 ///////// S 面（葉理）

成因： C 面（C-plane）大致平行於剪切帶邊界及總體剪切方向；S 面（S-plane）由雲母等片狀礦物排列形成，斜交 C 面。隨剪切發展，葉理旋轉、剪切帶內部產生局部化剪切，形成不對稱的 S–C 組構。

觀察與判讀： 在 $XZ$ 剖面辨認 C 面與 S 面，並注意兩者交角所呈現的傾斜方向。S 面向剪動方向傾斜的幾何關係可用來判斷剪切方向；圖示配置代表右剪。作答時應畫出兩組面理並標示 C、S 與相對運動箭頭，不能只畫一組平行葉理。

二、C′ 剪切帶

上盤相對運動 →
──────────────── C 面
 \ \ \ C′ 剪切帶

成因： C′ 面（C′-plane）是斜交主剪切面 C 的次級剪切帶，通常以間隔分布的剪切帶或剪切劈理出現。它由局部剪切變形集中形成，常與 S–C 組構共存。

觀察與判讀： 觀察 C′ 面相對於主剪切面 C 的斜交方向。以 C 面作為主剪動參考，依 C′ 帶的傾斜方向判斷相對位移；圖示為右剪。若只看到一條孤立斜面，應先確認它確實是成組、具一致方向的剪切帶，而非其他脈體或裂隙。

三、σ 型旋轉殘斑

上盤相對運動 →
────────────────────
 \ (●) /
 \ /
 \ /
 對稱軸大致近水平

成因： 較抗變形的大晶體或岩屑成為殘斑（porphyroclast），周圍細粒基質持續塑性流動並發生動態再結晶，形成楔狀尾部。尾部包覆殘斑，呈希臘字母 σ 的外形；殘斑在非共軸流動中旋轉，尾部因此呈不對稱排列。

核心觀念

**原生構造（primary structure）**是在沉積物沉積時，或沉積後不久、尚未固結成岩前形成的構造。沉積構造、火山岩中的氣孔等都可屬於原生構造；本題聚焦於沉積岩中可判斷地層頂底的構造。

地層經褶皺或倒轉後，岩層在今日的空間位置未必仍保持原來的上下方向。判斷時須先辨認構造所指示的沉積頂（stratigraphic top、younging direction），再與地層的現今產狀對照。以下列出五種常用的地層頂底判別構造。

解題方法與五種構造

一、粒級層理（graded bedding）

 地層頂 ↑
 ┌──────────┐
 │ · · · · │ 細粒
 │ ○ ○ ○ ○ │ 中粒
 │ ● ● ● ● │ 粗粒
 └──────────┘
 地層底

**成因：**沉積物由水流或濁流搬運後，隨流速、搬運能力降低而逐漸沉降；較粗、較重的顆粒先沉積，較細的顆粒後沉積，形成由底部粗、向上變細的粒級變化。

**判讀：**顆粒由粗變細的方向為向上；粗粒端是地層底，細粒端是地層頂。此判據以層內粒徑有系統變化為準，避免把不同岩性或不同沉積層誤認成粒級層理。

二、交錯層理（cross-bedding）

 地層頂 ↑
 ┌────────────┐
 │─────── │ 層理被頂界截切
 │ ────── │
 │ ──────│
 │ ────│
 └────────────┘
 地層底

**成因：**沙丘、沙波等床形受水流或風搬運，沉積物沿床形背流側滑落並逐層堆積，形成傾斜的內部層理。床形遷移時，內部層理會在一側逐漸堆積，在另一側遭截切。

**判讀：**觀察交錯層理與上下界面的關係：內部層理被截切的一側為地層頂；層理呈切線狀、逐漸貼近界面的一側通常為地層底。判斷以截切關係為主，不能只看傾斜層理的斜向，因為斜向主要反映古水流方向，並非一律等同地層向上方向。

三、泥裂（mud cracks、desiccation cracks）

 地層頂 ↑
 ┌────────────┐
 │ \ / │ 裂縫上寬
 │ \ / │
 │ \ / │
 │ \ / │ 裂縫向下收尖
 └────────────┘
 地層底

核心觀念

本題考「有限應變」中，同一條物質線長度改變的兩種表示法：拉長比（stretch，常記為 $S$ 或 $\lambda$）與伸張比（elongation，常記為 $e$）。兩者都描述變形前後的長度變化，為無因次量；差別在於拉長比是變形後長度除以原長，伸張比則是長度改變量除以原長。

令物質線初始長度為 $L_0$，變形後長度為 $L$，則

因此兩者關係為

解題方法與圖示

用一條變形前後的物質線比較長度，分別標示原長 $L_0$、變形後長度 $L$ 及長度改變量 $\Delta L=L-L_0$。再由定義列出比值，即可直接比較。

變形前： ●────────●
 L₀

變形後： ●────────────────●
 L = L₀ + ΔL

ΔL = L − L₀

例如，若原長為 $L_0=10$ cm，變形後為 $L=15$ cm，則

此時拉長比為 $1.5$，伸張比為 $0.5$，表示長度增加了原長的 $50\%$。

異同比較

核心觀念

本題考查海退時堰洲島系統的沉積相排列，以及「沉積相的側向變化」如何反映在垂直地層剖面中，並進一步區分岩性地層與年代地層。

海退（regression）是海岸線向海方向移動的過程。在供砂充足、沉積作用使海岸向海進積的情況下，堰洲島及其相鄰沉積環境也依序向海遷移。海岸由陸向海常見的環境排列包括潟湖或潮坪、堰洲島沙丘與海灘、前濱與近岸淺海。各環境沉積的岩性不同，稱為沉積相；沉積相的界線通常是側向變化的，不必然與時間面一致。

岩性地層單位依岩石的可辨識特徵劃分，例如岩性、組成與層理；單位界線追隨岩性變化。年代地層單位則依岩層形成的地質時間範圍劃分，界線代表特定時間面，原則上可跨越不同岩性與沉積相。

解題方法與剖面示意

先畫出堰洲島系統由陸側至海側的沉積環境，再用不同時期的海岸線位置表示海退時沉積環境逐步向海遷移。剖面需同時呈現：

1. 水平方向：同一時期，不同位置對應不同沉積環境與沉積相。
2. 垂直方向：固定地點隨時間堆積，環境改變時，上下相鄰的沉積相也會改變。

以下為概念性剖面，海側在右，箭頭表示堰洲島系統隨海退向海進積：

陸側／潟湖側 海側
←────────────────────────────────────────────────────────→

較早期： 潟湖泥、潮坪泥 堰洲島沙丘／海灘砂 前濱砂、近岸淺海砂泥
 ────────────────────────
中期： 潟湖泥、潮坪泥 堰洲島沙丘／海灘砂 前濱砂、近岸淺海砂泥
 ────────────────────────
較晚期： 潟湖泥、潮坪泥 堰洲島沙丘／海灘砂 前濱砂、近岸淺海砂泥
 ────────────────────────
 海退進積方向 →

固定地點垂直剖面（由下而上，海退時岸線向海移動）：
近岸淺海砂泥 → 前濱／近岸砂 → 海灘砂 → 沙丘砂
（整體通常呈向上變淺、變粗的序列）

圖示為理想化排列。實際沉積可能受潮汐通道、風暴越浪、侵蝕與局部地形影響，因而使層序變複雜。

水平與垂直沉積相變化的關聯

在同一時間切面上，陸側至海側的相帶依環境而異：潟湖或潮坪常以細粒泥質沉積為主；堰洲島本體常見較潔淨的海灘砂與沙丘砂；島嶼海側則接續前濱、近岸淺海沉積。這是沉積相的水平側向變化，相帶之間可互相側向過渡。

核心觀念

本題考生物地層單位的界定依據與上下界。生物帶是依化石的出現範圍、特定化石事件、演化譜系、化石組合或相對豐度來劃分的地層體。圖中縱向代表地層，由下往上表示地層愈新；LO 為最低出現，HO 為最高出現。

解題方法與圖解

先辨別各帶是由「單一分類群的全範圍」、「兩分類群的重疊」、「兩個生物層位之間」、「演化序列」、「化石組合」或「豐度高峰」定義，再標出界線。下列示意圖中的方括號表示生物帶範圍。

一、存帶（Range Zone）

1. 化石分類單元存帶（Taxon Range Zone）

以單一分類單元已知的地層出現範圍為帶；下界是該分類單元的 LO，上界是 HO。

地層較新
 ↑
 │ X ─────── HO(X) 上界
 │ X ┌──────────┐
 │ X │ X 存帶 │
 │ X └──────────┘
 │ LO(X) 下界
 ↓
地層較老

2. 共存帶（Concurrent Range Zone）

以兩個指定分類單元的存帶重疊部分為帶。下界取較高延續分類單元的 LO；上界取較低延續分類單元的 HO。

地層較新
 ↑
 │ A ───────────────── HO(A)
 │ A ───────┐
 │ │
 │ B ┌───────┤
 │ │ A、B │ ← 兩者存帶重疊處
 │ B └───────┤
 │ LO(B) │
 ↓
地層較老

圖示假設 A 的存帶延伸得較高、B 的存帶延伸得較低，因此重疊帶下界為 LO(B)，上界為 HO(A)。

二、間帶（Interval Zone）

間帶是兩個指定生物層位（biohorizons）之間的地層體；它由界線事件定義，本身不必等於任何分類單元的完整存帶。本題所稱兩種型式，可用最低出現與最高出現層位作示意：

1. 最低出現間帶（Lowest-occurrence interval zone）

以兩個分類單元的 LO 為上下界。

地層較新
 ↑
 │ LO(B) ───── 上界
 │ │
 │ │ 間帶
 │ │
 │ LO(A) ───── 下界
 ↓
地層較老