115 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

本題考查火山活動如何形成可利用的地質資源，以及臺灣相關資源的分布、利用史與當前發展。作答時宜先依成因分類，再舉出臺灣代表性資源與開發歷程。題目不是要求列舉火山災害，也不涉及特定法條或計算公式。

「火山活動資源」可廣義分為三類：

1. 火山噴出物與火山岩：熔岩、火山碎屑及其固結產物，可作建材、工程材料或工業原料。例如安山岩、凝灰岩、浮石、火山灰。
2. 岩漿熱與後火山熱液資源：岩漿或殘餘熱源加熱地下水，形成蒸汽、熱水、溫泉與地熱能；熱液循環也可使元素遷移、沉澱，形成硫磺及其他熱液礦物。
3. 火山氣體與化學沉積資源：火山氣體中的硫化氫、二氧化硫等沿裂隙逸出，經氧化、反應或凝結，可形成自然硫磺、硫酸鹽及噴氣孔周圍的礦物沉積。

解題方法

依「成因與資源種類 → 臺灣地質條件與分布 → 開發歷程 → 現況與限制」作答。如此可同時說明資源為何形成，以及臺灣如何利用，不會只寫成火山地形或溫泉景點的介紹。

一、火山活動資源的成因與種類

（一）火山岩與火山碎屑資源

岩漿噴出地表後冷卻固結，形成熔岩；爆發式噴發則會產生火山灰、火山礫、浮石及角礫等火山碎屑，堆積、膠結後形成凝灰岩、火山角礫岩等。這些材料可作為建築石材、道路工程材料及工業原料；浮石等多孔質材料也具有輕質、隔熱等用途。其資源價值取決於岩性、品質、分布及開採與運輸條件。

（二）地熱、溫泉與蒸汽資源

岩漿及其冷卻後的高溫岩體提供熱源，地下水沿裂隙或孔隙下滲後受熱，在地下形成熱水或蒸汽儲集層，再沿構造通道上升。若熱水或蒸汽的溫度、流量與補注條件適當，可用於發電；溫度較低時則可供溫泉、供暖、農業或其他直接利用。

地熱系統需具備熱源、流體、儲集層與通道等條件。臺灣地熱系統除火山型外，也有由深部熱流與構造、地下水循環形成的非火山型熱水系統，不能將全臺溫泉都視為火山成因。

（三）硫磺與熱液礦物資源

火山噴氣及熱液作用可使硫、矽、鐵、鋁等元素在岩石與流體間遷移。以大屯火山區為例，噴氣孔逸出的含硫氣體，以及硫化物與高溫蒸汽反應產生的含硫氣體，經冷凝、昇華、氧化或彼此反應，可形成自然硫磺。熱液與圍岩反應則可造成矽化、黏土化等熱液換質，並伴生多種熱液礦物。

臺灣開發歷程與現況

一、開發歷程

（一）清代：大屯山採硫

大屯火山群是臺灣歷史上重要的硫磺產區。清康熙年間，郁永河曾奉命赴臺採硫並記錄當地火山地熱現象；清光緒年間，政府將採硫納入官府管理，採硫活動擴大。硫磺主要供軍事及民生用途。

（二）日治時期：硫磺與溫泉利用發展

核心觀念

黑煙囪（black smoker）是深海熱液系統中的高溫噴流口，常見於洋中脊及海底火山活動區。其形成與海水在海底裂隙中循環、受岩漿熱源加熱，並與海洋地殼岩石反應有關；噴出的熱液與周圍冷海水混合後，金屬硫化物等礦物迅速沉澱，形成煙囪狀硫化物構造及黑色羽狀煙雲。

黑煙囪的「煙」不是燃燒產物，也不是氣體，而是熱液與冷海水混合時生成、懸浮於水中的細粒礦物。

成因與形成過程

1. 海水下滲、循環與受熱 海水沿洋中脊或海底火山附近的裂隙滲入海底地殼，受淺部岩漿或高溫岩石加熱後，形成高溫熱液。熱液與玄武岩等海洋地殼岩石作用，使流體的化學組成改變，並溶出鐵、銅、鋅等金屬及硫化物成分。

2. 熱液上升並噴出海床 受熱、密度降低的熱液沿裂隙向上流動，從海床上的噴口集中排出。深海高壓使高溫熱液不會像地表沸水般沸騰，因此噴流仍可保持液態。

3. 與冷海水混合、礦物沉澱 高溫、富含金屬與硫化物的熱液接觸低溫海水後迅速冷卻、混合，溶解度下降，金屬硫化物等礦物隨即沉澱。細粒硫化物懸浮在水中形成黑色羽流；沉澱物則在噴口周圍逐漸堆積，構成煙囪。

4. 煙囪增長與礦化 初期混合可形成硬石膏（anhydrite，CaSO₄）等煙囪框架；後續鐵、銅、鋅等硫化物在煙囪內壁與周圍沉澱，常見礦物包括黃鐵礦、黃銅礦與閃鋅礦。煙囪持續生長、破裂或堵塞，會改變噴流位置與形態。

主要特徵

• 環境：多見於洋中脊、海底擴張中心及火山活動區，周圍海水通常接近冰點。
• 熱液溫度高：常達數百度；高溫熱液在深海高壓下不一定沸騰。
• 噴流呈黑色羽狀：黑色來自細粒鐵硫化物等礦物懸浮顆粒，而非煙或火山灰。

核心觀念

題目考的是沉積型礦床與沉積環境、地形位置之間的空間關係，以及依據礦體特徵說明其成因。沉積型礦床是在沉積盆地中，物質經由搬運、沉澱或生物化學作用而集中形成的礦床；其礦體常呈層狀、似層狀或透鏡狀，並與沉積層理大致平行。

地形圖呈現的是現今地表地形，不能直接等同古地形或礦體分布。答題時應用地形圖標出山地、河谷、盆地、湖泊及海岸等地貌，再說明這些地貌所代表的沉積環境與可能的礦床位置；若有地質圖或地層資料，則可進一步確認礦體是否受特定地層控制。

解題方法

以「由地貌推定沉積環境，再連結沉積物搬運、分選與沉澱機制」作答。可依地形圖上的位置，分成下列幾類說明：

地形位置與沉積環境	可能的礦床空間分布	代表性成因與礦種
山麓、河流上游及河谷	河床、河漫灘或山麓沖積扇中的砂礫層，礦體常呈帶狀、透鏡狀或沿古河道分布	水流搬運與機械分選，使密度較大的金、錫石、金剛石等重礦物集中，形成砂礦
河流中下游、河口及三角洲	河道、天然堤、河漫灘、三角洲前緣及沉積盆地內，常呈層狀或透鏡狀	細粒物質沉積及有機質埋藏，可形成煤層；局部砂體也可富集砂礦
湖盆、潟湖及乾燥封閉盆地	盆地低地、湖岸帶或湖盆中心，常見層狀、帶狀或鹽類沉積	蒸發作用使溶解物質濃縮沉澱，形成石膏、岩鹽及其他蒸發岩；湖盆沉積亦可形成煤或部分化學沉積礦床

核心觀念

本題考查兩部分：黏土礦床如何在地質作用中形成並富集，以及黏土相關礦物如何用於移除或固定二氧化碳。作答時須先區分黏土礦物的生成機制與礦床的形成：黏土礦物可在多種環境形成，但只有經過足夠的富集、保存並具有經濟價值，才構成黏土礦床。

黏土礦物多為含水層狀矽酸鹽，常見者包括高嶺石、蒙脫石（屬於 smectite 群）及伊利石。其成因可概括為三種：

1. 繼承作用：源岩原有的黏土礦物經風化、搬運與沉積後保留下來。
2. 新生作用：溶液中的元素在適當化學條件下直接沉澱、結晶形成黏土礦物。
3. 轉化作用：原有礦物在風化、埋藏成岩或熱液作用下，經溶解、離子交換或晶格重組，轉變為另一種黏土礦物。

影響形成與富集的條件包括母岩組成、氣候與水量、溶液的酸鹼度及離子組成、排水狀況、沉積環境，以及埋藏後的溫度與流體作用。

解題方法：由成因環境說明礦床形成

建議依「母岩或物質來源—形成作用—富集環境—礦床類型」順序作答，並以高嶺土與膨潤土作為代表實例。

一、風化殘積與搬運沉積

地表水及含二氧化碳的水溶液風化長石、火山岩等矽酸鹽礦物，鹼金屬、鹼土金屬與部分矽等較易溶出，鋁及矽則依溶液酸鹼度、排水與淋濾條件形成不同黏土礦物。風化產物留在原地並富集，可形成殘積型高嶺土礦床；風化物經搬運後，在河流、湖泊或海相盆地沉積，亦可形成層狀黏土礦床。

一般而言，淋濾強、排水良好且鹼金屬及矽被大量移除的環境，有利於形成高嶺石；淋濾較弱或溶液中鹼性陽離子較充足時，較有利於形成蒙脫石等膨潤土類礦物。

二、火山灰蝕變與成岩作用

火山灰或凝灰岩中的火山玻璃，在水體或地下水作用下發生脫玻化與化學蝕變，形成以蒙脫石為主的黏土層，常見礦床類型為膨潤土。火山灰沉積後的孔隙水成分、淋濾程度與埋藏成岩條件，會影響黏土礦物種類及純度。

三、熱液蝕變

含酸性或其他反應性流體沿裂隙、孔隙進入岩石，與長石及火山岩等反應，可形成高嶺石、蒙脫石等黏土礦物。熱液蝕變常呈帶狀或受裂隙控制的分布，礦物組合受流體溫度、酸鹼度及流體與岩石比例影響。某些高嶺土礦床即由熱液蝕變形成。

四、礦床富集與保存