110 高普考高考三級 採礦工程 礦物與岩石學 考古題詳解

核心觀念

本題為五個地質學名詞的定義與辨析，分別涉及晶體對稱、礦物發光、岩漿演化、碎屑沉積岩分類及流體引起的岩石化學變化。作答時要抓住各名詞的定義核心，並補充典型特徵或形成機制。

解題方法與名詞說明

(1) Isometric crystal system（等軸晶系／立方晶系）

等軸晶系是晶體學七大晶系之一，其晶胞三個結晶軸等長，且彼此垂直：

此晶系具有高度對稱性，特徵對稱元素包括四條三重旋轉軸。常見等軸晶系礦物有石鹽（halite）、螢石（fluorite）、石榴子石（garnet）、黃鐵礦（pyrite）及金剛石（diamond）。

辨析重點：「等軸」指晶軸的長度相等；「立方」是其常見晶胞外形描述。礦物外觀不一定呈現完整立方體，晶系分類依據的是晶體內部的對稱性與晶格幾何。

(2) Fluorescent minerals（螢光礦物）

螢光礦物是受到紫外線等短波長輻射照射時，吸收能量後立即發出可見光的礦物。停止照射後，發光通常迅速消失。發光常與礦物中的活化離子、微量元素或晶格缺陷有關；例如錳、鉛等元素可在某些礦物中充當發光中心。

螢光的顏色與強度會受礦物成分、微量元素、晶格結構及所用紫外線波長影響。方解石、螢石及白鎢礦等都可見螢光，但並非所有同種礦物標本都一定會發光。

**辨析重點：**螢光（fluorescence）在激發光源移除後即停止；磷光（phosphorescence）則在光源移除後仍會持續發光一段時間。兩者不可混為一談。

(3) Magmatic differentiation（岩漿分異）

岩漿分異是指由同一母岩漿經一種或多種地質過程，形成化學成分或礦物組成不同的岩漿與火成岩的現象。主要機制包括：

1. **分離結晶作用（fractional crystallization）：**礦物從岩漿中結晶後，因重力沉降、浮升或其他方式與殘餘熔體分離，使剩餘岩漿成分改變。
2. **同化作用（assimilation）：**岩漿熔融或溶解周圍圍岩，改變岩漿的化學組成。
3. **岩漿混合作用（magma mixing）：**不同成分的岩漿混合，形成成分介於兩者之間或具混合特徵的新岩漿。
4. **熔離作用（liquid immiscibility）：**單一熔體分離成兩種互不相溶的液體，各自演化或結晶。

核心觀念

礦物是自然形成、通常為無機、具有特定化學組成與有序原子排列的固體。礦物的生成，核心在於元素或離子在適當的物理、化學條件下達到過飽和，之後經由成核與晶體生長形成穩定的晶體。

成核可分為：

• 均質成核：晶核在均一的母相中自行形成，須克服較高的能障。
• 異質成核：晶核附著在既有礦物、碎屑或容器表面形成，所需能障較低，地質環境中較常見。

礦物生成方式可依形成環境與物質來源分類。答題時應交代其物質如何供應、促使礦物形成的條件，以及生長機制。

解題方法與礦物生成方式

本題可依「物質由何處而來、經何種作用達到過飽和、如何結晶或沉澱」分述主要生成方式，並為每種方式配一個代表性礦物。

一、岩漿結晶

岩漿冷卻時，溫度降低使熔體中不同成分依序達到結晶條件，礦物由熔體中成核並生長。結晶次序受到溫度、壓力、熔體成分及揮發分含量影響；早期形成的礦物亦可能與熔體反應，改變後續結晶組合。

實例：橄欖石，常在基性岩漿較高溫階段結晶。

二、熱液沉澱

含水熱液可由岩漿分異、變質作用或地下水加熱等過程形成。熱液沿裂隙或孔隙運移，當溫度、壓力、酸鹼度、氧化還原條件改變，或與圍岩反應時，溶液中離子達到過飽和，礦物便成核並沉澱於脈體或孔隙中。

實例：石英，常由富矽熱液冷卻或與圍岩反應後沉澱，形成石英脈。

三、沉積作用與化學沉澱

風化作用使岩石中的元素進入水體；水體蒸發、混合或化學條件改變時，溶解物質可直接沉澱結晶。另有礦物由生物作用促成沉澱，或由沉積物埋藏後的成岩作用形成。

實例：石膏，可由富含硫酸根與鈣離子的水體蒸發濃縮後沉澱。

核心觀念

造岩礦物是構成岩石的礦物，通常是岩石中含量較多、具有代表性的礦物。辨認岩石時，常先觀察其中的造岩礦物種類及其組合，再配合礦物的物理性質與產狀判斷。

地殼中常見的造岩礦物，主要由氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、鈦九種元素構成。其中氧與矽含量最高，許多造岩礦物屬於矽酸鹽礦物。

解題方法

本題分三步作答：先給出「構成岩石的主要礦物」這項定義，再完整列出九種主要元素，最後挑選五種常見造岩礦物，分別從顏色、條痕、硬度、解理、斷口、光澤與比重等鑑定性質描述。每種礦物宜列出數項有辨識力的特徵，避免只寫顏色，因為顏色可能受雜質或風化影響。

各小題解析

(1) 何謂造岩礦物？

造岩礦物是指構成岩石的主要礦物，常見於火成岩、沉積岩與變質岩中；其種類、含量與組合是描述和分類岩石的重要依據。

(2) 它們主要由哪九種元素構成？

九種元素為：

氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、鈦。

可記為「氧矽鋁鐵鈣鈉鉀鎂鈦」。其中氧、矽為含量最高的元素；鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、鈦則常參與造岩礦物的化學組成。

(3) 列舉五種常見造岩礦物，並說明鑑定特徵

核心觀念

本題考查沉積岩依物質來源與形成方式的分類。碎屑沉積岩由既存岩石風化、侵蝕後形成的碎屑，經搬運、沉積及成岩作用形成；非碎屑沉積岩則不是以陸源岩石碎屑的堆積為主要成因，而是由水中溶解物質沉澱、生物遺骸或有機物累積等作用形成。

非碎屑沉積岩可依主要成因分為：

1. 化學沉澱岩：水中的溶解物質因蒸發、溫度或酸鹼度改變等因素而沉澱、結晶，例如石膏岩、岩鹽。
2. 生物化學沉積岩：生物利用水中物質形成殼體或骨骼，生物遺骸累積後再經成岩作用固結，例如生物碎屑石灰岩。
3. 有機沉積岩：植物或其他生物的有機物在缺氧環境中大量累積、保存，經埋藏及煤化作用形成，例如煤。

解題方法

作答時先說明非碎屑沉積岩的判別依據，再按「化學沉澱、生物作用、有機物累積」整理種類與成因，並各舉實例。第二小題聚焦臺灣具代表性的非碎屑沉積岩：石灰岩與煤，分別交代形成環境及主要分布區。

（1）種類、成因與岩石例子

化學沉澱岩

水體中的離子濃度升高，或溫度、酸鹼度等條件改變，使溶解物質達到過飽和而析出，經沉積及固結形成岩石。常見於蒸發較強的封閉或半封閉水盆地。

例：石膏岩、岩鹽。 石膏岩主要由石膏礦物組成；岩鹽主要由石鹽礦物組成，兩者皆可由含鹽水體蒸發、礦物依序析出而形成。

生物化學沉積岩

生物從水中攝取碳酸鈣或二氧化矽等物質，形成殼體、骨骼或其他硬質構造。生物死亡後，其遺骸在水底累積，經壓密、膠結或再結晶作用形成岩石。

例：生物碎屑石灰岩。 其成分以碳酸鈣為主，常由珊瑚、貝類、有孔蟲等生物遺骸累積固結而成。部分石灰岩也可由水中碳酸鈣直接沉澱形成。

有機沉積岩

核心觀念

本題考查蛇紋岩的岩石定義、超基性岩水化變質作用、岩性特徵與臺灣分布。作答時要分清楚「蛇紋石」是礦物群名稱，「蛇紋岩」則是以蛇紋石族礦物為主的岩石；也要指出蛇紋岩通常由橄欖岩等超基性岩經水化作用形成。

解題方法

依題目配分分層回答：

• **第（1）題，4 分：**先定義蛇紋岩，再點出主要礦物與原岩。
• **第（2）題，16 分：**依序說明形成反應、外觀與礦物特徵，最後列舉臺灣產地及其地質分布。

這樣安排能直接對應「成因、特徵及產地」三個問項，也能避免只列地名而未交代其地質背景。

（1）何謂蛇紋岩？（4 分）

蛇紋岩（serpentinite）是一種以蛇紋石族礦物為主要組成的變質岩，常由橄欖岩、方輝橄欖岩等超基性岩，在水或熱液參與下發生水化變質作用而成。主要蛇紋石族礦物包括葉蛇紋石、纖蛇紋石與蜥蛇紋石；岩石中也常伴有磁鐵礦、水鎂石、滑石等副礦物。

須注意：蛇紋石是礦物，蛇紋岩是以蛇紋石為主的岩石。

（2）蛇紋岩的成因、特徵及產地（16 分）

一、成因

蛇紋岩主要由含橄欖石、輝石的超基性岩與水反應形成，稱為蛇紋岩化作用（serpentinization）。水可沿裂隙或斷層進入原岩，使原有的橄欖石、輝石逐漸轉變為蛇紋石族礦物及其他次生礦物。

以富鎂橄欖石的反應為例，可用下式表示：

式中，$\mathrm{Mg_2SiO_4}$ 為橄欖石，$\mathrm{Mg_3Si_2O_5(OH)_4}$ 為蛇紋石，$\mathrm{Mg(OH)_2}$ 為水鎂石。天然岩石含鐵時，反應產物還可包括磁鐵礦；在某些條件下，鐵的氧化反應亦可伴隨氫氣生成。