114 高普考高考三級 採礦工程 普通地質學及礦物與岩石學 考古題詳解

核心觀念

本題考查兩個重點：植物有機質如何經成煤作用轉變為煤，以及煤階（coal rank）隨煤化程度增加而呈現的性質差異；最後須辨認臺灣北部的主要含煤地層。

煤主要由古代植物殘體累積、埋藏後，經長期壓實及地熱作用形成。煤階表示煤化成熟程度，通常隨埋藏時間、溫度與壓力增加而提高；煤階愈高，固定碳比例通常愈高，水分與揮發分則愈低。

解題方法

先依成煤環境與成煤作用說明煤的形成，再用煤化程度由低至高排列煤的分級，並比較各級的固定碳、水分、揮發分與外觀特性。最後列出臺灣北部中新世主要含煤地層。

一、煤的形成（5 分）

煤的形成可分為下列過程：

1. 植物殘體累積：在沼澤、潟湖或濱海低窪環境，植物大量生長並死亡；水體缺氧、分解不完全，使植物殘體逐漸堆積。
2. 泥炭化：植物殘體經微生物作用，部分分解並失去可溶性物質，形成泥炭（peat）。
3. 埋藏與壓實：泥炭被砂、泥等沉積物覆蓋，隨埋藏加深而受壓實、脫水，孔隙縮小，體積減少。
4. 煤化作用：長期受地熱與壓力影響，泥炭中的水分及揮發性成分逐漸逸散，有機質的碳含量相對增加，依序形成褐煤、次煙煤、煙煤，進一步可形成無煙煤。

整體成煤序列為：

若煤層遭受更強烈的變質作用，還可形成變質程度更高的超無煙煤。

二、煤的不同分級名稱及差異（10 分）

煤階由低至高如下：

核心觀念

本題考查利用沉積構造判讀古水流方向（古流向，paleocurrent direction），再由沉積物搬運方向推估其來源方向。沉積構造通常記錄水流或風的流動方向；若已判定沉積物搬運方向，物源大致位於其上游一側。

野外判讀時，應先辨認構造的形態及其在岩層中的位置，再依其方向性判斷上游、下游；不能把所有構造的長軸或傾斜方向都直接當成水流方向。

解題方法：四種常用沉積構造

1. 交錯層理（cross-bedding） 水流或風搬運砂粒越過沙丘、砂波等床形，砂粒沿背流坡沉積，形成傾斜的交錯層。板狀交錯層理的前積層傾斜方向，通常指向下游；槽狀交錯層理則以槽軸或前積層的傾向判讀古流向。沉積物來源大致位於其反方向，也就是上游側。

2. 不對稱波痕（asymmetric ripple marks） 單向水流形成迎流坡較緩、背流坡較陡的不對稱波痕。較陡的背流坡及波痕前積方向指向下游；波痕脊線本身通常大致垂直於水流方向，因此不能只量脊線方向便當作流向。來源方向在下游方向的反側。

3. 底痕中的槽模、溝模（flute casts、groove casts） 底痕常出現在砂岩層底面，代表水流曾侵蝕下伏較細粒、未固結沉積物，之後由上覆砂層填充並保存。槽模一端呈匙狀、較寬深，為上游端；

核心觀念

大陸漂移學說由韋格納提出，主張現今各大陸原先連成一體，稱為「盤古大陸」（Pangaea），周圍為泛大洋（Panthalassa）；其後大陸逐漸分裂、漂移至今日的位置。此題重點是列舉並說明支持大陸曾經連結、後來分離的證據。至少答出四類，並交代各自如何支持該學說。

解題方法

可按「地形輪廓、地質構造、生物化石、古氣候」四類整理；每類都指出跨越現今海洋、在不同大陸上仍能相互對應的現象。這樣的證據組合比單看大陸邊緣形狀更有說服力。

主要證據

1. 大陸邊緣的拼合

南美洲東岸與非洲西岸的海岸輪廓相互吻合，尤其以大陸棚邊緣作比較時，拼合關係更明顯。這顯示兩地曾相鄰，後來才分離。

2. 地層與山脈構造的連續性

分隔在大西洋兩側的大陸，可見年代與岩性相近的地層、岩石帶及構造；部分山脈與褶皺帶也能跨海對接。例如北美阿帕拉契山系與歐洲、格陵蘭的同時代構造帶，在地質年代、岩性及構造走向上具有對應關係。若將大陸復位，這些地質帶可連成較完整的系統。

3. 相同或相近的陸生生物化石

在彼此隔著海洋的大陸，發現相同或相近的陸生植物、淡水生物及陸生動物化石。例如南美洲與非洲都發現中生代爬行類中龍（Mesosaurus）化石，南美洲、非洲、印度、澳洲及南極洲則有舌羊齒（*Glossopt

核心觀念

閃玉（nephrite）是以透閃石—陽起石系列角閃石為主的緻密纖維狀集合體；其韌性來自細密交織的纖維結構。全球閃玉礦床依母岩與形成作用，概分為兩種：蛇紋岩相關型與碳酸鹽岩相關型。

臺灣花蓮豐田一帶的閃玉主要屬蛇紋岩相關型，常與蛇紋岩共生或呈接觸產出。兩者皆可能呈綠色，因此野外鑑別應綜合硬度、韌性、光澤、構造及產狀判斷。

解題方法

第一小題按「母岩—流體或變質作用—產物」說明兩類成因。第二小題從岩石的物理性質與野外地質關係著手，列出可實際觀察或測試的區別方法；單一特徵可能受風化、粒度及礦物組成影響，宜交叉判斷。

一、閃玉的兩種地質成因

1. 蛇紋岩相關型（serpentinite-related nephrite）

此型閃玉產於蛇紋岩或蛇紋化超基性岩附近，常位於蛇紋岩與富含二氧化矽的岩石接觸帶，例如石英質岩脈、變質沉積岩或其他矽質岩石的邊界。

矽質流體沿裂隙或接觸帶交代蛇紋岩，促使其中鎂、鈣與矽重新分配，形成以透閃石—陽起石為主的閃玉。其產狀常呈脈狀、透鏡狀或不規則塊體，並可見閃玉與蛇紋岩的交界。

2. 碳酸鹽岩相關型（carbonate-related nephrite）

此型閃玉主要形成於白雲質大理岩等富鎂碳酸鹽岩中。富含二氧化矽的熱液或岩漿流體交代白雲石質岩石，發生接觸交代作用，生成透閃石質閃玉，常與矽卡岩礦物及鈣鎂矽酸鹽礦物共生。

概括而言，此型的反應物是白雲石質碳酸鹽岩與富矽流體，產物則以透閃石質閃玉為主。

二、野外區別閃玉與蛇紋岩的方法

1. 硬度測試

核心觀念

**Polymorph（同質多象）**是指化學組成相同、晶體結構不同的礦物。石英及其他二氧化矽多形的化學式都是 $\mathrm{SiO_2}$，但矽氧四面體的排列方式不同；在一定溫度、壓力下，各種結構有不同的穩定範圍。

回答本題時，應把「石英的低溫型與高溫型」和「廣義的二氧化矽多形」一併說明。後者包含低壓高溫相及高壓相。

解題方法

依相穩定條件，先列出常壓下隨溫度升高的相變，再補充壓力升高後穩定的緻密相。溫度界線會隨壓力改變，以下數值以約 $1$ 大氣壓為基準，屬常用近似值。

因此，常壓加熱時主要轉變序列為：