115 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

地熱資源是地球內部熱能在地殼中累積，並能以熱水、蒸汽或高溫岩體形式加以利用的資源。地熱的形成與地球內部熱量、火成活動、地殼構造及地下水循環有關。地熱可用於發電，也可供暖、溫泉利用及農漁業等直接使用。

一個可開發的地熱系統，通常須具備下列條件：

1. 熱源：岩漿活動、火山作用、深部高溫岩體，或地殼深處向上傳導的熱量。
2. 儲集層：具孔隙或裂隙的岩層，可儲存並傳輸熱水、蒸汽或其他熱流體。
3. 流體：地下水進入深部受熱，沿裂隙上升；部分地熱系統也可直接利用高溫岩體。
4. 蓋層與構造通道：低滲透性岩層有助於保留熱流體；斷層、裂隙則可讓地下水下滲、熱流體上升。

依熱能與流體的型態，地熱資源可概分為水熱型與增強型地熱系統等。臺灣傳統地熱探勘的重點，以水熱型系統為主。

解題方法：由區域評估逐步縮小至鑽井驗證

地熱探勘的目的，是確認熱源、儲集層、流體與通道是否同時存在，並評估溫度、產能、流體化學及開發條件。常用方法如下：

1. 地質調查 調查火山岩、侵入岩、變質岩及沉積岩分布，測繪斷層、褶皺、裂隙與地熱蝕變帶；並記錄溫泉、噴氣孔、硫氣孔等地表熱徵。地質資料用來推估熱源位置、地層構造及地下流體通道。

2. 地球化學調查 採集溫泉水、地表水及氣體，分析主要離子、微量元素、溶解氣體與同位素。水化學可協助判斷流體來源、混合情形及地下環境；地球化學溫度計則可估算深部熱儲層溫度。地表泉水溫度不等於深部儲集層溫度，解讀時須考量冷水混合與熱水上升過程中的冷卻。

3. 地球物理調查 依探勘目標採用大地電磁法、電阻率法、重力法、磁力法、地震調查及地溫梯度測量。地熱流體與黏土蝕變常會改變岩層電性；地球物理資料可協助描繪地層界面、裂隙構造及儲集層範圍。單一物理異常不能直接證明存在可開發的地熱儲集層，須與地質、地化資料整合判讀。

4. 地質模型與探勘井規劃 綜合地質、地化與地球物理成果，建立地熱概念模型，選定鑽井位置、深度與井型。

核心觀念

本題考查岩漿的定義與分類，以及岩石圈不同構造環境中，地溫梯度相對於岩石固相線的變化。理解岩漿如何形成，關鍵在於：岩石的溫度是否超過其固相線；若未超過，則可藉由降壓或加入揮發分，使熔融開始。

岩漿是地下由熔融矽酸鹽液體、晶體及溶解揮發分組成的天然物質。岩漿侵位或噴出地表後稱為熔岩；若在地下冷卻結晶，則形成侵入火成岩。

岩漿的分類

常見分類方式如下：

• 依二氧化矽含量及化學組成：超基性、基性、中性、酸性岩漿。典型代表依序為苦橄岩／科馬提岩、玄武岩、安山岩、流紋岩岩漿；由基性至酸性，二氧化矽含量通常增加，黏度也通常增加。
• 依岩漿形成或演化關係：原生岩漿是由地函或地殼物質部分熔融直接形成；演化岩漿則可經分離結晶、同化混染或岩漿混合作用改變組成。
• 依揮發分含量：岩漿含有水、二氧化碳等揮發分；揮發分含量會影響熔融溫度、黏度及噴發特性。

作答時以二氧化矽含量所代表的超基性、基性、中性、酸性分類為主，再補充形成與演化分類即可。

解題方法：以地溫梯度和固相線比較

縱軸表示深度，橫軸表示溫度。地溫梯度曲線代表岩石隨深度增加的溫度變化；固相線代表岩石開始部分熔融的溫度。地溫梯度與固相線相交或越過固相線時，岩石開始熔融。

深度增加
 ↓
 │ 固相線（岩石開始熔融的溫度）
 │ ╱
 │ ╱ ● ①升溫：地溫梯度右移
 │ ╱ ╱
 │ ╱ ● ②降壓：固相線左移
 │ ╱ ╱
 │ ╱ ● ③加水：含水固相線左移
 │╱
 └────────────────────→ 溫度增加
 地溫梯度

圖中三種熔融機制分別是提高岩石溫度、降低熔融所需壓力，以及加入水等揮發分降低固相線。答題時須指出各機制的主要構造環境，不能只畫出曲線而未解釋其成因。

不同構造環境下的岩漿形成

1. 地函柱或熱點：升溫熔融

核心觀念

長石是架狀矽酸鹽礦物，也是火成岩中最常見的造岩礦物。長石晶體結構中的矽、鋁位置可由鉀、鈉、鈣等陽離子平衡，因此主要依化學成分分成兩大系列：

1. 鹼性長石（alkali feldspar）：以鉀長石端元 $KAlSi_3O_8$ 與鈉長石端元 $NaAlSi_3O_8$ 為主，主要包括正長石、微斜長石、透長石及歪長石。
2. 斜長石（plagioclase）：鈉長石 $NaAlSi_3O_8$ 與鈣長石 $CaAl_2Si_2O_8$ 之間的連續固溶系列，依鈣長石端元比例 $An$ 分級。

斜長石成分常以 $Ab$、$An$、$Or$ 表示，分別代表鈉長石、鈣長石及正長石端元的比例；斜長石系列主要按 $An$ 含量劃分：

解題方法與各種長石的火成岩分布

答題時先交代長石的兩大分類，再把各類長石與岩漿的二氧化矽含量、鹼性程度及火成岩組成連結。整體趨勢是：富矽、富鉀的酸性岩常見鹼性長石及富鈉斜長石；較基性、富鈣的岩石則以富鈣斜長石為主。

一、鹼性長石

• 正長石（orthoclase）與微斜長石（microcline）：常見於花岡岩、花岡閃長岩及正長岩等酸性至中性深成岩；鉀長石含量高時，岩石往正長岩類方向變化。

核心觀念

**岩石循環（rock cycle）**是岩石在地球內外作用下，經由熔融、結晶、風化侵蝕、搬運沉積、成岩與變質等過程，從一類岩石轉變為另一類岩石的循環與物質轉換。岩漿冷卻結晶形成火成岩；岩石風化侵蝕後形成沉積物，經沉積與成岩作用形成沉積岩；岩石受熱、受壓或流體作用而不熔融時，形成變質岩；任何岩石進入較深部並熔融，都可再形成岩漿。

岩石循環不是只有單一路徑，也不代表每一塊岩石都必須依固定次序經過三大岩類。板塊運動會使岩石下沉、抬升或進入不同溫壓環境，因此岩石可以循不同路徑轉變。

解題方法：以隱沒帶串起岩石循環

本題要先簡述岩石循環，再用圖解說明隱沒作用如何驅動循環。作答時可由洋中脊新生洋殼開始，沿著海底風化與沉積、隱沒、變質與部分熔融、岩漿上升結晶，再連回地表抬升與侵蝕，標出各階段形成的岩石與主要作用。

 地表抬升、出露
 ┌────────────────────┐
 │ ▼
 火成岩、變質岩、沉積岩 風化、侵蝕、搬運
 ▲ │
 │ ▼
 岩漿冷卻結晶 沉積物
 ▲ │
 │ ▼
 岩漿上升噴發 沉積、埋藏、成岩
 ▲ │
 │ ▼
 部分熔融 沉積岩
 ▲ │
 │ ▼
 隱沒板塊脫水、助熔；地溫升高 埋藏、增溫增壓
 ▲ │
 └──────變質作用──────┘
 ▲
 │ 隱沒
洋中脊新生洋殼 ──海底冷卻、結晶──► 洋洋殼及其上覆沉積物
 │
 ▼
 隱沒帶深部岩石圈

隱沒作用中的岩石轉變

核心觀念

本題考查四個基礎岩石學與板塊構造名詞：矽卡岩屬於與侵入岩活動相關的交代變質岩；隱沒帶是聚合型板塊邊界的一種；全晶質描述火成岩的結晶程度；鮑溫系列則說明岩漿冷卻時常見矽酸鹽礦物的結晶順序與反應關係。

解題方法與名詞說明

（一）矽卡岩（Skarn）

矽卡岩是碳酸鹽岩（如石灰岩、白雲岩）受岩漿侵入影響，經接觸變質及交代作用形成的變質岩。岩漿帶來的熱液與碳酸鹽岩發生化學反應，使岩石中的成分與礦物組合改變，形成以鈣矽酸鹽礦物為特色的岩石。

常見礦物包括石榴子石、輝石、矽灰石、綠簾石等。部分矽卡岩伴隨金屬礦床形成，例如鐵、銅、鎢、錫等礦化，因此也具有重要的經濟地質意義。

**作答關鍵：**寫出「碳酸鹽岩＋侵入岩熱液＋交代作用」，並舉出代表性鈣矽酸鹽礦物。

（二）隱沒帶（subduction zone）

隱沒帶是聚合型板塊邊界上，一個板塊向下俯衝、進入另一板塊之下並下沉至地函的區域。典型情況是密度較大的海洋板塊隱沒於另一海洋板塊或大陸板塊之下，地表常伴隨深海海溝。

隱沒作用可造成地震、火山活動及造山作用。海洋板塊下沉時，相關流體促使上覆地函部分熔融，常形成與隱沒帶平行分布的火山弧。

**作答關鍵：**說明板塊聚合、其中一板塊向下隱沒，並指出海溝、地震或火山弧等常見地質現象。

（三）全晶質（holocrystalline）

全晶質是火成岩的結構，指岩石全部或幾乎全部由結晶礦物組成，沒有可辨認的火山玻璃。岩漿或熔岩冷卻結晶後，若未留下玻璃質部分，即呈全晶質。

全晶質只說明「晶體與玻璃的比例」，不直接說明晶粒大小：深成岩常見粗粒全晶質；若晶粒細小但仍全由晶體構成，也可屬全晶質。與之相對的玻璃質結構則含有大量未結晶的火山玻璃。