109 專技高考高等考試 應用地質技師 地層學與構造地質學 考古題詳解

核心觀念

沉積盆地是地表或地殼內可容納沉積物的低地，形成的基本條件是可容納空間（accommodation space）增加。盆地基底下陷會產生空間，但下陷不一定全由地殼伸張造成；熱冷卻、負載、深部物質流動及構造作用都能形成或改變盆地。若沉積物供給快於可容納空間增加，盆地會逐漸被填滿；反之則可持續容納沉積物。

解題方法

可依盆地形成的主要物理機制分類：先看岩石圈是否受伸張或彎曲，再看是否因地殼增厚、熱作用或深部物質移動而下陷，最後補充局部構造與火山作用。作答時應指出各機制的下陷原因，並以代表性盆地說明。

盆地形成機制

1. 伸張作用與裂谷盆地 岩石圈受張力而變薄，形成正斷層、地塹或半地塹，斷層下降盤下陷，構成沉積空間。若伸張持續，裂谷可演化為新生洋盆；伸張停止後，變薄岩石圈冷卻、密度增加，仍會繼續下陷，形成後裂谷熱沉降。東非裂谷及大西洋被動大陸邊緣的盆地是代表例。

2. 熱冷卻與岩石圈熱沉降 岩石圈受熱隆起或被拉薄後，會隨時間冷卻收縮、密度增加並下沉。即使沒有持續的斷層活動，也能形成廣闊、長期下陷的盆地；被動大陸邊緣在裂谷作用後的沉降即屬此類。此機制常與伸張作用連續發生，但兩者的直接原因不同：前者是冷卻收縮，後者是構造拉張與岩石圈變薄。

3. 撓曲作用與負載盆地 岩石圈具有彈性，可在巨大負載下彎曲下陷。造山帶的推覆岩片及增厚地殼會使鄰近前陸岩石圈撓曲，形成前陸盆地；火山島鏈、厚層沉積物或冰蓋等負載，也可使地殼局部下陷。負載移除後，岩石圈可能發生回彈。

核心觀念

本題考查卓蘭層的地層地理、岩相辨識與沉積相解釋。作答時須把「分布位置、岩性組合、沉積構造、古環境」連成一套：先描述岩層在哪裡出露，再由岩性與構造判讀水流及波浪作用，最後說明沉積環境隨地層向上如何變化。

解題方法

1. 先交代地理範圍：說明卓蘭層主要分布於西部麓山帶，並列出北、中部重要出露區。
2. 再描述岩性組合：以砂岩、粉砂岩、泥岩的互層為主，並指出粒度與厚度常有變化。
3. 列出沉積構造：選取能代表水流、波浪與潮汐作用的構造，並說明它們反映的沉積過程。
4. 綜合判釋古環境：卓蘭層整體記錄淺海至三角洲、濱岸，再到河流環境的向上變淺與陸化趨勢；不同地區及地層部位的相帶有所差異。

參考作答

一、地表分布範圍

卓蘭層廣泛出露於臺灣西部麓山帶，主要分布於苗栗、臺中一帶，典型出露地點包括苗栗縣卓蘭鎮及大安溪沿岸；北部可見於大漢溪流域，南部亦有延伸至中部其他河川剖面的地層露頭。地層向西延伸至麓山帶西側，部分地區則被較年輕的第四紀沉積物覆蓋。

二、岩性組合特徵

卓蘭層主要由砂岩與泥質岩互層構成，泥質岩包括泥岩、頁岩及粉砂岩。砂岩以細粒至中粒者常見，局部可見較粗粒砂岩；整體岩性以碎屑沉積岩為主，層理及粒度變化明顯。

下部常見砂岩與粉砂質泥岩、泥岩互層，反映水下環境中砂泥交替沉積；向上砂岩比例及粒度常增加，並可見煤屑、植物碎屑、根跡或古土壤等陸源特徵，顯示沉積環境逐步向岸、向陸轉移。各地剖面的實際岩性比例與層厚不盡相同。

三、常見沉積構造

常見沉積構造包括：

• 交錯層理與交錯紋理：包括平板狀或槽狀交錯層理，常見於砂岩中，代表水流搬運砂粒並形成沙丘或沙波。
• 平行層理：多反映較強水流或較高能量條件下的砂質沉積。

核心觀念

本題考「逆衝斷層悖論」（paradox of overthrusting）：在大型擠壓造山帶中，岩席（nappe）可沿低角度逆衝斷層水平搬運數十至數百公里，但上覆岩層常有強烈褶皺、劈理與剪切變形，底下的結晶基盤卻變形輕微。問題的關鍵是：如此大規模的岩席如何克服沿斷層面的摩擦阻力，並能在基盤上滑移？

岩席多屬薄皮構造（thin-skinned tectonics）：主要變形集中於沉積蓋層及其底部的滑脫面（décollement），不一定代表整個地殼基盤都參與變形。岩席的水平位移則由造山帶的重力勢能、構造推擠及弱層潤滑等機制共同解釋。

解題方法

作答時應分別處理題幹提出的兩個現象：

1. 岩席強烈變形、基盤影響微弱：說明變形如何集中在沉積蓋層及滑脫層，並交代基盤不必隨岩席一起大幅縮短。
2. 逆衝地表跡線極長、岩席遠距搬運：說明驅動力如何克服摩擦阻力，以及何種地質條件能降低滑移阻力。

因此，答案不宜只列一種「推力」，而應整合薄皮構造、重力滑動／重力擴展，以及滑脫面弱化等解釋。

各項解釋

一、薄皮構造與基底滑脫

在沉積岩層序底部若有頁岩、蒸發岩或其他低強度岩層，這些弱層可形成滑脫面，使上覆沉積蓋層與結晶基盤脫耦。擠壓時，上覆岩層沿滑脫面形成褶皺與逆衝斷層，組成岩席；基盤則可保持相對完整，或只發生較小變形。

這說明了「岩席變形劇烈、基盤影響微弱」的現象。基盤並非完全不受力，而是變形量與變形方式可和上覆蓋層顯著不同。

二、造山帶重力勢能驅動的重力滑動與重力擴展

核心觀念

**變形條帶（deformation band）**是多孔、未完全固結岩石中，變形集中於狹窄、板狀或帶狀區域所形成的構造。帶內可發生顆粒重排、破碎、壓密、黏土礦物定向排列，或局部溶解與膠結；相較於周圍未變形岩石，條帶常有不同的孔隙度、粒度、組織與滲透性。

變形條帶常見於多孔砂岩與未固結沉積物，也可見於其他多孔岩石。它們通常是斷層損傷帶內的重要構造單元，可能單獨出現，也可能密集成群。單一條帶的位移通常不大，但多條條帶聚集後可形成明顯的變形帶或與較大斷層相連。

解題方法：依序說明幾何、分類、成因與水理效應

本題是申論題，宜先界定何謂變形條帶，再交代其野外產狀；接著分別依運動方式與變形機制分類，說明各類條帶如何形成，最後連結孔隙結構改變與流體流動。這樣可完整回答題目所問的定義、產狀、分類、形成機制及流體影響。

產狀與幾何特徵

變形條帶呈薄層狀、板狀或帶狀，厚度通常為毫米至公分尺度，長度可達更大尺度，並可延伸、分支、交會或彼此平行排列。野外常呈單條、平行組、共軛組或密集條帶群；在斷層周圍，常構成斷層損傷帶。

條帶可具有剪切、張裂或壓縮成分。含剪切位移者最常見，位移通常為毫米至公分級。部分條帶肉眼不易辨認，須藉由薄片觀察顆粒破裂、旋轉、排列或黏土礦物定向等微構造特徵確認。

分類

依運動學分類

• 剪切型（shear bands）：沿條帶兩側有相對剪切位移，是常見類型。
• 張裂型（extension bands）：條帶形成時伴隨張開或體積增加。
• 壓縮型（compaction bands）：岩石沿條帶方向發生局部縮短與壓密，孔隙度降低。
• 複合型：同時具有剪切與張裂，或剪切與壓密等成分。

依主要變形機制分類

1. 顆粒解體型（disaggregation bands） 顆粒主要以滾動、旋轉、粒界滑動及顆粒重新排列來適應變形，顆粒本身較少破碎。常見於未固結或弱固結砂層。

2. 碎裂型（cataclastic bands） 顆粒因應力集中而破裂、磨碎或壓碎，形成細粒碎屑；常伴隨孔隙縮小與條帶內粒度變細。

3. 片狀矽酸鹽型（phyllosilicate bands） 黏土等片狀矽酸鹽礦物在狹窄帶內集中、旋轉或沿剪切方向排列，使條帶形成低滲透性區域。

4. 溶解與膠結型（solution and cementation bands） 溶解作用沿局部變形帶集中，或溶解物質在帶內沉澱、膠結，造成礦物組成與孔隙結構改變。

以上分類是依主要機制區分；自然條帶可由多種機制共同形成，並可能隨變形演化而改變特徵。

核心觀念

本題考查臺灣西南部至東部的地質分區、板塊聚合造山帶的構造排列，以及岩層由西向東的變形與變質差異。剖面須大致垂直主要構造線，呈現西部平原、褶皺逆衝帶、中央山脈、花東縱谷與海岸山脈的相對位置。

臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊聚合交界。臺灣南部的造山帶主要受東西向縮短控制，地層與構造帶多呈近南北走向；由西向東，通常可見由未變質沉積岩、低度變質岩，過渡至較高變質度基盤岩，再接上代表呂宋島弧的海岸山脈。

解題方法與剖面示意

先依地理位置由西向東排列地質區，再以逆衝斷層、縱谷碰撞縫合帶等主要構造分界。剖面只需呈現區域構造關係，不要求各岩層厚度、深部形態或地形比例精確。

西 東
嘉南平原 西部麓山帶 雪山山脈／玉山山脈 中央山脈脊梁帶 花東縱谷 海岸山脈
沖積層 褶皺、逆衝斷層帶 砂頁岩、板岩系 板岩、變質雜岩 縱谷斷層帶 火山岩、沉積岩
───────╱╲─╱╲─╱╲────────╱╲──────────╱╲──────────│────────╱╲────地表
沖積層覆蓋 西傾或東傾的逆衝斷層、褶皺 低度變質 → 中度變質 縫合／碰撞帶 島弧岩系
 （覆瓦狀構造） 大南澳雜岩出露較多
────────────────────────────────────────────────────────────────────
 向東增厚、受擠壓的沉積地層與造山帶深部構造

圖中斷層符號與岩層形態為區域示意，實際剖面須依所選剖線調整。作答時應清楚標出：西部沖積平原、西部麓山帶的褶皺逆衝構造、中央山脈的變質岩帶、花東縱谷，以及海岸山脈的島弧岩系。中央山脈內部可再概分雪山山脈／玉山山脈與脊梁山脈等構造地質區。

各地質區的岩性與變形變質程度