110 專技高考高等考試 應用地質技師 礦物學與岩石學（包括經濟地質學） 考古題詳解

核心觀念

同質異像（polymorphism）是指化學成分相同、晶體結構不同的礦物。$CaCO_3$ 的主要無水結晶同質異像物有三種：方解石、霰石與球霰石。它們的化學式相同，但晶格排列不同，因此穩定性、形成條件與地質意義也不同。

解題方法

依序辨認各礦物的晶系，再從兩個角度說明成因與用途：一是穩定性及物理化學條件如何控制結晶；二是礦物的分布、組成與轉變如何記錄沉積、成岩及生物作用。

球霰石的精細結構具有研究上的討論，但考試作答通常列為六方晶系。

各同質異像物的成因與地質研究用途

一、方解石（calcite）

方解石廣泛形成於海洋、湖泊與泉水等含碳酸鈣水體，也可由生物造殼、蒸發濃縮或成岩作用沉澱形成。它是地表條件下穩定的$CaCO_3$相，霰石與球霰石在成岩過程中也常轉變為方解石。

方解石是石灰岩與大理岩的主要造岩礦物。地質研究可利用其分布與組織判讀碳酸鹽沉積、膠結及重結晶作用；方解石脈、雙晶與變形組織也能協助分析流體活動及岩石受力變形。

二、霰石（aragonite）

霰石常由海水或其他含鈣、碳酸根的水溶液沉澱形成，也常由軟體動物等生物分泌形成殼體。其生成受溫度、壓力、溶液化學組成與生物作用影響；較高的鎂鈣比、較高的碳酸根過飽和度等條件，可能有利於霰石形成。

核心觀念

本題考查地溫梯度與岩石熔融條件的關係，以及不同板塊構造環境如何使地幔或地殼跨越岩石固相線而形成岩漿。

地溫梯度是溫度隨深度增加的速率：

岩石並非只要溫度高就會熔融；必須在特定壓力下，地溫曲線達到或超過岩石的固相線。岩漿成因可分為三種基本機制：

1. 減壓熔融：熱的地幔上升，壓力降低；即使溫度大致維持在近絕熱上升的狀態，也能跨越固相線而部分熔融。
2. 加水熔融：水等揮發分加入，使固相線溫度降低，地幔在原有溫度下即可熔融。
3. 熱傳導熔融：高溫岩漿或熱地幔將熱傳給地殼，使地殼岩石升溫至固相線以上而熔融。

解題方法與構造環境

作答時先指出地溫梯度與固相線的關係，再依各構造環境說明造成熔融的方式。重點是辨認：各地體構造並非都靠「地溫梯度變陡」形成岩漿；有些是壓力下降或固相線降低，使熔融條件改變。

• 中洋脊與張裂型板塊邊界：板塊分離使軟流圈地幔上升，壓力隨深度減小而降低。地幔上升時溫度大致沿近絕熱路徑變化，因減壓而跨越地幔橄欖岩固相線，發生部分熔融，主要形成玄武質岩漿。此處主要機制是減壓熔融，不是單純由地溫梯度大幅增加造成。

• 隱沒帶：海洋板塊將含水礦物與沉積物帶入深部，隨隱沒板塊升溫、脫水，水分進入上覆地幔楔。水使地幔橄欖岩固相線降低，地幔楔在相對較低溫度下即可部分熔融，形成島弧或大陸弧岩漿。此處主要機制是加水熔融；地溫梯度提供熱背景，揮發分則降低熔融門檻。

核心觀念

本題考查兩部分：沉積岩如何分類、由哪些物質組成，以及臺灣沉積岩主要出露在哪些地區。作答時先按成因分類，再補充碎屑岩的粒徑與成分，最後以簡圖標示分布，並說明地質區域與岩性特徵。

沉積岩是沉積物經沉積、埋藏、壓密及膠結等成岩作用形成的岩石；溶液中的物質也可經化學沉澱或生物作用形成沉積岩。典型特徵包括層理、沉積構造及化石，但並非每種沉積岩都具備全部特徵。

解題方法：先依成因分類，再說明組成

一、碎屑沉積岩

由先存岩石或礦物風化、侵蝕後形成的碎屑，經搬運、沉積、壓密與膠結而成。可先按粒徑分類：

碎屑岩除粒徑外，也須觀察顆粒的成分、圓度、淘選度與基質含量。例如，石英含量高的砂岩通常較成熟；岩屑與長石較多的砂岩，常反映物源較近或搬運、化學風化程度較低。

二、化學沉積岩

由水溶液中的離子直接沉澱形成，常見類型如下：

• 蒸發岩：水分蒸發後鹽類沉澱，例如石膏岩、岩鹽。
• 化學石灰岩：碳酸鈣由水溶液中沉澱形成。
• 矽質沉積岩：以二氧化矽沉澱或聚集形成。

三、生物化學與有機沉積岩

由生物活動、遺骸或有機質累積形成：

• 生物碎屑石灰岩：由珊瑚、貝殼或其他生物遺骸組成，主要成分為方解石或霰石。
• 生物成因矽質岩：由矽藻、放射蟲等生物的矽質殼體累積而成。
• 煤：由植物遺骸埋藏後經成岩作用形成，以碳質物為主。

四、沉積岩的主要物質組成

沉積岩的組成可概括為：

1. 碎屑顆粒：石英、長石、岩屑及黏土礦物等。
2. 化學或生物成因礦物：方解石、白雲石、石膏、岩鹽、矽質礦物等。
3. 基質與膠結物：基質填在較粗顆粒之間；

核心觀念

本題考查臺灣具有經濟規模的金屬礦床分布，以及礦床的產狀與礦石礦物、脈石礦物組合。作答時須分清楚：

• 產狀：礦體在圍岩中的形態與位置，例如裂隙充填脈、角礫岩礦筒、浸染狀或層狀、塊狀。
• 金屬礦物：提供金屬或具經濟價值的礦石礦物，例如自然金、硫砷銅礦、黃銅礦。
• 脈石礦物：與礦石礦物共生、通常不作為主要金屬回收對象的礦物，例如石英、方解石、重晶石。

臺灣曾具規模開採的金屬礦產，以北部瑞芳一帶的金、銀、銅礦最具代表性；東部亦曾開採含銅硫化鐵礦。

解題方法

先指出主要礦區，再依礦床類型說明產狀和礦物組合。最重要的答題重點是：金瓜石—九份礦區並非只有單一形態的金脈，其中包括脈型金礦、脈型金銅礦與角礫岩金銅礦筒；東部含銅硫化鐵礦則以層狀或塊狀產出。

主要礦區、產狀與礦物

一、北部瑞芳金瓜石—九份—武丹山一帶

位於今新北市瑞芳區，是臺灣最具規模的金銀銅礦區。金瓜石礦床為淺成熱液礦床，礦體主要有三種產狀：

1. 脈型金礦體：九份、武丹山一帶常見，金主要呈自然金，產在石英脈及裂隙中；九份部分金礦脈充填於砂岩裂隙。
2. 脈型金銅礦體：金瓜石本山一帶的熱液沿裂隙充填，形成含金、銀、銅的礦脈。
3. 角礫岩金銅礦筒及浸染狀礦化：金瓜石部分礦體呈角礫岩礦筒，金銅礦物亦可散布於矽化安山岩中。

核心觀念

「玉」在日常與文化用語中可泛指質地細緻、色澤美觀、適合雕琢的石材；礦物學與寶石學所稱的玉，主要分為兩類：

1. 硬玉（jadeite）：主要由硬玉輝石組成，常稱翡翠，化學式為 $\mathrm{NaAlSi_2O_6}$。
2. 閃玉（nephrite）：主要由透閃石—陽起石系列的角閃石微細纖維交織而成，屬緻密的岩石集合體。透閃石端元為 $\mathrm{Ca_2Mg_5Si_8O_{22}(OH)_2}$，鐵含量增加時成分朝陽起石端元變化。

硬玉與閃玉屬於不同礦物族，不能只依顏色或外觀判定種類。臺灣玉屬於閃玉，不屬於翡翠。

解題方法

依題目要求，分成四個部分作答：先界定「玉」的種類，再指出臺灣玉的礦物學名稱，接著說明其形成作用，最後交代臺灣產地與分布。作答時須區別「玉的兩大類」與「臺灣玉實際屬於哪一類」，並將成因連結到蛇紋岩、黑色片岩接觸帶的熱水交代作用。

種類與臺灣玉的礦物學名

玉主要包含硬玉與閃玉兩類。臺灣玉的礦物學名為閃玉（nephrite），主要由透閃石與陽起石的細長纖維狀晶體緊密交織組成；鐵含量較高時顏色通常較深綠。這種纖維交織的結構使閃玉具有良好韌性。

形成方式