111 專技高考高等考試 應用地質技師 地質調查（包括地球物理探勘） 考古題詳解

核心觀念

本題評量應用地質技師在活動斷層調查與**古地震學（Paleoseismology）**領域之核心實務能力。斷層槽溝開挖（Trench Excavation）是釐清活斷層活動性、地表破裂歷史與地震再現週期的最直接且關鍵之地下勘查手段。

本題涉及之核心地質與法規觀念包括：

1. 地層學與構造地質學基本定律：包含地層疊置定律（Law of Superposition）、截切關係定律（Law of Cross-Cutting Relationships）、化育層演化與構造生長層（Growth strata）分析。
2. 古地震事件沉積指標：同震地表破裂所伴隨的崩積楔（Colluvial wedge）、漸進位移（Progressive displacement）、裂隙充填（Fissure fill）與砂湧（Sand blow/液化噴砂）。
3. 定年定相原理：利用加速器質譜儀碳十四定年（AMS $^{14}\text{C}$）與光刺激發光定年（Optically Stimulated Luminescence, OSL），建立事件之「上限年齡（Capping/Upper-bound age）」與「下限年齡（Lower-bound age）」。
4. 相關安全法規標準：依據民國 111 年施行之《職業安全衛生設施規則》露天開挖防護規範（垂直開挖深度逾 $1.5\text{ m}$ 需設置擋土支撐或採安全斜坡退縮），以及《地質法》對活動斷層地質敏感區調查之相關規範。

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解題方法

規劃斷層槽溝開挖研究古地震，應依工程生命週期分為七大階段循序推動：

一、場址評選與前置規劃階段

1. 遙測與微地形分析：

• 蒐集航照、LiDAR 高精度數值地形模型（DEM）與光達微地形圖，辨識斷層崖（Fault scarp）、階地錯移（Terrace offset）、偏轉水系等斷層微地形特徵。

2. 淺層地球物理探勘：

• 於預定開挖區施作地電阻影像剖面法（ERT）或透地雷達（GPR）、淺層震波反射法，預先鎖定斷層剪切帶位置、破碎帶傾角及地下水位分布，降低開挖盲目摸索之風險。

3. 選址準則評估：

• 沉積連續性：優先選擇沉積速率適中、地層層理清晰且富含有機質之全新世（Holocene）沉積環境（如沖積平原、氾濫平原或小盆地）。
• 施工可行性：避開高地下水位區（防湧水崩塌）、地下管線密布區及人工填土過厚區域，並預先取得地主同意及目的事業主管機關之開挖許可。

二、槽溝設計、開挖與工安防護階段

1. 方向與尺寸配置：

• 走向配置：主槽溝原則上必須垂直（正交）於斷層走向開挖，以完整呈現斷層垂直落差、傾角及地層幾何關係；若斷層具顯著走滑（Strike-slip）分量，則應配合布設平行斷層走向之輔助槽溝。
• 規模與斷面：長度須橫跨整條斷層變形帶並延伸至未變形之安定地層；深度視第四紀沉積層厚度而定（一般為 $3\text{--}5\text{ m}$）。

2. 邊坡穩定與工安支撐：

• 依《職業安全衛生設施規則》第 71 條等相關規範（以民國 111 年法規為準），深度超過 $1.5\text{ m}$ 時，溝壁嚴禁垂直開挖，必須採階梯狀退縮（Benching/Step-cut）或設置擋土支撐鋼架，確保工作人員作業安全。

3. 排水與防水設施：

• 溝底兩側挖設集水坑配置沉水馬達抽水；槽溝頂部構築截水溝防止地表逕流湧入；上方架設全天候遮雨棚及防風布，防止雨水沖刷掏刷壁面及日曬乾裂。

三、溝壁清理與基準網格架設階段

1. 精細壁面整修：

• 以挖土機粗挖至預定深度後，全面改由人工使用刮刀、地質槌、鋼刷細緻修整溝壁，完全刨除機械齒痕與泥漿抹面，露出原始清晰之層理、粒度紋理及剪切剪裂面。

2. 測量控制網格建立：

• 於修整完成之溝壁表面打入標記鋼釘與水線，布設 $1\text{ m} \times 1\text{ m}$（關鍵剪切帶可縮至 $0.5\text{ m} \times 0.5\text{ m}$）之直角座標基準網格。
• 利用全測站儀（Total Station）或 RTK-GPS 連結國家絕對座標系統（TWD97），將網格控制點三維空間座標精確定位。

四、高精度地質描繪與數位影像記錄階段

1. 溝壁數位攝影測量（Structure-from-Motion, SfM）：

• 沿網格拍攝連續高解析度正射照片，經影像校正縫合，產製無形變之溝壁超高解析度正射影像圖（Orthophoto）。

2. 構造地質與沉積層序描繪（Trench Logging）：

• 依現場岩性、沉積構造、化育土壤層（Soil chronosequence）劃分沉積單元（如砂層、泥層、礫石層），詳細標註層界。
• 追蹤主剪切面、分支斷層、拖曳褶皺（Drag folds）、伴生張裂隙、砂湧噴砂通道等構造，繪製比例尺不低於 $1:20$ 之溝壁地質剖面圖。

五、古地震事件識別與地質指標解譯階段

比對溝壁之地層截切與變形特徵，界定古地震之「事件地層界線（Event Horizon）」：

1. 崩積楔（Colluvial Wedge）：正斷層或逆斷層引發地表破裂所形成斷層崖，崖坡崩塌堆積於下盤之倒三角形沉積楔狀體；崩積楔底界代表該次地震發生的地表時間面。

核心觀念

本題測驗考生對我國地質法規體系中「地質敏感區」規範的熟悉度，重點在於地質遺跡類別的劃定法定要件、劃定邊界原則，以及開發基地進行地質調查時的法規項目與實務內容。 （註：本題以命題當年［民國 111 年］法規為準。現行中央主管機關已於民國 112 年組改整併為「經濟部地質調查及礦業研究中心」，但法規核心要件與調查規範仍維持一致。）

涉及之核心法源與規範包括：

1. 《地質法》第 5 條第 1 項第 1 款（地質遺跡地質敏感區之定義地位）、第 8 條（基地地質調查及地質安全評估責任）。
2. 《地質敏感區劃定作業準則》第 4 條（地質遺跡地質敏感區之劃定原則與保護範圍）。
3. 《地質敏感區基地地質調查及安全評估作業準則》第 5 條（基地地質調查項目）、第 6 條（基地地質調查內容與方法）。

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解題方法

本題為標準的法條規範結合地質調查實務之申論題，作答時切忌漫無邊際地泛談風景區或地質公園，必須嚴格依據主管機關發布的「作業準則」條文架構作答：

1. 劃定原則：拆解為「實質特徵要件」（特殊地質現象、岩層、化石、地形）、「價值要件」（學術、科教、景觀），以及「空間界定要件」（地質遺跡分布本體＋開發行為直接／間接破壞之適當保護範圍）。
2. 調查項目：明確區分「地質遺跡調查」與「基地地質環境調查」兩大主軸，不可漏掉基地周圍地質條件。
3. 調查內容：條列化展現技師專業，說明空間位置、產狀特徵、保存現況／脆弱性、岩性與不連續面、水文地質條件，並補充地質調查手段之「非破壞性探勘原則」。

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選項分析

本題為專門職業及技術人員高等考試（專技高考）之申論題，並無選擇題選項。評分關鍵在於能否精準寫出法規中的法定專有名詞與項目架構，論述應層次分明、條理清晰。

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解題技巧

1. 口訣記憶「劃定三要素」：

• 特徵：特異地形、特殊地質現象、代表性岩層、特殊化石產地。
• 價值：學術研究、科學教育、景觀。
• 範圍：分布本體 ＋ 緩衝保護範圍。

2. 調查架構記「主客雙軌制」：

• 「主體」：地質遺跡現況（位置、產狀、特徵、完整度與保存狀態）。
• 「客體（載體）」：基地環境（地形、地層構造、水文地質、相對空間關係）。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於地球物理探勘學中「位場方法（Potential Field Methods）」之**空中磁測法（Airborne Magnetic Survey，簡稱航磁探勘）**的物理機制、儀器架構、資料處理流程與地質實務應用之掌握程度。

1. 岩石磁性與磁化強度： 地下岩石在地球主磁場 $\mathbf{H}_0$ 的作用下產生感應磁化強度 $\mathbf{M}_i$，並可能伴隨沉積或冷卻時固結的殘餘磁化強度 $\mathbf{M}_r$。總磁化強度為： $\mathbf{M} = \mathbf{M}_i + \mathbf{M}_r = \kappa \mathbf{H}_0 + \mathbf{M}_r$ 其中 $\kappa$ 為無因次之岩石磁化率（Magnetic Susceptibility）。岩石磁性主要取決於鐵磁性／亞鐵磁性礦物（如磁鐵礦 Magnetite、磁黃鐵礦 Pyrrhotite、鈦磁鐵礦 Titanomagnetite）之賦存含量。基性／超基性火成岩及變質基盤通常具有較高磁化率，沉積岩通常為弱磁性至非磁性。
2. 總磁場異常（Total Magnetic Anomaly, $\Delta T$）： 磁力儀測量所得之總磁場 $\mathbf{B}$ 乃地球主磁場（Core Field）$\mathbf{B}_0$、外部變化磁場（日變 Diurnal Variation）與地殼局部磁性體所產生的異常磁場 $\Delta \mathbf{B}$ 之向量和。由於 $|\Delta \mathbf{B}| \ll |\mathbf{B}_0|$，投影於主磁場方向之總磁場異常標量標記為： $\Delta T \approx |\mathbf{B}| - |\mathbf{B}_0|$
3. 距離衰減定律： 磁偶極子（Magnetic Dipole）所產生的磁場強度與距離呈三次方反比衰減（$B \propto r^{-3}$）。航高（Flight Altitude）決定了探測的橫向解析度與信噪比。

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解題方法

本題為標準的申論型名詞與機制題，回答時必須兼顧「理論深度」與「地質實務廣度」，避免僅泛泛陳述「用飛機量磁場來找礦」。解題切入點應分為兩大主軸：

1. 原理層面：

• 物理基礎：地磁場疊加、磁化率對比。
• 觀測系統：載具（定翼機、直升機、無人機 UAV）、磁力感測器（銫蒸氣光泵、質子旋進、磁通門）、載具防磁補償與尾桿（Stinger）。
• 測網配置與校正流程：測線（Survey lines）與繫連線（Tie lines）、日變校正（Base station correction）、IGRF 去除、化極處理（Reduction to the Pole, RTP）。

2. 應用範圍層面：

• 構造地質與區域製圖：斷層、剪切帶、火成岩侵入體邊界。
• 礦產探勘：金屬礦床（斑岩銅金礦、矽卡岩型礦床、帶狀鐵礦 BIF）。
• 能源地質：沉積盆地基盤起伏、油氣構造、地熱區居禮溫度深度（Curie Depth）反演。
• 工程與環境地質：活斷層普查、基盤埋深調查、地下鐵磁性廢棄物與管線定位。

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選項分析

本題屬專技高考申論題（非選擇題，無選項）。依典試委員評分標準，配分與評分指標拆解如下：

• 第一部分：原理說明（約佔 50% 配分）
• 是否提及岩石磁化率差異與主磁場相互作用（基本分）。
• 是否清楚說明飛行載具、儀器配置（尾桿、吊艙）、測網規劃（測線與垂直繫連線）（進階分）。
• 是否列出關鍵數據校正步驟：日變校正、IGRF（國際地磁參考場）濾除、化極處理（RTP）（滿分關鍵）。
• 第二部分：應用範圍（約佔 50% 配分）
• 若僅回答「尋找磁鐵礦」，得分僅屬及格邊緣。
• 必須有系統地分列「區域地質構造與基盤製圖」、「金屬礦產資源探勘」、「油氣及地熱探勘（居禮點分析）」與「工程/環境地質」，層次越完整、實務對應越具體，分數越佳。

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解題技巧

1. 必背四大關鍵詞：

• IGRF（International Geomagnetic Reference Field）：消除地核長波長主磁場背景值。
• RTP（Reduction to the Pole，化極）：將傾斜地磁場下的非對稱偶極異常轉換為垂直磁化條件，使正異常中心直接垂直對應地下磁性體幾何中心。
• Tie-line Leveling（繫連線平差）：消除飛行軌跡高程起伏與時間漂移誤差。
• Curie Depth（居禮點深度）：地熱探勘關鍵指標，當溫度超過居禮點（磁鐵礦約 $580^\circ\text{C}$）時岩石喪失磁性。

2. 答題陷阱提醒：

• 勿遺漏飛行載具自身磁場干擾的排除方法（如航磁主動補償器、尾桿 Stinger 或拖曳鳥 Bird）。
• 說明應用範圍時，務必說明「為何」空中磁測適用——具備大面積、高效率、不受崎嶇地形與植被阻隔、成本效益高之特點。

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核心觀念

本題旨在測驗應用地質技師在盲斷層（Blind Fault）或地下未出露破裂引發地震時，整合地表地質調查（含大地測量）與地震學（地球物理）資料以指認發震構造（Seismogenic Fault）的綜合分析能力。

1. 盲斷層幾何與變形特徵：深部斷層破裂未切穿地表時，斷層位移能量向上傳遞會轉化為地表連續變形（如斷層傳遞褶皺 Fault-propagation Fold、地表撓曲 Monocline）及副生構造（張裂隙、次級滑移）。
2. 震源機制解之節面二義性（Nodal Plane Ambiguity）：由初動極性或震波矩張量逆推（Moment Tensor Inversion）求得的雙力偶解（Double-couple Solution）包含兩個相互正交的節面（Nodal Planes），單憑主震震源機制解無法判定何者為真實斷層破裂面。
3. 多尺度空間交叉約束原理：

• 地震資料（餘震面、主震位置、波形破裂逆推）提供深部斷層的三維空間幾何（走向 Strike、傾角 Dip、滑移角 Rake）。
• 地表調查（活動構造地形、同震變形、GNSS/InSAR 地表位移場）提供近地表形變場幾何中心、變形梯度帶與構造走向。
• 兩者結合彈性位錯模型（Elastic Dislocation Model，如 Okada 矩形斷層公式）進行空間幾何擬合，即可消弭節面二義性並鎖定發震斷層。

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解題方法

針對盲斷層引發之地震，必須依循「地表調查獲取形變幾何特徵 $\rightarrow$ 地震資料解析深部破裂構造 $\rightarrow$ 地表地下聯合逆推與地質模型比對」三階段進行判斷：

一、 利用地表調查研判發震構造之表徵

1. 活動構造與新構造地形調查（Tectonic Geomorphology）：

• 階地變形與背斜軸線：調查受盲斷層頂端盲褶皺影響的河階或海階，量測階地面傾斜、隆起坡度轉折點（Hinge Line）及背斜軸延伸方向。若地表發育活動背斜，盲逆斷層通常隱伏於前緣陡翼下方。
• 構造線形分析：比對高精度光達（LiDAR）數位高程模型（DEM），判讀地表線性構造、窪地、斷頭河或撓曲崖（Monoclinal Scarp）的延伸分佈。

2. 同震地表形變調查（Coseismic Surface Deformation Survey）：

• 同震破裂與變形帶測繪：詳細記錄地表微形變構造，包括伴生張裂隙（Tension Cracks）、剪切裂隙陣列（Shear Fracture Arrays）、噴砂液化帶以及構造撓曲軸線。
• 變形對稱性與傾角指向：依據構造變形帶的寬度與隆起不對稱性，初判隱伏斷層的傾斜方向（上盤通常隆起幅度顯著大於下盤）。

3. 空間大地測量（Geodetic Surveys: GNSS & InSAR）：

• 連續觀測 GNSS 同震位移場：量測水平位移向量（方向、大小）及垂直隆沉分量，繪製變形梯度帶（Deformation Gradient Zone）。位移向量發散或匯聚的急遽轉折軸線，即對應斷層在地表的垂直投影投影帶。
• 合成孔徑雷達干涉（DInSAR/PS-InSAR）：產生地表視線方向（Line of Sight, LOS）的干涉條紋圖。盲斷層造成的同震地表變形呈平滑連續的同心橢圓狀條紋群，條紋最密集處代表地表形變梯度最大帶，條紋長軸方向即為地下發震斷層之走向。

二、 利用地震資料解析發震斷層之三維幾何

1. 主震精確震源定位（Hypocenter Determination）：

• 使用區域地震測站網走時資料，配合精確三維速度構造模型（3D Velocity Model），測定主震震央經緯度與震源深度（Focal Depth），確立斷層破裂起始點（Nucleation Point）。

2. 震源機制解與應力狀態分析（Focal Mechanism Solution）：

• 透過 P 波初動極性（P-wave First Motion）與全波形矩張量反演（Full Waveform Moment Tensor Inversion），求得主震地震矩 $M_0$、矩規模 $M_w$ 及兩組正交節面之幾何參數 $(\text{走向 Strike}, \text{傾角 Dip}, \text{滑移角 Rake})$。