111 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 本題評量經濟地質學與寶石學（Gemology）之基本定義區別，以及臺灣本土重要寶玉石礦產的成因產狀與礦物物理特性：

1. 寶石與玉石的本質界定：

• 寶石（Gem / Gemstone，狹義）：多指天然產出具美麗、耐久與稀少性之「單晶礦物（Single crystal mineral）」，著重高硬度、高折射率、火彩（色散）與高透明度。
• 玉石（Jade / Ornamental stone）：指質地緻密堅韌之「隱晶質或微晶質礦物集合體（Cryptocrystalline/Microcrystalline mineral aggregate）」或岩石，著重毛氈交織結構所帶來的高韌性（Toughness）及溫潤之油脂／蠟狀光澤。

2. 臺灣成礦地質背景：

• 變質熱液與接觸交代作用：中央山脈大南澳變質雜岩帶產出閃玉（臺灣玉）及石英單晶（水晶）。
• 火山活動與熱液充填作用：東部海岸山脈安山岩區產出藍玉髓（臺灣藍寶）。
• 地函捕獲作用：澎湖群島晚新生代鹼性玄武岩夾帶地函包體產出橄欖石單晶。

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解題方法

1. 第一子題（定義與區別，5 分）： 先分別給予寶石（狹義）與玉石在礦物學上的明確定義，再採用對比構面（結晶型態、力學性質、光學特徵、加工切磨方式）條列說明，建立嚴謹的分類標準。
2. 第二子題（臺灣產寶石與玉石各二種之分布、產狀與特徵，15 分）：

• 寶石（單晶礦物）：選取臺灣具代表性且符合單晶定義之橄欖石（澎湖玄武岩地函捕獲岩）與水晶／石英單晶（中央山脈變質熱液石英脈）。
• 玉石（多晶集合體）：選取臺灣最著名的臺灣玉（軟玉／閃玉）與臺灣藍寶（藍玉髓）。
• 針對每一礦種，嚴格依題目要求的「分布」、「產狀（成因與母岩）」、「特徵（晶系、化學成分、物理與光學特性）」三要件逐項分點詳述。

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選項分析 本題為專技高考應用地質技師之申論題（非選擇題），無選項。作答時須以地質學專業術語破題，展現對礦物結構、成礦作用及本土經濟地質分布的掌握度。

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解題技巧

1. 名詞陷阱——「臺灣藍寶」的歸類： 市場俗稱的「臺灣藍寶」並非藍寶石（Sapphire，剛玉族單晶），其礦物學本質為含銅「藍玉髓（Blue Chalcedony）」，屬於隱晶質石英集合體，在嚴格的礦物學分類中應歸入玉石類。於作答中特別點出此點，可展現清晰的礦物學辨析能力。
2. 答題架構化： 每一礦種務必標示「分布」、「產狀」、「特徵」三子標題，避免混寫成一大段導致閱卷老師漏給分數。
3. 關鍵專業地質術語：

• 臺灣玉：緊扣「超基性岩蛇紋岩化」、「接觸交代變質（Metasomatism）」、「透閃石－陽起石系列纖維交織（毛氈狀結構）」。
• 臺灣藍寶：緊扣「都鑾山層安山岩」、「低溫熱液充填裂隙」、「含銅矽孔雀石膠體微細均勻分散」。
• 橄欖石：緊扣「鹼性玄武岩」、「尖晶石二輝橄欖岩包體（地函捕獲岩，Mantle xenoliths）」。

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【答案】

一、寶石與玉石的定義與區別

(一) 定義

1. 寶石（Gemstone，狹義）： 指天然產出、色澤豔麗、光學表現優異、耐磨蝕且稀少之「單晶體礦物（Single-crystal minerals）」（如剛玉、鑽石、祖母綠、橄欖石、電氣石等）。
2. 玉石（Jade / Ornamental stone）： 指質地細膩緻密、溫潤均勻、耐衝擊敲擊之「微晶質至隱晶質礦物集合體（Mineral aggregates）」或天然岩石（如軟玉、硬玉、玉髓、瑪瑙、碧玉等）。

(二) 兩者之相異處比較

比較項目	寶石（狹義）	玉石
結晶型態	主要為單晶體，具均勻一致的晶體晶格。	為微晶質、隱晶質或纖維狀多晶質集合體。
力學性質	硬度高（莫氏硬度多 $H \ge 7$），具解理或脆性，抗磨損強但耐衝擊性較弱。	韌性（Toughness）極高，抗撞擊與斷裂能力強，莫氏硬度多介於 $6 \sim 6.5$。

核心觀念

1. 礦物學基礎：斜長石（Plagioclase）屬於架狀矽酸鹽（Tectosilicates）長石族，由鈉長石（Albite, $\text{NaAlSi}_3\text{O}_8$）與鈣長石（Anorthite, $\text{CaAl}_2\text{Si}_2\text{O}_8$）兩端元構成連續完全固溶體系列。其固溶機制為電荷平衡的耦合置換（Coupled Substitution）： $\text{Na}^+ + \text{Si}^{4+} \rightleftharpoons \text{Ca}^{2+} + \text{Al}^{3+}$ 礦物學界依據鈣長石分子莫耳百分比（$\text{mol}\% \ \text{An}$）將其劃分為六種亞種。
2. 岩石學與鮑溫反應數列：在鮑溫反應數列（Bowen's Reaction Series）中，斜長石構成「連續反應系列」（Continuous Reaction Series）。在岩漿冷卻分異過程中，先結晶出高溫富鈣斜長石，隨溫度降低與殘餘熔融體中富鈉、矽的特徵，逐漸轉變為低溫富鈉斜長石。
3. 火成岩分類體系：依岩石二氧化矽（$\text{SiO}_2$）飽和度及色率（Color Index），將火成岩劃分為超基性、基性、中性及酸性四大類；每一類別均對應特徵的侵入岩（深成岩）與噴出岩（火山岩）對偶組合，其斜長石的種類（$\text{An}$ 號數）與體積百分比（Modal %）呈現規律性變化。

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解題方法

1. 第一子題（化學組成與分類，6 分）：

• 寫出兩大端元化學式（$\text{Ab}$ 與 $\text{An}$）及晶系（三斜晶系），明確指出其耦合置換關係。
• 採用標準「六分法」，精確列出各亞種名稱、英文、以及所對應之 $\text{An}$ 莫耳百分比範圍（$\text{An}_{0}$ 至 $\text{An}_{100}$）。

2. 第二子題（各類火成岩之種類與大約比例，14 分）：

• 採用結構化架構：按「超基性岩 $\to$ 基性岩 $\to$ 中性岩 $\to$ 酸性岩」的二氧化矽演化序列進行剖析。
• 針對每一個大類，明確對應「深成侵入岩」與「火山噴出岩」，並分別指明斜長石之「礦物種類（或 $\text{An}$ 範圍）」與「全岩體積百分比（體積分數）」。
• 特別補充單礦物火成岩（如斜長岩 Anorthosite），彰顯應考深度。

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解題技巧

1. 數值記憶竅門（斜長石六分法）：

• 記住「十、三十、五十、七十、九十」五個分界點，即可輕鬆還原六個區間：
• 鈉長石（$0\text{--}10\%$）、奧長石（$10\text{--}30\%$）、中長石（$30\text{--}50\%$）、拉長石（$50\text{--}70\%$）、培長石（$70\text{--}90\%$）、鈣長石（$90\text{--}100\%$）。
• 記憶口訣：「鈉、奧、中、拉、培、鈣」。

2. 岩石成分對應陷阱：

• 中長石（Andesine） 的名稱源自 安山岩（Andesite），即中性岩之主徵斜長石。
• 花崗閃長岩（Granodiorite） 與 狹義花崗岩（Granite） 常被混淆：花崗閃長岩的斜長石含量顯著高於鹼性長石（約 $35\%\text{--}45\%$）；狹義花崗岩則以鉀長石為主，斜長石僅佔約 $10\%\text{--}25\%$。
• 超基性岩（橄欖岩、科馬提岩）在定義上斜長石體積比必須 $< 10\%$（通常 $< 5\%$ 甚至為 $0\%$），切忌寫成含有大量鈣長石。

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【答案】

一、斜長石的化學組成與分類（6 分）

1. 化學組成與結構：

• 斜長石屬於架狀矽酸鹽類之長石族礦物，結晶於三斜晶系。
• 其本質為鈉長石（Albite，簡記為 $\text{Ab}$，$\text{NaAlSi}_3\text{O}_8$）與鈣長石（Anorthite，簡記為 $\text{An}$，$\text{CaAl}_2\text{Si}_2\text{O}_8$）兩端元在固相高溫下完全互溶的二元連續固溶體系列。
• 固溶置換機制為二價陽離子與一價陽離子互換時維持電中性的耦合置換（Coupled Substitution）： $\text{Ca}^{2+} + \text{Al}^{3+} \rightleftharpoons \text{Na}^+ + \text{Si}^{4+}$ 其通式可表示為 $(\text{Na}_{1-x}\text{Ca}_x)(\text{Al}_{1+x}\text{Si}_{3-x})\text{O}_8$，其中 $x$ 為鈣長石組分（$0 \le x \le 1$）。

2. 礦物分類標準（六分法）： 依據固溶體中鈣長石端元的莫耳百分比（$\text{mol}\% \ \text{An} = \frac{\text{Ca}}{\text{Ca}+\text{Na}} \times 100\%$），自富鈉端至富鈣端劃分為六個礦物亞種：

礦物名稱	英文名稱	符號與組分範圍（$\text{mol}\% \ \text{An}$）
鈉長石	Albite	$\text{An}_{0}\text{--}\text{An}_{10}$
奧長石（寡長石）	Oligoclase	$\text{An}_{10}\text{--}\text{An}_{30}$
中長石	Andesine	$\text{An}_{30}\text{--}\text{An}_{50}$
拉長石	Labradorite	$\text{An}_{50}\text{--}\text{An}_{70}$
培長石（培道長石）	Bytownite	$\text{An}_{70}\text{--}\text{An}_{90}$

核心觀念

本題為經濟地質與臺灣區域地質學經典的核心必考題，旨在評量考生對「臺灣造山運動（彭漢氏／Suppe 弧陸碰撞模型）」以及「花東海岸山脈地層層序與板塊地體構造演化」的整合理解：

1. 板塊構造背景：海岸山脈本質上為菲律賓海板塊西緣之呂宋火山島弧（Luzon Arc）北段及其**弧前盆地（Forearc Basin）**沉積物，於中新世晚期至更新世隨板塊向西北移動，撞擊歐亞大陸邊緣並縫合拼貼而成的地體（Terrane）。
2. 地層層序原理：由老至新之沉積學與火成活動演化（都巒山層 $\rightarrow$ 蕃薯寮層 $\rightarrow$ 八里灣層），以及沿縫合帶分布構造混同層（利吉層）與晚期造山沉積（卑南山礫岩）。
3. 沉積物源反轉（Sedimentary Provenance Inversion）：沉積物來源由早期純粹的「島弧火山碎屑」逐漸轉變為「大陸邊緣／中央山脈增生楔之變質岩碎屑」，記錄了弧陸碰撞由「遠洋火山弧 $\rightarrow$ 弧前盆地發育 $\rightarrow$ 強烈碰撞造山隆起」的完整動力學過程。

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解題方法

1. 分段切題與配分權重配置：

• 第一子題（6 分）：聚焦於地層劃分、時代、接觸關係與層序架構，以條列或整合表格呈現，兼具層次與精確度。
• 第二子題（14 分）：依地層順序逐層剖析其「岩石組成（岩性特徵）」與「地質構造意義（地體演變環境）」，末段統整碰撞時空演化架構，展示應考者對區域構造地質學的深厚功底。

2. 採用中央地質調查所（現國家地質公園與地質調查業務主管機關規範）與現代學界主流地層分類：以奇美火成雜岩／都巒山層、蕃薯寮層、八里灣層、利吉混同層及卑南山礫岩為主軸解題。

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選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。計分重點在於專有名詞之精確度、地層層序之上下關係、岩石組成之岩相描述，以及能否緊扣「板塊隱沒與弧陸碰撞」的演化階段。

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解題技巧

1. 地層記憶口訣：「都、蕃、八、利、卑」（都巒山層 $\rightarrow$ 蕃薯寮層 $\rightarrow$ 八里灣層 $\rightarrow$ 利吉層 $\rightarrow$ 卑南山礫岩），並將「奇美火成雜岩」與「港口石灰岩」作為都巒山層的底部與頂部特徵夾帶說明。
2. 物源變化抓關鍵詞：

• 都巒山層：火山弧、安山岩、鈣鹼系列、港口石灰岩（環礁）。
• 蕃薯寮層：弧前盆地斜坡、遠洋沉積、混合碎屑（火山碎屑＋石英質砂岩）。
• 八里灣層：同造山濁流岩、厚層礫岩、中央山脈石英岩與板岩碎屑（物源反轉關鍵）。
• 利吉層：弧溝間隙、混同層（Mélange）、東臺灣蛇綠岩套（ETO）、板塊縫合帶。

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【答案】

一、臺灣海岸山脈之地層劃分與層序（6 分）

臺灣海岸山脈在層序上由老至新主要劃分為下列五大地層單元，總厚度超過 4,000 公尺：

地層名稱	地質時代	與相鄰地層之接觸關係
都巒山層（含奇美火成雜岩、港口石灰岩）	早中新世至晚上新世（$\sim 15 - 3.5\text{ Ma}$）	構造基底或整合／不整合於火山岩上
蕃薯寮層	晚上新世（$\sim 3.5 - 2.5\text{ Ma}$）	整合或局部假整合覆蓋於都巒山層之上
八里灣層	晚上新世至早更新世（$\sim 2.5 - 1.0\text{ Ma}$）	整合覆蓋於蕃薯寮層之上
利吉層（利吉混同層）	晚上新世至早更新世（$\sim 3.5 - 1.0\text{ Ma}$）	斷層接觸（逆掩斷層）或局部交積沉積
卑南山礫岩	更新世中晚期（$\sim 1.0\text{ Ma}$ 至今）	不整合覆蓋於利吉層或先存地層之上

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二、各地層之岩石組成與地體構造演化意義（14 分）

核心觀念

本題屬於「經濟地質學」中「地熱地質學（Geothermal Geology）」與「臺灣區域地質／大地構造（Tectonics of Taiwan）」的跨領域整合考題。核心評量重點包含：

1. 地熱系統三要素：熱源（Heat Source）、儲水層／裂隙通道（Reservoir & Permeable Fractures）、循環流體（Geothermal Fluids，主要是天水 Meteoric Water）。
2. 臺灣地體構造架構：歐亞板塊（Eurasian Plate）與菲律賓海板塊（Philippine Sea Plate）的聚合邊界，包含北部的「隱沒帶與沖繩海槽弧後張裂系統」以及中南部的「弧－陸碰撞造山系統（Arc-Continent Collision）」。
3. 地熱成因分類：

• 火山型地熱系統（Volcanic Geothermal Systems）：與未冷卻之殘留岩漿庫或侵入岩體直接相關。
• 非火山型／深部循環斷裂型地熱系統（Non-volcanic / Deep-circulation Fault-controlled Systems）：與碰撞造山帶之高地溫梯度、深部斷層破裂帶及天水對流循環相關。
• 弧後張裂盆地型地熱系統（Extensional Basin Systems）：與沖繩海槽西延引發的地殼減薄、地函熱流上湧相關。

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解題方法

本題配分為 20 分，解題切入點應採「由宏觀構造導向微觀地熱系統」之演繹架構：

1. 確立構造背景：先勾勒臺灣位處板塊交界之活動造山帶特徵，說明為何臺灣具備高熱流值、密集破裂帶及豐沛降水。
2. 依構造環境分類論述：依地體構造環境劃分為「北部火山型地熱區」、「中央山脈變質岩深部循環地熱區」及「宜蘭平原弧後張裂型地熱區」。
3. 深入各區成因與特徵：每一類別務必寫出「構造機制 $\rightarrow$ 熱源本質 $\rightarrow$ 通道與儲集層 $\rightarrow$ 空間分布 $\rightarrow$ 代表地熱區」。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。閱卷評分重點聚焦於：

1. 是否明確從「地體構造（板塊邊界、隱沒、碰撞、張裂）」的角度切入分析，而非僅列出溫泉景點。
2. 是否清楚區分「火山型」與「非火山型（變質岩區）」之熱源本質差異。
3. 代表性地熱區之舉例是否正確，並清楚連結其構造與儲集層地質特徵。

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解題技巧

1. 切忌熱源概念混淆（常見陷阱）：許多考生誤以為全臺灣地熱皆來自「火山岩漿」。必須明確強調中央山脈絕大多數地熱屬於「非火山型」，其熱源來自造山帶抬升剝蝕所致的「區域高地溫梯度（約 $40\sim60^\circ\text{C/km}$ 以上）」及「放射性熱源／剪切熱」，藉由天水下滲至數公里深部加熱後循環上升，絕非淺部殘留岩漿。
2. 關鍵構造術語必寫：包含「菲律賓海板塊向北隱沒」、「沖繩海槽弧後張裂（Back-arc Basin Opening）」、「弧－陸碰撞（Arc-Continent Collision）」、「深部天水循環（Meteoric Water Deep Circulation）」、「正斷層與走滑斷層裂隙網絡」。
3. 代表區舉例要具備指標性：火山型首推「大屯火山群」；變質岩深循環型首推「宜蘭清水地熱」或「臺東金崙地熱」。

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【答案】

一、前言：臺灣地體構造架構與地熱賦存條件

臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界帶，構造活動極為劇烈，具備發展地熱系統的三大優越條件：

1. 熱源充沛：北端具板塊隱沒與弧後張裂引發的岩漿活動；中央山脈則因強烈弧－陸碰撞造山，造成地殼急速隆起、侵蝕及深部地溫梯度居高不下。
2. 通導裂隙發達：頻繁的造山運動與斷層活動使岩層高度破裂，次生節理、劈理及活動斷層帶形成流體流動之高滲透率通道。
3. 流體補給無虞：地處亞熱帶季風區，年雨量高達 $2,500\text{ mm}$ 以上，提供了源源不絕的天水（Meteoric Water）補給源。

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二、依地體構造觀點之臺灣地熱成因與分布

（一）北部隱沒與弧後張裂帶——火山型地熱系統（Volcanic Geothermal System）

1. 地體構造機制： 菲律賓海板塊在臺灣東北部沿琉球海溝向北隱沒至歐亞板塊之下，隱沒板塊脫水誘發地函楔部分融熔形成火山弧；

核心觀念

本題考查地質學四大支柱領域（火成岩岩石學、沉積岩岩石學、變質岩岩石學及板塊構造構造地質學）的基礎核心名詞。各子題評量之核心概念如下：

1. Accessory mineral（副礦物）：火成岩與變質岩的礦物分類架構（主要礦物、副礦物、次生礦物）與微量元素／同位素定年應用。
2. Aphanitic texture（隱晶質組織）：火成岩冷卻速率與結晶結晶度之組織分類（顯晶質、隱晶質、玻璃質、斑狀組織）。
3. Graywacke（雜砂岩）：碎屑沉積岩之成份成熟度與組織成熟度、三角圖分類（砂屑、基質含量界限）及濁流沉積環境。
4. Ophiolite（蛇綠岩套）：海洋岩石圈之標準層序（Penrose sequence）、板塊構造消減帶之仰衝（Obduction）與縫合線標記。
5. Anatexis（深熔作用）：超高階區域變質作用下之地殼岩石局部熔融機制、混合岩化（Migmatization）與花崗岩漿成因。

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解題方法

針對專技高考每小題 4 分的名詞解釋題，作答切入點必須精確且層次分明，採「四段式結構」奪取滿分：

1. 定義界定：寫出精確的繁體中文地質學譯名與物理／化學／岩石學本質定義（佔 1 分）。
2. 成因機制與環境：說明該現象或岩石形成的物理條件（溫度、壓力、冷卻速率、沉積或構造環境）（佔 1 分）。
3. 特徵與判定標準：列出關鍵參數、岩石組織、礦物組成或分帶層序（佔 1 分）。
4. 代表實例與應用地質意義：舉出典型岩石／礦物名稱或其在工程地質、大地構造或定年上的意義（佔 1 分）。

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各小題名詞意涵詳解

(一) Accessory mineral（副礦物）

1. 定義：指在岩石（主要見於火成岩與變質岩）中含量極微（體積百分比通常 $<1\%$ 至 $5\%$），其存在與否不影響該岩石基本定名與分類分類地位的礦物（相對於決定岩石名稱的主要礦物 Essential minerals）。
2. 產狀與化學特性：副礦物多在岩漿演化早期或晚期自微量組分中結晶，富集不相容元素（如 $\text{Zr}$、$\text{Ti}$、$\text{P}$、$\text{Th}$、$\text{U}$ 及稀土元素 $\text{REE}$）。
3. 代表性礦物：鋯石（Zircon）、磷灰石（Apatite）、榍石／鈦鐵礦（Sphene / Titanite, Ilmenite）、獨居石（Monazite）、電氣石（Tourmaline）。
4. 地質與工程意義：副礦物常具高度物理化學抗風化力，為地質年代學（如鋯石 $\text{U-Pb}$ 定年法）、碎屑來源追蹤（Provenance analysis）及岩漿源區同位素示蹤之關鍵指標。

(二) Aphanitic texture（隱晶質組織 / 細晶質組織）

1. 定義：指火成岩中之礦物晶粒極度細小（晶體粒徑通常小於 $0.1\text{ mm}$），在未借助光學顯微鏡或高倍放大鏡的肉眼觀察下，無法辨識個別晶體顆粒界限的微晶或微嵌晶組織。
2. 形成機制：為岩漿噴出地表（火山岩）或侵入地表極淺處（淺成岩冷卻邊緣）時，因與圍岩或大氣／水溫差極大，承受急速冷卻（Rapid cooling/quenching），導致結晶成核速率極高而晶體生長速率受限所致。
3. 特徵與延伸組織：隱晶質岩石斷口常呈貝殼狀或粗糙粒狀；若基質為隱晶質且夾雜肉眼可見之大斑晶，則稱為「斑狀隱晶質組織」（Porphyritic-aphanitic texture）。
4. 代表岩石：玄武岩（Basalt）、安山岩（Andesite）、流紋岩（Rhyolite）。

(三) Graywacke（雜砂岩 / 混濁砂岩）

1. 定義：一種組織成熟度與成份成熟度皆極低的碎屑砂岩，其特徵為含有大量細粒泥質／粉砂質基質（Matrix 體積分率通常 $>15\%$，古典分類介於 $15\%\sim 75\%$），且骨架顆粒多為稜角狀至次稜角狀、淘選度差。
2. 組份特性：主要由石英、不穩定長石（斜長石常見）以及豐富的岩石碎屑（岩屑，如火山岩屑、變質泥岩屑）組成，常因含綠泥石、絹雲母等自生礦物而呈現深灰至灰綠色，岩質堅硬緊密（俗稱 Dirty sandstone）。
3. 成因與構造環境：典型產於活動大陸邊緣、隱沒帶前弧或弧後盆地、深海溝或深海平原。常為高密度的濁流（Turbidity current）崩塌沉積產物，岩層剖面常發育完整的鮑馬序列（Bouma sequence）及粒級層（Graded bedding）。
4. 代表地質實例：台灣中央山脈變質沉積岩系（如雪山山脈白冷層周緣或畢祿山層）及第三紀深海濁流沉積中常見此類砂岩。

(四) Ophiolite（蛇綠岩套）

1. 定義：指古代**海洋岩石圈（海洋地殼及上部地函）**在板塊收斂碰撞過程中，未被隱沒反而經由構造「仰衝」（Obduction）作用被推覆並縫合於大陸邊緣或島弧陸塊之上的基性至超基性岩石共生組合。
2. 標準層序（Penrose 研討會定義之完整由底至頂剖面）：

• 底層（地函段）：超基性變質構造岩（Ultramafic tectonite，如方輝橄欖岩、純橄欖岩，普遍高度蛇紋岩化）。
• 中下層（過渡與地殼下部）：堆晶超基性岩及堆晶輝長岩（Cumulate peridotite and gabbro），向上漸變為非層狀等向輝長岩（Isotropic gabbro）。