114 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

本題考查如何由區域地質圖建立地質概念模式，再將地層、構造與地質歷史轉換成地質剖面，作為坡地工程細部調查的依據。答題要把握三件事：地層的相對新老與岩性、通霄背斜的構造關係、鬆散覆蓋層與基岩的分布。

背斜是岩層向上拱起的褶皺；典型情況下，核心較老、兩翼岩層向外傾斜。圖中雖標示「通霄背斜」，但未提供清楚的地層走向、傾角與剖面高程，因此剖面應標明為概念示意，不能據此推定實際層厚或精確幾何形態。本題不涉及法條或計算公式。

圖示地層與構造判讀

依圖中可辨識的圖例與標註，範圍內包含下列地層：

構造方面，圖面標示通霄背斜，表示區域岩層曾受擠壓而褶皺。圖示的 $1$-$1'$ 剖面線穿越該區，細部調查應確認剖面上岩層的產狀、褶皺軸位置、兩翼傾向與傾角，以及有無斷層、節理或破碎帶。圖中未清楚呈現可確定的斷層符號與產狀資料，因此不應直接指定斷層位置、位移方向或背斜的精確幾何形態。

地質歷史

1. **基岩沉積：**更新世期間，砂質沉積物沉積並形成頭嵙山層香山砂岩段；沉積環境可依實際露頭中的沉積構造與化石再細分，不能僅由本圖斷定單一沉積環境。
2. **褶皺與抬升：**後續區域擠壓使地層褶皺，形成通霄背斜，並伴隨抬升與侵蝕。褶皺軸及兩翼的產狀須以現地測量驗證。
3. **台地形成與風化：**地形抬升、河流下切及侵蝕作用形成階地；部分台地沉積物經長期風化後呈紅土化，形成紅土台地堆積層。
4. **現代沉積：**全新世至今，河流在河道與低地堆積沖積物；坡面則可能累積崩積物。圖例未列崩積層，細部調查仍須辨識是否存在。

$1$-$1'$ 概念地質剖面

以下依圖示剖面線示意基岩與覆蓋層的空間關係；未標示比例與精確高程，不能取代測量剖面。

核心觀念

本題考查以折射震測法（seismic refraction）調查崩積層底界，也就是崩積層與中新世砂岩基盤的交界面高程。方法是沿地表布設檢波器，以震源產生震波，記錄各接收點的初至時間；利用崩積層與較完整砂岩的波速差，推估地下速度構造，再換算界面深度或高程。

折射法主要利用初至波中沿高速層頂面臨界折射傳播的折射波（head wave）。其基本前提是波速隨深度增加，即基盤砂岩波速 $V_2$ 高於崩積層波速 $V_1$。臨界角 $\theta_c$ 符合：

若地下可近似為水平兩層，震源至接收點距離為 $x$，則走時曲線初至段的斜率倒數可估計各層速度；折射波段的截距時間可用來估算上覆層厚度。實際山崩地形常有傾斜、起伏與側向速度變化，通常須採用多震源、多方向資料及折射走時反演，不能只套水平兩層公式。

解題方法

一、施測規劃考量

1. 先建立地質與地形概念模型 蒐集地形圖、崩塌與地滑範圍、地表露頭、既有鑽孔或探井資料，以及崩積層可能厚度、地下水與砂岩風化程度。崩積層可能含塊石、土砂及孔隙水，速度不均；砂岩亦可能由強風化至較完整，不能只用單一速度值代表全區。

2. 確認速度條件與調查深度 以試測、既有鑽孔或地質資料估計崩積層與砂岩的 P 波速度，確認基盤速度較高且速度反差足以辨識。若崩積層速度高於其下方低速帶，折射法會有「低速層遮蔽」問題，無法可靠辨識該低速層底界，須改採或搭配其他方法。

3. 規劃測線與測線間距 測線宜沿崩塌地形、坡向及預期基盤界面變化方向布設；沿坡向的測線有助於描繪縱向界面起伏，另布設數條橫向測線，以掌握側向變化。測線端點與關鍵地形轉折處應延伸至調查範圍外或加密配置。欲製作三維界面分布，需有足夠測線密度，並以地形測量將測線位置、檢波點及震源點統一定位。

4. 配置檢波器、震源與紀錄參數 依預期崩積層厚度與目標解析度選擇檢波器間距；間距較小可提高淺部界面解析度，較大排列長度則有利於調查較深界面。檢波器數量、排列長度及震源偏移距須使折射波能在足夠接收距離上成為初至。依調查深度選擇可重複的震源與足夠能量，例如淺層可用重錘敲擊底板；設定適當取樣間隔、紀錄長度及觸發方式。

二、施作方式

1. 布設測線並測量座標與高程 沿規劃測線依固定間距布設垂直分量檢波器，確實插入地面並改善接地。逐點測量檢波器與震源座標及地表高程，記錄地形、地表材料、震源方式、敲擊次數與現場狀況。

2. 採用多震源點涵蓋不同方向與深度 在排列兩端、排列內部及必要的偏移位置設置震源。兩端互易施震可取得正向與反向走時，協助辨識傾斜界面與速度側向變化；內部震源增加射線覆蓋，偏移震源有助於增加深部折射波資料。對噪音較大的震源點可重複敲擊並疊加紀錄。

核心觀念

本題考的是如何把穿透植生後取得的高密度光達點雲，轉成可供工程地質建模使用的地表地質與地形資料。光達 DEM 最直接提供的是精細地表形貌；地質資料則需透過地形判釋推估，再與地質圖、露頭、鑽孔及現地量測整合。

沉積岩層通常具有延續性，地層界線、岩層出露帶、層面控制的山脊與坡面形態，常能在精細地形上辨認。因此，光達地形特別適合補充地層分布與層面產狀資料。

可產生的工程地質資料及其產製方法

一、地層界線與岩層分布

可判釋地層或岩性單元在地表的出露位置，繪製地層界線及其延伸方向，作為地質平面圖與三維地質模型的地表約束。

產製時，先將 DEM 製成多方向陰影圖、坡度圖、等高線圖及三維地形圖，再沿地形轉折、線性坡折、岩層形成的長條狀地形，以及河谷或切坡露頭等位置，判釋可能的地層界線。沉積岩層的界線常呈帶狀延伸，並受地層走向控制。判釋結果須與既有地質圖及現地露頭核對，不能只憑地形紋理直接定岩性。

二、地層走向與傾斜

地層面的走向與傾斜是沉積岩工程地質模型的重要資料，可用來推估層面在地下的延伸方向及深度。

一種方法是將可辨識的層面露頭或岩層面以三維方式呈現，在影像上圈選同一層面上多個點，取得其平面座標與高程，再以三點或多點擬合平面。若平面方程式寫成

其水平坡度量值為

其中 $\delta$ 為傾角；最大坡降方向為傾向，走向則與傾向相差 $90^\circ$。多點擬合可降低單一點位誤差，但仍須確認選取點位確實落在同一層面上。

另一種方法是利用同一地層界線的高程變化：在 DEM 上沿界線取點，建立等高線或結構等高線，依界線延伸方向與高程變化判讀走向、傾向及傾角。以層面上兩點的高差 $\Delta z$ 與水平距離 $L$ 為例，沿最大傾斜方向有

有多條地層界線時，可互相比對其產狀是否一致。

三、地層界面與地質剖面

地層界線及其產狀可轉換為地層界面，進一步建立地質剖面與三維地層模型。若地層近似平面層狀，可依已判讀的走向、傾向與傾角延伸地層界面；若地層有褶皺、斷層或厚度變化，則須分區建模，並納入現地資料及鑽孔控制。

核心觀念

本題考查如何把開挖期間分階段取得的地質資訊，轉化為施工中可採取行動的設計回饋。重點不只是記錄岩層或出露狀況，而是建立「預測—開挖—測繪—比對—判釋—回饋—再確認」的循環，使設計模型隨現場揭露逐步更新，並在後續開挖前調整支撐、施工方法或監測安排。

邊坡或隧道開挖面測繪，應將地質構造、岩體品質、地下水及不良地質現象與開挖位置、施工階段和時間相連結。單一開挖面的紀錄可描述局部條件；多階段成果則可追蹤地質體在空間中的延續、變化及其與工程行為的關係。

解題方法

一、建立開挖前的設計基準

先整理原設計採用的工程地質模型與假設，作為現場比對基準，包括：

• 岩層、地層界線、風化帶及覆蓋層的分布。
• 主要節理、層面、片理、斷層與剪裂帶的產狀、延續性及充填物。
• 岩體品質、完整性、破碎程度與預期的岩盤分類。
• 地下水位、滲水位置、湧水量及可能的水壓條件。
• 設計採用的邊坡分區、隧道圍岩分級、支撐型式、開挖順序與監測計畫。

這些資料須對應到可定位的設計樁號、座標、高程、開挖分層或隧道里程，才能與分階段測繪成果進行有效比對。

二、取得可比較的分階段測繪成果

每一階段開挖後，應在覆蓋、支撐或噴凝土遮蔽地質特徵前，盡速完成測繪。依工地條件使用近景攝影、攝影測量、光達或其他遙測技術，建立具比例尺與座標控制的開挖面影像或三維模型，並由地質人員判釋及核對現場。

測繪內容至少包括：

• 岩性、地層界線、風化與變質程度。
• 不連續面產狀、間距、延續性、粗糙度、開口、充填物及含水情形。
• 斷層、剪裂帶、破碎帶、軟弱夾層及岩溶等不良地質。
• 滲水、湧水、泥化、掉塊、落石或局部變形等現象。
• 每筆資料的空間位置、測繪日期、開挖階段及施工狀態。

影像辨識可以提升記錄效率，但不能取代地質判釋；遮蔽、光線、解析度、比例尺或座標控制不足，都會影響判釋與後續比對。

三、比對設計預測並更新工程地質模型

將各階段成果套疊至設計圖、地質剖面或三維模型，檢視實際地質與預測的差異，例如地層界線是否偏移、弱帶是否延伸、節理組合與設計假設是否相符、地下水是否超出預期。對隧道，可沿里程追蹤圍岩變化與不良地質帶；對邊坡，可沿開挖分層檢視岩層及不連續面是否形成具控制性的滑動組合。

核心觀念

本題考查地形面與傾斜層界面的空間交線，以及由走向、傾角繪製構造等高線。

• 構造等高線是層界面上具有相同高程的點連成的線，彼此平行於層面走向。
• 層界走向為 NS，故構造等高線畫成南北向；層面向西傾 $45^\circ$，表示向西每水平移動 $1\ \mathrm{m}$，層界高程下降 $1\ \mathrm{m}$。
• 地表出露線是地形面與層界面相交的位置；兩面在交點具有相同高程。

解題方法

1. 以圖示的 $40\ \mathrm{m}$ 方格作底圖，按題示繪出地形等高線：等高線間隔為 $5\ \mathrm{m}$，高程由西北側向東南側增加，等高線彼此平行。再標上 A 點高程 $25\ \mathrm{m}$、B 點高程 $20\ \mathrm{m}$。
2. 以 A 點作構造等高線基準。A 點層界高程為 $25\ \mathrm{m}$；因層界向西傾 $45^\circ$，每向西 $5\ \mathrm{m}$，構造高程下降 $5\ \mathrm{m}$；每向東 $5\ \mathrm{m}$，構造高程上升 $5\ \mathrm{m}$。因此構造等高線為 NS 向、相鄰高程差 $5\ \mathrm{m}$、水平間距 $5\ \mathrm{m}$。