114 專技高考高等考試 大地工程技師（二） 工程地質及工址調查 考古題詳解

核心觀念

地電阻法是利用岩土材料導電能力的差異，推估地下地層分布、地下水狀況及地質構造的地球物理調查方法。施測時以電極向地中注入電流，並量測地表電位差；由電流與電位差計算視電阻率，再配合電極排列與反算，推估地下電阻率分布。

均質、各向同性半空間中，電阻率為

$$\rho = K\frac{\Delta V}{I}$$

其中 $\rho$ 為電阻率（$\Omega\cdot\mathrm{m}$），$I$ 為注入電流，$\Delta V$ 為量測電位差，$K$ 為由電極排列幾何決定的裝置常數。非均質地下介質的量測結果稱為視電阻率 $\rho_a$；它是電極排列所涵蓋地下範圍的綜合反應，不等同於某一單一地層的真實電阻率。

地層電阻率受岩性、孔隙率、含水量、孔隙水鹽分及黏土含量等影響。因此，地電阻法適合補充鑽孔資料，協助連續追蹤地層變化；解釋時仍須與鑽孔、地質及其他調查資料相互校核。

（一）利用地電阻調查之原理

地下材料的導電能力不同，造成其電阻率差異。一般而言，完整且乾燥的岩石電阻率較高；孔隙、裂隙含水量增加，或孔隙水中溶解離子增加時，導電性提高，電阻率通常降低。黏土因表面導電及束縛水影響，常呈較低電阻率，但實際數值仍受地質條件控制，不能只憑高低值直接判定岩性。

施測時將供電電極插入地表，輸入電流 $I$，並以另一組電極量測電位差 $\Delta V$。在均質半空間假設下，電流由供電電極向地下擴散，地表電位分布可依電極間距及位置計算；由量得的電流、電位差及裝置幾何，求得電阻率。常用四電極排列時，其視電阻率可表示為

$$\rho_a = K\frac{\Delta V}{I}$$

其中 $K$ 依供電電極與量測電極的位置計算。地下實際為多層、非均質介質，因此 $\rho_a$ 反映測線下方一定深度與範圍內各地層的綜合影響。藉由改變電極間距或沿測線移動排列，取得不同位置及探測深度的視電阻率資料，再透過反算建立地下電阻率剖面。

（二）施作步驟

1. 蒐集資料與規劃測線 蒐集地形、地質圖、既有鑽孔、地下水位、管線及現場限制等資料，依調查目的規劃測線位置、方向、長度及測點間距。測線宜能穿越預期地層變化或構造，並盡可能與鑽孔位置及地質剖面對照。

2. 選定電極排列與探測尺度 依調查目標選擇適當的電極排列，例如 Wenner、Schlumberger 或偶極排列。電極間距會影響探測深度與解析度；一般而言，增大排列尺度可探測較深處，但近地表細部解析度會降低。應依目標深度及場地條件安排測點與間距。

3. 測線放樣與地表準備 沿規劃測線量測並標示各電極位置，記錄座標、高程及地表狀況。清除妨礙電極接地的雜物；遇乾燥或電極接觸不良處，可改善接地條件，並記錄地表材料與測量環境。

4. 布設電極與接妥儀器 將供電電極及量測電極依排列方式插設於地表，連接電纜、電源與電阻率儀。確認電極編號、間距、接線與儀器設定正確，並檢查電極接地電阻及儀器狀態。

5. 施加電流並量測電位差 由供電電極注入電流，利用量測電極讀取電位差。依儀器功能進行電流換向、重複讀值或疊加，以降低自然電位、接觸不良及隨機雜訊的影響；若訊號過弱或讀值不穩，應先改善接地或檢查干擾來源。

6. 移動排列或調整電極間距 依預定調查方式沿測線移動電極組，或逐步擴大電極間距，以取得不同位置、不同尺度的資料。每次量測均須記錄電極位置、排列方式、電流、電位差、時間及現場狀況；多電極系統則依設定順序自動切換量測。

核心觀念

變質作用是岩石在大致維持固態的情況下，因溫度、壓力及流體等條件改變，發生礦物重結晶、礦物組合改變或構造變形的作用。變質岩的種類與變質程度，取決於原岩成分及其經歷的溫度、壓力與流體條件。

臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的聚合碰撞帶。板塊隱沒、碰撞、地殼縮短增厚及岩漿活動，使岩層經歷不同的埋藏深度、溫度、壓力與流體作用；後續造山抬升、侵蝕又將深部變質岩帶至地表。臺灣的變質岩因此呈現多種岩性與變質程度。

解題方法

本題可分成兩個層次作答：

1. 第一小題從變質作用的控制因素切入：說明熱、壓力、流體、構造變形與原岩成分，並連結臺灣的板塊聚合與造山環境。
2. 第二小題由西向東、由低變質度至較高變質度整理：先概述山脈中的廣泛分布，再說明主要岩種及其代表分布區。以「變質帶位置—岩性—變質特徵」連結，可清楚呈現區域地質概念。

（一）造成臺灣岩石變質的環境因素

1. 溫度升高

岩石埋藏加深後，地溫隨深度增加；板塊碰撞造成地殼增厚，也會使岩層進入較高溫環境。岩漿侵入則可局部加熱圍岩，形成接觸變質。溫度升高促進礦物重結晶及新礦物生成，變質程度也會隨溫度條件改變。

2. 壓力及埋藏作用

板塊隱沒或碰撞使岩層被深埋，承受上覆岩層重量所造成的靜岩壓力。壓力促進岩石壓密、礦物重結晶與密度較高的礦物組合形成。隱沒環境中，岩石還可在溫度相對較低時承受較高壓力，形成高壓、低溫變質組合。

3. 構造應力與定向壓力

板塊聚合使岩層受擠壓、剪切與變形，形成劈理、片理或片麻理等構造。定向壓力會使片狀、柱狀礦物排列，並造成岩石沿特定方向發育面理。造山帶中的褶皺、逆衝與剪切作用，均可促進區域變質與變形。

4. 活動性流體

岩石孔隙及裂隙中的水與其他流體，可促進離子移動、化學反應與礦物重結晶；流體也可能帶入或帶出化學成分，造成交代作用。臺灣的板塊隱沒、岩漿活動與變形構造，均可提供流體作用的條件。

5. 原岩成分與變質作用時間

原岩可能是泥岩、砂岩、石灰岩、玄武岩或其他火成岩。即使處於相似的溫度與壓力環境，不同原岩也會形成不同變質礦物與岩石，例如石灰岩可變成大理岩，泥質岩可變成板岩、片岩或片麻岩。變質作用持續時間及岩石經歷的溫壓演化，也會影響最後的變質組合。

6. 臺灣的板塊構造背景

臺灣造山帶的岩石經歷板塊聚合、隱沒與碰撞、地殼縮短增厚、局部岩漿活動及持續抬升侵蝕。中央山脈的大南澳變質岩可見不同變質帶並列：西側太魯閣帶以較高溫、較低壓特徵為主；東側玉里帶則以高壓、低溫的藍閃石片岩等岩石為代表，反映不同的構造變質環境。大南澳群地層資料

（二）臺灣地區常見變質岩種類與分布情形

臺灣變質岩主要出露於中央山脈、雪山山脈及其周邊山區。區域上可概括為：西側及較外圍山區常見低度變質的板岩、千枚岩；往中央山脈東側及大南澳變質岩區，則可見片岩、片麻岩、大理岩及多種變質火成岩。變質程度與岩種受原岩、構造位置及埋藏與抬升歷史共同控制，因此不宜將所有岩性簡化為單一、連續的變質序列。

岩石種類	常見原岩或特徵	主要分布概況
板岩	泥岩、頁岩或細粒凝灰岩等低度變質產物，具板狀劈理	廣布於西部中央山脈、雪山山脈及中、北部山區；廬山層等地層可見板岩

核心觀念

褶皺形成時，岩層受到擠壓與彎曲，岩層內外側的應變不同，因而可能產生層間滑移、節理、剪裂隙或破碎帶。這些構造會改變岩體的透水性及地下水流路徑，進而影響水庫滲漏。

本題判斷重點是：褶皺軸部附近岩層的破裂與透水性，以及壩址相對於褶皺軸、蓄水側與下游側的位置。向斜與背斜的岩層傾向不同，褶皺軸部也可能形成裂隙或層間滑移帶；若這些通道連通水庫與下游，漏水較明顯。

以下示意圖以「上游蓄水區在左、下游在右」表示；圖中箭頭為可能的滲流路徑，實際漏水仍受岩性、裂隙連通性、風化程度及地下水位控制。

解題方法

先判定褶皺軸與壩軸的相對方向，再追蹤蓄水區至下游的可能滲流路徑：

1. 壩軸平行褶皺軸：壩址沿褶皺軸延伸，需比較壩體落在向斜軸、背斜軸或背斜軸的上、下游側。
2. 壩軸垂直褶皺軸：壩址橫切褶皺，需判斷向斜或背斜的軸部構造是否形成跨越壩址的滲流通道。
3. 圖示時標明向斜、背斜、褶皺軸、壩軸、上游與下游，並以箭頭表示滲流方向。

(一) 褶皺對岩石變形、滑移或破裂的影響

岩層彎曲成褶皺時，岩層不同部位的應變不同：

• 外弧受張、內弧受壓：彎曲外側容易張裂，形成張節理或張裂隙；內側受壓，容易產生壓碎、剪裂或局部塑性變形。
• 岩層間可能發生差異滑移：不同岩性及厚度的岩層變形能力不一，層面可成為滑移面，尤以褶皺翼部及軸部轉折處較顯著。
• 褶皺軸部常有破碎帶：軸部岩層曲率較大，可能形成軸面劈理、剪裂隙、節理密集帶或小型斷層；背斜軸部受張裂的情形尤其可能提高岩體透水性。
• 岩體滲透性因構造而異：裂隙若彼此連通，地下水可沿層面、節理或破碎帶集中流動；若裂隙不連通，或有黏土、方解石等充填，則導水能力會降低。

因此，褶皺本身不必然造成漏水；關鍵在於褶皺所伴生的破裂、滑移面是否具連通性，以及它們是否連接水庫與下游排水區。

(二) 壩軸平行褶皺軸時的漏水影響

壩軸平行褶皺軸時，沿褶皺軸方向配置壩體，漏水判斷需比較軸部與兩翼裂隙、層面之連通情況。

1. 壩建於向斜軸上

向斜兩翼岩層向軸部傾斜，地下水易沿層面或裂隙匯向軸部。若向斜軸部裂隙或層間滑移帶連通至下游，軸部可成為集中滲流帶，造成漏水；若軸部岩層完整或裂隙被充填，漏水則較小。

上游蓄水區 下游
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 \ /
 \ ↓ /
 \ ↓ /
 向斜軸
 （水沿翼部趨向軸部）

2. 壩建於背斜軸上方

背斜軸部岩層向上拱起，軸部及其附近因彎曲變形可能產生張裂與破碎。水庫水若進入軸部裂隙，可沿高透水破碎帶向下、向兩翼或沿層面外逸，因此背斜軸上方若裂隙連通，漏水風險較大。

 背斜軸
 ↑
上游蓄水區 / \ 下游

核心觀念

本題考查岩坡崩塌的工程地質判釋，以及依「調查—穩定—排水—攔截—監測」順序規劃整治。分析時須區分地質背景、誘發因素與崩塌機制：風化與節理提供弱面，降雨與地震促使岩體鬆動，最後沿弱面滑移、傾倒或崩落。

潮境公園入口附近屬台 2 線 70K 平浪橋一帶。災例資料記載，該處為逆向坡及落石潛勢區；崩塌範圍約長 50 公尺、寬 20 至 54 公尺，平均深度約 6 公尺，崩塌量體約 12,000 立方公尺。崩塌發生時有效累積雨量為 48.7 毫米。這些資料顯示，本案是大規模岩坡崩塌，不能只以一般表土沖刷說明。

解題方法

先由坡體的岩性、構造與地形，判斷岩體如何被切割及是否存在控制性弱面；再分析風化、降雨、地震等因素如何降低穩定性；最後依崩塌範圍及道路使用情形，提出坡面處理、排水、支撐、攔截與監測等措施。

邊坡穩定可用安全係數概念表示：

$$F_s=\frac{\text{抵抗滑動力}}{\text{促使滑動力}}$$

降雨入滲會增加岩體含水量及自重，也可能使節理、裂隙內的孔隙水壓上升，降低有效正應力與抗剪強度。以有效應力原理表示：

$$\tau_f=c'+(\sigma_n-u)\tan\phi'$$

其中 $c'$、$\phi'$ 為有效凝聚力與有效摩擦角，$\sigma_n$ 為正向應力，$u$ 為孔隙水壓。當 $u$ 上升時，抗剪強度下降，坡體安全係數隨之降低。

（一）崩塌可能原因

1. 岩體長期風化，節理與裂隙發達

潮境一帶位於海岸環境，岩坡長期受風雨及海岸氣候影響，岩石表層逐漸風化，岩體完整性下降。節理、裂隙及層面將原本連續的岩體切割成塊體，提供落石、楔形滑動或局部崩落的潛在破壞面。裂隙若長期張開，亦會讓雨水深入坡體，加速風化與軟化。

2. 逆向坡雖較不利於層面順向滑動，仍須檢查其他破壞模式

逆向坡的岩層傾向通常朝坡內，層面較不容易直接出露坡面，因此不能單憑逆向坡就判定穩定。若節理組合形成可出露的楔形塊體，仍可能發生楔形滑動；陡傾節理、坡面卸荷裂隙或局部懸臂岩塊，亦可能造成傾倒與落石。換言之，控制破壞的弱面不一定是層面，須透過地質調查確認其方向、傾角、延伸性及充填狀況。

3. 連日降雨造成入滲、軟化及水壓增加

降雨滲入節理與裂隙後，會使岩體及坡面覆土增重，並降低風化岩、裂隙充填物的抗剪強度。若裂隙或坡體內排水不良，水壓上升會降低有效應力，促使岩塊沿弱面滑動。坡面逕流集中時，也會沖蝕坡腳或帶走風化物，使局部支撐減少。

4. 地震擾動可能促使既有不穩定岩塊鬆動

地震動會對岩坡施加慣性力，可能使節理裂隙擴大，或令原本已風化、鬆動的塊體失去平衡。此因素應與地質條件及降雨共同評估；不能僅憑地震曾經發生，就認定地震是唯一直接原因。

5. 坡形、地形及道路位置放大災害影響

高陡坡面與道路距離近，崩落岩塊缺乏足夠的緩衝空間，易直接衝擊道路及停車區。坡面若有凹槽或局部地形匯流，會集中雨水並加強沖蝕。此次崩塌量體大，顯示影響範圍不只限於零星落石，整體坡體條件與坡內弱面亦須納入評估。

小結

本案可概括為：長期風化及節理發達形成潛在破壞面，連日降雨入滲降低岩體強度，地震擾動可能進一步促使鬆動岩塊失穩，最終造成大規模崩塌；逆向坡特性不排除節理控制的楔形滑動、傾倒或落石。

（二）工程整治措施及設施功能

1. 詳細調查與分區設計

整治前應進行地形測量、地質調查、節理量測、鑽探及地下水調查，確認岩性、風化深度、弱面方位與傾角、裂隙充填情形及坡內含水狀態；必要時以地質剖面及穩定分析檢核可能破壞模式。並依風險劃分崩塌源區、可能滑動區、落石運動區與道路受影響區。

**功能：**掌握破壞控制因素，作為選擇開挖、錨定、排水及攔截設施的依據，避免只處理坡面表層而漏掉深部不穩定岩體。

2. 清除鬆動岩塊與坡面修整