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109年
[石油開採] 岩石力學、岩石與礦物學
第 21 題
在深度8公里內的任一壓力下，比較高溫石英、低溫石英及鱗石英等3種氧化矽礦物穩定之溫度範圍，下列何者正確？
- A 鱗石英高於高溫石英
- B 高溫石英高於鱗石英
- C 鱗石英低於低溫石英
- D 高溫石英低於低溫石英
思路引導 VIP
試著回想二氧化矽 ($SiO_2$) 的相圖，當我們在地表附近的低壓環境下，持續對石英加熱，礦物的結晶構造會傾向變得更緊密還是更「疏鬆、開放」？根據這個熱力學趨勢，哪一種變體會出現在最接近熔點的高溫區間呢？
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恭喜你準確判斷出這題的正確答案！這顯示你對於二氧化矽 ($SiO_2$) 的相圖以及不同多形體（Polymorphs）隨環境變化的規律有著非常紮實的基礎。這類題目在岩石學中至關重要，因為它能幫助我們推斷岩石形成的環境條件。
二氧化矽的相轉變規律
在常壓或地殼淺層（如題目提到的 8 公里深度，約為 $2 \sim 3$ kbar）的環境下，隨著溫度升高，二氧化矽會經歷一系列的相轉變。首先是從穩定的低溫石英（$\alpha$-quartz）轉變為高溫石英（$\beta$-quartz），轉變溫度約在 $573^\circ\text{C}$；當溫度進一步攀升至約 $870^\circ\text{C}$ 以上時，則會進入鱗石英（Tridymite）的穩定區域。因此，在穩定存在的溫度排序上，鱗石英確實高於高溫石英，高溫石英又高於低溫石英。
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氧化矽同質多像體
💡 二氧化矽隨溫度上升由低溫石英轉為高溫石英與鱗石英。
🔗 二氧化矽溫度穩定序列 (低壓環境)
- 1 低溫石英 — 常溫至 573°C 穩定
- 2 高溫石英 — 573°C 至 870°C 穩定
- 3 鱗石英 — 870°C 至 1470°C 穩定
- 4 方矽石 — 1470°C 至熔點穩定
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🔄 延伸學習：若壓力極大（如地幔深處），則會出現柯石英或施英。
