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高考申論題 113年 [地質] 資源地質與礦床學

第 一 題

📖 題組:
試述下列名詞之意涵:(每小題 4 分,共 20 分) (一) 梯狀脈(Ladder veins) (二) 大地電磁探勘(Magnetotelluric surveys) (三) 鋁土礦(Bauxite) (四) 關鍵礦物(Critical minerals) (五) 重礦物(Heavy mineral)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

梯狀脈(Ladder veins)

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看到「梯狀脈」,考生應直覺聯想其如同「梯子」般的幾何空間特徵,並定位其產狀侷限於岩脈(dike)或岩床(sill)內部。答題時需依序點出學術定義、冷卻收縮或構造應力引發的張性破裂機制,最後舉出熱液充填成礦(如金礦)的經濟實例以獲取高分。

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「梯狀脈(Ladder veins)」指產於岩脈(dike)或岩床(sill)內部,大致垂直於岩體邊界且呈平行排列的一組橫向張裂隙充填礦脈,因空間幾何外觀形似梯子的踏板而得名。 形成機制主要為較脆硬的岩漿岩體侵入較軟弱的圍岩後,因岩體冷卻體積收縮,或受區域構造應力(如剪切變形)影響,在岩體內部產生規則的張性破裂(Tension fractures),隨後含礦熱液進入這些裂隙充填沉澱而成。 特徵包含:(1) 礦脈嚴格受限於母岩脈內部,通常不延伸或僅微弱延伸至兩側圍岩;(2) 脈體呈平行或亞平行排列,與岩漿岩體邊界交角多近於 90 度;(3) 屬典型的張性裂隙成礦,脈內常發育梳狀構造或晶洞構造。

小題 (二)

大地電磁探勘(Magnetotelluric surveys)

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看到「大地電磁探勘」,應立刻聯想到其為一種利用「天然交變電磁場」作為場源的被動式地球物理探勘技術。作答時務必涵蓋其量測的物理量(地下岩層的電阻率)、關鍵優勢(探測深度極深、對低電阻體敏感),以及在深部礦體或地熱探勘的實務應用。

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「大地電磁探勘(Magnetotelluric surveys, MT)」指一種利用地球天然交變電磁場作為場源的被動式頻域地球物理探勘技術。其物理機制為天然電磁波(高頻源自全球閃電,低頻源自太陽風與電離層交互作用)向地下傳播時,依據法拉第電磁感應原理,在不同導電性的岩層中產生感應電流,藉由在地表同時量測相互正交的電場與磁場時間序列分量,可反演算出地下岩層的電阻率(Resistivity)三維分佈。特徵包含:(1) 探測深度極大,頻帶寬廣使其穿透深度可從淺地表達地殼深部甚至上地函(數十至數百公里);(2) 對低電阻異常體(如硫化物礦化帶、含水流體、岩漿熔體或石墨化斷層帶)具極高敏感度;(3) 不需人工發射源,具備高機動性與較低的深部探勘成本。實務應用廣泛用於深部隱伏礦床(如斑岩型銅金礦的深部饋源系統)探勘、地熱資源的熱儲層定位,以及區域性地殼構造與油氣盆地基底繪製。

小題 (三)

鋁土礦(Bauxite)

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看到鋁土礦,應直覺聯想其為『化學風化(紅土化作用)』生成的殘留礦床,且非單一礦物而是混合物。答題時務必涵蓋其礦物組成、熱帶/亞熱帶的形成氣候條件,以及作為全球最主要煉鋁原料的經濟戰略地位。

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「鋁土礦(Bauxite)」指由多種含水氧化鋁礦物(主要為三水鋁石 Gibbsite、一水軟鋁石 Boehmite 及一水硬鋁石 Diaspore)所組成的風化殘留礦石或沉積岩,並非單一礦物。特徵包含:(1) 形成機制:富含鋁矽酸鹽的母岩在熱帶或亞熱帶高溫多雨氣候下,經歷長期強烈化學風化(紅土化作用 Lateritization),淋失矽、鹼金屬等易溶元素後,使鋁、鐵等難溶元素殘留富集而成。(2) 關鍵特徵:外觀常具土狀、豆狀(Pisolitic)或鮞狀構造,顏色因含鐵量多寡呈灰白至紅棕色不等。(3) 經濟價值:為全球提煉金屬鋁(Al)最主要且具經濟價值的礦石來源,廣泛應用於航太、運輸(輕量化)、建築及新能源產業,被多國列為關鍵戰略礦產。

小題 (四)

關鍵礦物(Critical minerals)

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看到「關鍵礦物」,應立刻聯想到現代高科技產業與國家安全的需求。答題時需切入其兩大核心指標:「經濟/戰略重要性」與「供應鏈脆弱性」,並點出其地質分布不均的特性及在綠能、軍工上的應用實例。

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「關鍵礦物(Critical minerals)」指對國家經濟發展與國防安全具有不可或缺之重要性,且其供應鏈面臨高度中斷風險的礦產資源。其形成之地質背景多樣(如碳酸岩型稀土礦床、偉晶岩型鋰礦、紅土型鈷礦等),但地質分布極度不均,常集中於少數國家。關鍵特徵包含:(1) 經濟及戰略重要性極高;(2) 開採與冶煉加工高度集中,易受地緣政治或貿易壁壘影響而產生供應鏈脆弱性;(3) 產業應用中缺乏有效的替代材料。在經濟價值與應用實務上,為現代高科技與能源轉型產業的命脈,廣泛應用於電動車動力電池(鋰、鈷、鎳)、綠能發電機及軍工航太(稀土元素如釹、鏑),目前已被美、日、歐盟等國列為攸關國家競爭力的戰略物資。

小題 (五)

重礦物(Heavy mineral)

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看到「重礦物」,首要聯想其「高比重」與「抗風化」的物理特性。解題時應依序點出其比重界線(大於2.85 g/cm³)、沉積富集機制(形成砂礦床)、代表性礦物種類,以及其在經濟礦產開發與沉積物溯源上的雙重價值。

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「重礦物(Heavy mineral)」指比重較大(通常大於 2.85 g/cm³,即密度大於常見的石英與長石)的岩石礦物集合。

  1. 形成機制/地質背景:原生火成岩或變質岩經風化侵蝕後,抗風化能力強的礦物被水流或風力搬運。因其密度較大,易在水動力減弱的環境(如河川彎道、海灘、濱海沙洲)因重力淘選與水力當量效應而沉積富集,形成經濟價值極高的砂礦床(Placer deposits)。
  2. 關鍵特徵:具備高比重、較高硬度、極強的抗物理磨蝕與化學風化能力。在野外常呈細粒狀,並伴隨波痕、交錯層等沉積構造,以深色的「重砂(Heavy sand)」形式層狀或透鏡狀產出。

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