九十二学年度高级中学地球科学科能力竞赛决赛笔试试题解答

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1、九十二學年度高級中學地球科學科能力競賽決賽筆試試題解答地質一、某處的地層剖面（完全虛構）總厚度約280公尺，由上至下可分為A∼E五個呈水平之岩層，其層序均正常且未倒轉。根據從各層所採集的岩石樣本之分析結果，已知這五個岩層的年代、岩性、厚度、所含化石均不相同。其年代包括有寒武紀、更新世、中新世、三疊紀、始新世。且知道：(1)頁岩層在粉砂岩層之下（但不一定靠在一起）。(2)砂岩層的厚度要比頁岩層厚40公尺。(3)玄武岩層的上面一層厚約100公尺。(4)含有海膽化石的岩層厚度要比含有貝類化石的岩層薄。(5)含有恐龍化石的岩層的上上層是石灰岩。(6)在20公尺厚岩層之上的那層岩層裏面沒

2、有發現任何化石。(7)含有三葉蟲化石的地層厚約30公尺。請問各岩層的年代、岩性、厚度、與所含化石種類為何？【40分，每格2分】岩層代號年代岩性厚度化石ABCDEÿ答：本題雖然為推理題，但須結合地質科學知識來回答。而且本題為按格計分，因此就算不能全部答出，也應該可以得到部分的分數。(a)已知五個岩層之層序均正常且未倒轉，因此可以立刻在表中填入五個年代─由最老的寒武紀到最年輕的更新世。【學生需要知道地質年代的名稱與順序】(b)由(7)可知岩層E的化石為三葉蟲，且其厚度為30公尺。【學生需要知道三葉蟲為古生代的指標化石，且五個岩層中只有寒武紀屬於古生代。】(c)由(5)可知岩層D含有

3、恐龍化石且岩層B的岩性為石灰岩。【學生需要知道恐龍生長在中生代，且五個岩層中只有三疊紀屬於中生代。】(d)由所有提示知道有四個岩層含有化石，另一個岩層不含化石，因此不含化石的岩層一定是玄武岩。在剩下的兩個選擇中，由(3)知道岩層A不是玄武岩，因此岩層C一定是玄武岩。【學生需要知道火成岩不含化石，且玄武岩是火成岩。】1(e)由(3)知道岩層B厚度為100公尺。(f)由(6)知道岩層D厚度為20公尺。(g)剩下三個尚不知岩性的岩層A,D,E可能是砂岩、粉砂岩、頁岩。由(1)可知頁岩層在粉砂岩層之下，因此不是岩層D就是E。若岩層D是頁岩，則岩層A就會是粉砂岩、岩層E就會是砂岩─但岩層

4、E只比岩層D厚10公尺，與(2)的條件不符，因此假設不成立。所以岩層E是頁岩。(h)由(2)知道岩層A一定是砂岩，而且厚度為70公尺。(i)剩下的岩層D就一定是粉砂岩。(j)由題目知道岩層總厚度為280公尺，因此可以算出岩層C的厚度為60公尺。(k)由(4)的條件可知較薄的岩層A含有海膽化石，而岩層B則含有貝類化石。ÿ答：答案如下表：岩層代號年代岩性厚度化石A更新世砂岩70公尺海膽B中新世石灰岩100公尺貝類C始新世玄武岩60公尺--D三疊紀粉砂岩20公尺恐龍E寒武紀頁岩30公尺三葉蟲二、延續上題的地層剖面背景：今沿著某處地層的一條水平產業道路由東向西走，發現路旁的岩石屬於始新

5、統。不久碰到一南北走向、西傾45度的斷層，且岩石也變成頁岩層。(1)請繪圖說明此斷層屬於何種斷層？【5分】(2)此斷層至少滑動位移了幾公尺？在東西方向上最多滑動了幾公尺？【10分】（假設斷層的厚度可以忽略）ÿ答：(1)參考上題解答可知原本未碰到斷層前的岩層為始新世玄武岩，經過斷層後碰到更老的寒武紀頁岩層，因此可知此斷層為上磐由西向東向上移動的逆斷層。（圖略）(2)斷層至少是從頁岩層頂滑動到玄武岩層底，又知道兩個岩層中的三疊紀粉砂岩厚度為20公尺，且斷層的傾斜角度為45度，因此可以計算至少滑動了20´Ö2=28.3»30公尺。此斷層在東西方向上最多則是從頁岩底滑動到玄武岩層頂，三

6、層的總厚度110公尺，因此可以算出最多不會超過110´Ö2=155.5»150公尺。三、摩氏硬度表中的十種標準礦物，只有兩種是屬於等軸（立方）晶系。若將此2兩種礦物的摩氏硬度數值與石膏的硬度數值相加會恰好等於一整數的平方。請問此整數為何？（請列出推理與計算過程）【15分】ÿ答：（1）若對摩氏硬度表（見下表）中的十種礦物的所屬晶系都非常熟悉，要解答本題當然不是問題。只要將鑽石(=10)、螢石(=4)與石膏(=2)的硬度值相加，就可以得到16，開平方根得到答案為4.等級礦物晶系化學成分密度1滑石(talc)單斜Mg3Si4O10(OH)22.58-2.832石膏(gypsum)單斜

7、CaSO4．2H2O2.323方解石(calcite)六方CaCO32.714螢石(fluorite)等軸CaF23.185磷灰石(apatite)六方Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)3.1-3.26正長石(orthoclase)單斜KAlSi3O82.55-2.637石英(quartz)六方SiO22.658黃玉(topaz)斜方Al2SiO4(F,OH)23.49-3.579剛玉(corundum)六方Al2O34.0-4.110金剛石(diamond)等軸C3.52（2）若沒有那麼