第十六章 固體地球的探測

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

1. 1. 學說提倡者：學說提倡者：美國美國科學家科學家杜頓杜頓

2. 2. 起因：起因：由大地測量得知陸地的平均高度（由大地測量得知陸地的平均高度（ 840 840 mm ）比海底平均深度（－）比海底平均深度（－ 3800 m3800 m ）高出約）高出約　 　 、、公里，以公里，以重力均衡原理重力均衡原理來解釋陸地來解釋陸地和海底高度差的學說，稱為和海底高度差的學說，稱為地殼均衡說地殼均衡說

16-1 16-1 地殼均衡說地殼均衡說一、地殼均衡說的內容一、地殼均衡說的內容

55

3. 3. 學說內容：學說內容：認為認為　 　　 　地殼（平均密度約地殼（平均密度約2.7 g2.7 g ／／ cmcm33 ） 和） 和　 　　 　地殼（平均地殼（平均密度約密度約 2.9 g2.9 g ／／ cmcm33 ）構成的洋底，兩者均）構成的洋底，兩者均浮在密度比它們大的浮在密度比它們大的　 　　 　（約（約 3.3 3.3 gg ／／ cmcm33 ）上面，而各自達到）上面，而各自達到重力均衡重力均衡 （以木塊浮在水面上模擬 ）（以木塊浮在水面上模擬 ）

大陸大陸海洋海洋

地函地函

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測16-1 16-1 地殼均衡說地殼均衡說

二、地殼均衡細分兩大學說二、地殼均衡細分兩大學說 學說學說 普拉特學說普拉特學說 艾里學說艾里學說

提提倡倡者者

普拉特普拉特於於 18541854 年提出年提出 艾里艾里於於 18551855 年提出年提出

學學說說內內容容

主張所有地塊（高山或平原）主張所有地塊（高山或平原）都浮在同一深度的地函上面都浮在同一深度的地函上面﹐﹐但是各地塊的但是各地塊的　 　　 　不等。不等。各地塊的底部都位在同一深度各地塊的底部都位在同一深度的均衡面之上的均衡面之上﹐﹐其中高地塊的其中高地塊的密度密度　 　　 　﹐﹐低地塊的密度低地塊的密度　 　　 　﹐﹐但兩者的重力與浮力但兩者的重力與浮力維持平衡維持平衡

主張各地塊主張各地塊　 　　 　相同但相同但是是　 　　 　不同不同﹐﹐其中高山其中高山浮升愈高浮升愈高﹐﹐底部愈底部愈　 　　 　。。基於山愈高則根愈深基於山愈高則根愈深﹐﹐故本故本說法又稱為說法又稱為　 　　 　均衡學均衡學說。各地塊厚度雖然不同說。各地塊厚度雖然不同﹐﹐但浮力與重力仍可以達到平但浮力與重力仍可以達到平衡衡

密度密度

小小大大

密度密度厚度厚度

深深

山根山根

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測16-1 16-1 地殼均衡說地殼均衡說

二、地殼均衡細分兩大學說二、地殼均衡細分兩大學說 學說學說 普拉特學說普拉特學說 艾里學說艾里學說

實際實際狀況狀況

現在已經知道大陸和海洋地現在已經知道大陸和海洋地殼岩石組成不同殼岩石組成不同﹐﹐兩者的兩者的　 　　 　也不相同。和普拉也不相同。和普拉特的主張相似特的主張相似

根據根據　 　　 　不連續面（地不連續面（地殼底部）在世界各地的深度殼底部）在世界各地的深度並不相同並不相同﹐﹐此點和艾里的主此點和艾里的主張相似張相似

圖示圖示

密度密度

莫氏莫氏

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測16-1 16-1 地殼均衡說地殼均衡說

二、地殼均衡細分兩大學說二、地殼均衡細分兩大學說 目前可在目前可在斯堪地那維亞斯堪地那維亞半島、半島、格陵蘭格陵蘭、、加拿大加拿大北部等地找到地殼均衡的證據。一萬年前冰河時期厚北部等地找到地殼均衡的證據。一萬年前冰河時期厚重的冰層於冰期結束後逐漸融化，造成地殼的重力比重的冰層於冰期結束後逐漸融化，造成地殼的重力比原來原來　 　　 　，使得這些地方的地勢大約以每年一公，使得這些地方的地勢大約以每年一公分的速度緩慢分的速度緩慢　 　　 　。此外，在大地測量與地質研。此外，在大地測量與地質研究上也發現足以證明地殼均衡說的事實 究上也發現足以證明地殼均衡說的事實

減少減少上升上升

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

地表地質調查的目地主要是了解地球內地表地質調查的目地主要是了解地球內部的組成和構造。但不容易憑直接觀察得知，常需要部的組成和構造。但不容易憑直接觀察得知，常需要藉助於一些地球物理儀器和探勘方法藉助於一些地球物理儀器和探勘方法

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查一、地表地質調查的目的與方法一、地表地質調查的目的與方法

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

1. 1. 岩石種類判定：岩石種類判定：

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

岩石成因岩石成因分 類分 類 形成原因形成原因 特 性特 性

分 類分 類

粗略分類粗略分類 常見岩石常見岩石

火成岩火成岩 岩漿凝固岩漿凝固生 成生 成

火山岩火山岩：常出現於：常出現於 　 　 地形地形深成岩深成岩：缺乏層理及：缺乏層理及

葉理葉理

火山岩火山岩 玄武岩玄武岩安山岩安山岩

深成岩深成岩 花岡岩花岡岩

變質岩變質岩岩層受熱岩層受熱或壓力作或壓力作用變質用變質

出現於出現於　 　　 　、、

﹐﹐ 又可分成有又可分成有葉理葉理及及無葉理無葉理兩大類兩大類

有葉理有葉理 片 岩片 岩片麻岩片麻岩

無葉理無葉理 角頁岩角頁岩

沉積岩沉積岩碎屑沉積碎屑沉積或化學或化學﹑﹑生物作用生物作用

通常具有通常具有　 　　 　﹐﹐可區分為可區分為碎屑沉積岩碎屑沉積岩跟跟非碎屑沉積岩非碎屑沉積岩兩類兩類

碎屑沉積岩碎屑沉積岩 頁岩頁岩﹑﹑砂岩砂岩﹑﹑礫岩礫岩

非碎屑沉積岩非碎屑沉積岩 石灰岩石灰岩﹑﹑鹽岩鹽岩

火山火山

褶皺山脈褶皺山脈

層理層理

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

a. a. 野外地質調查重點野外地質調查重點：： 觀察記錄觀察記錄　 　　 　的種類、地的種類、地

質質　 　　 　、地層的、地層的　 　　 　和和　 　 　 　、、等，若是沉積岩可進一步尋找沉積等，若是沉積岩可進一步尋找沉積　 　 　 　 、、和和　 　　 　，推測當地的沉積環境，推測當地的沉積環境

岩石岩石 構造構造走向走向 傾斜傾斜

構造構造 化石化石

註 ：測量岩層的走向及傾斜－－使用：測量岩層的走向及傾斜－－使用傾斜儀傾斜儀

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

名詞名詞 定 義定 義 表示方式表示方式 圖示及地質符號圖示及地質符號

走向走向岩層層面與岩層層面與　 　　 　、、

面交線（如右圖面交線（如右圖 AABB ）的方向）的方向

右圖岩層為右圖岩層為　 　　 　走向走向

傾斜傾斜傾斜包含傾角傾斜包含傾角　 　 、、

和和　 　　 　（如右圖（如右圖OD OD'﹐OD OD'﹐ 為傾斜方為傾斜方向向﹐﹐傾斜角為傾斜角為 αα度）度）

右圖岩層為向右圖岩層為向　 　　 　傾斜傾斜﹐﹐傾角為傾角為 αα度度

水平水平

南北南北

大小大小方向方向 東東 南北走向南北走向

傾角傾角 4545 度向東度向東

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

b. b. 野外地質調查工具野外地質調查工具：： 常用的工具包括野帳冊（記錄簿）、記錄筆、常用的工具包括野帳冊（記錄簿）、記錄筆、

地質鎚、鑿子、傾斜儀、放大鏡、標本袋、相機、地質鎚、鑿子、傾斜儀、放大鏡、標本袋、相機、GPSGPS 定位儀等 定位儀等

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

c. c. 野外利用沉積構造判斷層序方法野外利用沉積構造判斷層序方法： ：

造

構

積

沉 ① ① 水平層理水平層理 ② ② 粒 級 層粒 級 層

③ ③ 波 痕波 痕 ④ ④ 交 錯 層交 錯 層 ⑤ ⑤ 泥 裂泥 裂 ⑥ ⑥ 生 痕生 痕

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

c. c. 野外利用沉積構造判斷層序方法野外利用沉積構造判斷層序方法： ：

造

構

積

沉 ① ① 水平層理水平層理 沉積物沉積物

在平靜環境沉積在平靜環境沉積﹐﹐水水平平堆疊形成一層層之堆疊形成一層層之沉積岩層沉積岩層﹐﹐為為層理層理。。層理為沉積構造層理為沉積構造﹐﹐但但無法判定原始地層上無法判定原始地層上下下

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

c. c. 野外利用沉積構造判斷層序方法野外利用沉積構造判斷層序方法： ：

造

構

積

沉

大水攜帶大量沉積物沉積大水攜帶大量沉積物沉積﹐﹐大顆粒先沉大顆粒先沉積在下積在下﹐﹐小顆粒在上小顆粒在上﹐﹐稱稱粒級層粒級層。。　 　　 　顆粒在下顆粒在下﹑﹑　 　　 　顆粒在上顆粒在上

② ② 粒 級 層粒 級 層

粗粗細細

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

c. c. 野外利用沉積構造判斷層序方法野外利用沉積構造判斷層序方法： ：

造

構

積

沉

波浪拍打沙灘波浪拍打沙灘﹐﹐形成沙灘波形成沙灘波紋紋﹐﹐稱波痕。波痕尖端朝稱波痕。波痕尖端朝　 　　 　、

③ ③ 波 痕波 痕

上上 上

下

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

c. c. 野外利用沉積構造判斷層序方法野外利用沉積構造判斷層序方法： ：

造

構

積

沉

流水中沉積的物質流水中沉積的物質﹐﹐堆積層傾斜堆積層傾斜﹐﹐稱為稱為交錯層。交錯層交錯層。交錯層 ((偽層偽層 )) 上陡（與水平地層上陡（與水平地層交角交角　 　　 　）下緩）下緩 (( 與水平地層交角與水平地層交角　 　 ))

④ ④ 交 錯 層交 錯 層

大大 小小

上

下

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

c. c. 野外利用沉積構造判斷層序方法野外利用沉積構造判斷層序方法： ：

造

構

積

沉

湖泊湖泊﹑﹑水道旁水分蒸發形成水道旁水分蒸發形成﹐﹐裂口愈大裂口愈大者朝者朝　 　　 　﹐﹐指示層位屬正常層序指示層位屬正常層序

⑤ ⑤ 泥 泥 裂裂

上上上

下

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

c. c. 野外利用沉積構造判斷層序方法野外利用沉積構造判斷層序方法： ：

造

構

積

沉

生物活動遺留下之痕跡生物活動遺留下之痕跡﹐﹐如洞穴如洞穴﹑﹑腳印腳印等等﹐﹐由生痕可判斷地層上下由生痕可判斷地層上下﹐﹐以洞穴為例以洞穴為例﹐﹐生痕洞穴應發生在層面生痕洞穴應發生在層面　 　　 　方方﹐﹐且生痕且生痕UU型管兩端開口處朝型管兩端開口處朝　 　　 　﹐﹐指示層位屬指示層位屬正常層序正常層序

⑥ ⑥ 生 生 痕痕

上

下

下下上上

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 野外地質調查野外地質調查

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查二、地表地質調查內容二、地表地質調查內容

d. d. 利用化石判斷層序利用化石判斷層序：： (1) (1) 標準化石的功能：地層對比使用的化石為標準標準化石的功能：地層對比使用的化石為標準

化石化石 (2) (2) 標準化石的特性：標準化石具有演化速率標準化石的特性：標準化石具有演化速率

　 　、、

、出、出現時間現時間　 　　 　、受環境的影、受環境的影響不大而具有分布響不大而具有分布　 　　 　、、個體數目個體數目　 　　 　、特徵明顯、、特徵明顯、在野外容易鑑定等特性 在野外容易鑑定等特性

快快短短

廣廣多多

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

1. 1. 相對地質年代判定：相對地質年代判定：

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查三、地質年代的判定－層序的判定三、地質年代的判定－層序的判定

方法方法 說明說明 圖示圖示

疊置疊置定律定律

在未經外力干擾影響下在未經外力干擾影響下﹐﹐因重力作用使愈早堆積因重力作用使愈早堆積的沉積物位在愈的沉積物位在愈　 　　 　。如右圖。如右圖﹐﹐ 11 號地層較號地層較 22號地層生成號地層生成　 　　 　﹐﹐便是依據便是依據疊置定律疊置定律判斷判斷

截切截切關係關係定律定律

　 　　 　發生的地質事件可能被發生的地質事件可能被　 　　 　發生的地質發生的地質事件所影響事件所影響﹐﹐所以受影響的地質事件年代比較老。所以受影響的地質事件年代比較老。如右圖如右圖﹐﹐岩脈經斷層甲截切岩脈經斷層甲截切﹐﹐可知可知　 　　 　、、先生先生成成

化石化石連續連續定律定律

化石群在不同地點的正常地層層序中化石群在不同地點的正常地層層序中﹐﹐出現的上出現的上（後）下（先）順序具有連續和一致性。如右（後）下（先）順序具有連續和一致性。如右圖圖﹐﹐具有三葉蟲化石之地層較菊石具有三葉蟲化石之地層較菊石　 　　 　生成生成

下下早早

先先 後後

岩脈岩脈

先先

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 絕對地質年代判定－放射性同位素定年絕對地質年代判定－放射性同位素定年

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查三、地質年代的判定－層序的判定三、地質年代的判定－層序的判定

半衰期半衰期 母元素母元素 (( 放射性同位素放射性同位素 )) 子元素子元素 母元素母元素﹕﹕子元素子元素原始量原始量 11 00 1 0﹕1 0﹕

11 次次 　 　　 　、、 　 　　 　、、 　 　　 　、、

22 次次 　 　　 　、、 　 　　 　、、 　 　　 　、、

33 次次 　 　　 　、、 　 　　 　、、 　 　　 　、、

圖圖

示示－－

1/21/2 1/21/2 11 ：： 11

1/41/4 3/43/4 11 ：： 33

1/81/8 7/87/8 11 ：： 77

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測

2. 2. 絕對地質年代判定－放射性同位素定年絕對地質年代判定－放射性同位素定年

16-2 16-2 地表地質調查地表地質調查三、地質年代的判定－層序的判定三、地質年代的判定－層序的判定

地層生成時間之計算：地層生成時間之計算： 地層中放射性物質存在時間地層中放射性物質存在時間

＝＝ log log 0.50.5 （母元素含量比）（母元素含量比）××半衰期 半衰期

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測16-5 16-5 遙測大地遙測大地

一、全球衛星定位系統在地質探勘上的應用一、全球衛星定位系統在地質探勘上的應用 1. 全球衛星定位系統的功能：能精確的量測地殼每

年數毫米的　 　移動量 水平水平

2.2.臺灣臺灣的全球衛星定位系統：的全球衛星定位系統：於於 19891989 年開始建立年開始建立「「臺灣臺灣全球衛星定位系統 全球衛星定位系統 (GPS) (GPS) 觀測網」，觀測網」，每一 每一 GPS GPS 觀測站皆可全年連續接收衛星資觀測站皆可全年連續接收衛星資訊。比較各測站間不同時期移動訊。比較各測站間不同時期移動　 　　 　和和

　 　　 　，即可得知，即可得知臺灣臺灣地體大致的變動情地體大致的變動情形形

速率速率 方向方向

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測16-5 16-5 遙測大地遙測大地

一、全球衛星定位系統在地質探勘上的應用一、全球衛星定位系統在地質探勘上的應用

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測16-5 16-5 遙測大地遙測大地

一、全球衛星定位系統在地質探勘上的應用一、全球衛星定位系統在地質探勘上的應用

20062006 至至 20072007 年年間間臺灣臺灣地區地區 GPSGPS觀測結果示意圖觀測結果示意圖

第十六章 固體地球的探測第十六章 固體地球的探測16-5 16-5 遙測大地遙測大地

二、從太空看臺灣二、從太空看臺灣 1. 遙測原理：利用　 　或　 　，

可從高空對大地進行拍攝，可見各地高山、河流等的分布概況

衛星衛星

2. 2. 遙測內容：遙測內容：發現臺灣島具備南北長、東西窄的狹發現臺灣島具備南北長、東西窄的狹長外形，中間並夾有「長外形，中間並夾有「　 　 ---- 　 　 」走向的山脈。若對大地進行不同時間」走向的山脈。若對大地進行不同時間的拍攝紀錄，更能比對出地形、地貌的變化的拍攝紀錄，更能比對出地形、地貌的變化

東北東北 ----西南西南

飛機飛機