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Before& After-教學井設置

文/郭慶利、吳泓昱 圖/吳泓昱老師研究室提供

2022年盛夏,資源系館周圍的四口教學井在聲聲蟬鳴中順利竣工,自此成了系上不可多得的研究瑰寶。

1-1
教學井設置前
2-2
教學井設置中
教學井設置後,由左至右分別為吳建宏總務長、資源系向性一主任、工學院詹錢登院長、時任總務長的建築系姚昭智教授、地科系饒瑞鈞教授,以及承攬本次鑽井工程的廣騰工程顧問公司黃台豐經理

  資源系教學研究井位於台南都會區,並非一般生活中常見的水井。這4口井在鑽進過程中皆進行全取樣岩心紀錄(現存放於資源地質學教室),提供了翔實的地質資料,並以本系的特長出發,進行一系列完整的觀察。教學井的主要目的在於教導學生地球物理調查及地質資料收集,並配合相對應的實習課程,如地質學、地球物理探勘、井測學、高等油井測估、水文學、岩石力學、大地工程學、觀測地震學等專業且跨領域學門,讓學生在課堂學習之外,能夠更充分了解地球物理調查與資料處理、解析的實際過程。
  除了上述的教學用途,教學井蒐集到的各類型資料,目前已和本校測量系、地科系、建築系及資工系的老師進行討論,並以此為契機,展開一系列校內跨領域的整合與研究計畫。目前進行中的研究項目有:地層速度與地層透水性的相關監測、地下水成分與組成、地下水位分析、台南台地之沉積環境分析、成功大學地表抬升監測、教學井下地層抬升速率監測、台南台地近地表之岩石土壤力學參數設定、三維大地電磁與地電阻之測量等,甚至可以討論泥貫入體在台南台地上的分佈情形。在缺乏相關實驗井場的台南都會區,此教學研究井的存在更顯珍貴。

資源系教學井共計四口,包含三口深20公尺的研究井(BH-1, 2, 3),以及一口深100公尺的研究教學井(AT-1),位置分布如圖。以下簡單介紹利用教學井進行的研究與調查。

成功大學資源工程學系教學井位置分布 (黑色長方色塊為資源系館建築物、 為井位所在位置)

井下測量

教學井的井下測量使用了三種不同的井測探測儀器,分別為傳統式地球物理井測、聲波井測、井下超音波影像。

a.傳統式井測
b.聲波井測
c.井下超音波影像

三種井測儀器示意圖及實體照片

  傳統式物理井測所量測的自然伽瑪值(Natural Gamma-ray, GR)可用以判斷地層的透水性,進而分析地層組成。另外,在100公尺的教學井內,第4、24、48、72、96公尺處設有簡易磁環,同樣可藉由GR值及磁力計的變化,了解地層的壓縮特性及各深度土層之壓縮情形。井下超音波影像測得的資料,則可經由計算得到井偏(Azimuth)與傾角(Tilt)。

教學研究井測資料

岩芯分析
  鑽井後取出的岩芯樣本,無疑是另一項瞭解地層特性的重要材料。透過分析岩芯的組成、密度、孔隙率、滲透率等,便可知悉地層的構造、物化性質和所含流體情況,從而應用於各類地質調查。除了傳統上的岩芯描述及岩石力學分析,我們還將教學井的岩心樣本送往成大醫院進行X光電腦斷層掃描(X-ray Computed Tomography, XCT),以非侵入、非破壞的方式直接對岩芯內部進行分段成像,並以此進行密度、孔隙率的計算和裂隙分布的研究,在了解內部特徵的同時,也能以三維模型重建其構造。

BH-3教學井12~16m處岩芯
BH-3教學井14.58m處岩芯之CT圖

  與此同時,我們也將部分岩心樣本交由專業實驗室,進行放射性碳定年分析,以期對台南台地的地質年齡與沉積環境有更深的了解。

表 1、BH-3教學井之放射性碳定年結果

樣本編號

樣品種類 / 預處理

常規年代

BH-3_19.9m

有機沉積物 / 酸洗

大於五萬年前

BH-3_15.9m

有機沉積物 / 酸洗

數萬年前

BH-3_3.8m

殼體 / 酸蝕

數千年前

  作為一項不可多得的資源,教學井為系上的教學研究帶來了莫大裨益。期許未來學子能夠以此力學篤行、砥礪互進,在現今地熱資源、風力發電、二氧化碳封存等工作正如火如荼準備、逐漸進行之際,相信可以藉由此教學研究井,獲取更多實務上的經驗與想法。