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。
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。
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。
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)。
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。
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。