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地质学与矿物学北京科技大学土木与环境工程学院谢玉玲，徐九华，李克庆绪论第一章:地壳及地质作用概述第一节:地球及地球的构造第二节:地球的主要物理性质第三节:地壳的物质组成课后复习绪论1．地质学的概念地质学是研究地球，主要是研究地壳的科学。具体地讲，它是研究地壳的的构造、物质组成、发展变化及矿产的形成、分布规律等内容的科学。2.地质学的学科分类地质学是地球科学的一个分支，而地球科学是包括数学、物理、化学、天文、生物在内的六大基础学科之一。地球科学包括地质学、地理学、地球物理学、气象学、水文学、海洋学、土壤学、环境学等。3.研究的意义（1）在寻找、开发、利用自然资源中起着巨大作用。（2）在指导人类如何适应保护、利用和改造自然环境以及同各种自然灾害作斗争中发挥着重要作用。（3）承担着揭示整个地球的形成、演变规律的科学使命。第一章地壳及地质作用概述第一节、地球及地球的构造•地球在太阳系中的位置•地球的形状和大小•地球的外部圈层•地球的内部圈层地球在太阳系中的位置地球的表面积5.1亿km2，其中海洋占71%，陆地占29%。海底和地表形态高低起伏，陆地有高山、丘陵、平原和盆地。海底有海沟和海底山等。世界上最高的山（珠穆朗玛峰）：8844.43m(2005,1975年分布的是8848.13m）最深的海沟：11033m（太平洋马利亚那群岛附近的海渊）地球的形状和大小从月球拍的地球照片可以看出地球近似一个球状体，但又不是一个标准的球体，而是近似于一个旋转椭球体。它的两极半径小（6357km），赤道半径大（6378km），两者相差约21km。地球围绕地轴自转，自转轴对着北极星的一方叫北极，另一端叫南极。珠峰缘何“矮”了3.7米？(1)是因为两次测得的冰雪深度不同。1975年，我国在世界上首次测量了峰顶冰雪深度。当年是登山队员通过人工插杆的方式进行测量的，所以冰雪深度数据的精确度无疑会受到一定的影响。2005年采用冰雪深雷达探测仪，测得冰雪深度为3.5米，其中雪层厚度接近1米，冰层厚度约为1.5米，冰层以下、岩面以上的不确定物质层（其密度介于冰与岩石之间，专家估计极有可能是冰和碎石的混合物）厚度约为1米。(2)本次珠峰“身高”的起算点——大地水准面的计算结果较上次更为精确、完善。(3)珠峰变“矮”的第三个原因是全球气候变暖。从20世纪60年代开始，珠峰冰雪层的厚度总体上呈现变薄的趋势。从1975年至今，珠峰的高程因此“矮”了0.3米至0.4米。大气圈：-4~40000km，以N，O为主水圈：包括大气中的水，地表水，岩石圈中的水等生物圈：-n*10~10km地球的外部圈层大气圈的分层水圈的循环地震：是地壳快速颤动的现象，是地壳作用的一种表现。地震波：体波：纵波（P波）：振动方向与传播方向一致，传播速度快，且在固态，液态，气态中都能传播。横波（S波）：振动方向与传播方向垂直，传播速度慢，只能在固态中传播。面波：只在地球表面传播。地球的内部圈层地球的内部圈层划分1.依据：体波（纵波和横波）在地球内部传播时，当传播介质（构成地球的物质）条件改变时，其传播速度和传播方向也会发生改变，会产生折射和反射现象。2.两个重要的不连续界面莫霍洛维奇面(简称莫霍面）：地壳与地幔的分界面特征：P波速度突然升高（7.0~8.1km/s），S波速度突然增加（4.2~4.4km/s）。命名：以发现者克罗地亚学者A.Mohorovicic而得名。古登堡面：地幔与地核的分界面特征：P波突然降低（13.6~7.98km/s)，横波突然消失（7.23km/s~)。命名：以发现此界面的美藉德裔学者B.Gutenberg命名。3.内部各圈层：地壳、地幔、地核地球的内部圈层地壳地幔地核过渡层地球的内部圈层2891km地壳：莫霍面以上由固体岩石组成的坚硬外壳。占地球总体积的1.55%,质量的0.8%，主要由密度较小的固体岩石组成可分为上地壳和下地壳，上地壳富含硅铝，又称硅铝层；下地壳富含硅镁，又称为硅镁层。大陆地区与大洋地区地壳结构明显不同大陆地壳大洋地壳平均厚度33KM，平均厚度7KM厚度变化大（高山峡谷）厚度变化小由上、下两层组成上地壳很薄或无即硅铝层（花岗质层）主要由硅镁层组成和硅镁层（玄武质层）有时有薄的硅铝层地幔：地壳以下至古登堡面（2891KM）之间的圈层。上地幔：接近基性岩（二辉橄榄岩）的组成，（60-150km低速层）过渡层：主要由硅酸盐矿物组成，介于上下地幔之间。下地幔：是由铁、镍的氧化物和硫化物组成（也有观点认为主要由具钙钛矿结构的硅酸盐组成）------400-----------670-----张家口地区出露的地幔岩地核：古登堡面以下部分。外核：液态过渡层：固态与液态之间内核：固态组成：主要由铁、镍组成，也称铁、镍核心，外核有一些轻元素如S，Si等。其成分的判断主要是依据地球物理及来自天外的陨石的成分。铁陨石第二节、地球的主要物理性质一.质量和密度地球的质量：5.981027克（据牛顿的万有引力定律计算）地球的平均密度：为5.52克/厘米3。地壳上部各种岩石的密度为1.5~3.3，平均为2.7~2.8，地球表面大部分为密度为1的水占据地球的密度随深度增大而增大推测地心的密度可达12.51(16~17)克/厘米3。二、压力影响因素：上覆岩石质量、地质构造、地应力等。深度（米）：1005001000500010000压力（MPa）2.713.527.0135.0270.0（km）三.重力1）.什么叫重力？重力：地球某处所受地心引力与地球自转离心力（垂直地面分力）的合力。其作用方向大致指向地心。2）.影响重力的因素地球自转的离心力（纬度）：纬度越大，离心力越小重力值越大。距离地心的距离：海拔越高越高，距地心越远，重力越小，纬度越大，距地心的距离越小，重力越大。3.理论重力值：把地球当做一个圆滑的均质体，以大地水准面为基础计算出的重力值。它只与纬度有关。两极略大，赤道略小。4.重力异常：由于地形起伏、地球物质分布不均、密度大小有差异引起的实测重力值与理论重力值不同，这种偏差称重力异常。正异常：实测重力值大于理论值。表明地下有密度较大的物质，如铜、铅锌、镍等矿产。负异常：实测重力值小于理论值。表明地下有密度较小的物质，如煤矿、石油、天燃气等。*5.异常校正自由空气重力异常：将实测的重力值用平均海平面进行校正后的重力异常。布格重力异常：考虑了测点高度及其与大地水准面之间岩石密度的影响而进行校正后的重力异常。四.温度（地热）外热层（变温层）：一般20—30m，受太阳辐射影响，温度随昼夜、季节变化。常温层：20—40m：温度常年保持不变，等于或略高于当地的年平均气温。增温层：40m—20km（大洋15km，大陆30km）：温度随深度增加而升高。地热增温率（地温梯度）：每向下加深100米温度增加的数值（℃/100m）（大陆平均3℃左右，大洋4-8℃）。地球内部由于压力和岩石密度增大，增温减弱，地幔的温度大致在1000~3500℃，地心的温度4000-5000℃五、地磁1.如何知道地球磁场存在磁针的转动2.地磁三要素地磁南、北极与地理南、北极地磁子午线与地理子午线地磁三要素：磁偏角：地磁子午线与地理子午线之间的夹角。磁倾角：磁针与水平面的夹角。磁场强度：地球上某一点单位磁极所受的磁力大小。地理北极地磁北极地理子午线磁偏角与磁倾角地磁子午线3）磁异常：地磁正常值：在地球上选择若干个地磁测站，测量该处的地磁要素，然后据此推测出世界各地基本地磁数据，作为地磁正常值。这是一个理论推算值。地磁异常：某地实测数值与理论值（地磁正常值）不一致。若高过理论值称为正异常，表明地下可能有磁性的地质体，如磁铁矿矿体、铜镍硫化物矿体或超基性岩体等。若低于理论值称负异常，表明地下可能有花岗岩体、铜矿、石油、天燃气或盐等。用途：磁法勘探，勘探地下金属矿体或石油、天燃气等。也可用于勘查地下金属管道、或线缆的分布等。六、放射性地球内部放射性元素引起。如铀、钍、镭等。放射性元素含量虽少但分布却很广泛，主要聚集在上地壳的花岗岩中，向地心逐渐减少。根据放射性元素衰变的性质，可用于计算岩石年龄和寻找有关矿产。同时放射性元素蜕变所产生的热能是地质作用的主要能源。**其它性质：弹性、塑性和脆性弹性：地球面由于日、月球的引力会出现固体潮汐。塑性：岩石在漫长的地质历史下，在持续的力的作用下会发生塑性变形。如褶皱。脆性：岩石在快速力的作用会出现脆性破裂。如断裂。第三节、地壳的物质组成O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,H占98.13%，其中O近1/2，Si占1/4多一点，OSiAlFeCaNaKMgH49.1326.007.454.203.252.402.352.351.00矿物：在一定的地质条件形成，具有一定的化学成分和物理性质的单质和化合物叫矿物。组成地壳的矿物主要有：硅酸盐矿物，如长石，云母，角闪石，辉石等。也有碳酸盐矿物，氧化物矿物，硫化物矿物等。岩石：由一种或多种矿物组合到一起形成岩石。组成地壳的岩石主要是花岗岩，闪长岩，辉长岩等。地球的物质组成与宇宙物质组成课后练习：1.地球的内部圈层是如何划分的，其各圈层及主要分界面的名称是什么？2.地磁三要素指的是什么，其各自的含义是什么？3.从地表向地球内部其温度、压力是如何变化的？4.熟悉以下几个概念：地热增温率（地温梯度）重力，理论重力值，重力异常，地磁正常值，磁异常。