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第三章地壳1第三章地壳地壳是固体地球最外的一个圈层（位于地球表层），亦是与人类的生存和发展关系最为密切的一个圈层。地壳及上地幔是当前地质学研究的重点，（是地球内部三大圈层中最薄的一层）故——把地壳作为一章讲述。第一节地壳的结构、类型地壳是不均匀的，根据组成地壳的物质成份的差异、地壳的厚度和结构的不同，将地壳划分成：大陆地壳（陆壳）和大洋地壳（洋壳）两种基本类型（图2-1、图2-2）。陆壳、洋壳——在结构、成分、厚度及演变历史上都有差别。一、大陆地壳（陆壳）——是指大陆部分的地壳；表层大部分地区有沉积岩层。陆壳的特征是：1）厚度较大（5-70km），平均33km;（25-70km？）2）具有双层结构：上层是硅铝层（花岗岩层）下层是硅镁层（玄武岩层）-------其间为康拉德不连续面。3）陆壳的形成时间较早，即陆壳较古老（最古老岩石40亿年）。因地壳运动影响，大部分岩层已发生变形（褶皱、断裂等）二、大洋地壳（洋壳）——是指洋盆部分的地壳；洋壳的特征：1）厚度较小，平均5~12km；平均5.6km。2）单层结构：即由玄武岩层组成；缺失SiAl层。3）形成时间较晚，洋壳较年青图2-1大陆地壳和大洋地壳剖面（引自press,1961）图中数据为地震波波速（km/s）括弧内为S波波速，未加括弧为P波第三章地壳2（最老岩石约形成于2亿年前；大部分岩石则是一亿年以来形成的）。表2-1大陆地壳与大洋地壳对比项目大陆地壳大洋地壳比例占地壳面积的40%，体积的79%，质量的63%占地壳面积的60%，体积的21%，质量的37%厚度(km)平均33，最大60（厚）平均5.6，最大30（薄）平均密度2.7g／cm3（轻）3.0g／cm3（重）莫霍面埋深深浅重力异常以负异常为主以正异常为主物质组成硅铝层沉积岩层，厚0～10km沉积层，厚0～2km花岗质层，厚10～40km缺失硅镁层玄武质层，厚30km玄武岩—沉积岩层0.5～2km概括来说，陆壳与洋壳在结构和厚度上均有差异，因此莫霍面是起伏不平的。陆壳和洋壳的形成时间有一定差别，陆壳的形成时间较早，洋壳较年青。大陆地壳和大洋地壳的主要区别列于表2-1。大陆边缘地壳介于陆壳和洋壳之间，比较复杂。第二节地壳均衡问题的提出：为什么不同地区地壳厚度相差较大？如：在大陆部分（陆壳），随地形高程的增加，莫霍面的深度加大，布格重力异常却降低；洋壳，随着海底深度的增加，莫霍面相对隆起，布格重力异常值升高。高山平缓区海Sial康拉德面Sima莫霍面由此可以得出这样的概念：第三章地壳3大陆隆起部分（高山）因地形升高而增加的质量，必须由深部质量的亏损来补偿（表现为莫霍面凹陷，莫霍面的深度加大，厚度变厚）；地形较平缓的地区的地壳厚度接近平均厚度，接近均衡；在海底深陷部分所减少的质量，则被深部质量的增加来补偿（表现为莫霍面的隆起，莫霍面的深度变浅，厚度变薄）。------地壳为适应重力作用，力求达到平衡的现象称为地壳均衡（isostasy）。“地壳均衡说”的提出有多种解释：最著名的有两个:——1855年英国J.H.Pratt提出解释：密度小的地方地势高，密度大的地方地势低。（均衡面是水平的）（Pratt假说）（均衡面是水平的？）——1885年英国G.B.Airy认为:地壳是由许多厚度不同，密度较小的岩块，浮在较重的具可塑性的物质之上，并按阿基米德定律处于平衡状态。地表形态正异常康Sial反山根Sima莫负异常山根最大密度最小密度（密度小的地方地势高）密度相同？第三章地壳4Airy假说（可恢复地形、地貌）,（阿基米德定律）如：山脉是较轻的岩块浮在较重的介质之上，正如轮船浮在海水中一样，山越高，其深入下部较重介质中的深度也越大，这深入的部分通称为“山根”。-------厚------负异常。由于海水密度小于岩石密度，因而密度大的物质反而向上隆起，形成“反山根”。------薄------正异常。真实面貌应为两种假说相结合：地壳下面存在一个均衡剖面，这个面不是水平面，而是起伏不平的；组成地壳的物质不是均一的；地壳均衡现象是普遍存在：如大型水库诱发地震就是一种地壳均衡调整。——大型水库建成蓄水后，在水的重压下，使原有的平衡破坏，引起邻近地区地壳升降，甚至诱发地震。据统计，世界上凡坝高100m以上，库容达1亿m3以上的水库附近，几乎都发生过地震。广东的新丰江水库（坝高105m，库容10.5亿m3），1959年建成，1962年即发生过6.1级地震。第三节地壳的物质组成地壳是由各种岩石组成的，而岩石又是矿物的集合体，矿物又是由各种化学元素结合而成的。[在地壳的演变过程中，各种岩石、矿物或元素的状态也在不断地变化：不断有新的岩石和矿物产生；也不断有原有的岩石、矿物遭到破坏，并可发生某些矿物或元素的分散和聚集现象，尽管其过程是极其缓慢的，但却时刻都在不停地进行着。]元素、矿物和岩石的变化也是地壳演变过程的重要内容。元素在地壳中的分布；矿物（单独一节）；岩石（单独一节）。1.元素的含量与分布各种元素在地壳中的含量相差悬殊、分布极不均匀。这种不均匀，一方面与元素的特点有关，另一方面与元素在地壳中所处的不同物理、化学条件有关，在一定的条件产生迁移、富集。-----与地质作用有关。据目前资料，地壳中大约存在92种元素，其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、第三章地壳5Mg等8种主要元素占98％以上，O、Si、Al、Fe四种元素占88.31％。地壳中常见的有用金属元素（如Cu、Ph、Zn等）与主要元素的含量相差几个数量级；2.克拉克值许多学者为研究元素在地壳中的平均含量付出了大量心血。其中最为杰出的是美国学者F.克拉克(Clark)，他在1889年的一篇关于“元素地球化学分布”论文，首次发表了元素的重量百分比的数据。经过35年的研究，在对采自全球的5159个岩石样品的精确分析基础上，用算术平均法求得地壳16km内的50种元素的平均含量。为纪念克拉克的功绩，——把元素在地壳中的平均质量百分比称为“克拉克值”。（重量或质量百分比）——某一地区某种化学元素的质量百分比，称为该元素的丰度值；由于地质作用使某些元素发生分散或聚集，所以在一些地区，某些元素的含量可高于克拉克值，在另一些地区则可能低于克拉克值。某些有用元素若其含量远远高于克拉克值,并可开采利用时就成为矿产。第四节矿物上节讲述“元素在地壳中的分布”。某些有用元素若其含量远远高于克拉克值,并可开采利用时就成为矿产。地壳中的大多数元素以化合物形式产出，或者说以矿物的形式出现。一、矿物的定义：——矿物是由各种地质作用下形成的具有相对固定化学成分和物理性质的单质或化合物，是组成岩石的基本单位。矿物的含义：矿物是地质作用形成的天然化合物或单质。矿物具有一定的化学成分、具有较为稳定的物理性质。如：金刚石成分为单质碳(C)，石英为二氧化硅(SiO2)；但天然矿物成分并不是完全纯的，常含有少量杂质。矿物是组成岩石的基本单位；第三章地壳6绝大多数矿物呈固态(如石英、金刚石)，但也有少数矿物可呈液态(如自然汞)；呈固态的矿物按其内部结构特点可分为晶质与非晶质两类。——人工合成的称为人工矿物或合成矿物：如人造金刚石、人造红宝石等。自然界中的矿物有3000多种，构成岩石主要成分的只有二三十种。——把组成岩石主要成分的矿物称为造岩矿物。二、晶体与非晶质体晶质体（晶体）晶质体是指矿物内部的质点（原子、离子、分子）按一定规则重复排列而成的固体。具有规则几何形态的多面体称为晶体[——晶质体在一定的条件下生长成具有规则几何形态的多面体称为晶体。]——包围晶体的平面称为晶面。晶体矿物的生长需要一定的空间，若缺少生长空间，不能形成良好的晶形。各种矿物都有其独特的晶形，它是鉴别矿物的重要依据之一。非晶质体凡内部质点不规则排列的物体称非晶质体，如天然沥青、火山玻璃等。矿物手标本-----矿物鉴定------矿物的形态（岩矿鉴定）矿物的物理性质矿物的化学性质三、矿物形态矿物单体晶形可分为三种类型或者说具有三种结晶习性：在相同条件下形成的同种晶体常具有的形态，称为结晶习性。三种矿物的结晶习性：i.一向延伸型——晶体沿一维方向生长，呈柱状、针状、纤维状；如石英、辉锑矿、角闪石、石棉等。ii.二向延伸型——晶体沿二维方向延展，常形成板状、片状、鳞片状；第三章地壳7如云母、正长石、石墨、辉钼矿等。iii.三向延伸型——晶体沿三维方向生长，常呈粒状或等轴状；如黄铁矿、石榴子石、磁铁矿等。结晶习性对鉴定矿物有一定意义。2.集合体形态自然界中的矿物多数是以矿物集合体形式出现；由同种矿物的多个单体聚合在一起形成的整体称矿矿物物集集合合体体。最典型的集合体一是双晶。[略当两个同种矿物的晶体以一定的对称规律连生在一起，称为双晶;矿物集合体：可分为晶质矿物集合体和非晶质矿物集合体。略]（1）晶质矿物集合体------根据(集合体中)矿物颗粒大小:可分为两类：肉眼或放大镜可辨认矿物颗粒界限的显晶集合体；只能在显微镜下辨认出矿物单体的隐晶集合体；显晶集合体形态多取决于矿物单体的形态和它们的集合方式。------根据矿物集合体的形态：（自然界中的矿物存在各种形式集合体：）1）针状、纤维状、放射状集合体一向延伸单体常集合成针状、纤维状、放射状集合体形态。矿物以一点为中心向四周呈放射状排列------放射状。2）片状、鳞片状集合体二向延长型单体常集合成片状、鳞片状集合体，如石墨、云母。3）致密块状体由极细的矿物或隐晶矿物组成的集合体，表面致密均匀，肉眼难于分辨晶粒。4）晶簇许多单晶体组成的簇状集合体，称为晶簇。第三章地壳8一般在岩石裂隙或空洞中生长的完整的晶体群。晶簇一般丛生在共同的基底上，另一端自由发育形成良好的晶形；常见的有：石英晶簇（2）非晶质矿物集合体1）结核矿物溶液或胶体溶液常围绕着细小岩屑、生物碎屑等由中心向外层层沉淀而成，称为结核。常见的有黄铁矿、赤铁矿结核。------（形态颗粒较大与鲕状区别）2）鲕状、豆状集合体鲕状和豆状集合体——是由许多球粒结核体胶结而成的集合体；其中球粒小如鱼卵者（形同鱼子状）称鲕状体，大如豆粒者称豆状体。如：鲕状赤铁矿。3）钟乳状、葡萄状、肾状集合体是胶体矿物所具有的特点：形似葡萄者称葡萄状集合体；形如肾者称为肾状集合体如：石灰洞中由CaCO3形成的石钟乳、石笋等。四、矿物的物理性质按解理裂开的难易程度及解理面的完好程度一般分为5个等级：极完全解理——矿物极易裂成薄片，解理面平整光滑，如云母、石墨；完全解理——矿物易裂成小块或薄板，解理面光滑，如方解石、方铅矿；中等解理——解理面不连续，不光滑，呈小阶梯状，如普通角闪石、普通辉石。不完全解理——解理程度很差，只在细小的碎块上看到不清晰的解理面，如磷灰石。极不完全解理——无解理，如石英。------断口3.矿物的其它性质除上述物理性质外，还有比重、磁性、电性、发光性等。比重凭经验用手掂估矿物的轻重，将矿物的比重分为三级：轻（2.5）、中等（2.5～4）、重（＞4）．第三章地壳9只有比重特别轻或特别重时，才有鉴定意义。如方铅矿、重晶石的比重大，石墨比重小。磁性磁性：指矿物可被磁体（铁）所吸引，甚至本身能吸引铁屑的性质。通常使用普通磁铁测试，能被磁铁吸引者称磁性矿物，如磁铁矿绝大多数矿物都是非磁性矿物。-------比重、磁性都为某些矿物的鉴定特征。[弹性、挠(nao)性、脆性弹性：指矿物受外力作用（弹性极限内）能发生弯曲形变，外力取消后仍能恢复原状的性质，如云母。挠性：指矿物受外力作用能发生弯曲形变，但外力取消后不能恢复原状的性质，如绿泥石。脆性：指矿物受外力后易破裂成碎块的性质，如方铅矿。]五、矿物的化学性质除上述这些物理性质可作为鉴定矿物的标志外，还常用一些最简单的化学方法鉴定矿物的成分。如用冷稀盐酸测试方解石可起化学反应，并产生许多气泡。这在野外进行地质调查时非常有用。六、矿物的化学成分与矿物类型各种性质与化学成分有关。每种矿物都有一定的化学成分。两个重要概念。1.矿物的类质同像类质同像是矿物中一个普遍现象；类质同