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全国矿业权评估师培训教材地质矿产勘查基础吉林大学上篇地属确拳础第一章地球的结构与组成第一节地球的形状和大小第二节地球的物理性质第三节地球的圈层结构第二章地壳的物质组成。第一节地壳的化学元素组成第二节矿物第三节岩石第三章地质年代与地质作用第一节地质年代第二节地质作用第四章构造运动第一节构造运动在地层中的表现第二节构造运动引起的岩石变形第一章地球的结构与组成第一节地球的形状和大小地球的形成距今已有46亿年的历史，她处于永恒的运动之中。地球是太阳系自中心向外的第三颗行星，它到太阳的平均距离约为l-496×l08km。地球绕太阳公转的角速度平均为59′08″/d，公转一周时间平均约为365.256d。地球绕自己的极轴自转的角速度约为15°/h，自转一周的时间为23h56min4s。由于地球存在自转，且自转速度较大，旋转离心力的作用使地球的物质发生从两极向赤道方向的运动，使地球近似于旋转椭球体，赤道半径比两极半径略大(表I-i)。表l—l地球的基本数据赤道半径/km极半径/km极扁度率表面积/km2体积/km3质量/g6378．2456356．8631/2998.255.1×1081.083×l0125.976xl027地球表面是非常崎岖不平的，我们通常所说的地球形状是指大地水准面所圈闭的形状，所谓大地水准面是指由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。—般以赤道半径(a)与两极半径(c)及扁率(a-c)/a所决定的椭圆绕地轴旋转构成的旋转椭球体代表地球的形状和大小。地球的整体形状十分接近于一个扁率非常小的旋转椭球体（即扁球体）。其实，地球的真实形状与上述扁球体稍有出入，南半球略粗、短，南极向内下凹约30m。北半球略细、长，北极约向上凸出l0m。夸张地说，地球的真实形状略呈梨形(图1-1)。据此可以推论：地球极近似于旋转椭球体，这是地球自转所致，表明它具有弹塑性；地球不是严格的旋转椭球体，表明其内部物质分布不均匀。地球的表面形态高差变化很大，基本上可以分为陆地与海洋两大部分．大陆约占地球表面的29.2%，平均高度为0.86km，最高点为珠穆朝玛峰，高达8848.13m；大洋的面积约占地球表面的70.8%，平均深度为3.9km，最深点在马里亚纳海沟，深度为11034m。如果将地球表面抹平，则地球表面将位于海平面以下2.44km的深度。第二节地球的物理性质地球的密度：根据万有引力公式计算出地球的质量为5.9742×l021t，然后再除以地球体积得出地球平均密度为5.516g/cm3。按实际测得地表岩石的平均密度为2.7～2.8g/cm3，而覆盖着地表面积达3/4的水的密度为lg/cnl，都比平均密度小得多。因此推测地球内部物质应当具有更大的密度。一般来说，地球内部密度随深度增加而逐渐增加，到达地心达最大值13g/cm3，这些变化反映了地球内部物质成分和状态的变化。地球的重力：地球表面的重力指地面某处所受地心引力和该处的地球自转离心力的台力。地球引力与质量m成正比，与地心距离r的平方成反比，即地球阿任一点P的重力g=Gm／r2(G为万有引力常数，G=6.672×l0-8达因·厘米2/克2)。地球表面的赤道重力为978.0318伽：两极重力为983.2177伽（伽为重力单位，l伽=lcm/s2）．比赤道约增加5伽，即增加0.53%。在赤道重lkg的物件拿到两极就为1.0053kg。上述重力值乃是海平面上的赞值，重力还隧海拔高度增加而减小。重力递减率为每上升lkm高，重力减少0.31伽，即减少0.03伽。可见地面重力场变化是随纬度增加而增加，随高度增加面减少。地球的磁性：地球是一个均匀磁化球体，磁力线的分布特征和棒形磁铁的磁场相似，形成—个偶极子磁场。偶极子磁轴与地面的交点穗为地磁极。地磁场的南北两极和地理南北两极并不在一处，并且相距颇远，这是因为地磁轴和地球自转轴（它与地面的交点即地理极）不相重合，两者交角约11°。同对发现地磁极与地理极之间的相对位置也在不断改变。地球磁场强度单位为奥斯特（用Oe表示），等于1达因的磁力。地磁场强度很弱，在地磁赤道上的水平磁场强度为0.310，在磁北极的竖向磁场强度为0.580e。磁南极为0.680e。不同地点或不同时间的磁场强度变化极小，因此在实际测量这种差值时，常采用更小的单位伽玛，1伽玛等于十万分之一奥斯特。地磁场还具有短期变化，是由地球外部原因引起的。倒如有一种突然性的比较剧烈的变化叫磁暴，平均每年发生10次左右，每次时间几小时到几天，造成罗盘无法使用，无线电通讯中断，高纬度地区出现极光。这与太阳活动时放出大量电磁辐射使地球大气强烈电离有关。．19世纪初，人们发现3万年前的一些火炉焙±和陶瓷器具保存着磁性，并代表当时当地的地磁场方向。经研究得知这些焙土和陶瓷含有磁性矿物，受到高温而游磁，然而在冷却过程中受到地磁场影响又具有磁性，待完全冷却这种磁性就保留下来，以后她磁场变化了，这个磁性仍然保留，叫剩磁，，它可以指示当时当地磁场方向，所以叫古地磁。地球的电性：很早就已知道地球带有电性，例如发电厂以大地作为回路。大气高层电离对地面的感生电场，在大雷雨时的放电（电位差最大可达100伏/米）；地内岩体的温差电流；大面积的地磁场感应电流等，可形成大地电流，电流密度平均约为2安培／公里2。地球内部的电性和磁性主要视地内物质的电导率和磁导率而定。磁导率—般变化不大而电导率则变化大。因地壳的电导率与岩石成分、空隙度、空隙水的矿化度等有关。此外温度对电导率的变化影响更大，熔融岩石比未熔融的同类岩石的电导率大几百至几千倍。电导率并随深度增加而增加。地球的放射性地表岩石、水、大气、生物中都有放射性元素存在。地球内部也有，它们存在于各种岩石中，但主要集中在地壳。最具有地质意义的是寿命长的放射性元素铀、钍、钾，它们的半衰期长，可与地球隼龄相比，能够用它们来测定地质年龄．放射性元素在蜕变过程中释放热量，是地球内部主要热源之一。放射性元素在不同岩石中的含量不同，放出的射线强度也就不同，在放射性矿物多而集中的地方，射线强度会很大，放射性强度局部增高地段，叫做放射性异常区。地热与地热梯度地热是地球内部的热能及其分布、变化特征。地热的热能主要由太阳能和地球内部能量转化而成。太阳能对地球内部的影响很小，—般不超过30米。地球内部积聚了大量的能量，并从内部向外传递，这就是大地热流，其单位为每秒每平方厘米微卡(μcay/cm2s)，全球热流平均值为(1.4～1.5)μcay/cm2s。地球内部的热总是不断地传出地面，象温泉、火山等就直接把地热带到地面。地热还可以通过传导、对流和辐射的方式传出地面。地球内部的温度随着深度的增大而增大，将单位深度内温度增加量称为地热梯度（℃/km）。目前发现地热梯度最大的在美国俄勒冈州，达到150℃/km，最小的在南非，只有6℃/km，二者相差25倍。与大地热流相一致，地熟梯度大的地区遥常出现在大洋中脊和大陆造山带，地热梯度小的地区通常出现在大陆古老的稳定区。地球的弹塑性地球具有弹性，表现在能传播地震波；因为地震球是弹性波。地表海水在日月引力下发生明显的潮汐现象，这是液体的变形。用精密仪器可观察到地球固体表层在日月引力下也有潮汐现象，可以摄引地壳升降7～15cm，叫固体潮，也说明周体地球具有弹性，固体地球在一定条件下还表现为塑性体。例如长期受力下就会象液体那样变形。地球是一个旋转椭圆球，这表明地球并不是完全的刚体。我们在野外看到很多岩体发生剧烈而复杂的弯曲却没有断裂开，这也是岩体的塑性表现。地球内部的弹性状况是通过地震波在地球内部传播速度来确定的。第三节地球的圈层结构地球并不是一个均质体，而具有层圈结构。以地表为界分为内圈和外圈，它们又可再分为几个层圈，每个层圈都有自己的物质运动特征和物理、化学性质。地球的外部层圈结构地球的外部层圈包括：大气圈水圈生物圈．大气圈：是包围着地球的气体，是因地球引力而聚集在地表周围的气体圈层。厚度在几万公里以上，由于受地心引力的吸引，以地球表面的太气圈最稠密，向外逐渐稀薄，过渡为宇宙气体，所以大气圈投有明显的上界。大气圈的总质量约为5.136×l015t，占地球总质量的千万分之九。大气圈质量的97%聚集在从地表到29km高度范围内，其中的3/4又集中到地面以上l0km范围内。因此，越接近地面大气的密度越大。大气密度和压力与温度、高度成反比，温度增加或高度增加，密度和压力减小。大气圈的物质成分以氮和氧为主，其中氮占一总质量的75.5%，氧占23.1‰．其次有氩（占1.128%），二氧化碳（占0.05%）。水蒸气在大气中的含量随温度和高度而变化。根据大气温度，密度等物理特征，可将大气圈自下而上分为：对流层平流层中间层暖层逸散层。与我们关系密切的是对流层。水圈：是指由地球表层水体所构成的连续圈层。地球表面3/4以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽、河流中的水体覆盖。地面以下的土壤和岩石缝隙中也充填有大量的地下水，它们共同构成一个连续而不规则的圈层—水圈。水圈的质量约143×1016t，约占地球总质量的1/4。水圈中的水主要在太阳热能和重力作用下不停地运动着。陆地上的地表水、地下水和冰层绝大部分流入海洋，海洋水和地表水通过蒸发，或植物的蒸腾，一部分水成为水蒸气而进入大气圈，由大气环流带到各处，以雨、雪等形式返回地面。这样就构成了水圈的循环。生物圈：是地球表层由生物及其生命活动的地带所构成的连续圈层，是地球上所有生物及其生存环境的总称。它同大气圈、水圈和岩石圈的表层互相渗透、相互影响，没有绝然的分界线。从地表以下3km到地表以上l0km的高空以及深海的海底都属于生物圈的范围。生物圈中生物及有机体总质量约11.48×l012t。地球的内部层圈到目前为止，人们能够直接观察的只是由矿井和钻井揭露或出露地表的地壳最上层，达到15－20km左右。关于地球内部物理性质的研究只能依靠地震波的传播、热的传导以及磁性和重力等各种间接的线索，其中地震波的传播情况分析是最有效的方法。根据地震波在地下不同深度传播速度的分布的研究，地球固体内部存在着两个主要的分界面，在分界面上地震波传播速度发生急剧变化。第一个间断面位于地表以下平均33km处，称莫霍洛维奇间断面，简称奠霍面(Mohodiscontinuity)；第二个间断面位于地表以下2900km处，称古登堡间断面(Gutenbergdiscontinuity)。这三大部分还可再分为7层(表I-2，图I-2)。这两个间断面把地球内部分成三大层：地壳地幔地核。（一）地壳(crust)莫霍面以上由固体岩石组成的地球最外部圈层。外部同大气圈、水圈、生物圈相接触，呈现凹凸不平的轮阔。其底界即莫霍面。地壳的厚度变化很大，大洋地壳较薄，一般厚5—l0km；大陆地壳较厚，一般厚30－40km，其中褶皱山系地壳厚度可达50～75km，岛弧地区地壳厚20～30km。地壳中部较普遍存在一个次级界面（称为康拉德面），据此面将地壳分上、下两部分，上部称硅铝层或花岗质岩壳，主要由沉积岩、变质岩和岩浆岩成分的物质组成，富含氧化硅和氧化铝，平均密度为2.79g/cm3；下部称硅镁层或玄武质岩壳，主要由玄武岩和辉长岩类构成，富含氧化硅和氧化镁，平均密度为29g/cm3。地壳约占整个地球质量的0.8%，体积占整个地球体积的0.5%。地壳表层因受大气、水、生物的作用，可形成土壤层、风化壳和沉积物质的堆积，厚度介于0~10km之间。地壳上层的温度可以直接测量。在—年中太阳辐射对地层的变热作用只深入到地面下10－20m，在这个深度处，温度约等于地球表面上一年的平均温度，而且经常保持不变。在常温层以下随深度约每增加33m，温度增高1℃。当深入地下三四十公里以后，地球的温度达到可以熔化岩石的高温（岩石熔化的温度为1100～1400℃）。有人认为主要的原因是地球内部含有许多放射性元素，它们在蜕变时放出的大量热能使得地球灼热起来。地壳虽然是由坚硬的岩石所组成，但它一直是在不断的发展和变化着。它经受外力的改造，又受地壳运动和岩浆活动等内力作用，发生变形和变位，形成各种类型的褶皱和断裂、隆起和拗陷等地壳的