海洋地质 第二章

第一章绪论第二章地球与海洋第三章地壳第四章大陆漂移、海底扩张与板块构造第五章海洋地质作用第六章海岸带的现代过程第七章河口与三角洲第八章大陆边缘及其地质构造第九章深海沉积第十章古海洋学第十一章海洋矿产资源海洋地质学第二章地球与海洋第一节、地球的主要物理性质第二节、地球的外部圈层第三节、地球的内部圈层第四节、海洋的概念和类型第一节地球的主要物理性质地球的形状与大小大地水准面：就是平均海平面和该面扩展到大陆下面构成的一个理论上的连续面。地球的基本参数极半经为6356.8km赤道半经为6378.2km平均半经为6371km扁率为1/298赤道一带稍微凸出，南北半球也不对称，加上表面凹凸不平，地球是一个不规则的旋转椭球体基本上仍是一个圆球在太空中所见的地球地球的主要物理性质一、地球的密度二、地球的压力三、地球的重力四、地球的磁场五、地球的温度六、地球的弹塑性一、地球的密度地球的平均密度：5.516g/cm3地表岩石平均密:2.7g/cm3地心的密度:13g/cm30100020003000400050006371Km501015Gg/cm3二、地球的压力地球内部压力是随深度加大而逐渐增高的。深度每增加１km，压力增加27.5MPa（1MPa＝1兆帕斯卡＝106N/m2）。深部随着岩石密度的加大，静岩压力增加得更快些。静岩压力在莫霍面附近约1200MPa，古登堡面附近约135,200MPa，地心处可达360,700MPa，相当于360万个大气压力。0100020003000400050006371Km020004000地表地心三、地球的重力rdFPR地球的重力地球自转引起的离心力和地球引力的合力。P=F+dF=GMmd=rωR2(G为万有引力常数，ω为角速度)因为离心力相对很小，即使在赤道也只有万有引力的1/289，所以重力基本上就等于万有引力，方向也基本上指向地心。为了便于比较，通常用单位质量所受的引力来表示重力（重力加速度g）g=GM/R2(单位用伽Gal)1Gal=1cm/s2三、地球的重力重力在地表的变化重力随纬度的增加而增加，随海拔高度的增加而减小。高差每增减1m,重力差则为0.3083mGal.若将地球视为均质体，以海平面为基准可计算出不同纬度的标准重力值。g=987.032(1+5.3*10-3*sin2ф-5.9*10-6*sin22ф)g为重力（伽），ф为纬度重力在地球内部的变化影响重力大小的不是整个地球的总质量，而主要是所在深度以下的质量。由于地壳与地幔的密度都比较小，从地表到地下2900km的核幔界面，重力大体上是随深度增加而略有增加，但有波动。在核幔界面上，重力值达到极大(约1069伽)，再往深处去,各个方向上的引力趋向平衡,重力值逐渐减少，直至变小为零。0100020003000400050006371Km0400800重力的变化三、地球的重力实际测得的重力值与理论重力值之间的差值，称重力异常。当实测重力值理论重力值,称正异常当实测重力值理论重力值,称负异常理论重力值:把地球看作一个理想的扁球体，并且内部密度无横向变化，所计算出的重力值叫理论重力值。重力校正：把重力值校正到相当于海平面高度时的重力值。自由空气异常=重力校正值—理论重力值布格校正：考虑岩石和地形对测点的影响。布格异常=布格校正—理论重力值。在埋藏有密度较小物质（如石油、煤、盐等非金属矿产）的地区，常显示负异常；而埋藏有密度大物质（如铁、铜、铅、锌等金属矿产）的地区，就显示正异常。所以人们就可以通过重力测量，来圈定重力异常的区域，寻找那些引起重力异常的非金属和金属矿产。这就是地质勘查中常用的重力探勘方法重力异常四、地球的磁场它有两个磁极，其磁北极位于地理北极附近，磁南极位于地理南极附近，但不重合，地磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度，1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东经139.4度（南极洲）。地磁场：地球周围存在的磁场地磁轴地理轴四、地球的磁场地磁三要素：磁场强度、磁偏角、磁倾角磁场强度：为某地点单位面积上磁力大小的绝对值。它是一个具有方向（磁力线方向）和大小的矢量，一般在磁两极附近磁感应强度大（约为60T（微特拉斯））；在磁赤道附近最小（约为30T）。磁偏角：磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角。即，磁子午线与地理子午线之间的夹角。磁偏角的大小各处都不相同。在北半球，如果磁力线方向偏向正北方向以东称为东偏，偏向正北方向以西称为西偏。我国东部地区磁偏较为西偏，甘肃酒泉以西地区为东偏。磁倾角：指磁针北端与水平面的交角。通常以磁针北端向下为正值，向上为负值。地球表面磁倾角为零度的各点的连线称为地磁赤道；四、地球的磁场地磁轴地理轴由地磁赤道到地磁北极，磁倾角由0°逐渐变为+90°；由地磁赤道到地磁南极，磁倾角由0°变成-90°。磁倾角的变化五、地球的温度0100020003000400050006371Km020004000C。地温人们可以火山和温泉意识到地下深处是热的，地球的温度总体上是从地表向地内逐渐增高的。在地表附近，由于太阳幅射热的影响，温度有昼夜变化、季节变化和多年周期的变化．这一表层可叫外热层（或变温层）。外热层的深度一般在十几米．在其下界面附近，地温常年保持不变，等于或略高于当地年平均气温，该处称为常温层。常温层以下，受到地球内部热量的影响，温度逐渐升高。一般把在常温层以下，每向下加深100ｍ所升高的温度称为地热增温率或地温梯度。这是由于地球内部热量通过向上热传导而造成的。世界上不同地区，地温梯度都不相同，地球表层的平均地温梯度为３℃。海底的地温梯度一般为４－８℃，大陆为０.９－５℃．大陆的地温梯度一般来说是显著低于海底的．六、地球的弹塑性弹塑性地球具有弹性，表现在地球内部能传播地震波，因为地震波是弹性波。地表的固体岩石在日、月引力的作用下也有交替的涨落现象，其幅度为7—8cm,这种现象称为固体潮。也说明固体地球具有弹性。地球也具有塑性，地球的自转能引起地球赤道半径加大而成为椭球。在应力的作用下引起岩石发生弯曲而不破裂等，这些都说明地球具有塑性。第二节、地球的外部圈层大气圈：-4～40000km，以N2，O2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它们是地球的重要组成部分，它们与固体地球休戚相关，共同演化，塑造着多姿多彩的地球一、大气圈大气圈：是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。大气圈中的气体主要集中于地表以上18km的范围内，往上气体变得极为稀薄。主要成分为氮，78.09％；氧，20.94％；氩，0.93%；其他，0.04％。（按体积计算）。由地表往上可分为五个次级圈层：对流层、平流层、中间层、暖层、扩散层（散逸层）。对流层：平均厚度12km，含大量水蒸气和尘埃。表现为强烈的对流。风、霜、雨、雪、雹、雾等气象现象均发生于此层。平流层：从对流层顶到地表以上55km的范围。大气呈水平运动。几乎不含水蒸气、尘埃，无天气现象。中间层：从平流层顶到地表以上85km的范围。大气呈对流运动。存在电离层，可反射无线电波。暖层：从中间层顶到地表以上800km的范围。内部存在多层的电离层，也称电离层，强烈反射无线电波。扩散层：从暖层顶到外层空间。物质多以原子、离子状态存在。是地球物质向宇宙空间扩散的部位。二、水圈水圈：是指地球表层由水体构成的连续圈层。其物态有固、液、气三种状态。水体的形式有河、湖、海、冰川（盖）水蒸气、地下水等，并形成一个包裹着地球的完整圈层。地表上直接被液态水体覆盖的区域占地表面积的3/4。在太阳能、重力的作用下，使得水圈中的水体周而复始的运动，形成水循环。水循环的方式有：海洋与大陆间的循环；地表与地下间的循环；生物体与周围空间的循环；水圈与大气圈间的循环。海水97.41%淡水2.59%水圈的循环三、生物圈生物圈：是指地球表层由生物及其活动地带所构成的连续圈层。生物从高等到低等，从动物到植物，乃至细菌和微生物等生活于地球表面一定范围的陆地、水体、土壤及空气中，构成了一个基本连续的圈层。目前已知的生物有近两百万个种。生物的演化发展受控于自然环境的演化，通过地质历史时期生物化石的研究就可以知道地质演化的历史。第三节、地球的内部圈层对于地球的外部圈层，一般可以用直接观察的方法进行研究。但对于地球的内部构造完全采用直接的方法进行研究是很困难的，目前最深的钻井也只能达到地下12km。地震波在地球内部传播时，有两个明显的波速突界面，这两个地球内部界面分别称为：莫霍面和古登堡面根据莫霍面和古登堡面，可将地球内部分为三个Ⅰ级圈层：地壳、地幔、地核根据次级界面，还可将进一步分为六个Ⅱ级圈层。大洋地壳大陆地壳1957年，美国地质学家沃尔特芒克提出了一个雄心勃勃的计划。这个计划的核心内容十分简单，那就是打一口井，把整个地壳钻透。由于这口井要一直打到莫霍界面——地壳与地幔的分界面上，这个计划被称为“莫霍计划”。地球科学界梦寐以求的理想是打穿地壳，钻进地幔，揭示地球内部奥秘。但人类“入地”的本事远不如“上天”，大陆上地壳平均厚33km，大洋地壳平均厚7km，可是至今陆上最深的钻井也只到12km。地壳在高山底下最厚，深海底下最薄，想要打穿地壳当然选择深海。1961年，美国曾决心在东太平洋3000多米的海底打穿地壳，但是技术难度和惊人的耗费迫使他们“浅尝辄止”。此后几十年，人类一共在大洋基岩中打过4个超过千米的深井，井深最大达到1800m，离7000m的地壳厚度还远得很。因此，现阶段研究地球内部构造及其物质状态，只能依靠一些间接的方法，其中最主要的方法就是分析研究地震波。因为地震产生的地震波通过地球内部后再回到地面，能够被地震仪接收，并可加以研究。而地震波在地球内部的传播状况，正是了解地球内部构造的科学依据。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通过地震波的研究已经查明在深度60～300km范围内存在一个厚度大约100km的地震波低速层被称为软流圈。岩石圈：地壳及地幔最上部固态部分的总称，或软流圈之上的固体岩石部分。图软流圈和岩石圈的性质软流圈：地球外圈与内圈之间的一个过渡圈层，具明显的地震波低速层，位于地面以下平均深度约150km处。软流圈的深度各地不等，厚度各异。洋壳下的软流圈厚度比陆壳的软流圈大。软流圈的顶、底部不是一个平整的面，而是逐渐过渡的轮廓不清的层带。软流圈的岩石处于部分熔融或塑性状态，受到很小剪切力作用时就会发生形变，只要有微小的力就能引起物质的流动。上地幔出现低速层（相当于软流圈），有三种推测：1物质组成不同2高温3岩石部分熔融所致实验室内高温高压实验结果和理论计算，认为低速层是由于上地幔相应深度的物质发生部分熔融的缘故。软流圈形成的可能解释：温度升高有助于物质熔融，压力增大使物质的熔点升高。在地球表层温度随深度的增加比压力随深度的增大快，到达一定深度，温度可增至地幔物质固相线的温度，地幔物质开始融化，在往深处，地温梯度减小，温度升高慢，压力增加的效