地质学基础

1地质学基础第一章绪论第一节地质学概述一、地质学的研究对象地质学的研究对象是地球。包括固体地球内部的地核、地幔、地壳及其外部的大气。目前，主要研究固体地球的上层－地壳及地幔的上部（岩石圈）。二、地质学的研究内容与学科划分地质学分科简表学科划分：1.研究地球的物质组分及其形成条件和分布规律的学科有：地球化学、结晶学、矿物学、岩石学、矿床学和宝石学。2.研究地球的内部构造及其形成条件和演化规律的学科有：构造地质学、区域地质学和地球物理学。3.研究地球的历史的学科有：地史学、古生物学、岩相古地理学和第四纪地质学。4.研究地质学的应用问题的学科有：工程地质学、环境地质学、煤田地质学和石油地质学。5.研究地质学的研究方法和手段的学科有：同位素地质学、数学地质学和实验地2质学。6.全球的综合性研究的学科有：板块地质学、海洋地质学和天文地质学。三、地质学研究的特点和方法（一）地质学研究的特点1、地质学的研究对象涉及到悠久的时间和广阔的空间。2、地质学具有多因素互相制约的复杂性。3、地质学是来源于实践而又服务于实践的科学。（二）地质学研究的方法1．野外调查：感性资料，分析对比，归纳分类。2．室内实验和模拟实验3．历史比较法（现实类比法）：“以今证古”的研究方法。四、地质学研究的目的1．地质学研究的目的是合理地开发和利用各种自然资源，科学地管理和保护地球系统（包括人类自身生存的环境）。2．21世纪地质学研究目的这一根本转变反映了人类对地球科学观念的彻底更新。伴随地质学研究目的的转变，地质学的研究内容、时空体系、研究手段、研究人才等等都会发生相应的转变。3．地质学向来以天然的地质作用及其产物为研究内容，但跨入新千年后，人类活动所起的地质作用及其产物将会成为与天然地质作用并重的研究内容。第二节地质学发展简史一、萌芽时期(远古一1450)二、奠基时期(1450—1750)三、形成时期(1750—1840)四、发展时期（1840—1910）五、20世纪地质学的发展（1910—1970）六、现代地质学的发展趋势1、领域扩大。多学科综合、解决人类面临的一系列危机，重点是对地球进行综合研究，研究全球环境变化的物理、化学与生物过程及其相互作用，从而提出相应的措施，以减缓或适应全球变化过程。2、随资源结构的调整，地质学需要为新资源的开发服务。为改善人类的生存环境，发展经济建设及保护环境，地质学与应用技术相结合，更多地服务于实践应用。3、国际合作。第二章地球的基本特征第一节地球概况一、地球的形状和大小（一）地球的形状、大小的认识（1）大地水准面不是一个稳定的旋转椭球面，而是有地方隆起，有地方凹陷，相差可达100m以上；（2）地球赤道横截面不是正圆形，而是近似椭圆形，长轴指向西经20°和东经3160°方向，长短轴之差为430m；（3）赤道面不是地球的对称面，从包含南北极的垂直于赤道平面的纵剖面来看，其形状与标准椭球体相比较，位于南极的南极大陆比基准面凹进24m；而位于北极的没有大陆的北冰洋却高出基准面14m。同时，从赤道到南纬60°之间高出基准面，而从赤道到北纬45°之间低于基准面。（二）地球的形状和大小的最新数据（三）地球的其它数据二、地球的物理性质（一）地球的密度和重力地球的密度：是根据万有引力定律计算出来的，用地球的质量除以地球的体积，便可得出地球的平均密度是5.517g/cm3，而地壳上部的岩石平均密度是2.65g/cm3，由此推测地球内部必有密度更大的物质。地球的重力：一般是指地球对地表和地内物质的引力。而万有引力F=m1m2/r2，由此可知，重力与地球质量（m1）和物体质量（m2）的乘积成正比，与地球和物体二者质量中心的直线距离平方（r2）成反比。（二）地磁地球周围形成一个巨大的地磁场。条形磁铁的北极指向地球的南磁极，条形磁铁的南极指向地球的北磁极。其磁力线是从南磁极出发进入北磁极的。磁偏角也就是地磁子午线与地理子午线的夹角，以指北针为准，偏东为正，偏西为负。磁倾角即磁针与各处水平面的夹角，常随纬度而变化，在两磁极α角为90°，在磁赤道则为0°，以指北针为准，下倾者为正，上仰者为负。概括而言，地磁具有以下特点：（1）地磁南北极和地理南北极的位置不一致，并且磁极的位置逐年都有变化，磁极有向西缓慢移动的趋势。（2）地面上每一点都可从理论上计算出它的磁偏角和磁倾角。（3）根据人造卫星在地球外层空间探测发现，地球磁场的磁力线并不规则，太阳风的影响，地球的磁场被压缩在一个固定区域内，这个区域叫磁层。磁层可以使地球上生物免受宇宙射线和粒子袭击的危害。（4）关于地球磁场形成的原因，曾有种种推测：目前倾向于这种认识：地核的外核部分为液态的金属铁镍物质，是一种导电流体，在地球旋转过程中，产生感应自激，形成地球磁场。又因在地球转动过程中，流体地核比固体地幔略有滞后，因此产生地球磁场逐渐向西漂移。（三）地热地球内部储存着巨大的热能，这就是常说的地热。常温层。它的深度因地而异，在我国北方，温度具有年变化的深度大约在30m左右。在年常温层以下，地温随深度而增加，此增温规律可以用地热增温级或地热梯度表示。所谓地热增温级是在年常温层以下，温度每升高1℃时所增加的深度，单位是m/℃，地热增温级的平均数值是33m/℃。地热增温级的倒数叫地热梯度，即每深100m所增加的温度，单位是℃/100m。地热梯度的平均数值是3℃/100m。地热增温的规律只适用于地壳部分或岩石圈。4第二节地球的圈层结构一、地球的外部圈层（一）大气圈主要成分氮占78％；氧占21％；其他是二氧化碳、水汽、惰性气体、尘埃等，占1％。轻的物质，轻的物质上升，积少成多形成大气圈。大气圈是地球的重要组成部分，并有重要的作用：（1）大气可以供给地球上生物生活所必须的碳、氢、氧、氮等元素。（2）大气可以保护生物的生长，使其避免受到宇宙射线的危害。（3）防止地球表面温度发生剧烈的变化和水分的散失，如若没有大气圈，地球上将不会存在水分。（4）一切天气的变化，如风、雨、雪、雹等都发生在大气圈中。（5）大气是地质作用的重要因素。（6）大气与人类的生存和发展关系密切。（二）水圈水圈主要是呈液态及部分呈固态出现的。它包括海洋、江河、湖泊、冰川、地下水等，形成一个连续而不规则的圈层。水圈的质量为1.41×1018t，占地球总质量0.024％，比大气圈的质量大得多，但与其他圈层相比，还是相当的小。其中海水占97.2％，陆地水（包括江河、湖泊、冰川、地下水）只占2.8％；而在陆地水中冰川占水圈总质量的2.2％，所以其他陆地水所占比重是很微小的。可见，水圈是独立存在的，但又是和其他圈层互相渗透的。水圈是地球构成有机界的组成部分，对地球的发展和人类生存有很重要的作用：（1）水圈是生命的起源地，没有水也就没有生命。（2）水是多种物质的储藏床。（3）水是改造与塑造地球面貌的重要动力。（4）水是最重要的物质资源与能量资源，水资源的多寡和水质的优劣直接关系着经济发展与人类生存。（三）生物圈指地球表面有生物存在并感受生命活动影响的圈层。目前世界上已知的动物、植物大约有250万种，其中动物占200万种左右，植物大约占34万种左右，微生物大约有3.7万种。二、地球的内部圈层包括地壳、地幔和地核。地震波分为纵波（P）和横波（S）。纵波可以通过固体和流体，速度较快；横波只能通过固体，速度较慢。同时地震波的传播速度随着所通过介质的刚性和密度的变化而改变.但根据地球内部震波传播曲线分析，可以看出震波传播速度随深度而发生变化，并且有些地方还发生突然变化，可见地球内部物质不是均一的，而且还存在许多界面。不连续面。其中有两个变化最显著的不连续面，叫一级不连续面。两个一级不连续面：平均33km处（指大陆部分）。这个一级不连续面称莫霍洛维奇不连续面，简称莫霍面或莫氏面。另一个在2900km深处。在这里纵波速度由13.32km/s突然降为8.1km/s，而横波至此则完全消失。这个面称古登堡不连续面。这两个一级不连续面，将地球内部划分为3个圈层：地壳、地幔和地核。此5外，根据次一级不连续面还可以划分出次一级圈层，共可划分出A、B、C、D、E、F、G7个圈层；次一级圈层还可根据更次一级不连续面划分出更次一级的圈层，如A′、A″，B′、B″等。（一）地壳指地球莫霍面以上的固体硬壳（A层），属于岩石圈的上部。1.地壳的化学组成地壳中含有元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98％以上，其他元素共占1—2％。化学元素在地壳中平均含量称克拉克值。顺扣留记忆：上联：O、Si、Al、Fe、Ca-----下联：Na、K、Mg、h、ti.氧几乎有一半，硅约占1/4，铝约占1/13，而表中未列入的大多数元素的含量是不足道的。其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等组成的硅酸盐矿物为最，其次为各种氧化物、硫化物、碳酸盐等。各种不同矿物特别是硅酸盐类组成各种岩石，所以说地壳是岩石圈的一部分。2.地壳的厚度和结构地壳是地球表面的一层薄壳，为地球半径的1/400，但各处厚度不一，大陆部分平均厚度37km多，海洋部分平均厚度则只有约7km。地壳（A层）可以分为上下两层，中间被康拉德面所分开。这一界面在海洋部分不明显或者根本不存在。上层地壳（即A′层），其成分以O、Si、Al及K、Na等为主，和花岗岩的成分相似，所以叫花岗岩层；此层又称为硅铝层（Sial）。在这一层的表层部分常分布有0—10km厚的沉积岩层。平均密度为2.6—2.7g/cm3。此层厚度在山区和高原可达40km，在平原区常为10km，在海洋地区变薄甚至完全缺失，因此是一个不连续圈层。这一层物质组成极为多样，构造形态和地貌形态也非常复杂。下层地壳（即A″），其成分虽然也以O、Si、Al等为主，但Mg、Fe、Ca等成分则显著增加，和玄武岩的成分相似，所以叫玄武岩层，又称为硅镁层（Sima）。平均密度为2.9—3.0g/cm3。此层在海洋地壳部分平均厚5—8km，在大陆部分则延伸至花岗岩层之下，推测可厚达30km，是一个连续圈层。3.地壳的类型地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳）。陆壳的特征是厚度较大（30—70km），具双层结构，即在玄武岩层之上有花岗岩层（表层的大部分地区有沉积岩层）。总的来看，硅铝层好像浮在硅镁层之上，地表起伏越大（如高山、高原），莫霍面的位置越深，地壳越厚。洋壳的特征是厚度较小，最薄的地方不到5km，一般只有单层结构，即玄武岩层，其表层为海洋沉积层所覆盖。（二）地幔指莫霍面以下到古登堡面以上的圈层。深度为从地壳底界到2900km。其体积占地球总体积的82％，质量为4.05×1021t，占地球总质量的67.8％。物质密度大约从3.32g/cm3递增到5.7g/cm3，即在地幔下部接近于地球的平均密度。压力随深度而增加。温度也随深度缓慢增加，下部约为3000℃左右。从莫霍面到古登堡面，根据地震波传播速度大体是缓慢而均匀变化的，中间缺少一级不连续面，说明地幔物质较地壳具有很大的均匀性。约400km和约1000km深处各有一个次一级不连续面存在，即拜尔勒面和雷波蒂面，并据此划分为B、C、D层。6以1000km为界，把地幔分为上地幔和下地幔。（三）地核位于深2900km古登堡面以下直到地心部分称地核。由于震波速度在这一部分发生了突然变化，即纵波速度从每秒13.32km下降到8.1km，横波则消失，表明组成地核物质的化学成分和物理性质等有了很大的变化。根据地震纵波的变化情况，地核又可分为外核（E层）、过渡层（F层）和内核（G层）。地核总质量为1.88×1021t，占整个地球质量的31.5％；温度为3000℃，最高可能达5000℃或稍高。外核由于只有P波才能通过，呈液态。过渡层和内核有S波出现，呈固态。铁镍成分，铁镍地核说。第三节地质作用极其能量来源一、基本概念（一）基本概念作用于地球的自然力使地球的物质组成、内部构造和地表形态发生变化的作用，总称为地质作用。引起地质作用的自然力称为地质营力。所有地质营力来源于能，力是能的表现。按照能的来源不同，