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第二章地壳第一节地壳的组成物质一、化学成分与矿物（一）化学成分地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大部分元素，其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占地壳总重量的98％以上（O、Si约占74％，Al、Fe、Ca、Na、K、Mg占24％左右），其他元素共占1%～2％。高丰度元素的地球化学行为对地壳的矿物组成有重要影响。（二）矿物1.概念：矿物是在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均质物体，是组成岩石的基本单元。地壳中的各种化学元素，在各种地质作用下不断进行化合，形成各种矿物。自然界绝大多数矿物是化合物，极少数为单质元素。绝大部分矿物具有晶体结构，只有小部分属于胶体矿物。矿物概念的基本含义：（1）矿物是在各种地质作用下或者说在各种自然条件下形成的自然产物；（2）矿物具有相对固定和均一的化学成分及物理性质，在一定程度上讲，矿物是一种自然产生的均质物体；（3）矿物不是孤立存在的，而是按照一定的规律结合起来形成各种岩石。举例：食盐，具有相对固定的化学成分即NaCl，也具有相对均一的物理性质，如透明、硬度很小、立方形晶体、溶于水、味咸等。在一定的自然条件下可以形成。所以说，食盐是一种矿物。食糖，具有一定的化学成分和物理性质（如透明、硬度小、溶于水、味甜等），但在自然条件下不能形成食糖，因此食糖不是矿物。举例：许多人工合成的化学药品虽都各有其化学成分和物理特性，但均不算作矿物。如果某些人工制造的化合物，而这种化合物在自然界也是存在的，则可称之为人工矿物或合成矿物，如人造金刚石、人造红宝石、人造水晶等。近年来，随着科学技术的发展，矿物的范围扩大了，包括地球内层及宇宙空间所形成的自然产物。如组成陨石、月球岩石和其它天体的矿物，称为陨石矿物或宇宙矿物。•晶质矿物因其化学成分不同而具有不同的结晶构造和几何形态。但因形成环境不同，相同的化学成分也可形成不同结晶构造和外形的矿物。如同是由碳原子组成的金刚石和石墨便是两种不同的矿物。•矿物只能在与其形成环境相近的条件下保持稳定，一旦条件改变，就会发生变化，形成相应的次生矿物。自然界矿物的形成方式有四种•（1）由气体凝华生成矿物。如从火山气体中直接结晶而成的硫黄、雄黄等。•（2）由液体或熔融体中直接结晶而成矿物。前者如石盐和石膏；后者如岩浆岩中的各种矿物。•（3）由胶体凝固而成矿物。如蛋白石、褐铁矿和硬锰矿等。•（4）由固体再结晶作用而成矿物。在高温高压条件下，如煤变质成为石墨，石墨变质成金刚石。2.矿物的特征矿物的形态、光学性质与力学性质，既是矿物的特征，也是鉴别矿物的依据。（1）形态：矿物单体的形态有一向延伸的柱状或针状，两向延伸的板状、片状，三向延伸的立方体、八面体等。矿物集合体形态有纤维状、毛发状、鳞片状、粒状和块状等。放射状、簇状、鲕状、钟乳状、肾状等都是特殊形态的集合体。辉锑矿Sb2S3柱状、针状（集合体）普通辉石柱状祖母绿（绿柱石）白云母片状正长石（板状）黄铁矿（正方体）磁铁矿（八面体）金刚石（八面体）方解石沉积型赤铁矿肾状红柱石菊花石|放射状石英（水晶晶簇）水胆水晶含有水的包裹体玛瑙玛瑙（2）光学性质：透明度、光泽、颜色、条痕。——金刚光泽、玻璃光泽、油脂光泽、丝绢光泽、珍珠光泽、土状光泽等。透明不透明透明度光泽金属光泽半金属光泽非金属光泽条痕是硬器刻划矿物后其粉末的颜色。（3）力学性质：硬度、解理、断口、弹性等矿物的硬度可用摩氏硬度计确定，分十级，用下列十种标准矿物作为1～10度硬度的代表：滑石（1）、石膏（2）、方解石（3）、萤石（4）、磷灰石（5）、正长石（6）、石英（7）、黄玉（8）、刚玉（9）、金刚石（10）。解理是矿物受外力作用时，沿一定结晶方向破裂成光滑面的能力。分极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理和极不完全解理。断口是矿物受打击后形成的裂口，主要有贝壳状、参差状、锯齿状、平坦状四种。水晶上的贝壳状断口黑曜岩(火山玻璃）的贝壳状断口（三）主要造岩矿物矿物是人类生产资料和生活资料的重要来源之一，是构成地壳岩石的物质基础。自然界里的矿物很多，大约有3000多种，但最常见的只有五六十种，至于构成岩石主要成分的只不过二三十种。组成岩石主要成分的矿物，称造岩矿物。它们共占地壳重量的99％。几种主要的造岩矿物1.石英：成分简单（SiO2），无解理，呈贝壳状断口，玻璃光泽，硬度7，质纯者无色透明，含杂质时会有各种颜色。2.长石：包括斜长石和钾长石（正长石）两类。是地壳中最大量的一类矿物，常见于岩浆岩、沉积岩和变质岩中。多呈长柱状、短柱状或板状，玻璃光泽，硬度6.0，比重2.61～2.65。斜长石多呈白色或灰白色，两组斜交解理；钾长石多呈肉红色或浅黄白色，有两组正交的完全解理。石英钾长石（正长石）斜长石３．云母：晶体构造呈层状，故有一向极完全的解理，易剥成具弹性的光滑透明薄片；珍珠光泽，硬度2—3，成分复杂多样。常见的有黑云母（富含铁镁，黑色）和白云母（含铁镁少，白色）两种。在酸性岩浆岩、砂岩和变质岩中常见。４．普通角闪石：多呈长柱状，暗绿至黑色，硬度5.5—6，比重3.1—3.3，二向完全解理呈彼此斜交，性脆；在中性和酸性岩浆岩和某些变质岩中常见见。云母普通角闪石５．普通辉石：成分与角闪石近似，但含铁镁较多而不含羟离子。单晶体呈短柱状，二向中等解理呈彼此正交，绿黑色，硬度5—6，比重3.2—3.6；常与角闪石、橄榄石、某些斜长石等共生，在基性和超基性岩浆岩中常见。６．橄榄石：多呈粒状，橄榄绿色，玻璃光泽，硬度6—7，性脆；为超基性岩和基性岩的主要组成矿物。辉石橄榄石此外，其他常见的造岩矿物有方解石（CaCO3），白云石（Ca·Mg［CO3］2）和各种粘土矿物，它们是某些沉积岩的主要造岩矿物。方解石方解石高岭石二、岩浆岩•造岩矿物按一定的结构集合而成的地质体称为岩石，依据其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩石是构成地壳及地幔的主要物质。•岩浆是来自上地幔或地壳深部的高温熔融物质，主要成分为硅酸盐以及部分金属硫化物、氧化物和挥发性物质（如H2O、CO2、H2S等）•岩浆岩是由岩浆在地下凝结或喷出地表凝固而成的岩石。（一）岩浆岩的矿物组成岩浆岩按其化学成分和矿物组成的不同可分为四类：1）超基性岩——二氧化硅含量＜45％，含铁镁较多，含钾钠甚少。主要由橄榄石、辉石组成。代表岩石为橄榄岩。2）基性岩——二氧化硅含量45—52％，主要由辉石、钙斜长石和少量橄榄石和角闪石组成。代表岩石为辉长岩、玄武岩。3）中性岩——二氧化硅含量52—65％，主要由角闪石、长石和少量石英、辉石、黑云母等组成。如闪长岩、安山岩、正长岩和粗面岩。4）酸性岩——二氧化硅含量＞65％，含钾和钠较多而铁镁较少，主要由长石、石英和云母组成。如花岗岩、流纹岩。（二）岩浆岩的产状、结构与构造1.岩浆岩的产状由岩浆冷凝固结而成的岩体的大小、形状及其与周围岩石的接触关系等，称为岩浆岩的产状。根据岩体在地壳中形成的深度和方式，可分为喷出岩和侵入岩，后者又可再分为深成岩和浅成岩。岩浆岩体产状示意图火山锥熔岩流熔岩流被剥蚀的岩盘火山颈岩床岩墙岩基岩盘2.岩浆岩的结构所谓结构是指岩石中矿物颗粒本身的特点（结晶程度、晶粒大小、晶粒形状等）及颗粒之间的相互关系所反映出来的岩石构成的特征。1）在喷出的熔岩表面，因快速冷却而来不及结晶时，常形成玻璃质结构。2）在熔岩体内部冷却稍为缓慢些，常结晶成显微级的晶体，这称为隐晶质结构。3）岩浆在地下缓慢冷却和从容结晶时形成肉眼明显可见的晶体，这称为显晶质结构。依晶体的大小又可分为：粗粒、中粒、细粒和伟晶等结构。4）岩浆前期冷却较慢，结晶出粗大晶体，称为斑晶；后期冷却变快结晶出细粒或微粒晶体，或冷凝呈玻璃质，称为基质。在基质中存在斑晶的结构称为斑状结构，又称不等粒结构。岩浆岩常见的结构所谓构造是指组成岩石的矿物集合体的形状、大小、排列和空间分布等所反映出来的岩石构成的特征。岩浆岩常见的构造：1）块状构造：矿物排列无定向而形成。2）斑杂构造：矿物的成分和结构不均匀，颜色和粒度乱杂排列。3）流纹构造：保存有熔岩流动的形迹，矿物和气孔等定向排列。4）气孔构造：熔岩中大量气体逸出时形成大小不等的空洞。5）杏仁状构造：喷出岩中的气孔为次生矿物所充填。3.岩浆岩的构造三、沉积岩•沉积岩是由成层堆积于陆地或海洋中的碎屑、胶体和有机物质等松散沉积物固结而成的岩石。•先成岩石（火成岩、变质岩和先成的沉积岩）的破坏产物、生物遗体、生物碎屑、火山作用产物、宇宙尘埃等，都是沉积物的来源。•按沉积物的成因和性质可分以下三类：（1）碎屑沉积物（砾、砂、泥等）（2）化学沉积物（氧化物、各种盐类）（3）有机沉积物（泥炭、珊瑚礁等）沉积岩的形成过程•沉积岩的形成过程一般可以分为几个作用阶段①先成岩石的破坏(风化作用和剥蚀作用)阶段②搬运作用阶段③沉积作用阶段④硬结成岩（压固、脱水、胶结）作用阶段（一）沉积岩的基本特征1.沉积岩具有层理层理是指岩石的成分、结构、粒度、颜色等表现的成层性。它表明岩层是按一定的顺序和形式，一层叠一层构成的。层的顶底面称作层面。根据层厚可以分为：块状(层厚＞100cm)、厚层(50－100cm)、中厚层(10－50cm)、薄层(1－10cm)、微层（页片层，0.1－1cm）等类型。根据层理的形态，可以分为水平层理、波状层理和斜层理（包括交错层理）。沉积岩石与层理2.沉积岩富含次生矿物、有机质、生物化石生物遗迹化石3.沉积岩具有碎屑结构与非碎屑结构之分通常情况下沉积岩由岩石碎屑、矿物碎屑、火山碎屑及生物碎屑等构成。包括砾(粒径＞2mm)、砂(2～0.05mm)、粉砂(0.05～0.005mm)和泥(＜0.005mm)等不同粒级的物质。不同粒级碎屑沉积物使沉积岩具有不同的内部结构：砾状结构、砂状结构、粉砂状结构和泥状结构。碎屑物分布的均匀与否表现为分选性强弱，磨损程度不同表现为圆度差异（圆、次圆、次棱、棱角状），都是碎屑结构特征。沉积岩的层面构造主要有：波痕、雨痕、干裂、槽模、沟模、生物遗迹等。（二）沉积岩的主要类型1.碎屑岩类碎屑岩是指母岩机械风化的碎屑经胶结物胶结而成的岩石。按其结构又可分为：1）砾岩与角砾岩2）砂岩3）粉砂岩角砾岩砾岩砂岩砂岩（结核）2.粘土岩类由大量粘土矿物和其他细微物质组成，泥质结构，硬度低。3.生物化学岩类绝大多数的生物化学岩是在海相或湖相环境中由化学或生物化学过程形成的物质组成的；具化学结构（显晶或隐晶；鲕伏或豆状等胶凝体）和生物结构（含遗体化石）；成分较为单一，种类繁多，常为单矿岩或矿石。硅质岩、石灰岩、白云岩和盐岩是主要类型。此外还有铝质岩、铁质岩、锰质岩等。砂岩和粘土岩类岩石鲕状灰岩四、变质岩（一）变质作用和变质岩固态原岩因温度、压力及化学活动性流体的作用而导致其矿物成分、化学组成、结构与构造的变化，统称变质作用。变质作用形成的岩石即为变质岩。变质矿物、变余构造、变余结构是变质岩区别于岩浆岩和沉积岩的最重要特征。（二）变质作用类型和常见变质岩1.动力变质作用主要在构造运动引起的定向压力作用下，使原岩发生碎裂、变形和一定程度的重结晶作用。相应的变质岩有构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩、千糜岩等。断层角砾岩糜棱岩2.接触热变质作用主要因侵入体的热力烘烤，使围岩的矿物发生重结晶作用，形成变晶结构和新的岩石构造。代表性岩石为斑点板岩、角岩、大理岩、石英岩等。3.接触交代变质作用由于岩浆结晶晚期析出的挥发分和热液，通过与围岩的交代作用，使接触带的岩石发生变质。如碳酸盐岩与中、酸性岩浆接触交代变质产生的矽卡岩等。4.区域变质作用由于区域性地壳活动导致较大空间的变质作用。最深可达20km，最广可达几万平方公里。广泛见于古老结晶基底和造山带中。代表岩石有板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、变粒岩、麻粒岩等。5.混合岩化作用或超变质作用在深度区域变质的基础上，由于地壳下沉或深部热流继续上升，使原岩发生局部重熔、交代、注入等混合岩化作用，从而形成岩性介于变质岩与岩浆岩之间的各种混合岩。如混合花岗岩。第二节构造运动与地质构造一、构造运动的特点与基本方式由地球内力作用