c第三章地壳(学)

1、13第三章 地壳第三章 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

2、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（5-70 km），平均33 km; （25-70 km？）2） 具有双层结构：Ø 上层是 硅铝层（花岗岩层）Ø 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512 km；平均5.6 km。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 （最老岩石约形成于2亿年前；

3、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2.7 gcm3（轻）3.0 gcm3（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010km沉积层，厚02km花岗质层，厚1040km缺失硅镁层玄武质层，厚30km玄武岩沉积岩层0.52km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

4、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：u 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；u 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：Ø 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）；Ø 地形较平缓的地区的地壳厚度接近平均厚度，接近均衡；

5、16; 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）最小密度（密度小的地方地势高）最大密度 （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。 地表形态密度相同？ 正异常 康 Sial

6、 反山根 Sima 莫 负异常 山根 Airy 假说 （可恢复地形、地貌）,（阿基米德定律）如：l 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。l 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：Ø 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；Ø 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

7、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

8、。n 元素在地壳中的分布；n 矿物（单独一节）；n 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、Mg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.

9、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”

10、。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：l 矿物是 地质作用形成的天然化合物或单质。l 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。l 矿物是组成岩石的基本单位；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

11、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Ø 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。 Ø 非晶质体凡内部质点不规则排列的物体

12、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；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

13、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 矿物集合体 。最典型的集合体一是双晶。 略n 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;nnnnnnnnn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：l 肉眼或放大镜可辨认矿物颗粒界限的 显晶集合体；l 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

14、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。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

15、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

16、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。Ø 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（2.54）、重（4）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 。Ø 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。ØØ 弹性、挠 (nao)性、脆性弹性：指矿物受外力作用

17、（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；类质同像 是指在结晶格架中，性质相近的离子或原子互相替代而不

18、破坏其晶体结构的现象。互相替代的条件是：离子半径相差不大，离子电荷符号相同，电价相同。如镁橄榄石：Mg2 SiO4由于Mg2+ ，Fe2+ Ø 离子符号、电价相同，都是二价阳离子；Ø 半径相近，分别是0.78Å和0.83Å；因此，其中Mg2+ 经常被Fe2+ 所置换：电价相等的离子间的置换；几种离子同时置换，置换后总电价相等。置换结果并不破坏其原有的结晶格架。2. 同质多像同一化学成分的物质，在不同的外界条件（温度、压力、介质）下，可以（结晶成两种或两种以上的不同构造的晶体）形成不同的晶体结构，从而成为不同的矿物，这种现象称为同质多像。（结晶形态与物理性

19、质不同）在矿物中，同质多像相当普遍，如：碳（C）在不同的条件下所形成的石墨和金刚石，二者成分相同，晶体形态的物理性质相差悬殊：金刚石： 等轴，八面体，透明，硬度10；石墨： 六方，片状，不透明，硬度1 。同质多像对确定矿物的形成温度具有一定意义，许多同质多像矿物的变体称为矿物学温度计。3. 常见矿物及其分类已知矿物有3000余种，按 矿物的化学成分分为 五种类型：自然元素、硫化物、氧化物和氢氧化物、含氧盐类矿物、卤化物。第五节 岩石一、岩石的概念岩石是地质作用形成的由 矿物 或 岩屑 组成的集合体，是组成地壳的基本单位。 集合体（矿物 或 岩屑）：矿物集合体岩石可由一种矿物组成的单矿物岩石，如

20、（大理岩？）石灰岩主要由方解石组成。岩石也可以是由几种矿物组成的复矿物岩石，如花岗岩，由岩屑集合体：岩石还可以是由岩屑（岩石碎屑）所组成的，如砾岩、砂岩等。（多为沉积岩）二、地壳中的岩石类型根据岩石的 成因，地壳中的岩石可分为：岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。1. 岩浆岩是由岩浆冷却凝固而形成的岩石，称为岩浆岩，又称为火成岩。岩浆 是地壳深处或上地幔形成的、富含挥发组分的高温的 硅酸盐熔融体；（主要成分是SiO2 ）。1）按岩浆作用方式分类岩浆岩按岩浆作用方式，可以分成 侵入岩 和 喷出岩 两大类：Ø 岩浆在地表以下冷凝形成的岩石称为侵入岩；Ø 岩浆喷出地表后冷凝形

21、成的岩石称为喷出岩；2）按SiO2的含量分类按SiO2的含量又可分成四类Ø 超基性岩 （ SiO245 ）；Ø 基性岩 （ SiO2 为4552）；Ø 中性岩 （ SiO2 在5265）；（旧66）Ø 酸性岩 （SiO2 65 ）地壳中最常见、分布最广的岩浆岩是玄武岩（基性喷出岩）与花岗岩（酸性侵入岩）。- 与地壳的结构相联系？2. 沉积岩沉积岩是在地表或近地表的条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩和早期沉积岩）风化、剥蚀的产物经搬运、沉积和成岩作用形成的岩石。外动力地质作用形成的岩石。按成因可分为 碎屑岩类、化学岩和生物化学岩 两大类（本教材）；（旧： 碎屑

22、岩类、火山碎屑岩类、粘土岩类、化学岩和生物化学岩 四大类）沉积岩最显著的特征是具有 层理构造。沉积岩是一层一层沉积而成的；层理构造是指先后沉积下来的物质因颗粒大小、成分、颜色等的不同而显示出的成层构造。沉积岩在地表 分布广泛，约点地表面积的70，但主要集中在地壳表层。沉积岩中最常见、分布最广的是 泥岩、页岩、砂岩和碳酸盐岩。3. 变质岩由变质作用形成的岩石，称为变质岩。变质岩是已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩或变质岩）由于环境的改变，在高温、高压及化学活动性流体的作用下，使原来岩石在固态下的物质成分、结构、构造发生改变所形成的岩石。由岩浆岩变质而成的变质岩称 正变质岩；由沉积岩变质而成的变质岩称 负变化岩；变质岩按成因可分为：接触变质岩；动力变质岩；区域变质岩；混合岩。仅在变质岩中存在的矿物，称 变质矿物；是鉴定变质岩的 标志。常见的变质矿物有：石榴子石（有时在岩浆岩中出现）、红柱石、夕线石、蛇纹石等。三、岩石的矿物成分及结构、构造岩石鉴定的依据（标志）是什么？由于形成岩石的地质作用不同，岩石的矿物组成、组合及结构、构造也不同。岩石的矿物成分及结构、构造 又是鉴定岩石种类的主要依据。1. 岩石的矿物成分 -是岩石的鉴定标志！不同地质作用形成的岩石，由于成因不同，因而具有不同的矿物共生组合（以火成岩为例）：（不同类型的岩石往往 具有