现代地质地貌学（一）课件：第二章 总论

1、1第二章 总论2水星金星地球火星木星土星天王星海王星太阳系：由中心天体太阳及其巨大引力作用下，环绕太阳运行 的行星、卫星、小行星、慧星、流星体和行星际物质 所组成的天体系统。 3太阳系天体的运行轨道金星木星土星天王星海王星小行星带火星水星4地球的运动轨迹5一、地球的形状和大小二、地球的物理性质三、地球的结构第一节 地球的一般特征6一、地球的形状和大小二、地球的物理性质三、地球的结构第一节 地球的一般特征7理想与现实的区别8实线：大地水准面的平均子午线剖面虚线：扁平率为1/298.28的理想旋转椭球体地球形状的基本特点：大地水准面所代表的地球的形状不是一个稳定的旋转椭球面，而是有的 地方隆起，有

2、的地方凹陷；地球赤道横截面不是正圆形， 而是近似椭圆形；赤道面不是地球的对称面，与此面 垂直的纵剖面的形状更接近于“梨”形。9 1975年18届国际大地测量和地球物理协会公布了修订的地球参数如下：赤道半径(a) 6378.137 km两极半径(c) 6356.752 km平均半径(R) 6371.004 km表面积(4R2) 510, 064, 471 km2体积(4/3R3) 1, 083, 206, 900, 000 km3 10地球的外形是内部特征的反映：地球接近旋转椭球体，说明地球具有一定的塑性，是地球自转离心力作用的结果。地球的实际外形与旋转椭球体并不完全重合，说明地球内部物质是不均

3、匀的。11一、地球的形状和大小二、地球的物理性质 2.1 密度和重力 2.2 地磁 2.3 地热 2.4 地球的弹性和塑性三、地球的结构第一节 地球的一般特征12地球的质量是5.94721024t ，地球的平均密度为5.517g/cm3。地表岩石的平均密度为2.65g/cm3 ，由此推测，地球内部的物质应具有更大的密度。地球的密度随深度的增加而增大，但增长不均匀，在大约400、650、900、2900、4640km深度处变化较明显，其中以2900km处变化最大。地核部分密度可达13g/cm3。（一）密度及其变化 13（二）重力及其异常 地球表面某点的重力是该点所受地心引力F和地球自转产生的惯性

4、离心力C的合力。14若将地球看作理想的旋转椭球体，而且地球内部密度无横向变化，地球表面任何一点的重力值可根据重力理论求出，此值称理论重力值。由于各地海拔高度、地形、地下岩体密度等存在差异，导致实际重力值不同于理论值，称重力异常。比理论值大的称正异常，比理论值小的称负异常。 15导致重力异常的原因有二：1.地球为不规则椭球体，地表各点半径不同（海拔与地形）；2. 组成地壳的物质密度分布不均。 此为重要原因。 物探中的重力勘探就是利用这个原理，通过寻找地壳中局部重力异常区的方法来找矿，并可帮助查明地下的地质构造及矿藏。 在地下由密度较大的物质，如铁、铜、铅、锌等金属矿床，常显示正异常。由密度较小的

5、物质，如石油、煤、盐、地下水等非金属矿床，常显示负异常。16一、地球的形状和大小二、地球的物理性质 2.1 密度和重力 2.2 地磁 2.3 地热 2.4 地球的弹性和塑性三、地球的结构第一节 地球的一般特征17 地球是一个磁化的球体，具有两个地磁极，在它的周围空间都存在着磁场，叫做地磁场。 地磁场的南北两极和地理两极并不一致，两者相差1280 km，地磁轴和地球自转轴有11.5交角。18有无数条磁子午线（磁子午线方向是在地球磁场作用下，磁针在某点自由静止时其轴线所指的方向）。通过南北地磁极，地磁子午线与地理子午线的夹角叫磁偏角D；指北针偏在地理子午线东边者叫东偏角，用“+”表示；指北针偏在地

6、理子午线西边者叫西偏角，用“-”表示。地磁磁力线在赤道地区是水平的，在两极地区则是直立的；其它任何地区，地磁力线与水平面之间都有一定的夹角，这个夹角就是磁倾角I。以指北针为准，下倾者为正(北半球)，上仰者为负(北半球)。在地磁场内，某一地点磁力的大小，叫地磁强度。磁偏角、磁倾角和地磁强度是三个重要的地磁要素。19：纬度re：地球平均半径I： 某点的磁倾角H：某点的地磁场矢量N：地理北极201945年地球磁场（磁倾角）等值线图21地球磁场性质不稳定，存在三种变化：磁场强度变化：每天约有数十伽玛变动，以及突发性的磁暴（由太阳耀斑引起的地球高层大气的扰动，全球范围内的地磁场的急骤无规则扰动）。地磁极

7、的移动：南北地磁极在缓慢地移动，以磁北极为例：1600年位于7842N，5900W；1700年7551N，6848W；1980年7812N，10254W。地磁极极性的变化：地磁场南北两极在地质历史时期存在交替变化，即磁南极变为磁北极；磁北极变为磁南极。磁性地磁学22Lourens et al., 2004Brunhes(0.78-0Ma)Matuyama(2.58-0.78Ma)Gauss(3.58-2.58Ma)Gilbert(5.894-3.58Ma)Jaramillo(N)Olduvai(N)B/MMa23一、地球的形状和大小二、地球的物理性质 3.1 密度和重力 3.2 地磁 3.3

8、地热 3.4 地球的弹性和塑性三、地球的结构第一节 地球的一般特征24外热层：是固体地球最外表的一个温度层，受太阳辐射 热的影响，其温度随外界温度的变化而变化， 故又称变温层。常温层：温度大致保持在当地的年平均温度，常年基本 不变。增温层：在常温层以下，地温随深度而增高，增温规律 可用地温梯度表示，即：温度每升高1所增加 的深度，单位是m/ ；或深度每增加100m所增高的 温度，单位为 /100m。地热的主要来源为地球内部放射性元素衰变产生。25一、地球的形状和大小二、地球的物理性质 3.1 密度和重力 3.2 地磁 3.3 地热 3.4 地球的弹性和塑性三、地球的结构第一节 地球的一般特征2

9、6固体地球在一定条件下表现为塑性。地层皱褶变形27地球还具有弹性，表现在以下两个方面：固体地球和海水一样，在日月引力作用下会产生潮汐现象，这种潮汐叫固体潮；地球能传播地震波。这些现象都说明地球具有弹性。28一、地球的形状和大小二、地球的物理性质三、地球的结构 3.1 地球外部圈层及其主要特征 3.2 地球的内部圈层第一节 地球的一般特征29 在地球石质表面以上，充满了大气、水和生物，自然地分别形成了大气圈、水圈和生物圈。（一）大气圈（atmosphere） 物质成分：氮、氧、氩、其它气体、固体尘埃、水汽 大气圈的分层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层3031（二）水圈是地球表层的水体，是一

10、个连续而又不规则的圈 层，具有以下特点： 构成：海水、大陆水体（河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水）、大气和生物中的水。 水体循环：水体互相转换，总量不变。Hydrologic Cycle32水体循环作用产生了三个重要结果：源源不断地制造淡水供给陆地；净化了空气和大自然；地面流水冲蚀地表，通过河流将陆地表面的松散泥沙及溶解物质送入海洋。33 在大气圈、水圈和岩石圈的界面上下，分布着千万余种生物，它们相互依存和制约，构成一个形态特殊的圈层生物圈。 总质量：约为114800亿吨； 分布范围：可达10km的高空，深可到地表以下3km深处和深海底部； 构成：原核生物、原生生物、真菌类、植物、动物。（三）生

11、物圈(biosphere) 34一、地球的形状和大小二、地球的物理性质三、地球的结构 3.1 地球外部圈层及其主要特征 3.2 地球的内部圈层第一节 地球的一般特征35（一）如何确定地球内部结构？地球具有弹性，地震波可以在地球内部传播并穿越地球，在传播途中遇到不同的界面会发生折射和反射，同时改变波速，来了解地球的内部情况。36地震时产生出两种弹性波：一种是质点振动方向与传播方向一致的纵波，纵波的速度快，总是领先，又称P波；一种是质点振动方向与传播方向相垂直的横波。横波滞后，又称S波。P波与S波都是在物体内部传播的，因此都叫体波。地震波的传播37P波传播时只引起物质疏密的变化，不要求物质具有固定

12、的内部结构，因此P波在气、液或固态物质中都可以传播。如果记录表明地球的某个部位S波不能通过，说明这里的物质不是固体。因为S波只能在固态物质中传播。38（二）不连续界面根据地震波在地球内部的传播速度及其变化情况，发现存在七个显著的地震波速不连续界面，其中有两个最明显、最重要的地震波速变化的界面。39莫霍面：地震波穿越莫霍面时，波速突然增大，纵波由 67 km/s突增至8.0 km/s。它是地壳和地幔的分界面， 其深度在大陆上平均为33 km左右，在大洋底则为11 12 km。该界面是前南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇于 1909年发现的。40古登堡面：其深度为2900 km。地震波穿越该面时，波速突然

13、降 低，其中纵波速度由13.3km/s突降为8.1km/s；横波 速度则降为零，表明不能穿越。古登堡面是地幔和地核 的分界面。该界面是美国地球物理学家古登堡于1914年 提出来的。41 除莫霍面和古登堡面外，地球内部还有一些次一级的地震界面，它们是进一步划分二级或三级圈层的依据。42（三）地球内部圈层的特征1. 地壳（crust）基本特征 是固体地球内圈最外的一个圈层，由各种岩石组成。下界为莫霍面。地壳的厚度在各地是不均匀的，在大陆区的平均厚度为37 km，而海洋部分平均厚度则只有约7 km。整个地壳的平均厚度为16 km，为地球半径的1/400，体积为地球体积的0.77 ，质量占地球质量的0

14、.39 。43大洲的地壳的厚度4445地壳中含有化学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2%。氧：46.30硅：28.15SiO氧和硅共占约74AlFeCaNaKMg其它铝 8.23铁 5.63钙 4.15钠 2.36钾 2.33镁 2.09其它21. 地壳（crust）结构与物质组成46地壳分为上、下两层:上地壳：即A层，平均岩石成分、平均密度 (2.65 g/cm3)、波速(纵 波速度为5.66.0 km/s)都与以硅、铝为主的花岗质岩石一 致，将此层称为花岗岩质层或硅铝层下地壳：即A”层，平均岩石成分、平均

15、密度 (2.9 g/cm3)、波速(纵 波速度为6.67.6 km/s) 都与玄武岩相当，又将此层称为 玄武岩质层或硅镁层471. 地壳（crust）类型大陆地区的地壳叫大陆地壳，简称陆壳，由硅铝层和硅镁层两层组成，具双层结构；大洋地区的地壳叫大洋地壳，简称洋壳，仅由硅镁层组成。48内 容 大 陆 地 壳 大 洋 地 壳比 例 总面积的40占地壳：总体积的79 总质量的63 总面积的60占地壳：总体积的21 总质量的37平均厚度33 km7 km平均密度2.7 g/cm33.0 g/cm3成 分沉积岩、岩浆岩和变质岩，SiO260%，Mg含量低，为3.1%。几乎全为火山岩，SiO280，含镍量

16、为5 20。4. 地核（core） 57 根据地震波速度的变化情况，以4640 km和5155 km两个深度为界，将地核分为外核、过渡层和内核三个次级圈层。外核：厚度1742 km，平均密度10.5 g/cm3，纵波波速在此急剧降低，且横波不能通过，证明外核是由液态物质组成。过渡层：厚度为515 km，这一层波速变化复杂，并已测到速度不大的横波，可能是由液态向固态物质转变的一个过渡圈层。内核：厚度为1216 km，平均密度13.0 g/cm3。纵波和横波都能穿过，所测到的横波是由纵波转化而来。内核是由固态物质组成的。5859第二节 地质作用与地质年代 一、地质作用 二、地质作用的能量来源 三、

17、地质年代60地质作用：导致地球的物质组成、内部构造、地表形态发 生变化的作用。地质营力：引起地质作用的自然力。所有地质营力来源于 能。地质作用的分类：按能的来源不同，地质作用分为内力地 质作用与外力地质作用。内力地质作用是由地球内部的能（内能）引起，包括地内 热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶 能等。内力地质作用包括：构造运动、岩浆活动、变质作用、地震等。一、地质作用61外力地质作用是由地球以外的能（外能）引起，包括太阳辐射能、潮汐能、生物能等。外力地质作用按外营力类型划分，包括河流的地质作用、地下水的地质作用、冰川的地质作用、湖泊和沼泽的地质作用、风的地质作用以及海洋的地质作用。外力地质

18、作用按发生的序列划分，则包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用与成岩作用。62二、地质作用的能量来源地内热能重力能地球旋转能太阳辐射能潮汐能生物能63三、地质年代（Geologic Time）地质学研究的任务之一：确定地质事件的发生时间、岩石与地层的形成时间（上下顺序、新老关系） 有两种确定年代的方法：(1) 按先后顺序相对地质年代 (2) 按距今时间绝对地质年龄64如何确定相对地质年代？65岩层形成的先后关系，即层序在层状岩层的正常序列中，先形成的岩层位于下面，后形成的岩层位于上面，此称为地层的原始顺序律（仅适用于沉积岩）66硅化木化石：岩层中保存下来的生物遗体和遗迹67玄武蛙68恐龙脚

19、印69生物演化是不可逆的70生物层序律 低等高等；简单复杂； 在最古老地层中找不到化石，在较老地层中可以发现低级化石，在较新地层中可以发现高级化石 不同时期地层中含有不同类型的化石及其组合，而同时期且在相同相通的地理环境下所形成的地层都含有相同的化石及组合71地质年代单位与年代地层单位 年代地层单位是指在特定地质时间间隔内形成的岩石体。每一个年代地层单位与相应的地质年代单位严格对应。72宙代纪显生宙PH新生代Kz第四纪Q第三纪R中生代Mz白垩纪K侏罗纪J三叠纪T古生代Pz二叠纪P石炭纪C泥盆纪D志留纪S奥陶纪O寒武纪元古宙PT新元古宙震旦纪Z中元古宙古元古宙太古宙AR冥古宙HD宇界系显生宇PH

20、新生界Kz第四系Q第三系R中生界Mz白垩系K侏罗系J三叠系T古生界Pz二叠系P石炭系C泥盆系D志留系S奥陶系O寒武系元古宇PT新元古界震旦系Z中元古界古元古界太古宇AR冥古宇HD地质年代单位-时间概念年代地层单位-地层概念73新生代第四纪Quaternary(Q)全新世(Q4)Holocene更新世晚更新世(Q3)Late Pleistocene中更新世(Q2)Middle Pleistocene早更新世(Q1)Early Pleistocene第三纪Tertiary新近纪Neogene (E)上新世(N2)Pliocene中新世(N1)Miocene古近纪Paleogene (N)渐新世(E3)Oligocene始