地学基本知识

第一章地学基础知识西南大学资源环境学院李振轮第一节地球的一般特征地球的形成已有46亿年的历史人类从出现的第一天起，就在不停地探索自身周围的环境以及宇宙雅鲁藏布大峡谷地球表面70%是海洋，30%是陆地—其中大部分适合人类生存（土地）土地—人类生存的主要空间Howtodo?Wheretogo?水圈Hydrosphere生物圈Biosphere岩石圈Lithosphere

土壤圈Pedosphere

大气圈

Aerosphere土壤

Soil岩石

Rock生物

Organism

地壳地幔地核第二节矿物

一、矿物的概念

矿物(Mineral)是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物，是岩石的组成单位。

1）矿物是各种地质作用形成的天然化合物或单质。2）矿物具有一定的化学成分。3）矿物还具有一定的晶体结构，它们的原子呈规律的排列。4）矿物具有较为稳定的物理性质。5）矿物是组成矿石和岩石的基本单位。原生矿物和次生矿物

1．原生矿物(originalmineral)

（岩浆）由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原生矿物。2．次生矿物(secondarymineral)

（表生或变质）原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。二、矿物的物理性质★颜色:根据矿物呈色的原因，分为自色、他色和假色三种。★条痕:是矿物粉末的颜色，将矿物在未上釉的瓷板上进行刻划，其留下的粉末痕迹就是条痕。★透明度和:

矿物允许可见光透过的程度。★光泽:矿物表面对光线反射所呈现的光亮。★硬度:矿物抵抗外力摩擦或刻划的能力。★解理和断口:

矿物受外力作用后，沿着一定方向的平行面裂开，这种现象称为解理，而裂开后形成的光滑平面则称为解理面。而破裂成不平坦、不规则的断面，则称之为断口。三、主要的造岩矿物及其特性一般为白色透明，含有杂质时呈其他颜色。石英是最主要的造岩矿物，分布最广，为酸性岩浆的主要成分，在沉积岩和变质岩中也常见。形成的母质养分一般贫乏，酸性也较强。

石英SiO2正长石

KalSi3O8

晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，完全解理，硬度6.0。正长石易风化，风化后形成粘土矿物高岭石等，可为土壤提供大量K养分。正长石类矿物一般含氧化钾16.9％。斜长石

Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8）

常呈板状和柱状晶体。白色或灰白色。玻璃光泽，完全解理，硬度6．0～6．5。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是粘土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。白云母KH2Al3Si3O12

常见片状、鳞片状。白云母无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。极完全解理，薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2．0～3．0。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物。黑云母KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。云母类因化学成分不同而分为白云母和黑云母。

角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，完全解理，硬度5.0～6.0,角闪石易风化，风化产物为粘土矿物。

角闪石

Ca（Mg，Fe）3Si4O12呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度5．5。较角闪石难风化，风化物为粘土矿物，富含Fe。辉石

Ca（Mg，Fe）Si2O6普通辉石橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。橄揽石（Mg，Fe）2SiO4

蛇纹石

Mg6[Si4O10](OH)2

蛇纹石是一族层状结构的硅酸盐矿物的总称。单体少见，具有各种色调的绿色、浅黄色，常呈似蛇皮的绿黑相间的花纹，故称蛇纹石。条痕白色，块状蛇纹石呈油脂光泽或蜡状光泽，纤维状石膏具丝绢光泽。摩氏硬度2.5-3.5，比重2.5-2.65。稍具滑感。绿泥石是一些变质岩的造岩矿物。晶体属单斜、三斜或正交（斜方）晶系，浅绿至深绿色。玻璃光泽或珍珠光泽，透明至不透明。完全解理。

绿泥石

Y3[Z4O10](OH)2·Y3(OH)6高岭石，粘土矿物，晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。白或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色，条痕白色，土状光泽。吸水性强，和水具有可塑性。高岭石是组成高岭土的主要矿物，常见于岩浆岩和变质岩的风化壳中。

高岭石

Al4[Si4O10]·(OH)2方解石为次生矿物，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，完全解理，玻璃光泽。与稀盐酸反应生成CO2气泡。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。方解石

CaCO3

白云石是由方解石、菱美矿结合而成，呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似，但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。白云石

CaCO3·MgCO3磷灰石

Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)

形态、颜色多样，玻璃光泽，解理沿底面不完全，性脆，断口不平坦，油脂光泽，透明至不透明。摩氏硬度5，比重3.18-3.21。加热后可发磷光。

磷灰石是制磷和磷肥的最主要原料。磁铁矿

Fe3O4

磁铁矿因为它具有磁性，中国古代又称为慈石、磁石、玄石。颜色为铁黑色，条痕呈黑色，半金属光泽，不透明，无解理，摩氏硬度5.5-6，比重4.8-5.3。具强磁性，是矿物中磁性最强的。

磁铁矿是炼铁的主要矿物原料，也是传统的中药材。赤铁矿Fe2O3

赤铁矿显晶质呈铁黑至钢灰色，隐晶质呈暗红色，条痕樱红色，金属光泽至半金属光泽，摩氏硬度为5.5-6.5，无解理，比重5.0-5.3。

赤铁矿是自然界分布极广的铁矿物，是重要的炼铁原料，也可用作红色颜料。褐铁矿Fe2O3·nH2O“褐铁矿”一词并不是矿物的种名，通常是针铁矿、水针铁矿的统称。通常呈黄褐至褐黑色，条痕为黄褐色，半金属光泽，块状、钟乳状、葡萄状、疏松多孔状或粉末状，硬度随矿物形态而异，无磁性。可作为找矿的标志。也是重要的铁矿石。

石膏呈板状、块状、无色或白色。玻璃光泽或丝绢光泽。硬度2．0，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作土壤改良剂。

石膏

CaSO4·2H2O8滑石，属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。白色或各种浅色，条痕常为白色，脂肪光泽（块状）或珍珠光泽（片状集合体），半透明。摩氏硬度1，比重2.6-2.8。低硬度，有滑感，绝热及绝缘性强。

滑石

Mg3[Si4O10](OH)2晶体属单斜晶系层状结构硅酸盐矿物。因加热时能迅速膨胀，弯曲呈水蛭状而得名。集合体呈片状、土状或粉末状。一般呈褐色、褐黄色或暗绿色，带油脂的玻璃光泽。底面解理完全，解理片具挠性。摩氏硬度1.5-2.8，比重2.1-2.7。蛭石

Mg0-5(OH)4{Mg3[AlSi3O10](OH)2}

岩石:是由多种地质作用形成的一种或几种矿物组合而成的自然集合体。岩石都有一定的矿物组成，结构和构造。

自然界的岩石按成因可分为:岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。第三节岩石一、岩浆岩(MagmaticRock)

岩浆岩是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。

1、岩浆岩的类型:岩浆岩深成岩

浅成岩

喷出岩

侵入岩

主要的岩浆岩

酸性岩

SiO2含量在65％以上如花岗岩,流纹岩

中性岩SiO2

含量52％～65％如闪长岩,安山岩基性岩SiO2

含量45％～52％如辉长岩,玄武岩

超基性岩

SiO2含量小于45％如橄榄岩

脉岩如伟晶岩

侵入性岩浆岩（成因及岩石）辉长岩花岗岩月光石（长石）喷出性岩浆岩（成因及岩石）二、沉积岩(SedimentaryRock)

沉积岩是由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。一般分为机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三类。先成岩石

风化(Weathering)

剥蚀(Denudation)

搬运(Transportation)

迁移(Transposition)

沉积(Deposition)

固结(Lithification)沉积岩先成岩石：岩浆岩、变质岩和原有沉积岩砂岩江西兴国

沉积岩的结构指沉积颗粒的大小和形状。以颗粒大小分为:砾状结构(如砾岩),粒状结构(如沙岩),中粒状结构(如沙岩)以颗粒形状分为:角砾状结构，颗粒有棱角(如角砾岩)，圆滚状结构，颗粒无棱角(如砾岩)沉积岩的构造

指沉积物空间分布的相互关系。主要有层理构造，层面构造等.沉积岩形成的几种典型的沉积环境

河流环境砾岩砂岩页岩冰川环境角砾岩沉积岩形成的几种典型的沉积环境

沙漠环境砂岩粉砂岩沉积岩形成的几种典型的沉积环境

化学沉积环境石灰岩白云岩

三、变

质

岩

(MetamorphicRock)

:原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩石。

主要的变质岩:片麻岩,石英岩,板岩,结晶片岩,千枚岩,大理岩

第四节地质作用与地貌

地球的陆地表面由各种各样的地形地貌构成，如高山、峡谷、平原、盆地、丘陵等。自然界为什么出现千奇百怪，各种各样的地形地貌呢？我们先来看一些图片。长江三峡张家界奇观沙漠景观美丽的高山湖泊珠穆朗玛峰雅鲁藏布江大峡谷石灰岩（喀斯特）地貌景观

自然界所出现的这些地形形态，总的说来是由于自然的力量在不断地改变着地球面貌的结果，而引起地球面貌发生改变的这种作用，就是我们所说的地质作用。使地壳发生变化的力量，称为地质营力。

地质作用根据能力的来源不同，分内力作用和外力作用两类，或称内、外营力。

大陆漂移学说

1910年，生病卧床休息的德国气象学家魏格纳聚精会神地望着墙上的一张世界地图。于1912年提出大陆漂移理论。认为，在2亿5千万年前，目前分成各个洲的大陆是连在一起的，那时还没有大洋，以后，完整的泛大陆开始四分五裂，逐渐形成了现在的7大洲。

近来科学家提出是地幔的对流造成了地壳的运动。板块构造学说

：地壳上的岩石圈并不是一个完整的、没有缝隙的整体，而是有几处明显的裂缝，整个岩石圈形成了六大板块，这些板块漂浮在不断流动的地幔上，如同漂浮在水中的木筏一样。在地质史的长河中，这些板块处于不断的分开与合并之中，3亿年前，这六大板块合在了一起，之后，又开始分开，于是形成了今天五大洲的地貌。沧海桑田，地壳运动造成了山脉、峡谷、高原、盆地等形态各异的地形地貌。科学家根据地质作用的速度把地质作用分为两类。一种是突发的或灾变性的地质作用，如火山、地震和海啸、山崩或雪崩、山洪和泥石流等。另一类是极缓慢而安静的地质作用，常不易被人们觉察，如湖泊沉积作用，地表的沉陷，海岸的变迁等。

根据地质营力还可把地质作用分为内力作用和外力作用。内力作用由地球内部的能—主要是重力能和放射性元素蜕变产生的热能所引起。由地球以外的能源引起的是外力作用。

一、地质内力作用和地形（一）地壳的升降运动

地壳长期地进行着缓慢地上升或下降的垂直运动，这种运动经常导致了海陆轮廓的改变。（二）地壳的褶皱运动褶皱运动是一种使原来水平或近乎水平层位的岩层，变成褶皱并且隆起成为山脉的运动。褶皱的基本单位是褶曲，褶曲的基本形式是背斜和向斜，每一个背斜或向斜就是一个褶曲。背斜在外形上是一个中部向上拱起的一个弯曲，向斜是一个中部向下拗陷的弯曲。

背斜及向斜示意图（三）地壳的断裂变动

断裂变动分两大类，一类是没有发生位移的断裂，另一类是沿着裂隙有显著位移的断裂。前一类叫节理，后一类叫做断层，地壳的断裂变动主要是断层造成的。

断裂运动（四）常见的内力作用地形1．平原平原是指的那种地面起伏微弱的广阔的平地。（1）高原地面的海拔高程在600米以上，如我国的黄土高原、青藏高原等．（2）高平原地面海拔高程约200—600米，如四川西部的成都平原海拔约500—600米。（3）低平原地面海拔高程约0—200米，如我国东部的松辽平原、华北平原、长江中下游平原等。（4）洼地地面绝对高程在海平面以下，如新疆的吐鲁番低地。平原和高原

2．山地

山地是四周都被平地环绕的孤立高地，在山地与周围平地的交界部分，有一明显的坡度转拆地段。山地地貌二、地质外力作用和地形

地质的外力作用是向着与内力作用相反的方向进行，各种外营力均在雕刻着地表，侵蚀着和破坏着地势高低的基本形态和地壳构造。外力作用主要是通过流水、冰川、风和海流等作用进行的。（一）流水的地质作用和地形

由地表流水所形成的各种地形，统称为流水地形。地表流水主要来自大气降水。此外，地下水、溶雪或溶冰等也能补给。河流的地质作用和地形★河床平水期河水所占据的谷底，或称河槽。★河漫滩洪水期方能淹没的浅滩。★谷坡河谷两侧的岸坡。★砂洲由松散沉积物构成，常年出露在河水之上的河心洲岛。★阶地古河谷底部所构成的沿河平台，常年性的洪水巳不能淹没，

河谷的地形组成部分图

1、河床2、河漫滩3、谷坡4、阶地河流地貌（二）地下水的地质作用和地形1、地下水的一般概念地下水是指存在于土壤和各种基岩孔隙、裂隙或洞穴等空间里的水。2、地下水的溶蚀作用与岩溶（喀斯特）地形地下水的溶蚀作用与岩溶（喀斯特）地形3.地下水是地质作用的重要地质营力之一，它存在于岩石的孔隙或裂隙之中。（1）溶沟和石芽（2）溶蚀漏斗地表水沿着岩石的裂隙向下流动，使裂隙逐渐扩大而成漏斗状的地形，称溶蚀漏斗。（3）落水洞落水洞是联接地表水流和地下暗河的垂直管道。4）溶蚀洼地溶蚀洼地是指溶蚀作用所形成的小型封闭洼地（天坑）。（5）溶洞溶洞是大型的地下管道，多沿层面裂隙、断层或其他构造裂隙发育，它常是水平循环带的产物，是地下暗