ch1地质基础知识2011

第一章地质基础知识供水水文地质1.1地球的构造与形态1.1.1地球的形状：虚线代表椭球体，实线表示地球的实形地球赤道半径6378.16km，极半径为6356.76km，相差21.4km1.1.2地球的分圈（一）地球内圈特征两个分界面：莫霍面（地面以下30～80km）

古登堡面（地面以下2800km）三个圈层：地壳、地幔、地核各层的特点：地壳：（重点研究对象）厚度各地不等，平均33km，西藏可达70~80km从地表往下，温度、压力和密度都增加物质组成不均，上层为硅铝层，下层为硅镁层地幔：岩石圈（部分）：地幔上部为一薄层坚硬岩石，厚度为60～100km（包含地壳厚度）软流圈：200～300km，岩浆地核：组成物质：主要为铁镍物质温度、压力、密度都很高（二）地球外圈特征大气圈环绕地球的由气体组成的圈层。厚度达几万公里水圈指地球表层由各种形式存在的水组成的圈层。大部分汇聚在海洋里，一部分分布于大陆表面的河流、湖泊、冰雪、还有一部分埋藏于地表以下的岩石空隙中（地下水）

地下水是人类生存的重要水源，也是供水水文地质研究的主要对象。生物圈地球表层所有活着的有机体组成的圈层1.1.3地球表面的形态特征（一）地壳表面特征地球表面高低起伏，形成海洋和陆地。陆地面积：1.49亿km2,占地球总面积29.2%。海洋面积：3.69亿km2，占地球总面积70.8%。最高点：珠穆朗玛峰，8848.13m。最低点：马利亚纳海沟，深11033m。陆地平均高程860m。海洋平均深度3900m。（二）陆地地形根据陆地表面的高程和起伏变化，陆地地形可分为：

山地、丘陵、平原、高原、盆地、洼地山地：低山（海拔高度500～1000m)、中山（1000～3500m）、高山（>3500m)的总称。我国是多山的国家，山地分布很广。丘陵：地表起伏不超过200m低矮地形。平原：地势宽广平坦或略有起伏的地区。低平原（海拔高程<200m，如华北平原、东北平原、长江中下游平原）、高平原（200～600m，如成都平原）高原：地势宽广平坦或略有起伏，海拔高程>600m，四周常有崖壁与较低的地形单元分解的地区。我国青藏高原、云贵高原、黄土高原。其中，青藏高原是世界上最高的高原，海拔4000m以上。盆地：四周高原或山地、中央低平的地区。如四川盆地、柴达木盆地、吐鲁番盆地、准噶尔盆地。洼地：高程低于海平面的低洼地带（艾丁湖海拔-150m，称为克鲁沁洼地）（三)海底地形海底地形起伏变化很大，高程差远大于陆地根据海底地形特征，海底分为：大陆架、大陆坡、大陆基、海沟、孤岛、深海（大洋）盆地、洋中脊等1.1.4地壳的物质组成地壳主要有以下十种元素组成，99.96%（占地壳总量），其他近百种元素不足1/1000。

十大元素（按重量排序）为：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、钛、氢各种元素在地壳中分布不均，地壳上层硅铝层（O、Si、Al为主，Ca、Na、K也较多），地壳下层为硅镁层（O、Si、Mg、Fe）。大部分元素以氧化物存在（石墨、金除外），地壳的主要成分为Si、Mg的氧化物，74.48%（占地壳总重量）1.2矿物与岩石一、主要造岩矿物的特征组成：

矿物是地壳的基本组成部分，是矿石和岩石的组成单位；是各种地质作用的自然产物。

矿物是几种元素的化合物（大多数，如：石英、赤铁矿、磁铁矿、石膏等）或由一种元素组成（极少数，如：自然的硫、金等）。形态：固态、液态和气态种类：3000多种分类的依据：（即主要的物理性质）7个分别为晶形、颜色、光泽、条痕、硬度、解理和断口、比重等。

晶形：矿物内部质点的排列方式，有柱状、粒状、片状、板状、纤维状、放射状。

颜色：矿物新鲜面上的颜色。

光泽：矿物新鲜面上反射光线的能力。

条痕：矿物粉末的颜色，同一种矿物有多种颜色，但条痕的颜色是固定的

硬度：矿物抗磨擦及刻划的能力；摩氏等级（10级）

解理：沿结晶面方向产生光滑平面的能力

断口：既不光滑也无一定方向的破裂面主要矿物（造岩矿物）20多种（物理性质见书）

正长石Orthoclase锂辉石

Spodumene蔷薇辉石

Rhodonite普通辉石

Augite正长石斜长石角闪石Ferrohornblende硅铁辉石Babingtonite黑云母Biotite白云母

Muscovite主要矿物（造岩矿物）

石榴子石Garnet

石榴子石Garnet

主要矿物（造岩矿物）：

橄榄石Olivine橄榄石Olivine橄榄石Olivine石英Quartz石英Quartz石英Quartz主要矿物（造岩矿物）

磁铁矿Magnetite方解石Calcite方解石Calcite白云石黄铁矿Pyrite常见造岩矿物的肉眼鉴定抓住主要特征。综合考虑颜色、晶形、光泽、解理、硬度。考虑矿物生成条件及共生矿物。工具：小钢刀、放大镜、稀盐酸等。二、岩石的分类岩石是一种或几种矿物的集合体；是地下水运动、补给、排泄、径流的场所，与地下水的开采利用有密切的关系。分类：岩浆岩、沉积岩、变质岩

（一）岩浆岩形成：来自地幔的岩浆沿着地壳岩石的裂隙上升到地壳范围内或喷出地表，冷却凝结成的岩石，又称为火成岩。

花岗岩的矿物成份火山火山湖富士山岩浆喷出地表叫做火山喷发，火山喷发则形成火山。火山喷发是地球内部物质和能量骤然强烈释放的一种形式。火山喷出物很复杂，既有气体、液体，也有固体。火山喷发海底火山火山喷发组图特征：（1）产状岩浆岩在空间的位置、形态和大小。岩基、岩株：在地壳深处，如橄榄岩、辉长岩、闪长岩、花岗岩等。

岩盘、岩床、岩脉：在地表深度较小处，闪长玢（bin）岩、花岗斑岩等

岩流、火山锥：地表，玄武岩、流纹岩、安山岩等

侵入岩：深成岩、浅成岩

喷出岩（火山岩）

深成岩浅成岩Batholith岩基Captivemass俘虏体laccolith岩盘岩墙Rockwall岩株Volcanoneck火山颈Lavaflow岩流岩浆岩的产状Sill岩床（2）结构：

结晶程度、颗粒大小和形状等（不同形成环境影响）

晶粒结构：岩石中矿物为较大的结晶颗粒。

斑状结构：大晶粒被细粒、隐晶粒、玻璃质基质包围

玻璃质结构：未结晶

安山岩花岗岩（3）构造：各组成部分在空间的排列及填充方式

块状构造：各种矿物均匀分布

流纹构造：沿流动方向定向排列

气孔构造：岩石中有气孔

杏仁构造：气孔被次生矿物如石英、方解石填充

块状构造流纹构造气孔构造杏仁构造杏仁构造（4）岩浆岩的化学、矿物组成及分类

主要是硅酸盐矿物，还有一部分金属硫化物、氧化物及挥发性物质。

按sio2含量分为：酸性岩浆岩、中性岩浆岩、基性岩浆岩、超基性岩浆岩等。（4）岩浆岩分类（二）沉积岩1.形成

三个阶段：

a、原有的岩石，风化作用碎屑物和残余物

b、搬运作用（水、风、冰）

沉积下来

c、松散物压缩固结、胶结、结晶作用沉积岩

2.特征：（1）产状：层状分布（a）正常、（b）夹层、(c)变薄、(d)尖灭、(e)透镜体沉积岩的层状分布

(2)结构：沉积物颗粒的大小、形状、结晶程度

碎屑结构：岩石和矿物碎屑被硅质、钙质、粘土质胶结在一起砂岩（碎屑结构）砾岩（碎屑结构）石灰岩（结晶结构）白云岩（结晶结构）碎屑岩的胶结物：硅质－强度高、铁质－易氧化、钙质－易溶解、泥质－易软化。胶结类型：基底式胶结（a）；孔隙式胶结（b）；接触式胶结（c）结晶结构：化学作用使得矿物和岩石成为晶体状沉积岩的层理构造平行层理斜层理波状层理印模粒序层理交叉层理(3)构造：层理构造（4）矿物成分矿物成分很复杂，与产生碎屑的母岩有直接关系，母岩经过化学分化作用，有些矿物却是沉积岩特有的：如海绿石、蒙脱石、高岭石、伊利石等。3沉积岩的分类沉积岩分布很广，覆盖了地球表面的75%。有：砾岩、砂岩、页岩、泥岩、石灰岩、凝灰岩、白云岩、岩盐。其中，页岩、砂岩、石灰岩占总量的95%以上。4.松散岩石（土）

沉积岩的分类较多，最为重要的一类是松散岩石，是指近代形成的未经压固、胶结的碎屑堆积物。该类岩石和地下水的形成和存储有密切关系。松散堆积物的颗粒大小变化很大，根据粒径的大小，划分为粒组。

粒径由大到小：漂石>卵石>粗砾石>中砾石>小砾石>

粗砂粒>中砂粒>细砂粒>细砂粒>粉土>粘土透水性毛细管水上升高度

土的一些特性（略）（三）变质岩1.形成：

岩石在新的物理化学环境条件（温度、压力、化学物质），岩石的矿物成分及结构、构造发生了变化，形成了新的岩石称为变质岩。岩石受地壳运动及岩浆入侵的高温高压作用和化学成分的加入，改变原结构构造而形成接触变质岩的形成大理岩石英岩2.特征

（1）产状：基本维持未变质前的产状不变（2）结构：变晶结构，变质过程中岩石能够重新结晶，非晶质变成晶质，小晶粒变为粗晶粒，隐晶质变为巨晶粒，如大理岩。（3）构造：

a、片状构造：矿物成平行排列，成叶片状

b、片麻状构造：深色矿物浅色矿物相间平行成条带状

c、千枚状构造：薄片状片理，片理面上有丝绢光泽

d、板状构造：沿一定方向分裂为平整板状

e、块状构造：矿物均匀排列，无定向分布3.变质岩的分类三大类岩石的肉眼鉴别岩浆岩的鉴别方法

先看颜色,再看结构和构造,然后看矿物成分.沉积岩的鉴别方法

先看结构,再看成分.变质岩的鉴别方法

先看构造,再看成分.三大类岩石特征对比表1.3岩层的地质时代

一、地质时代的划分

绝对地质时代（岩层的绝对年龄）：岩层从形成到现在的延续时间，以年为单位。利用放射性元素衰变。

相对地质时代（岩层的相对年龄）岩层形成的先后顺序和新老关系。根据生物的演变和地壳运动等重大变化来划分。（常用）二、地质年代表（看书）

时间：代、纪、世地层：界、系、统

1.4地质构造

一、地壳运动（构造运动）原因：地球内部原因（重力、地内热能等）引起地壳变形分类：升降运动和水平运动（一）升降运动珠穆朗玛峰地区，海洋古生物，喜玛拉雅造山运动；中国，海底，加里东运动、燕山运动运动速度十分缓慢升降运动使得现在的地貌形成，并使之不断变化。（二）水平运动两种不同的观点

a、地壳以升降运动为主，大陆的位置不变

b、地壳以水平运动为主，且大陆块也在不断地运动√

“大陆漂移学说”

1.地球的岩石圈不是一个整体，被构造活动带分为6大版块，浮在软流圈

2.大陆运动和海底扩张同时进行

3.升降运动是由水平运动而来走向(strike)：岩层面和任一假想水平面交线的延伸方向。倾向(dip)：岩层的倾斜方向。与走向线垂直。只有一个.倾角(dipangle)：岩层层面与水平面的最大锐角。表示方法：走向和倾向用方位角表示(可只表示倾向)，倾角用度数。二、岩层产状的概念测定方法：地质罗盘标记方法：象限倾向方位角-倾角例如：SE120o∠30o三、岩层的接触关系1.研究的意义：可以推测地壳运动发展历史和岩层形成的相对年代，有利于寻找地下水。2.接触关系：

（1）整合接触：新老岩层大致平行，地壳升降与沉积处于相对平衡状态，两岩层时代接近，连续性沉积

（2）平行不整合与角度不整合接触

长时间的沉积间断或侵蚀作用，两套岩层的年代相隔很远，中间地层缺失；（往往有古风化壳，利于地下水储存）有（b）平行不整合、(c)角度不整合。

（3）火成接触：火成岩与其他岩层的接触；(可能是富水地段）

（4）断面接触：不同时代的岩层，被断层错断而直接接触。(可能是富水地段）四、褶曲（一）褶曲要素

最基本的几何要素：（1）核：中心部分（2）翼：核部两边的岩层（3）轴面：假象的面，两翼的近似对称面（4）轴：轴面与水平面的交线转折端：弯曲最强烈的部分（5）枢纽：同一岩层的层面与轴面的交线（6）脊线：顶点的连线

四、褶曲（二）褶曲的基本类型：背斜和向斜背斜：向上拱，核部岩层较老，外部岩层较新向斜：向下凹陷，核部岩层较新，外部岩层较老大部分褶曲由于地层遭受剥蚀而不能保存其全貌，确定原则：根据两翼产状确定褶曲岩层；核部两端岩层一定对称重复出现，并根据岩层新老关系确定是背斜或向斜。a—背斜；b—向斜背斜核部滑脱溶蚀洞穴

背斜和向斜不是孤立存在的，大多是连在一起，使岩层呈现波浪型，形成复向斜、复背斜（三）褶曲的形态分类

（1）在横剖面上的分类直立褶曲：轴面直立、两翼倾角相近或相等

斜歪褶曲：轴面倾斜、两翼倾角一陡一缓

倒转褶曲：轴面倾斜、虽然两翼同方向倾斜，但一翼在另一翼之上、一翼层序正常、一翼层序倒转

平卧褶曲：轴面水平、下翼倒转

（2）在平面上的分类线形褶曲：枢纽水平或近水平，褶曲沿某一方向延伸，长宽比5倍以上短轴褶曲枢纽呈弧形，岩层在平面上圈闭，长宽比2～5，有短轴背斜、短轴向斜之分

穹隆构造极短轴背斜，长宽比小于2

构造盆地极短轴向斜，长宽比小于2

穹隆构造就像是一定帽子！

褶皱野外观测褶皱背斜单斜山五、断裂构造岩石在内外地质力的作用下，发生破裂，同时产生破裂面（一）裂隙（节理）：没有明显位移的破裂

1.分类

a、按成因：构造裂隙：在构造运动力的作用下产生的裂隙非构造裂隙：在地质外营力（风、水、塌陷等）作用下产生的裂隙

b、按形成时应力特点：

张裂隙：受张应力作用形成，是储存地下水的好场所

剪裂隙：

c、按裂隙面产状与岩层产状的关系

走向裂隙：

倾向裂隙：

斜交裂隙：c、按裂隙面产状与岩层产状的关系

走向裂隙：

倾向裂隙：

斜交裂隙：（二）断层：沿断裂面有明显位移的断裂1.断层的要素：

断层面：

断层线：断层面与地面的交线

断盘：上断盘、下断盘（南盘、北盘、东盘、西盘）、上升盘、下降盘

断层带：断层两壁之间的地带

断距：2.断层的分类：

（1）根据两盘的相对位置

正断层：上盘相对下降、下盘相对上升

逆断层：上盘相对上升、下盘相对下降平推断层：两盘岩层沿断层线方向平行移动，基本无垂向移动

通常为组合方式：平移正断层平推逆断层正断层逆断层平推断层（2）根据断层面的产状与岩层的产状

走向断层（纵断层）：断层面走向与岩层走向同倾向断层（横断层）：断层面走向与岩层倾向同斜断层：断层面走向与岩层走向斜交（3）根据断层形成时的力学性质压性断层张性断层扭性断层压扭性断层张扭性断层

储水条件张性断层、张扭性断层>扭性断层>压性断层、压扭性断层3.断层的组合两条大致平行的断层，其中间岩块为共同的下降盘，两侧为上升盘形成地堑；中间岩块为共同的上升盘，两侧为下降盘形成地垒。逆断层叠瓦式组合4、断层的识别地层界限不连续或岩层中断岩层不对称重复或缺失断层破碎带及构造岩擦痕牵引构造及伴生节理地貌标志断层地貌科罗拉多大峡谷华山断层断裂（三）褶曲和断层在地质图上的表示地质图的阅读步骤1读图步骤(1)图名、比例尺、方位(2)地形、水系(3)图例(4)地质内容：a地层岩性；b地质构造；c地质历史。1.图名、比例尺、方位图名：黑山寨地区地质图。比例尺：：10000；图幅实际范围：1.2km2。方位：图幅正上方为正北方。2.地形、水系本区西北部最高，高程约为570m，东西较低，大约100m，相对高差大约470m。地势西北高、东南低。东部有一山岗，高程大约300m。顺坡地形坡向有二条大沟谷，近南北向为F1、F2断层，使岩石破碎，风化侵蚀所致。

3.地层岩性本区出露地层从老到新有：古生界—下泥盆统（D1）石灰岩、中泥盆统（D2）页岩、上泥盆统（D3）石英砂岩，下石炭统（C1）页岩夹煤层、中石炭统（C2）右灰岩，中生界——下三迭统（T1）页岩、中三迭统（T2）石灰岩、上三迭统（T3）泥灰岩，白垩系（K）钙质砂岩，新生界——第三系（R）砾石层。古生界地层分布面积较大，中生界新生界地层出露在北、西北部。除沉积岩层外，还有细晶花岗岩脉侵人，出露在东北部。4．地质构造（1）岩层产状产状：R为水平岩层，T、K为单斜岩层，其产状3300∠35°（即岩层倾向330，倾角35°，以下同），D、C地层大致近东西—北东东向延伸。（2）褶皱：古生界地层从D1到C2由北部到南部形成三个褶皱，依次为背斜、向斜、背斜。褶皱轴向为75°～80°。

①东北部背斜：背斜核部较老地层为D1，北翼为D2，产状3450∠33°；南翼由老到新为D2、D3、C1，C2，岩层产状1650∠33°，两翼岩层产状对称，为直立褶皱。②中部向斜：向斜核部较新地层为