第一章地球概况及地质作用

石油地质学基础华东石油技师学院地球概况及地质作用一岩浆及岩浆岩二变质岩三沉积岩四构造地质六石油地质七地质录井八油气田开发基础知识九古生物及地层五目录第一章地球概况及地质作用1第一节地球的形状、大小和表面形态2第二节地球的圈层构造3第三节地球的主要物理性质4第四节5第五节第一节地球的形状、大小和表面形态一、地球的形状和大小根据人造卫星观测及卫星轨道参数变化求出的地球形状为扁率不大的三轴椭球体质量:Me=5.9742×1024公斤平均密度:ρe=5.515克/厘米3平均赤道半径:ae=6378136.49米赤道重力加速度:ge=9.780327米/秒2平均极半径: ap=6356755.00米平均半径:a=6371001.00米表面积:S=5.1010×108km2体积(4／3R3):V=1.0832×1012km3扁率:f=0.003352819公转周期:T=365.256天自转周期 Te=0.99727天平均半径（a2c）1/36371.012km表面积5.1007×108km2

二、地球表面的形态1．大陆地形特征山地平原丘陵盆地高原大陆地地形山地：指海拔高度大于500m以上的隆起高地，并且有明显山峰、山坡和山麓的地形单元。丘陵：指海拔高度小于500m或相对高差在200m以下的高地，顶部浑圆、坡度平缓、坡脚不明显的低矮山丘群。1．大陆地形特征盆地：指陆地上中间低四周高的盆形地形。高原:指海拔高度较高（海拔大于500m），面积较宽广，地面起伏较小的地区。平原:指海拔高度小于200m，面积宽广、地势平坦或略有起伏的平地。2．海底地形特征深海盆地大洋中脊大陆边缘海底地形2．海底地形特征大陆边缘：大陆边缘是指大陆至大洋深水盆地之间的地带，是陆地与海洋之间的过渡地带，它包括大陆架、大陆坡和大陆基。2．海底地形特征深海盆地：指大陆边缘之外，大洋中脊两侧的较平坦地带，一般水深4000－6000m，是海洋的主体部分，大洋中脊：大型海底地形单元之一，是洋底发育的连绵不断的海底山脉，泛称海岭。三、地球的主要物理性质地球的密度地球的重力地球的内部温度地球的磁性地球的弹性及塑性地球的主要物理性质三、地球的主要物理性质三、地球的主要物理性质

1．地球的密度地球的平均密度为5.516g/cm3。地球的密度随深度的增高而增大，即由地表向地心，地球密度是增加的。一般通过地震波速变化、地球内部重力和转动惯量等计算，或通过其与陨石物质成分模拟来推断。

三、地球的主要物理性质

2.地球的重力地球的重力是指垂直地球表面使物体向下的一种天然作用力。由于离心力的最大值只有地心引力值的1／289，所以重力主要取决于地心引力，且指向地心。重力在地表的分布决定于地球的形状及其内部质量的分布。地表某点的实测重力值与标准重力值不符合时，称为重力异常；比标准重力值大的称正异常，比标准值小的称负异常。例如在沉积岩及石油、天然气、煤等沉积矿产的分布区，由于组成物质的密度小，常表现为重力负异常。而存在一些密度较大物质的地区，如铁、铜、铅。锌等金属矿区，常表现为重力正异常；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办法，来找矿和了解地下地质构造。三、地球的主要物理性质

3.地球的磁性地球周围空间存在着磁场，称为地磁场。磁力线的分布特征和棒形磁铁的磁场相似，形成一个偶极子磁场。磁偏角、磁倾角和磁场强度是地磁场的三个要素。地磁子午线与地理子午线之间的交角称为磁偏角；实测磁偏角和磁倾角与背景值不符合时，称为地磁异常。地球物理磁法勘探就是利用这个原理寻找磁力异常区，从而发现地下深处隐伏的具有磁性的矿床和了解地下地质构造情况。三、地球的主要物理性质4.地球的内部温度地球内部热能的主要来源有：太阳的辐射能和地内热能。地球内部可分为变温层、常温层。常温层以下，温度随深度而逐渐增加。热源来自地球内部的放射热，增温具有规律性。通常把常温层以下，深度每增加

100m时所升高的温度值称为地温梯度或地热增温率，用℃表示。地表热流值或地温梯度明显高于平均值或背景值的地区称为地热异常区。三、地球的主要物理性质5.地球的弹性及塑性地球是具有弹性的，表现为地震波的传播，因为地震波是弹性波。地震波按传播方式分体波和面波两大类型。体波——是在地球内部传播的，传播方向是三维的。体波又包括纵波（P波）和横波（S波）两类。纵波是指质点振动方向与波传播方向一致的地震波；横波是指质点振动方向与波传播方向垂直的地震波。面波——是沿地面或界面传播的，传播方向是二维的。地球具有塑性，则表现在地壳中的岩层发生剧烈的弯曲变形及形成槽皱构造。第二节地球的圈层构造地球外部圈层大气圈水圈生物圈

一、地球外部圈层

1．大气圈是地球最外部的一个圈层。可以把大气圈分对流层、平流层、中间层、暖层及散逸层。对流层的特点是气温随高度的增加而递减；空气对流运动显著；天气现象复杂多变。平流层的特点是气温的垂直分布，除下层随高度变化很小外，在30km以上，气温随高度增加迅速上升；大气以水平运动为主；水汽、杂质含量极少，云、雨现象近于绝迹。因此飞机一般在平流层飞行。地球大气的形成主要由原始大气变化到次生大气，经过生命对大气的改造逐渐转变为现在的大气成分。大气主要由空气、水汽和悬浮在大气中的固体杂质三部分组成。

一、地球外部圈层

2．水圈水圈由介于大气层和岩石圈之间的海洋、湖泊、江河、沼泽、地下水和冰川等液态水和固态水组成。地球水圈中的水体在太阳的照射下处于不间断的循环运动之中。水循环是生态系统中最重要的循环之一。一、地球外部圈层3．生物圈现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。生物圈指分布在表面和表面附近的所有生物，在空间上是一个形状不规则的圈层。它包括由残积物、堆积物和沉积物组成的地壳岩石圈的表层部分，整个水圈和大气圈下部的对流层。人们通常所说的生物，是指有生命的物体，包括植物、动物和微生物。一、地球外部圈层4．岩石圈它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成。二、地球内部圈层二、地球的内部圈层根据地震波传播速度的突然变化，先后发现地球内部存在着二个显著的不连续界面莫霍面和古登堡面将地球分为：地球内部圈层地幔地壳地核二、地球内部圈层1.地壳是地球的最外圈层，是地表至莫霍面之间的固体地球部分。其厚度约为地球半径的l／400；其体积占地球总体积的1.55％；质量约24×1018t，占地球总质量的0.8％。地壳的物质组成有：沉积岩、花岗岩、玄武岩等。上层为沉积岩和花岗岩，主要为硅－铝氧化物,称为硅铝层。下层为玄武岩和辉长岩，主要为硅－镁氧化物,称为硅镁层。地壳的厚度是不均的，一般大陆地壳较厚，海洋地壳较薄。二、地球内部圈层2.地幔地幔是地球的莫霍面以下、古登堡面以上部分的地球圈层，厚度达2865km，占地球体积的82.3％，质量占地球总质量的67.8％。靠近地壳部分，主要是硅酸盐类的物质；靠近地核部分，主要是铁、镍金属氧化物。根据地震波速变化，以984km为界将地幔分为上地幔和下地幔两部分。（l）上地慢：平均密度为g/cm3。其主要由55％的橄榄石、35％辉石和10％的石榴子石组成。上地慢内地震波传播速度是不均匀的，在60-250km范围内称为低速带（软流层）。（2）下地幔：平均密度为5.1g/cm3，地震波波速平缓增加。压力很大，约50万～150万个大气压。物质的熔点升高。地幔物质具有一些可塑性，但没有熔成液体，可能局部处于熔融状态。地球内部圈层

3.地核地核是地球内自古登堡面以下至地心的部分。按地震波波速的分布，可分为外核、过渡层和内核3层。外核为液体状态。过渡层由液态向固态过渡。内地核为固态物质。地核中心的压力可达到350万个大气压，温度可达4000℃～5000℃。地球各层的压力和密度随深度增加而增大，物质的放射性及地热增温率，均随深度增加而降低，近地心的温度几乎不变。第三节地质作用概述一、地质作用的概念地质作用：把自然界引起地壳岩石圈的物质组成、内部结构、构造和地表形态变化和发展的各种作用过程，称为地质作用。地质作用内动力地质作用外动力地质作

第三节地质作用概述

二、内力地质作用分类二、内力地质作用内力地质作用地壳的运动岩浆作用变质作用地震作用二、内力地质作用1.地壳的运动地壳运动包括：岩层和岩体发生变形和变位：如背斜和向斜；（见动画）和大陆板块增生和消亡：如板块运动；（见动画）使岩石产生褶皱、断裂：如断层（见动画）二、内力地质作用2.岩浆作用岩浆从形成、演化、运动直至冷凝形成岩石的全部地质作用过程，称为岩浆作用。岩浆作用包括：侵入作用：指岩浆上升到地壳深处缓慢冷却结晶，或到达离地表浅处较快冷却结晶；喷出作用：指岩浆冲破地壳以火山的方式喷溢出来迅速冷却。（见视频）二、内力地质作用3.变质作用变质作用是指在地下一定深处，一定的地质、物理、化学条件下，由于温度、压力或流体作用的影响，使早期形成的原岩在基本上为固态条件下，发生物质成分、结构、构造，形成新的岩石的地质作用。

变质作用的方式重结晶作用变质结晶作用变质分异作用交代作用二、内力地质作用4.地震作用地震一般是构造运动引起的地面快速颤动。强烈地震会对地面产生严重的破坏作用。按地震产生的原因可分为:构造地震、火山地震和陷落地震、相变地震。(见视频）风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用外力地质作用三、外力地质作用分类1．风化作用及分类1．风化作用及分类指在地表或近地表的环境下，由于气温变化，大气、水溶液和生物活动等因素的作用，使岩石在原地遭受破坏的过程。风化作用物理风化化学风化生物风化（1）物理风化作用温度变化导致岩石机械破碎温度变化使岩石表面产生的裂隙

冰劈作用示意（1）物理风化作用（2）化学风化作用氧化作用水解作用化学风化的作用方式主要有氧化作用、溶解作用、水化作用和水解作用。（2）化学风化作用（3）生物风化作用根劈作用土壤酸化生物风化作用是指由生物生命活动引起原岩的破坏作用。分为生物物理风化作用和生物化学风化作用。（3）生物风化作用2．剥蚀作用分类河流的侵蚀作用地下水的溶蚀作用风蚀作用海洋的剥蚀作用冰川的刨蚀作用剥蚀作用(1)河流的侵蚀作用

按照河流侵蚀作用的方向不同，可以把河流侵蚀作用分为侧向侵蚀、下切侵蚀和溯源侵蚀三种类型。下切侵蚀侧向侵蚀溯源侵蚀（见动画）（2）地下水的溶蚀作用石芽溶洞石林峰林(2)地下水的溶蚀作用（3）风蚀作用吹蚀作用：地表面上的松散小颗粒可以被风吹起或沿地面滚动，这个过程称为吹蚀作用。磨蚀作用：当风携带砂、石或尘粒，撞击裸露的岩石或土壤表面，造成表面磨损，这个过程称风的磨蚀作用。蘑菇石风蚀残丘和风蚀城风蚀石窝（3）风蚀作用（4）海洋的剥蚀作用其作用的方式可分机械、化学、生物三种。海水的机械剥蚀作用可分为冲蚀、磨蚀两种。海蚀柱、海蚀洞和海蚀拱桥波浪的剥蚀作用（4）海洋的剥蚀作用（5）海冰川的刨蚀作用其方式有挖掘和磨蚀两种。常见的冰蚀地貌有冰斗、刃脊和角峰、冰蚀谷、串珠湖、悬谷、冰川磨光面和冰川擦痕，羊背石等。常见的冰蚀地貌河U形谷冰川的磨光面和巨大擦槽（5）海冰川的刨蚀作用3.搬运作用分类母岩风化剥蚀的产物，通过流动的水体、冰川、风力及生物等动力，将它们从原地搬到沉积地区的作用称之为搬运作用。冰川的搬运作用风沙搬运作用河流的搬运作用搬运作用3.搬运作用分类（1）冰川的搬运作用冰川将刨蚀的产物以及坠落冰面的风化物一齐冻结于冰体之中，像传送带一样将它带到冰川的前端，为冰川的搬运作用.搬运物按其所在冰体中所处部位，可分为：表碛、內碛、底碛、侧碛、中碛。中碛侧碛底碛（1）冰川的搬运作用（2）风沙搬运作用地表松散碎屑物随风由源地通过悬移、跃移和或推移等方式搬运到别处的作用，称为风沙搬运作用。风沙搬运的搬运形式有：悬移、跃移、蠕移。悬移跃移蠕移砂粗砂粘土－粉砂图1－41风作用下不同粒径的搬运方式（2）风沙搬运作用（3）河流的搬运作用河流在流动过程中携带物质一起运动的作用称为河流的搬运作用。河流的搬运作用归结为以下几种方式：溶运（溶解运移）、拖运（推移）、悬浮运（悬移）（3）河流的搬运作用4.沉积作用

母岩的风化、剥蚀产物在外地质营力的搬运过程中，当搬运能力减弱或介质的物理化学条件改变时，发生沉淀、堆积的过程，称为沉积作用。沉积作用机械沉积作用化学沉积作用生物沉积作用4.沉积作用（1）机械沉积分异作用碎屑物质按粒度机械沉积分异沉积颗粒与平均流速的关系（1）机械沉积分异作用（2）化学沉积分异作用真溶液物质的沉积作用胶体溶液物质的沉积作用（2）化学沉积分异作用（3）生物沉积作用由生物的遗体和生物活动过程中发生的生物化学作用所引起。生物沉积作用生物的间接作用生物的直接作用（3）生物沉积作用5．成岩作用沉积作用的结果，在大陆的河流、湖泊、沼泽等低洼地带和海洋里堆积了许多松散的沉积物，在漫长的地质历史中所经过物理、化学、生物作用，使疏松的沉积物变成坚硬的沉积岩的作用，统称为成岩作用。成岩作用压固脱水作用胶结作用重结晶作用5．成岩作用第四节地壳的物质组成及性质一、地壳的物质组成组成地壳的元素组成地壳的矿物组成地壳的岩石地壳的物质组成第四节地壳的物质组成及性质1.元素在地壳中的分布各种元素在地壳中的含量及在地壳不同部位的分布是不均的，这种状况一方面与各种元素的特点有关，也与其在地壳中所处的物理、化学条件有关。1.元素在地壳中的分布2.组成地壳的矿物矿物是有一定化学成分和内部构造的自然产物，具有一定的物理性质和化学性质。矿物是在各种地质作用中形成的，它可以由一种单质元素组成，如金刚石、石墨、自然金等；也可以由自然化合物组成。矿物是组成地壳的最基本单位。2.组成地壳的矿物3．组成地壳的岩石所谓岩石，就是矿物在各种地质作用下，按一定的规律组成的自然集合体。岩石可以由一种矿物组成；也可以由2种或2种以上的矿物组成。根据其成因可分为岩浆岩、变质岩、沉积岩等三大类型。3．组成地壳的岩石二、矿物的形态矿物的形态是指矿物的外部特征。矿物的形态矿物的单体形态矿物晶体的结晶习性矿物集合体的形态晶面条纹双晶二、矿物的形态1.矿物的单体形态（1）结晶质和非结晶质结晶质：是矿物内部质点（分子、原子、离子）作有规律的排列，形成一定的格子构造的固体，称为结晶质（晶体）。非结晶质：凡是矿物内部质点（分子、原子、离子）作无规律的排列、不具格子构造的固体，称为非结晶质（或非晶体）。1.矿物的单体形态1.矿物的单体形态（2）晶体的形状——单形与聚形单形：指一个晶体的形体。聚形：指由2个或2个以上的单形相聚合而成的形体。2．矿物晶体的结晶习性（1）一向延长型（柱状）。晶体沿一个方向特别发育（2）二向延长型（板状）。晶体沿两个方向特别发育，其他一个方向发育较差.，其他两个方向发育较差。（3）三向延长型（等轴状）。晶体在3个方向发育基本相等。2．矿物晶体的结晶习性3.晶面条纹晶面条纹指晶体生长过程中，留在晶面上的条纹。晶面条纹垂直晶体延长方向的称为横纹，如石英等。晶面条纹平行晶体延长方向称为纵纹，如电气石。有的晶面条纹互相交错，如刚玉。有的矿物相邻的晶面上的条纹互相垂直，如黄铁矿。磁铁矿菱形晶面。几种常见矿物的晶面条纹3.晶面条纹晶面条纹4.双晶在自然晶体中，常发现两个或两个以上的晶体有规律地连生在一起，称为双晶。（1）穿插双晶：由两个相同的晶体，按一定角度互相穿插而成，如正长石的卡氏双晶。（2）接触双晶：由两个相同的晶体，以一个简单平面接触而成，如石膏的燕尾双晶。（3）聚片双晶：由两个以上的晶体，按同一规律，彼此平行重复连生在一起，如斜长石的聚片双晶。常见双晶(1)穿插双晶；(2)接触双晶；(3)聚片双晶4.双晶5.矿物集合体的形态同种矿物的若干单体或晶粒聚集成各种各样的形态，这种矿物的形体叫作矿物集合体的形态。常见有如下几种：（1）粒状、块状集合体；（2）片状、鳞片状集合体；（3）纤维状集合体；（4）放射状集合体；（5）鲕状集合体；（6）晶簇；（7）结核状集合体；（8）钟乳状集合体；（9）土状集合体。5.矿物集合体的形态常见集合体形态常见集合体形态三、矿物的物理性质1．矿物的光学性质2．矿物的力学性质3．矿物的相对密度4．矿物的电性、磁性、发光性、放射性三、矿物的物理性质1．矿物的光学性质矿物的光学性质是指矿物对自然光线的吸收、折射、反射等所表现出来的各种性质。矿物的光学性质颜色条痕透明度光泽1．矿物的光学性质（1）颜色颜色是矿物对自然光的吸收程度不同所引起的。根据矿物颜色产生的原因可分为自色、他色和假色。他色他色自色（1）颜色（2）条痕指矿物粉末的颜色。把矿物放在无釉瓷板上划一下，看瓷板上留下的粉末的颜色可以消除假色，减弱他色，保存自色。条痕的颜色是比较固定的是鉴定矿物的方法之一。条痕的颜色与矿物颜色可以相同，也可以不同。（2）条痕（3）透明度透明度指矿物透过可见光波的能力。矿物按透明程度分为：透明矿物；半透明矿物；不透明矿物。透明半透明不透明（3）透明度（4）光泽光泽指矿物新鲜表面对光线的反射能力。矿物按光泽强弱分为如下几种：金属光泽；半金属光泽；非金属光泽；油脂光泽；丝绢光泽；珍珠光泽；腊状光泽;土状光泽。玻璃光泽腊状光泽金属光泽半金属光泽丝绢光泽珍珠光泽（4）光泽2．矿物的力学性质矿物的力学性质是矿物在外力作用下，如刻画、打击、压、拉等所表现出的各种性质.具有鉴定意义的有硬度、解理、断口。其次还有脆性、延展性、挠性、弹性等。2．矿物的力学性质（1）硬度矿物的硬度是矿物抵抗机械作用(刻画、压入、研磨)的能力(或程度)。矿物的硬度的测定，一般有两种：第一种方法用两种矿物互相刻画，比较矿物的相对硬度的大小。通常选用10种硬度不同的矿物作标准，称摩氏硬度计。第二种方法用小刀、指甲来刻画。矿物滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石相对硬度12345678910摩氏硬度计（1）硬度（2）解理解理指矿物被打击后，总是沿一定的结晶方向破裂成光滑的平面，这种性质称为解理矿物所裂开的光滑平根据解理发育程度（破开难易与解理面平滑程度），解理极完全解理完全解理中等解理不完全解理无解理（2）解理矿物的解理方解石（三组解理）角闪石（二组解理）云母（一组解理）无解理矿物的解理（2）断口断口指矿物被打击后，不以一定结晶方向发生破裂而形成的断开面，称为断口。具有不完全解理或不具解理的矿物以及隐晶质和非结晶质矿物，在外力打击下便出现断口。断口平坦状断口参差状断口锯齿状断口贝壳状断口贝壳状断口平坦状断口（2）断口（3）矿物的其他力学性质脆性：矿物受力后易被破碎的性质。如方解石、黄铁矿、方铅矿等。延展性：矿物能被锤击成薄片或拉成细丝的性质。如自然金、自然铜等。挠性：矿物受力后，可以产生弯曲而不折断，外力释放后不能恢复原状的性质。如绿泥石等。弹性。矿物受力变形，但外力取消后能恢复原状的性质。如云母等。（3）矿物的其他力学性质3．矿物的相对密度矿物的相对密度指纯净、均匀单矿物在空气中的质量与同体积水在40C时的质量之比。除石油、地腊等比水轻的特殊矿物外，一般的矿物都比水重。矿物按其相对密度的大小可分为3级；轻矿物:相对密度在2.8以下，如石膏为2.3，石墨为2.5；中等相对密度矿物:相对密度在2.8～4之间，如萤石为3.18，金刚石为3.5；重矿物：相对密度在4以上，如方铅矿为7.4～7.6，重晶石为4.3～4.7。3．矿物的相对密度4．矿物的电性、磁性、发光性、放射性（1）电性导电性：指矿物对电流的传导能力，可分为导体、半导体和绝缘体三种。热电性：指有的矿物受热后生电，如电气石；有的矿物受到磨擦生电，如琥珀。（2）磁性矿物在外磁场（如磁铁等）的作用下能被吸引或排斥的性能。利用矿物的磁性差异在探矿、选矿和分离矿物等方面有实际意义。（3）发光性发光性指矿物在外来能量（紫外线、阴极射线及X一射线等）的激发作用下，能发生可见光的性质。如果在外界能量激发作用下发光，外界作用消失后停止发光，称荧光（如石油、萤石等）。（4）放射性含放射性元素的矿物，由于放射元素自发蜕变而放出射线的