地质学知识课件

第一章绪论

第一节地质学概述

一、地质学的研究对象

地质学是研究地球及其演变的一门自然科学。它主要研究地球的组成、构造、

发展历史和演化规律。

确切地地说，地质学研究地球（地壳）的物质成分、内部构造、表面特征

及地球演化历史的科学。目前地质学主要研究固体地球的最外层，即岩石圈（包

括地壳和上地幔的上部）。

二、地质学的研究内容与学科划分

地质学主要研究地球的物质组成、构造运动、发展历史和演化规律，并为人

类的生存与发展提供必要的地质依据，主要是资源与环境条件的评价。

自然科学的六大基础学科包括数学、物理学、化学、生物学、天文学、地学。

地质学在自身的研究工作中必须充分利用其它学科的成果手段，近些年来学科间

相互渗透产生了交叉学科：

地质学自身的分地支学科（楣研究方向划分）：

'数学（数学地质学）

物理（地球物理学）

地学《化学（地球化学）

生物学（古生物学）

I天文学（行星地质）

研究地球物质成分：结晶学、矿物学、岩石学。

研究地壳运动及变形的：构造地质学、大地构造学、地震地质学。

研究地壳演化历史古生物学、地史学、岩相古地理学。

研究地表特征的：冰川地质学、海洋地质学。

地质应用学科：

（1）与开发资源相关的：

煤田地质学、石油地质学、冶金地质学、矿床学、水文地质学。

（2）与环境科学相关的：

工程地质学、环境地质学、城市地质学、旅游地质学

三、地质学的特点和研究方法

（-）地质学的特点

L时间漫长：地球年龄大约46亿年，自地球形成起无时无刻不发生地质作

用，地质学问题涉及时间长。最老的岩石年龄38亿年。

一些地质作用过程持续时间长，如海陆变迁，山脉隆起，矿

物、岩石的形成、煤、石油资源的形成等。

地质年代的记时单位是百万年（通。

7rl卢南横向：遍布全球每个角落（南极、北极、赤道、

2.±.1司厂阔山地、平原、陆地、海洋）。

纵向：大气圈一一上地幔（整个岩石圈）。

3现象复杂

性质上：包括物理的（崩塌、泥石流）、化学的（钟乳、滴石）、

生物的（煤、石油形成）等各种变化。

规模上：小到原子、分子的微观过程（矿物形成、化石形成……），

大到整个地球乃至太阳系形成的宏观现象。

范围上：从无机到有机界、有机界与无机界的相互转化。

环境上：常温、常压到高温高压，地表环境、地下深处环境。

4无法再现：众多地质现象对人类来说是无法再现阶段，生物演化，海陆

变迁、煤、石油形成过程（非再生资源）。

针对以上地质学特点有其相适应的研究方法。

（二）地质学的研究方法

1理论与实践相结合：

地质学是一门实践性很强的学科。

实践：（D到自然界去观察，取得最基础的资料。

（2）实验室进行模拟实验。

一些地质现象（火山爆发、海底扩张、风化现象）只有在野外直接

观察（可借助仪器，但必须到实地），否则无法全面了解。

同时，有些现象，我们需要模拟实验，在实验室重复过程，进行深

入细致的分析、研究。辟如，河流沉积作用中，砂是在流动的水中沉

积下来的，我们可以在室内水槽中透明的水体里观察，砂的沉积过程,

沉积的层时的类型、沉积颗粒的大小与水流速的关系等…。利用分析

的结果，结合地层中河流沉积的地层来推测古河流（地史中）的状况。

2室内与野外相结合

（从1可理解此）不应过度偏重某一方面。

3局部与整体相结合

有些地质现象，涉及空间大，人们无法得到全部的空间资料，这时，

对整体的现象了解必须与局部相结合，如地质勘探探明地下矿藏

的分布：点一线一面一体。

4宏观与微观相结合

如，火山喷发是极其宏观的现象，但熔浆冷凝过程中矿物的形成又是

结晶的微观过程。

5定性与定量相结合

6原始手段与新技术、新装置相结合

在当今先进的技术条件下，“地质三大件（三件宝）”（锤子、罗盘、放

大镜）仍不能放弃。

7.“将今论古”是地质研究的指导方法

"PresentisthekeytothePast'。

四、地质学的研究目的

■地质学理论研究的目的就是要正确地认识地球和地球的发展历史。一方面

满足人类认识自然、欣赏自然的精神需求，另一方面也是满足人类物质需

求的前提与基础。

■地质学研究的实践目的就是在正确认识地球的基础上，指导人类寻找并合

理开发利用矿产、地下水、油气等资源与能源，查明与防治地质灾害，为

改善人类生存的地质环境服务。

第2节地质学发展简史

最早的地质思想的萌芽，可以追溯到二千多年前，但地质学成为一门系统

的科学，只有200多年的历史。地质学的发展分可为：

1地质思想萌芽时期（公元前〜十八世纪中叶）

公元前我国《山海经》（前374—287年）记载了73种矿物，古希腊《石头

志》记载了13种，这个阶段对自然界地质现象的认识是朴素、直观、零散的，

分析问题带有极大的猜测性。

2近代（经典）地质学时期（十八世纪中叶〜二十世纪初）

人们开始将地球上孤立的自然现象纳入一个系统的理论体系，即地质科学。

这时期地质学诞生、发展并涌现了一批著名的地质学家，确立了地质学的基本原

理和方法，建立了地质年代表，使这一科学体系不断完善成熟。史密斯、菜伊尔、

赫屯……

3现代地质学时期（二十世纪初〜现代）

随着科技手段的更新，发展，同时人类自身探索资源的需要，收集到了更广

泛的地质资料（洋底）建立了以大陆漂移——海底扩张一一板块构造学说为标志

的系统的新的地质学理论、观念、方法。

同时这一时期，地质应用学科得到了很大发展。（勘探地质学、工程地质学、

石油地质学、煤田地质学等）地质学理论至今仍在不断发展、完善。

现代地质学的发展趋势

1•地质学观察与研究的范围和领域日益扩大。

2地质学研究的精度与深度随着学科的合作而不断提升。

3实验与模拟成为地质学研究的重要手段。

4全球构造理论不断补充完善。

5资源与环境是地质学服务社会的重要方面。

6国际合作成为现代地质学研究的必然趋势。

这里讲一下如何进行《地质学基础》的学习？

L学习目的及内容

本课程是与地理学专业的专业必选课，其目的在于使学生掌握最基本的地

质学原理，分析问题的方法，内容上包括了地质学主要分支学科的核心内容（动

力地质学、矿物学、岩石学、古生物地史学、构造地质学等）

总计48学时，分理论讲授与实验室教学两部分，教材为主要参考书，讲一

下章节安排.

2学习方法

这是一门专业基础课，基本上属于阐述性、叙述性讲授，内容也不像中学数

理化一类的课程有严格的逻辑推导，许多问题是定性描述。方法上，学生应调节

自己，适应课程特点一一阅读键解r己忆。

大量阅读，认真理解，总结归纳，逐步记忆。

3要求：

课前预习，课后阅读参考书，消化当天内容。因同学们第一次接触这门实践

性很强的专业课，同时课程特点与中学教学差别较大，应在学习中注意培养自己

专业课学习良好的习惯和方法。

学习《地质学基础》这门课程的主要参考资料（本校馆藏）

L地质学基础；刘吉祯等编；北京师范大学出版社，198801

2地质学基础；邱光锡主编；华东师范大学出版社；199L10

3地质学与地貌学教程；王数等主编；中国农业大学出版社；2005

4普通地质学；吴泰然等编著；北京大学出版社；200a08

5普通地质学；陶晓风，吴德超主编；科学出版社；2007.05

6普通地质学简明教程；杨伦等编著；武汉地质学院出版社；199808

7.自然地质学；美）斯特拉莱著;丘元禧等译；地质出版社；1987.06

8工程地质学；朱建明，谢谟文，赵俊兰主编；中国建材工业出版社；

200609

9软土环境工程地质学；唐益群等编著；人民交通出版社；2007.06

1Q环境地质学；朱大奎等编著；高等教育出版社；200Q07

口灾害地质学；潘懋，李铁锋编著；北京大学出版社；200204

122006-2007地质学学科发展报告；中国科学技术协会，中国地质学会编著；

中国科学技术出版社；2007.3

13《中国学术期刊数据库》和《万方期刊数据库》中有关基础地质学的相关内

容。

水姆莫脸舁，攻布英就难。科号嗜险阻，只要常委摹。

叶剑英元帅

第2章地球的基本特征

第1节地球概况

一、地球的形状和大小

（一•）对地球形状、大小的认识历程

圆球形---------►极轴方向扁缩的椭球（18世纪）------►旋转椭球体-

“大地水准体”（Geoid）-----►大地水准面再到近似“梨”形体

近年来，由于人造卫星等空间技术的发展，大大地推动了关于地球形状的深入研究，取得了

一些新的数据。让同学们了解一下P5中的内容。

大地水准体是指由平均海面所封闭的球体形状。海面上的重力位各处都是相等的，即海面在

重力作用下是一个等位面，把这个等位面延伸通过大陆，就形成一个封闭曲面，这个曲面叫

大地水准面。由于地球表面有71%为海洋所占据，所以在一定程度上讲，大地水准面代表

了地球的形状，而且这个面是一个实际存在的面。但它仍然是介于旋转椭球体和地球真实形

状之间的一个中间形态。

（二）地球的形状和大小的最新数据（1975年9月，国际大地测量学和地球物理学联合会

第18届年会推荐和1980年公布的部分大地测量常数值，后者带*号）：

地球赤道半经（a）：6378137m*

地球极半经（c）：6356752m*

赤道标准重力加速度（Ye）：（978032±1）XlcTm/s?

（三）地球的其它数据

地球平均半经：6371km

子午线周长：40008.08km

赤道周长：40075.24km

地球的面积：51000万km"

海洋面积：36100万km）占地球总面积的70.8%

陆地面积：14900万kn?,占地球总面积的29.2%

地球的体积：10830亿km'*

地球的质量：5.976X107*

地球的平均密度：5.517g/cm3

物体脱离的临界速度：11.2km/s

赤道上点的线速度：465m/s

地球沿轨道运动的平均速度：29.78km/s

大陆最高山峰（珠穆朗玛峰）：8846.27m

大陆平均高度：825m

海洋最深海沟：T1034m

海洋平均深度：-3800m

大陆和海洋的平均高度：-2448m（即全球表面无起伏，将被2448m厚的海水所

覆盖）

从以上数据中，得知地球表面不仅海陆并存，而且地面起伏最大高差近20km。但若把

地球缩小，以3.2m为半径，画一道高1.5cm的圆周线带，则地表的最高点和最低点均可包

括在这道圆周线带内；同时，由于地球扁率只有1/298,无论是旋转椭球体、大地水准体或

近似“梨”形体，从宏观上看地球仍然是近似球形的球体。

二、地球的物理性质

L）地球的重力和密度

地球的重力质量）主要由于万有引力造成的。

L地球的密度

地球的平均密度为5.517g/cm3,而地壳上部的岩石平均密度是2.65g/cm3,

由此推测地球内部必有密度更大的物质.根据地震资料得知,地球密度是随着

深度的增加而增大的,推测地核部分密度可达13g/cn?左右.

2地球的重力值：

2

F=KMM/R-----地心引力

P--离心力

G重力

重力值是地心引力与离心力的合力.

若把地球物质密度看作是横向均一的话，就可得出，赤道附近距离最大引

力最小，离心最大，重力值最小；两极附近距离最小，引力最大，离心力最小,

重力值最大。因此，地表重力值，随纬度增加而增大，随地表高度的增加而减

小。

理论值变化范围G378-^183厘米型2

3重力异常一一当实测重力值与理论计算的重力值不一致时，称重力异常。

利用重力异常可判断地下密度的变化，指导找矿。

正异常：g实测＞g理论密度大如：F&CuPb等金属矿床

负异常：g实测q理论密度小如：煤、石油、盐类等矿床.

U）地磁

地球如同一个巨大的磁铁，有磁南、磁北极。磁北极与地理北极交角115

她磁南北极与物理学相反，若把地球看作是磁铁则地磁北极为S极。）

1地磁要素：

T—磁场强度；H----水平分量；Z-----垂直分量

I—磁倾角，北半球为正（向下倾），南半球为负（向上翘）

D——磁偏角，不同的地理位置（不同经、纬度）磁偏角不同

特例：赤道附近1HanZ=0

两极IWz9（T、H=0、Znax

磁偏角D在各地区是不不同的的，每到一个新区进行野外调查时，首先要了

解该区的磁偏角，进行罗盘校正。

2地磁极的变化

「长期缓慢漂移（偏离）

磁南、北极位置的变化《

、周期性倒转现代地磁南北极

.............与地理南北极交角

11!?，并非绝对不变，长期观测证实，近代地磁极有向西漂移的现象，速度是

极其缓慢的。

同时大量的古地磁资料表明，地磁的南北极在地质历史中一直处在周期性交

替之中。我们把与现代两极极性相同的称正向期，反之称为反向期，最近-4

百万年来有三次大的倒转

-69万年布容正向期

6A243松山反向期每次持续时间大约1百万年

243-332高斯正向期共3次倒转

332以前吉尔伯反向期

3古地磁学

居里点——铁磁质转为顺磁质时的温度（大约60CF〜70优）。

热剩磁——岩浆冷凝成岩浆岩的过程中，磁性矿物经居里点时被当时

磁场磁化（方向一致），这种保留在岩石中的磁性称热剩

磁。记录了当时地磁场的状况。

古地磁学——利用岩石热剩磁来研究地史时期地球磁场的大小、

方向、磁极位置及演变过程的科学。

古地磁学的研究成果为现代地质学的海底扩张，板块运动提供了十分重要的证

据。

G）地热地球的温度）

1内部温度的变化：地内温度是不均匀的。

外热层（变温层）一一地表外层，温度来源于阳光。其中地表向下1〜L於4

每日昼夜温度变化；1k20M每年四季温度变化。

常温层（恒温层）一一变温层下界处，温度终年不变，大约为年平均温度。

内热层（增温层）一一温度来源于地球内部（放射性脱变）。随深度增加，

地温升高。

增温率（地温梯度）一一每深度增100米，增加的地温值，单位℃值米；

一般地区为先值米。

增温级一一每地温增加增加的深度。单位：米；

一般地区为33米。

增温率与增温级两者互为倒数。

2地热流值一一单位时间内由地内向外通过岩石单位截面积放出的热量，

与岩石的热导率有关，与地内温度有关。

地表有一些地热异常区（地热流值高）；如火山地区、温泉、海底某些地

区，这与一定的地壳活动、地质构造有关，将深处地热代到地表。

3地热来源：主要来源于放射性元素衰变而产生的，如IT,mnr,於。等，

此外，也有一部分热能可能是由构造变动的机警能、化学能、重力能和地球旋转

能等转换而来的。

四）地球的弹性和塑性峭加内容,略讲）

弹性表现11.能传播地震波

用I土衣仇I2,固体潮（球体形状一段时期变化，另一段时期

恢复原状）

作用速度快，持续时间短，表现为弹性。

作用朔性夷价r1.地球正固体椭球体，长轴与旋转轴垂直。

速度主任五九12.岩层褶皱、柔皱、蠕变。

缓慢，持续时间长，表现为塑性

第2节地球的圈层结构

一、地球的外部圈层

（一）大气圈

大气是外动力地质作用的重要因素，主要是靠近地表对流层中的空气。对

流层空气的温度、湿度，是气候的主要标志，不同气候条件，外动力地质作用的

方式不同。同时空气的流动一一风是直接的外动力。

100KM臭氧层）

55KM平流层）

1.范围:包围着固体地球，

1I6KM对流层）

成分：NQ、0H0等。

2.大气环流

对流层空气温度受地面辐射的影响：地面Tt高空TI

赤道Tf两极TI

大气环流：赤道一一高温、低密度的气体上升，在高空向两极运动。

两极-------低温、高密度、气体沿地面向赤道运动。

受地球自转的影响，地表各伟度上线速度不同，赤道最大（1600公里勿、时）

两极为零，此差异造成运动物体受偏向效应（偏向力）。

地球自转偏向力（科里奥利力）------由于地球自转引起的一种作用于地表

一切运动物体的力。结果是沿前进方向，北半球右偏，南半球左偏。

大气环流非正南正北。

河流北半球，右岸侵蚀；南半球，左岸侵蚀。

（二）水圈

水圈主要呈液态及部分呈固态出现的。它包括海洋、江河、湖泊、冰川、地

下水等，形成一个连续而不规则的圈层。

包括：地下水、地表水（咸水、淡水）

陆地、海洋中的水由太阳蒸发至空中，再经降水回地表。从这个意义上水

的循环，可谓“取之不尽，用之不褐”。

水圈是地球区别于其它行星的最重要特征之一，孕育了生命，在外动力地

质作用中起了重要的作用。水在地球上似乎很常见，但很幸运，因为月球、水星、

金星上都没有水；火星上的水不少于地球，但火星上的水几乎都是以冰的形式存

在的。

（三）生物圈

它是指地球表面有生物存在并感受生命活动影响的圈层，包括水圈及地表生

存的生物，甚至地下几百米〜一3KM,仍有微生物。生物的出现在水、气圈形

成之后（地球年龄46亿年，大量动物出现于7—8亿年前）。生物是外动力地

质作用中比较活跃的因素。一方面自身作为动力参与，另一方面间接改变环境0

a8含量，影响外动力地质作用。

生物圈具有相当的厚度。绿色植物的分布极限大约是海拔6200米左右，根

据资料，在33000米高空还发现有泡子及细菌。总的来说，生物圈包括大气圈的

下层，岩石圈的上层和整个水圈，最大厚度可达数万米。但生物圈的核心厚度约

为200米左右，因为在这个范围内具有适于生物生存的温度、水分和阳光等最好

的条件。

二、地球的内部圈层

该内部圈层指从地面往下直到地球中心的各个圈层，包括地壳、地幔和地

核。参P29图B地球内部地震波纵波P和横波S传播速度曲线。

对地球内部的了解只能是间接地通过借助某种手段来了解（目前最深的钻探

加坑道深度为14KM不到，相对于6371KM的地球半径来说微乎其微），这种手段

就是地震波，即振动或冲击形成的弹性波。

（a）地震波

1面波——物质界面上传播

2体波——介质体内传播（纵波P和横波S）

无论纵波还是横波的传播速度都与介质的物理性质有密切的关系。

——体变模量（物体在围压下体积能宿小的程度）。

——切变模量（物体在定向压力下形状改变的程度，液体为零）。

——物体（介质）密度。

液体中VSF=Q,无横波

同时，当地震波通过上、下两种物质的物性相差较大的界面时，能够发生

的类似光的传播时的反射和折射。

（b）圈层划分

人们在地表设立专门的地震波接收站，记录地震波的传播情况，并经复杂

的计算，得出地球内部一些物性差异较大的圈层界面。（对照讲解P28表5）。

名称圈层代号底界深度R密度物态

地壳A3326-^0

固态岩石

60

B

上250

地塑性软流

地

圈（低速

幔

幔C400a32-57带）

下

地D2898

幔

外E4640液态

地a13

过度F5155

(16)

核固态

内G6371

一级界面有：莫霍界面（地壳与地幔的分界），1909年南斯拉夫学者提出。

古登堡界面（地幔与地壳的分界），1914年美国学者提出

L莫霍面是地壳与地幔分界，厚度（深度）在大洋地区和大陆地区不同

大陆区陆壳厚20-70公里平均33km

大洋区洋壳厚5-10公厘平均7km

2康拉德界面一一仅存在于陆壳中（1925年发现），是地壳的次一级界

面，深约10km

界面之上，岩石平均密度267,花岗岩质，称硅铝层SirU

界面之下，岩石平均密度2S玄武岩质，称硅镁层SiT名

a陆壳与洋壳的区别

①厚度不同，陆壳33公理，洋壳7公理；

②陆壳的物质组成为上部硅铝层（花岗岩层），下部硅镁层（玄

武岩层）；

洋壳的物质组成只有硅镁层。

（一）地壳一一地质学研究的重点。它指地球莫霍面以上的固体硬壳，属于岩石

圈的上部。地壳主要由硅酸盐类岩石组成。

1•地壳的化学组成：

地壳中含有元素周期表中所列的绝大部分元素,而其中QSi、Al、F&C&

N&KMg等八种主要元素占9欧以上，其他元素共占1—%化学元素在地壳中

的平均含量称为克拉克值。

2地壳的厚度和结构

地壳是地球表面的一层薄壳,其厚度大致为地球半径的1/40。但各处厚度

不一，大陆部分平均厚度373而海洋部分平均厚度则只有7km

3.地壳的类型

地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳）。陆壳的特征是厚度

较大（30—70km）,具双层结构；洋壳的特征是厚度较小，最薄的地方不到5km,一般只有

单层结构，即玄武岩层，其表层为海洋沉积层所覆盖。

（二）地幔

指莫霍面以下到古登堡面以上的圈层。厚度为地壳底界到2900km物质密度

大约从a32g/erf递增到57g/oii,即在地幔下部接近于地球的平均密度。目前,

一般以1000km为界，把地幔分为上地幔和下地幔。

L上地幔

由于震波数值和在橄榄岩中实验所得的数值相似，所以也称橄榄岩层，又称

榴辉岩层。橄榄岩的成分和广泛分布的石陨石（又称球粒陨石）相似，和地壳相

比，SiQ成分减少，镁铁质成分增加。上地幔包括BC两层，其中B层又可分

成百和B,两层。位于莫霍面以下的百层，相当于固态的橄榄岩层，所以通常把

这一层加上地壳（即A+E）合称为岩石圈。

在深度60-400km范围内，震波速度明显下降，特别是在100-150km深度左右

下降更多，这一层称为古登堡低速层（相当百层）。所以如此，一般认为在这一

层可能有部分熔融，具有较大的塑性，因此又称为软流圈。软流圈的深度、厚度

和范围常因地而异，边界有起伏变化，有时呈渐变关系。软流圈的温度大约为

70160。C这里可能是岩浆的主要发源地，同时地壳运动、岩浆活动、火山活

动以及热对流等皆可能与此层有关。

2下地幔（D层）

这一层物质密度较大，一般在5g/si以上,在底界接近地球的平均密度，压

力很大.化学成分目前认为仍然相当于镁铁的硅酸盐矿物,与上地幔没有很大差

别.

由于纵波和横波都能在地幔通过，因此一般认为地幔呈固态存在.

仁）地核

位于深2900km古登堡面以下直到地心部分称为地核.由于震波速度在这一

部分发生了突然变化，即纵波速度从1332taiVs下降到8IkWs,横波则消失，表

明组成地核物质的化学成分和物理性质等有了很大的变化.

第3节地质作用及其能量来源

一、基本概念

地壳是地球的最外圈层，也是人类了解最多的部分，自形成以来其表面形态,

内部结构和物质成分无时无刻不在变化和发展，这些变化和发展有的速度快而强

烈，易为人们察觉，如地震，火山喷发等；有的却十分缓慢不易被发现，如山脉

的上升、海底扩张等。促使这些变化、发展的动力，都是自然动力。这些过程就

是地质作用。

地质作用一一由自然动力促使地壳（岩石圈）的物质组成，内部构造和地表形态

发生变化的作用。引起地质作用的自然动力称为地质营力。

自然动力（地质动力）根据其能量来源分为：

1•内动力地质作用（内营力）：主要是由地球内部的能（简称内能）引起的，主

要有地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能。

类型包括：岩浆作用、变质作用、地震作用、构造运动（地壳运动）

2外动力地质作用（外生动力、外营力）：是由地球以外的能简称外能）引起的，

主要有太阳辐射能、潮汐能、生物能等。

类型包括：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、成岩作用

各种（内、外）地质作用在促使地壳物质运动、变化的过程中，都包含着建

设性和破坏性两个方面，一方面不断形成新的物质成分（矿物、岩石）、地质构

造和地表形态。另一方面又不断地破坏原有的物质成分（矿物、岩石）、地质构

造和地表形态。

正是由于地质作用的破坏一一建设一一再破坏一一再建设不断反复，促使地

壳不断变化和发展。

地质学中涉及的问题无一不是与各种动力的地质作用有关，都是地质作用

的产物（矿物、岩石、构造、地表形态、地层、生物）

因此，研究和阐明各种地质作用的过程、规律是地质学的基本的内容。

二、地质作用的能量来源

L地内热能：它是地球内部放射性元素蜕变而产生的热能，是地球热能的主

据计算，地球内部每年产生的总热量大于每年经地表散失的总地热流量，这

部分剩余的地热能量，是导致火山活动、岩浆活动、地震、变质作用、地壳运动

的主要能源，根据岩石圈板块理论，地内热对流是板块运动驱动力的主要能源。

2重力能：由地心引力给予物体的位能.

3地球旋转能:地球自转对地球表层物质产生的离心力和离极力.

4太阳辐射能:太阳不断地向地球输送热能.太阳辐射热产生了一系列的外

营力,如风、流水、冰川、波浪等。

5潮汐能：地球在日、月引力作用下使海水产生潮汐现象。潮汐具有强大的

机辑能，是导致海洋地质作用的重要营力之一。

6生物能：由生命活动所产生的能量,无论是植物的生长、动物的活动以及人

类大规模的改造自然的活动，都会产生改变地球物质和面貌的作用。但归根结底,

任何生物能都来源于太阳辐射能。

三、地质作用的分类

内力地质作用分为岩浆作用、变质作用、地震作用、构造运动。

外力地质作用按照外营力的类型，分为河流的地质作用、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、风的地质作用和海洋的地质作用等；若

按其发生的序列则可分为风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。

岩浆作用

变质作用

C内动力地质作用

地震作用

I构造运动

地质作用风化作用

剥蚀作用

外动力地质作用搬运作用

沉积作用

成岩作用

四、有关地质作用的几点诠释

⑴内力地质作用主要在地下深处进行，但也常常波及地表；而外力地质作用

主要在地表或靠近地表进行，它使地表岩石组成不断发生变化，使地表形态不断

遭受破坏和改造，但它几乎均有重力能参与。

⑵各种地质作用是相互独立又相互依存的，是对立统一体。如内力作用形成

高山和盆地，而外力作用则把高山削低，把盆地填平。因此地质作用对地球既产

生破坏作用，同时也产生建造作用。

⑶在不同的时空条件下，地质作用进行的速度差别很大。有的地质作用进行

的十分迅速，如火山、地震、山崩、泥石流、洪水等，但有些地质作用则进行得

十分缓慢，往往不易为人们所察觉，但经过悠久岁月却可产生巨大的地质后果。

第3章矿物与岩石

第1节概述

地球的物质组成中，地壳由岩石组成，岩石由矿物组成，矿物由各种元素组成。

一、元素和同位素

元素——由原子组成（原子核、核外电子），目前已知108种（总数），其中

92种（自然界）。

同种原子可有不同原子量（中子数不同），即质子数相同，中子数不同的同

一种元素称为同位素，108种元素中，（108-21=87）87种均具有两种以上同位素

混合，同位素共300多种，其中几十种具有放射性，蜕变释放a、6、丫粒子。

放射性同位素，对人体杀伤力很强。

二、地壳中的元素与克拉克值

人们一直想了解地壳中元素的分布情况及各种元素所占的比例。美国科学家

克拉克根据采自全球地5119个样品分析结果计算出了：

克拉克值一地壳中元素平均质量的百分比（元素的丰度）。

04630Na263前十位999%

Si2&15K209前2位744%

Ala23Mg233前4位8831%

Fe563TIQ57

Ca415HQ15

三、矿物的定义

矿物一一是在各种地质作用下形成的具有相对固定化学成分和物理性

质的均质物体，是组成岩石的基本单位。简言之，天然产出的（自

然作用形成的）元素的单质或化合物。

令人造矿物不属地质学范畴，如人造金刚石、人造红宝石、人造

水晶等。

令具一定化学成分（每种矿物具有较稳定的化学成分）。

令绝大多数内部质点有序排列（晶体矿物）。

令绝大多数矿物是固态，极个别呈液态、气态，如H&

令自然界中已知矿物大约有3000多种，但最常见的只有五六

十种，至于构成岩石主要成分的矿物只不过二三十种。

令组成陨石、月球岩石和其他天体的矿物，叫做陨石矿物或宇宙

矿物。

第2节矿物

一、矿物的内部结构和晶体形态

（一）晶质体与非晶质体

绝大部分矿物都是晶质体。

L晶质体一一内部质点（原子、离子）在三维空间周期性重复排列（即有

序排列）的固体。非晶体一一内部质点排列无序。

2.晶体矿物一一组成矿物的质点在三维空间周期性重复排列的矿物。

或具有晶体结构的矿物。

3.晶体的格子构造一一有序排列的质点按规律将几何点连成的三维空

间格子。

平行六面体一一格子构造最小的单元。

U）晶形晶体外部形态。

理解了格子构造和平行方面体，晶体矿物实际上是最不的平等六面

体，在三维空间无间隙地重复堆切而成的。当矿物晶体停止堆砌时，保留的

外部形态是一个与内部结构有关的几何多面体（晶形）。对每种矿物来说，

如果晶体充分自由发展，外形较固定，如：食盐的立方体、方解石的菱体、

磁铁矿的八面体、石英的六方柱和六方双锥。

只有晶体矿物生长的环境良好，有充分的时间，空间才有完好的晶形，

并非所有晶体矿物都能以规则的晶形产出。

矿物的同质多象与类质同象

同质多象一一相同化成分的物质在不同的地质条件（RD下，可以形成不

同的晶体结构，从而成为不同的矿物。如石墨、金刚石、化学成分

都是C其物理性质可以完全不同；石英Si。有柯石英、斯石英

等。

类质同象一一矿物晶体结构中的某种原子或离子可以部分地被性质相

似的它种原子或离子替代而不改变晶体结构。其物理性质差异一般不大。

如：橄榄石（MgFe）2504］中NfeFe为类质同象的替代。

实验课：矿物的形态、矿物的物理性质

实验课：常见矿物的肉眼鉴定

第布岩浆岩（火成岩）

一、有关的几个基本概念

I•岩浆——上地幔或地壳深处，天然产出的成分以硅酸盐为主的高温炙热的、

富含挥发份的熔融物质。

化学成分：siC＞2为主，ALO3,MgQFedFeACaQNa2Q

KQHQ……

依Sio?多少分：

超基性＜4%基性45-^2%中性5A6%酸性＞6%

富含挥发份：H2QCO?、NH3、H2S

物理性质：T高（650。—1400C）P大（几千大气压）粘稠流体

基性一一T高、P小、稀

酸性----T小、P大、稠

2岩浆作用一一岩浆形成、运移、冷凝的全部过程。

喷出作用

侵入作用（浅成侵入作用

I深成侵入作用

3岩浆岩——

熔融岩浆冷凝后形成的岩石］喷出岩

L侵入岩

二、喷出作用

（-）岩浆活动与火山构造

L喷出活动（火山活动、火山爆发）一一岩浆形成，向上运移并喷出地表,

在地表冷凝的全部过程。

火山喷发是一种极为壮观而又令人生畏的自然现象，但由于喷发前征擦兆

明显，有一定的地形标志，一般不会给人类生命带来大危害。现代火山活动，内

陆不多，常见一些岛国、沿海地区。

根据火山活动情况分：

活火山activevolcano---现代仍在活动或周期性活动。

美（圣海伦斯）意（维苏威、埃特纳）

休眠火山dormantvolcano---人类史后喷发过，但长期以来静止。

（五大莲池）

死火山extinctvolcano---人类史前喷发过，史后从未喷发的火山。

（江宁方山）

2火山喷发类型

裂隙式喷发一一岩浆沉地表狭长的裂隙溢出。

地史早期多。通常地球形成初期，地壳薄，此方式较多。

现代洋脊附近，冰岛是洋脊在陆地上延伸通过的地方，有较多

的裂隙式喷发。

中心式喷发一一岩浆沿火山通道上移从火山口喷出。

a爆烈式：突然喷发（酸性粘度大易发生）喷发开始时，火山突然爆

炸，大量的气体、围岩、岩浆一齐喷出，危害大。1902年西印度

群岛的培雷火山喷发，高4000米，山角下圣佩尔城倾刻间被摧毁,

死亡达40000Ac

h宁静式（夏威夷式）：基性岩浆容易发生。

C递进式：猛烈一一宁静

3火山构造

火山锥：熔岩锥、集块锥、复合锥

火山口、火山通道及火山颈

仁）火山喷出物及喷出岩

喷出物：气体、液体、固体

1气体：在岩浆向上运移的过程中，遭受到上伏岩层的压力越来越

小，这时，在深处高压下，溶于岩浆的挥发份，首先成为气体并沿岩层

的孔隙、裂隙、逸出地表，且量浓度越来越大。成分主要为HA6%8、

HSSQ、KHo

喷发前，大量气体；喷发中，仍有大量气体随岩浆喷出；喷发后期，

当岩浆停止喷发后，气体仍徐徐逸出。

2.固体（火山碎屑）

「1.先冷凝或半冷凝在火山通过的物质

来源<2.岩浆液滴，喷到空中，在空中冷凝后落下

I3.围岩

火山弹>5Qmm'

砾2—5Qmn

灰>2im（凝灰岩）>火山碎屑岩

火山渣大小不一、多孔、渣状

3液体（熔岩）

火山喷发的主体。喷出地表后失去一些挥发份的岩浆称熔浆，熔浆

冷凝后成岩称为熔岩。熔岩是熔浆流动过程中冷凝的，具各种形态（熔岩被、

舌状熔岩流，绳索状溶岩，枕状熔岩，熔岩瀑布，均反映出流动痕迹。

地表熔岩可组成大面积高原，如印度的德高原，由玄武岩组成，厚3000米,

面积100平方公里。

喷出岩（火山岩）

----由火山喷出物形成的岩石。

凝灰岩

火山碎屑岩

火山角砾岩

熔岩

次火山岩一岩浆在火山通道内冷凝而成岩石

（三）世界火山分布现代世界上活火山500多座，主要分布:

「环太平洋火山带一一中、酸性

板块边界上/地中海一印尼火山带一一基、酸性

I洋脊火山带一一基性

我国台湾处于环太平洋带上，有火山十六座一一活火山；

黑龙江德都五大莲池，二百多年前仍有喷发一一休眠火山；

南京江宁方山、六合桂子山（燕山期火山）死火山。

三、侵入作用及侵入岩

（-）侵入作用一一岩浆由地下深处向上运移，未达到地表而在地下占

居一定空间并冷凝成岩的全部过程。

侵围入岩体一--被-侵岩入浆后侵冷入凝的岩岩浆层。」［口八后有珈构、生坦、彳乙-动七使/击侵后入入体显暴加略工于4地4,主表

侵入部位不同（《鬻：：对

L浅成侵入O-3km

（二）侵入体产状：

描述侵入体在地下的空间位置，按形态、大小、与围岩的关系等

划分成：

1.岩墙（岩脉）：狭长板状侵入体。

切割围岩层理，规模可大可小，是岩浆沿围岩裂隙挤入冷凝成

岩，可根据切割地层判断形成的大致时代。

2.岩床：板状侵入体。

延展方向与围岩层理平行，顺层侵入，岩浆沿围岩的层间裂隙

挤入冷凝成岩，常为基性岩浆。煤层中常见有岩床侵入。

3.岩盆与岩盖：侵入体似盆状，中凹边凸延展方向与水平层理一致

围岩为水平层理-----岩盆

侵入体似盖状、蘑菇状、中凸边凹-----岩盖。

常见中、酸性岩浆岩。

4,岩基与岩株：

（三）岩浆的演化

从岩浆侵入活动开始，即形成向上运移，直到最后冷凝成岩结束，是一

系列物理、化学性质的演化过程。在这个过程中，一方面岩浆挤入围岩向上

运移，同时将热量传给围岩，本身温度降低，引起矿物的结晶。

a同化及混染作用

同化作用-----岩浆侵入过程中，以本身的高温，熔化了围岩，将围岩改造

成岩浆的一部分。故围岩被同化了。

同化作用在岩浆侵入中普遍存在，同化作用的强弱与侵入体的规模有关，与

岩浆温度有关，同时与围岩性质有关。

侵入体规模大}同化作用强

岩浆温度高

}同化作用强

围岩熔点低

围岩裂隙发育

侵入体与围岩接触，接触带附近常见有捕虏体，

捕虏体一一尚未完全同化的围岩。

混染作用------由于围岩熔入岩浆中，使岩浆成分发生了改变。故岩浆被

混染了。因此侵入不同岩性的岩层使得岩浆成分发生不同的改变。

同化与混染作用是同一事物的两个方面，出现是相伴相随的，发生同化作用

的同时也就发生了混染作用。

h结晶分异作用

结晶分异作用一一高温熔融的岩浆成分非常复杂，含有多种矿物成分，在其

温度降低、冷凝的过程中，按矿物熔点高低、比重大小、先后

结晶析出不同的矿物

当岩浆冷凝的速度缓慢，也就是说温度逐渐降低，结晶分异作用最彻底（矿

物结晶程度好）。

通常，是一些熔点高、比重大的矿物首先结晶，随着岩浆冷却到适当温度的

时候，又有相应的矿物折出。

美国岩石学家N.L.Bowen用实验证实了上述的结晶分过程实验表明：在

万分复杂的玄武岩浆温度逐渐降低的过程中，不同阶段结晶出的矿物分别是这样

的：

图略

由于鲍温本人证实了这个反应系列，因此他认为，虽然岩浆岩可

根据成分不同分为四大类，但原始岩浆只有一种，玄武岩浆，各种不同的

岩浆岩是同一种岩浆结晶分异中不同阶段形成的。例如：超基性、基性、

中性。但目前认为，结晶分异作用是存在的，玄武岩浆可以结晶分异出

不同类岩浆碉，但并不是所有中性，酸性岩浆岩都是以这种方式形成的。

原始的岩浆应有四大种超基、中、酸，相应的岩浆可形成成分相应的岩浆岩。

四、岩浆的起源略讲）

岩浆是熔融的液体（火山喷发）。岩浆是地下深处的向上运移的。源于深处,

那么是不是说地下深处就存在一个范围很大的甚至于环绕整个地球的液体的岩

浆层呢？回答是否定的。

我们知道，岩浆冷凝能形成岩浆岩，显然岩浆岩熔化后就是岩浆，实事上，

岩浆就是地壳深处及上地幔顶部岩石熔化后形成的。下面我们先看看岩石熔

融需要哪些条件：

温度高（地表