《地质学基础》电子教案.doc

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绪论

0.1本章导学

自然科学的基础学科分为数学、物理学、化学、天文学、地学和生物学六大门类。

地质学是地学（地球科学）的重要组成部分。

地质学是研究地球的科学，主要研究地球的物质组成、构造运动、发展历史和演化规律，且在指导人们寻找矿产资源、能源、水资源及和自然灾害作斗争并维护人类生存发展的实践中具有重要意义。

学习本章知识，要明确地质学的研究对象、研究内容和研究任务，掌握地质学的特点和由其特点决定的研究方法，了解地质学的发展与基本现状。

0.2要点讲解

地质学是关于固体地球组成、结构及地球演化历史的知识体系。

现代地质学不仅要阐明固体地球的组成物质、控制物质转换的机制以及由这些物质记录的地球演化历史，而且要揭示改变固体地球外层的营力和改造地球表层的过程，并运用地质学知识探明可供利用的物质以及理解地质过程与人类活动相互作用的机理。

0.2.1地质学研究的对象、内容和分科

1.地质学研究的对象：

主要对象是岩石圈。

2.地质学研究的内容

研究岩石圈的物质组成（如元素、矿物、岩石和矿产的特征、形成条件和分布规律）；研究局部地区、大陆以至整个岩石圈的发展和演化史；研究区域地质构造、岩石圈的结构和运动规律等。

3.地质学的分科

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，并为人类的生存发展提供必要的地质依据，主要是资源与环境条件的评价，按照研究的内容和性质，地质学可划分为许多独立的分科（如表1-1）。

0.2.2地质科学的研究意义

1.与人类生活生产有密切关系（矿产：

石油、煤、金属、肥料、建材等）；

2.灾害预防与治理（地震、火山喷发、泥石流、滑坡、塌方等）；

3.环境污染与防治；

4.地下水利用及保护；

5.工程建设（铁路、桥梁、工厂、水利设施等）；

6.探索地球（甚至宇宙）产生、发展、演化以及生命的起源、发展演化等一些基本科学问题（例如资源与环境、资源与人口增长等）。

0.2.3.学习地质学应注意的几个问题

（一）地质学的研究对象有以下几个基本特点:

表1-1地质学分科见表

研究内容和性质

主要分科

地球的物质组成、分类、成因及转化规律

地球化学结晶学矿物学岩石学

地壳运动、地质作用、地质构造及成因

动力地质学构造地质学地震地质学大地构造学

地壳的发展历史、生物及古地理演化规律

地质年代学古生物学地层学地史学（历史地质学）第四纪地质学区域地质学古地理学古气候学

地质学的应用

资源方面

矿床学矿床地质学矿产地质学矿山地质学找矿勘探地质学水文地质学旅游地质学

能源方面

煤田地质学石油地质学天然气地质学放射性矿产地质学地热学非常规能源学

环境、人类生活和灾害防护

工程地质学环境地质学灾害地质学

边缘学科、综合学科及新兴学科

数学地质学地球物理学地球化学地质力学天文地质学行星地质学海洋地质学板块构造学实验岩石学遥感地质学深部地质学同位素地质学

注：

表1-1引自宋春青《地质学基础》2005年11月第四版。

1.整体规模宏大（岩石圈的表面积超过5×108km2,平均厚度约100km）；

2.发展过程漫长（地球自形成以来的演化历史约有4600Ma）；

3.作用因素复杂；

4.区域差异明显。

（二）学习地质学应注意的几个问题:

1.建立认识地质事件的时空观念；

2.掌握辩证的思维方法；

3.运用现实类比和历史比较分析的原则；

“将今论古”的原则，从研究眼前正在进行的地质过程入手，总结其规律，再去推断地质历史时期同类事物的发展和结果。

“将今论古”的原则的基本观点是地球上现在进行的地质作用和方式，和地史时期是一样的，所不同的是只是量的差别。

“将今论古”的原理忽略了地球发展的阶段性和不可逆性，以及地球发展的不同阶段中自然条件的特殊性。

所以研究地球的历史，必须根据具体情况，用历史的、辩证的、综合的思想作指导，而不是简单地、机械地将今论古，才能得出正确的结论。

这种方法就是历史比较法或现实类比法。

4.实践出真知。

0.2.4地质学与其他相关学科的关系

对于与地质学有关各学科来说，例如地球物理勘探、岩土工程、油藏工程等，地质学是它们的研究基础和前提。

无论石油工作者，还是工程学家，都必须具备扎实地质学知识，学会地质思维，掌握地质学方法，才能保证工作顺利进行，保证成果的准确性和可靠性。

各相关学科的研究成果，既丰富地质学内容，又推动地质学发展。

因此，学好基础地质学知识是构筑各相关专业知识大厦的基石，是将来做好本专业工作的保证。

0.3重要术语

地质学“将今论古”现实类比和历史分析原则

第1章地球概况

1.1本章导学

地质学的研究对象是地球，要了解它的外部特征、内部状况和固体地球的相关性质。

本章将会讨论固体地球的形状、大小、质量、密度、压力、磁性等特征以及地球的圈层结构，要求重点掌握地球的圈层结构划分。

1.2要点讲解

1.2.1地球的形状和大小

一．地球极近似旋转椭球体（自转所致，表明地球具有弹性）

二．地球不是严格的旋转椭球体（内部物质分布不均匀）

三．地球形状的主要参数

赤道半径a6378.140km

两极半径c6356.755km

平均半径R6371.004km

扁率（a-c）/a1/298.253

表面积510064472km2

体积10832×108km3

1.2.2地球的外部圈层结构

一．大气圈

大气圈是由包围着固体地球的大气层构成，总质量约5.136×1015t，3/4集中到地面以上10km范围内。

主要物质成分以氮（75.5%）和氧（23.1%）为主，其次有氩（1.28%），二氧化碳（0.05%）。

根据大气温度、密度等物理特征，一般把大气圈自下而上分为对流层、平流层、中层、电离层和扩散层。

二．水圈

地球表面四分之三以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽、河流中的水体覆盖。

地面以下的土壤和岩石缝隙中也充填有大量的地下水，它们共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈。

水圈中的水，主要在太阳热能和重力的作用下不停地运动着。

三．生物圈

生物圈是生物及其生命活动的地带所构成的连续圈层。

地球上最早的生命物质出现在3500Ma。

在南非距今3200Ma的层状岩石中发现了原核生物化石。

自1000Ma以来，地球上的植物和动物蓬勃发展。

2.2.3固体地球的主要物理性质

一．地球的质量和密度

根据牛顿万有引力定律计算出地球的质量为5.9472×1024kg，地球的平均密度为5.516g/cm3。

（砂、页、灰岩平均密度为2.6g/cm3,花岗岩密度为2.67g/cm3,玄武岩密度为2.85g/cm3，因而推论，地球内部大部分物质密度应大于平均密度。

）地球的密度随深度增加而增大且为不均匀增大。

二．地球的重力

地球上某处的重力是该处所受地心引力与地球自转离心力（垂直地面分力）的合力。

地球表面的重力随纬度值的增大而增大（赤道g=978.0318cm/s2，两极g=983.2177g/s2，g随海拔高度的增高而减小，每升高1km，g减少31cm/s2）。

由于地面起伏和地球物质密度不均匀以及结构差异等原因使实测重力值与理论值不符，这种现象称为重力异常（正、负异常）。

三．地球的压力

地球内部某处的压力是指由上覆地球物质的重量所产生的静压力。

静压力的大小与所处的深度、上覆物质的平均密度及重力加速度成正相关。

四．地球的磁性

固体地球是一个磁化的球体，其磁力线特征类似于偶极场的特征。

地磁轴与地球自转轴并不重合，二者约成11.5°的交角。

地磁极的位置不固定，是逐年变化的。

磁场特征要素：

磁场强度（F）、磁偏角（D）、磁倾角（I）。

地磁异常是叠加在地球基本磁场之上，由地壳内的岩石矿物及地质体的磁性差异引起的磁场。

五．地球内部的温度

自地面向地下深处，地热增温现象是不均匀的。

按温度状况可分为三层：

1．变温层（外热层）地温主要受太阳光辐射热的影响，温度随季节、昼夜的变化而变化，故称变温层。

2．常温层地温与当地年平均温度大致相当，且常年保持不变，其深度大致为20-40m。

（一般中纬度较深，两极和赤道较浅；内陆较深，滨海区较浅。

）

3．增温层常温层之下，地温随深度增大而逐渐增加。

深度每增加100m所升高的温度，称地温梯度。

（地温梯度各地有差异）

六．地球的弹性和塑性：

地震波的传播；岩层的褶皱变形等。

1.2.4地球的内部圈层结构

一．地球内部圈层划分的依据

1．地震波的特点

地震波是弹性波，分为体波、面波和自由振动等类型。

体波有纵波（PWave）和横波（SWave）之分。

纵波可在固态、液态和气态的介质中传播，横波只能在固态介质中传播。

地震波速的大小与介质的密度和弹性有关。

2．地球内部圈层划分的依据

（1）宇宙物质依据宇宙物质具有内在的统一性，宇宙天体（尤其是太阳系内天体）的物质成分可作为推断地球内部物质成分的参考依据（例如陨石）；

（2）地质学依据由于岩浆岩来自地壳和地幔的不同深度，因此，研究岩浆的物质成分和形成条件可以帮助我们来认识地球深部的物质状态及环境。

例如，超基性岩常来自地球内部较深地方，特别是含金刚石的金伯利岩，一般代表了1100-2200℃、5万个大气压的形成环境（对应金刚石的形成条件），相当于该岩浆形成在地下150km的深度。

（3）地球物理依据通过地震波在地球内部传播的变化来推断地球内部结构和组成物质。

因为地震波中的纵波可以在固态、液态和气态的介质中传播，而横波仅能在固态介质中传播。

当地震发生后，通过地球表层不同位置的地震台站来接收不同性质的地震波（主要是纵波和横波）。

经过复杂计算后，就可以得出地下不同深度的波速，再分析相关的物质状态（图1.1）。

图1.1地球内部圈层与地震波传播特征

二．地球内部圈层的特征

（一）地壳

莫霍面（大陆33km、洋底5-8km）莫霍面是地震波速显著不连续面（南斯拉夫地震学家莫霍诺维奇于1909年发现）。

莫霍面以上的由固体岩石组成的地球最外部圈层称为地壳。

地壳平均厚度约18km，平均密度2.8g/cm3，质量约2.35×1022kg。

地壳厚度变化大，大陆区20-80km，平均33km。

又分为上地壳和下地壳（以康拉德面为界，深约15km）。

上地壳（厚约15km）平均密度约2.7g/cm3，由沉积岩、变质岩和岩浆岩组成，一般称硅铝层或花岗质岩壳；下地壳（厚约18km）平均密度约2.9g/cm3，一般称硅镁层或玄武质岩壳。

大洋区平均7km，且较为均匀，普遍堆积有0.5km厚的沉积层，再下便是5-8km的硅镁层（密度2.9g/cm3）。

（二）地幔

古登堡面（2891km）（美国地震学家古登堡于1912年发现）S波终止，P波急剧减低。

莫霍面以下至古登堡面的圈层称为地幔。

地幔的厚度约2870km，物质密度由顶层的3.31g/cm3增至5.55g/cm3,平均约4.5g/cm3,质量约4.03×1024kg。

根据地幔上部与下部物质成分和温度、压力的差异性，和670km深处的地震波速显著间断面分为上、下地幔。

1．上地幔

盖层深度为20-80km，密度3.37g/cm3,物质成分