4 第一章 岩石解析Word文档格式.docx

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地球周围受重力影响的空间称重力场。

地表上某一点的重力场强度就相当于该点的重力加速度。

地表的重力加速度以赤道最小（9.78m/s2），两极最大（9.83m/s2），平均为9.8m/s2。

2.密度

地球的平均密度为5.517g/cm3，根据实际测定的固体地球表面岩石的平均密度为2.72.9g/cm3，而覆盖地球表面3/4的水的密度近似为1g/cm3，地球内部物质应具有比地表更大的密度。

根据推算，地心物质平均最大密度值可达13g/cm3。

地球稳定自传的事实也表明，地球的密度随深度的增加而增大。

3.压力

地球内部的压力主要来自于上覆物质的重力所产生的静压力。

地球内部压力随着深度的增加而递增。

一般认为，深度每增加4.4m，压力增加0.1MPa。

地下lOkm处压力约为300MPa；

40km处为1000MPa，岩石在此压强下将要发生软化。

4.温度

地球温度主要来源于太阳的辐射热能、放射性元素蜕变产生的热能、重力能和旋转能。

地球温度可以分为三层，自上而下分别为变温层、常温层和增温层，变化规律为随着深度的增加而递增。

变温带是固体地球表层大陆上的温度层，温度主要来源于太阳的辐射热能，它随纬度高低、海陆分布、季节、昼夜、植被等的变化而不同，该层平均深度为15m左右。

常温层位于变温带的下面，温度常年保持不变。

增温层位于常温层以下，其热能主要来自于放射性元素蜕变产生的热能，其次是重力能、旋转能等转化产生的热量。

通常把每向下加深lOOm所升高的温度称为地热增温率（地热梯度），一般为0.95℃。

根据实测和推算，在地下lOOkm深处的温度大约1300C左右。

地球内部较高的温度产生的地热能，为人类的能源开发利用提供了新的供体。

5.磁性

地球是一个磁化的球体，类似一个巨大的磁铁，在它的周围空间存在着磁场，称为地磁场。

地磁场的南北两极与地理南北两极并不重合，地磁子午线与地理子午线的夹角为磁偏角。

指南针正是依据地磁场的特点为人们指示方向的。

二、地球的内部圈层构造

目前根据对地震资料的研究，发现地球内部地震波的传播速度在两个深度上作显著跳跃式的变化，反映出地球内部物质以这两个深度作为分界面，上下有显著的不同。

上分界面称为“莫霍面”，它位于地表以下平均33km处；

下分界面称“古登堡面”，位于地表以下2900km处。

根据这两个分界面，目前把地球内部圈层构造分为地壳、地幔和地核三个层圈（如图1-1）。

图1-1地球的圈层构造

1.地壳（033km）

地壳指地球外表的一层薄壳，平均厚度为33km，主要由固体岩石组成。

根据岩石的物质组成，地壳可分硅铝层和硅镁层两层，构成硅铝层的岩石相当于花岗岩类，又称花岗岩质层；

构成硅镁层的岩石相当于玄武岩类，又称玄武岩质层。

按分布状态不同又可分为大陆地壳和大洋地壳。

大陆地壳厚度大且呈双层结构，上层为花岗岩质层，一般厚1520km，下层为玄武岩质层，厚度为1520km；

大洋地壳厚度小，呈单层结构，以玄武岩质层为主，大洋地壳厚度较薄，平均仅5-6km，缺乏硅铝层，硅镁层直接出露于洋底。

组成地壳的化学元素有百余种，但各元素的含量极不均匀，其中最主要的是下列几种，它们占地壳总质量的99.96％。

具体组成如下：

氧（O）：

46.95；

硅（Si）：

27.88；

铝（A1）：

8.13；

铁（Fe）：

5.17；

钙（Ca）：

3.65；

钠（Na）：

2.78；

钾（K）：

2.58；

镁（Mg）：

2.06；

钛（Ti）：

0.62；

氢（H）：

0.14。

元素在一定地质条件下形成矿物，矿物的自然集合体则是岩石。

组成地壳的岩石按成因可分为岩浆（火成）岩、沉积岩、变质岩。

2.地幔（332900km）

地幔是地球的莫霍面以下、古登堡面以上部分，其体积约占地球总体积的83％，质量占68.1％，是地球的主体部分，主要由固态物质组成，也称为中间层。

主要由铬、铁、镁及硅酸盐等物质组成，密度接近地球的平均密度，约为5.52g/cm3。

通过对地幔中地震波传播特征的研究发现，以984km处为界可分为上地幔和下地幔两个次级圈层，在上地幔的40250km处存在“低速带”。

一般认为低速带是由于该带内温度增高至接近岩石的熔点，且低速带距地表很近，很可能是岩浆的发源地。

鉴于低速带的塑性较大，它为上部固态岩石的活动创造了有利的条件，故在构造地质学中称其为软流圈，而将软流圈以上的上地幔和地壳合称为岩石圈。

3.地核（2900km6371km）

地幔下界至地心部分称为地核，它占地球总体积的16％，占总质量的31.5％，主要由铁、镍等金属组成，其比重大、密度高，构成了地球的核心。

根据科学推测，在地心处压力高达360万个大气压，温度可达40006000℃，平均密度超过10g/cm3。

在这里由于温度高、压力大，物质的熔点高，所以地核处于一个特殊的物质状态。

目前人们对地核的研究仍然很肤浅，处于初步的探索阶段。

第二节地质作用

地壳自形成以来，一直处在不停的运动和变化之中。

一些变化速度快，易为人们感觉到，如地震和火山喷发等；

另一些变化则进行得很慢，不易被人们发现，如地壳的缓慢上升、下降等。

虽然这些活动缓慢，但经过漫长的地质年代，可导致地球面貌的巨大变化。

在地质历史发展的过程中，促使地壳物质组成、构造和地表形态不断变化的作用统称为地质作用。

按其能量来源的不同，地质作用可分为两种类型：

内动力地质作用和外动力地质作用。

一、内动力地质作用

内动力地质作用是由地球的转动能、重力能和放射性元素蜕变产生的热能等所引起的。

内动力地质作用有如下几种表现方式：

1.地壳运动

由内部能源引起地壳结构和面貌发生改变或相对位移的运动，按地壳运动的方向可分水平运动和升降运动。

（1）水平运动：

指地壳或岩石圈块体沿水平方向移动，使岩层产生褶皱、断裂，形成裂谷、盆地及褶皱山系，如我国的喜马拉雅山、天山等。

（2）垂直运动：

指相邻块体或同一块体的不同部分作差异性上升或下降，使某些地区上升形成山岳、高原，另一些地区下降，形成湖、海、盆地，所谓“沧海桑田”即是古人对地壳垂直运动的直观表述。

喜马拉雅山上大量新生代早期的海洋生物化石的存在，反映了五六千万年前，这里曾是汪洋大海，由此可见垂直运动幅度之大。

同一地区构造运动的方向随着时间推移而不断变化，某一时期以水平运动为主，另一时期则以垂直运动为主，且水平运动的方向和垂直运动的方向也会发生更替。

地壳运动不断地改变地壳的原始状态，当地壳受到挤压、拉张、扭转等应力时，便形成各种各样的构造形态。

在内力地质作用中地壳运动是诱发地震作用，影响岩浆作用和变质作用的重要条件，也影响外动力地质作用的强度和变化。

因此，地壳运动在地质作用的总概念中是带有全球性的主导因素。

2.岩浆作用

岩浆，通常是指40100km深处、呈高温粘稠状、富含挥发组分、成分复杂的硅酸盐熔融体。

岩浆在高温高压下常处于相对平衡状态，但当地壳运动使地壳出现破裂带，或其上覆岩层受外力地质作用发生物质转移时，造成局部压力降低，打破了岩浆的平衡环境，岩浆就会向低压方向运动，这种现象称为岩浆活动。

当其侵入地壳上部或喷出地表冷凝而成的岩石称岩浆岩。

岩浆活动还使围岩发生变质现象，同时引起地形改变。

3.变质作用

变质作用是由于地壳运动、岩浆作用等引起地壳物理和化学条件发生变化，促使岩石在固体状态下改变其成分、结构和构造的作用。

变质作用形成各种不同的变质岩。

4.地震

地震是地壳快速振动的现象，地壳运动和岩浆作用都能引起地震。

二、外动力地质作用

外动力地质作用是由来自地球外部能源所引起的地质作用，主要有太阳辐射能、天体引力能及其它行星、恒星对地球的辐射等。

其具体表现方式有风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩作用。

（一）风化作用

由于太阳辐射、大气、水和生物等的作用，地壳表层的岩石发生崩解、破碎以至逐渐分解的变化称为风化作用。

风化作用是外力作用中较为普遍的一种，在大陆的各种地理环境中都有风化作用在进行，其作用于地表最显著，随着深度的增加，其影响就逐渐减弱以至消失。

风化作用使岩石逐渐破裂，转变为碎石、土粒。

风化作用使坚硬致密的岩石松散破坏，改变了岩石原有的矿物组成和化学成分，使岩石的强度和稳定性大为降低，对工程建筑条件起着不良的影响。

此外，像滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象，大部分都是在风化作用的基础上逐渐形成和发展起来的。

所以了解风化作用，认识风化现象，分析岩石的风化程度，对评价工程建筑条件是十分必要的。

风化作用按其占优势的力及岩石变化性质的不同，可分为物理风化、化学风化及生物风化三个密切联系的类型。

1.物理风化作用

在地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地发生机械破碎而不改变其化学成分的过程叫物理风化作用。

引起物理风化作用的主要因素是岩石释重和温度的变化。

此外，岩石裂隙中水的冻结与融化、盐类的结晶与潮解等，也能促使岩石发生物理风化作用。

其作用方式可归纳为三种。

（1）剥离

温度变化是引起物理风化作用的最主要因素，由于温度的变化产生温差，温差可促使岩石膨胀和收缩交替地进行，从而引起岩石破裂。

我们知道，岩石是热的不良导体，导热性差，白昼当它受太阳照射时，表层首先受热发生膨胀，而内部还未受热，仍然保持着原来的体积，这样，必然会在岩石的表层引起壳状脱离。

在夜间，外层首先冷却收缩，而内部余热未散，仍保持着受热状态时的体积，这样表层便会发生径向开裂，形成裂缝。

由于温度变化所引起的这种表里不协调的膨胀和收缩作用，昼夜不停地长期进行，就会削弱岩石表层和内部之间的联结，使之松动，在重力或其它外力作用下产生表层剥落。

这样，岩石便可产生纵横交错的裂缝，有的裂缝平行岩石表面，形成层状剥离现象，有的裂缝垂直于岩石表面。

久而久之，岩石裂缝可逐渐加大加深，由表及里地不断崩解、破碎成大大小小的碎块。

温差风化的强度主要决定于温度变化的速度和幅度，特别是昼夜温度变化的幅度越大，温差风化则越强烈。

此外，温差风化的强弱还决定于岩石的性质，如矿物成分与岩石结构等。

（2）冰劈

充填在岩石裂隙中的水分结冰使岩石破坏的作用，称为冰冻风化。

这是温度变化间接地使岩石破碎的现象。

地表岩石的裂隙中，常有水分充填，当温度下降到0℃时会冻结成冰。

水结成冰时，体积可比原来增大10％左右。

由于体积的增大，对岩石的裂隙可产生很大的压力，使岩石裂隙加宽、加深，故称冰劈作用。

当气温回升至0℃以上，冰体融化，水沿扩大的裂缝更深地渗入岩石内部，同时水可填满裂缝使水量增加。

若气温在0℃上下波动时，充填在岩石裂隙中的水分时而冻结，时而融化，岩石在这样反复地作用下，裂隙可不断扩大、加深，从而使岩石崩裂成碎块。

（3）晶胀

岩石空隙中的水，往往溶解有大量的盐分。

当水分蒸发，水溶液中的盐分浓度增大至过饱和时，盐分将再结晶。

盐分结晶，体积随之膨胀，于是对周围岩石产生压力，并使空隙加大，导致岩石崩解。

2.化学风化作用

在地表或接近地表条件下，受大气和水溶液的影响，岩石、矿物