第二章地壳平顶山学院.docx

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第二章地壳平顶山学院

第二章地壳

第一节地壳的组成物质

教学目的：

了解地壳组成物质，矿物的基本性质并运用其肉眼鉴定重要矿物

教学方法：

讲课与标本讲解，室内实习结合

教学手段：

岩矿标本，偏光显微镜

一、地壳化学成分

在108种已知化学元素中，自然界存在92种，并有300余种同位素。

1924年，F，W．克拉克与华盛顿依据来自世界各地的5159个岩石样品首次测定了16km厚度内地壳中的63种化学元素的平均重量百分比即元素的丰度，所获数值后来被命名为克拉克值（表2—1）。

其后半个世纪中，一些学者重新测定后对克拉克值进行了修正，但除碳的排序后移外，其余主要元素丰度并没有大的变化。

克拉克值表明氧与硅两元素共占地壳总重量的74％左右，铝、铁、钙、钠、钾、镁6元素共占24％上下，即八大元素的丰度共占98％，其他所有元素不超过2％，许多元素的丰度仅在n·10+，n‘10”，甚至n·10”‘以下，例如金和铂均在n·10—9量级，银则在n·10—8量级。

高丰度元素的地球化学行为对地壳的矿物组成将发生积极影响。

 地壳中主要元素的克拉克值

二、矿物

（一）矿物是单个元素或若干元素在一定地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物，是构成岩石的基本单元。

自然界中单质矿物为数极少，而化合物构成的矿物则占绝大多数。

大部分矿物为晶质固体，亦有少数呈液态和气态，如自然汞、石油与天然气。

（二）矿物的形态:

有一向的柱状或针状，两向延伸的板状和片状，三向等长的立方体、八面体等；集合体形态有纤维状和毛发状；鳞片状；粒状和块状。

坚实集合体称为致密块状，疏松的则称土状。

放射状、簇状、鲕状和豆状、钟乳状、葡萄状、肾状和结核状等，都是特殊形态的集合体。

（三）矿物光学性质:

包括透明度、光泽、颜色及条痕。

透明度分透明与不透明两类。

光泽分金属光泽、半金属光泽与非金属光泽三类，后者又分金刚光泽、玻璃光泽、油脂光泽与松脂光泽、丝绢光泽、珍珠光泽、土状光泽等。

颜色由矿物化学成分与内部结构决定，如黄铜矿、孔雀石、辉钼矿分别呈铜黄、翠缘和铅灰色。

条痕是锐器割划矿物后其粉末的颜色。

（四）矿物的力学性质

包括硬度、解理、断口、弹性等。

矿物的硬度通常采用摩氏硬度计确定，分十级测定其相对硬度，而以滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉与金刚石分别作为硬度1-10的代表矿物。

解理是指矿物受外力作用沿一定结晶方向分裂为解理面的能力。

分极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理和极不完全解理五级。

断口是矿物受打击后形成的断裂面，主要有贝壳状、参差状、锯齿状、平坦状四类。

此外，一些矿物如云母薄片和石棉纤维具弹性，绿泥石与滑石具有弯曲后恢复原状的挠性，自然铜、金、银等具有金属键的矿物还具有延展性，可被锤击成薄片或拉长成细丝。

（五）主要造岩矿物与常见矿物

在已知的3000余种天然矿物中，硅酸盐类与其他含氧盐类各占1／3，而重量分别占75％和17％，可见上述两类矿物是地壳的主要造岩矿物。

其他氧化物、氢氧化物、硫化物及硫酸盐、卤化物与自然元素共占矿物种类的1／3和地壳重量的8％。

1．主要造岩矿物 包括石英、钾长石、斜长石、云母、角闪石、辉石和橄榄石七种。

石英（Si02） 发育单晶并形成晶簇，或为致密块状、粒状集合体，无解理、晶面具玻璃光泽，贝壳状断口为油脂光泽，硬度7，比重2．65，质纯者称为水晶，无色透明。

含杂质者分别呈不同颜色。

各类岩石中都较常见。

长石 包括钾长石KIAISi030s]、钠长石NaIAlSi030s）和钙长石Ca[A12Si020s]三个基本类型及总称斜长石的、由钠长石与钙长石按不同比例混合形成的多种过渡性产物，如更长石、中长石、拉长石、培长石等。

其共同特征是单晶体呈板状，白色或灰白色，玻璃光泽，硬度6．0～6．5，比重2．61～2．65，有两组近似正交的完全解理。

钾长石单晶多呈柱状肉红色，玻璃光泽，硬度6，比重2．54～2．57，两组完全解理相互垂直。

各类岩石中均常见。

云母 白云母单晶体为短柱状或板状、集合体为鳞片状，具平行片状极完全解理、薄片五色透明、珍珠光泽，硬度2．5—3．0。

黑云母K（Mg，Fe），[A1Si30lo]（OH，F）2特点与白云母相近，惟颜色随含铁量增加而变暗，多呈棕褐色或黑色。

为酸性岩浆岩、砂岩和变质岩组成者。

普通角闪石（Ca，N。

）：

—，（Mg，Fe，A1）‘（Si，A1）：

022（OH，F）2单晶体为长柱状或针状，暗绿至黑

色，玻璃光泽，硬度5—6，具两组平行柱状中等至完全解理，性脆，常见于中酸性岩浆岩和某些变

质岩中。

普通辉石（C9，Na）（Mg，Fe，A1）：

[（Si，A1）：

O‘] 成分与角闪石相似，但多Pe，Mg而无OH，单晶

体为短柱状，集合体为粒状，绿黑色或黑色，玻璃光泽，硬度5．5—6．0，解理与角闪石相近但交角更大，常见于基性、超基性岩浆岩。

橄榄石（Mg，Pe）：

[Si04] 粒状集合体，浅黄绿至橄榄绿色，颜色随铁含量增加而加深，玻璃光泽，硬度6—7，性脆，不完全解理，为基性、超基岩浆岩的重要组成矿物。

此外，常见矿物还有石墨C，黄铁矿FeS2，黄铜矿CuFeS2，方铅矿PbS，闪锌矿ZnS，赤铁矿Fe203，磁铁矿Fe304，褐铁矿Fe203·nH20，萤石CaF2，方解石CaC03，白云石CaMg[COs]2，孔雀石Cu2[CO，]（OH）2，硬石膏Ca[S04]，石膏Ca[S04]·2H20，磷灰石Cas[P04]，（Fe，C1），以及大量硅酸盐矿物，各种粘土矿物。

三、岩浆岩

造岩矿物按一定的结构集合而成的地质体称为岩石，依据其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

（一）岩浆和岩浆活动

岩浆是来自上地幔的高温熔融状物质，主要成分为硅酸盐、金属硫化物、氧化物和部分挥发物。

当其沿岩石圈破裂带上升侵入地壳时，冷凝结晶形成侵入岩；喷出地面则迅速冷却凝固形成火山岩或喷出岩。

（二）岩浆岩的矿物组成

依据矿物组成的差别，岩浆岩可分为四类。

1．超基性岩 二氧化硅含量小于45％，多铁、镁而少钾、钠，主要矿物为橄榄石和辉石，代表岩石为橄榄岩。

2．基性岩 二氧化硅含量为45％～52％，主要矿物为辉石、钙斜长石，亦有少量橄榄石和角闪石，代表性岩石为辉长岩、玄武岩。

3．中性岩 二氧化硅含量52％-65％，主要矿物为角闪石与长石，兼有少量石英、辉石、黑云母等，代表性岩石为闪长岩、安山岩、正长岩与粗面岩。

4．酸性岩 二氧化硅含量65％以上，多钾、钠而少铁、镁，主要矿物为长石、石英和云母，代表性岩石为花岗岩与流纹岩。

（三）岩浆岩的产状、结构与构造

地壳中的岩浆岩体有不同形状和规模，与围岩的接触关系、形成时的深度与构造都有差别，因而产状各异。

岩浆喷出地表形成喷出岩，在地壳深处冷凝形成深成侵入岩，在浅层冷凝则形成浅成侵入岩。

依据岩体形状及与上覆岩层的关系，可分为整合侵入体（如岩盆、岩盖、岩床、岩鞍）与不整合侵入体（如岩株、岩榴、岩脉）两类。

岩浆岩中矿物的结晶程度、集合体形状与组合方式也因形成条件与产状不同而各异。

上述侵人岩①岩：

一种形体庞大的岩体，表面常达100km’左右。

延长方向常与—亡覆岩层褶皱轴走向一致。

花岗岩体常呈岩基产出。

②岩盆；盆状侵人体，整合侵入。

层状辉长岩常呈岩盆产生。

③岩床：

层状侵人体，整合侵入。

基性岩常呈岩床产出。

④岩盖：

中心较厚、底部平整的盖状侵人体，整合侵入。

⑤岩鞍：

位于背斜或向斜鞍部的侵人体，整合侵入，规模较小。

⑥岩株：

树干状侵人体，不整合侵入，出露面积不大。

⑦岩浆底辟：

岩体近球状，穿透上覆岩层，不整合侵^。

⑧岩瘤：

瘤状侵入体，大小与岩株相近。

⑨岩脉：

又名岩墙，直立或倾斜的板状侵人体，不整合侵入。

⑩捕虏体：

岩浆侵入时捕获的围岩碎块，形状大小3<--，多残留于岩体边缘。

喷出岩@火山锥：

火止1熔岩和火山碎屑在火山口周围堆积的锥状体，大小不一。

为中心式喷发建造。

⑩火山颈：

火山喷发时，岩浆的通道，为熔岩和火山碎屑充填后形成柱体。

⑩火山口：

火山喷发岩浆冲出地表时的出口，其下为火山颈。

多为一漏斗状凹地，深浅大小不一，深度可数百米，直径可以从几百米至1oooln左右。

⑩熔岩流：

从火山口或火山裂隙流出的岩浆流，冷却后形态多样。

⑩熔岩被：

岩浆向四方流布，大面积覆盖地面后冷凝而成，多为基性岩浆形成。

特征充分反映在岩石的结构与构造上。

常见的岩浆岩结构包括喷出熔岩因快速冷却，不及结晶而形成的玻璃质结构；熔岩内较慢冷却形成的隐晶质结构；岩浆在地下缓慢冷却充分结晶而成的显晶质结构，又分细粒、中粒、粗粒和伟晶结构；冷却速度先慢后快，先形成粗大晶体即斑晶，后形成细粒或微粒晶体即基质从而形成的斑状结构。

岩浆岩的构造主要有：

（1）因矿物排列无定向而形成的块状构造；

（2）矿物成分、结构、颜色、粒度杂乱排列或分布不均匀而形成的斑杂构造；（3）保留熔岩流动形迹，矿物与气孑L定向排列而致的流纹构造；（4）气体逸出后残留的气孑L构造；（5）喷出岩气孑l被次生矿物充填而形成的杏仁状构造。

（三）岩浆岩的主要类型

前日述及，依据化学成分与矿物组成，岩浆岩可分为酸性、中性、基性和超基性岩四类；依据其结构、构造与产状又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。

综合两种分类即得出综合的分类（表2—2）。

例如，花岗岩是由显晶等粒的长石、石英和少量云母组成，具块结构的深成酸性岩类；流纹岩则为与其组分相同，但结构构造有别的喷出岩。

四、沉积岩

沉积岩是由成层堆积于陆地或海洋中的碎屑、胶体和有机物质等疏松沉积物固结而成的岩石。

其成岩过程大致如下：

原有沉积物不断被后续沉积物覆盖而与上层水体隔离，有机质在厌氧环境中分解产生各种还原性气体，碳酸基矿物溶解为重碳酸盐，某些金属元素的高价氧化物还原为低价硫化物，软泥中水的矿化度增加，介质由酸性氧化环境变为碱性还原环境，沉积物重新组合形成新的次生矿物，胶体脱水陈化为固体，碎屑物经压缩、胶结作用固结为岩石。

若埋藏很深，还可产生压溶、交代与重结晶作用，使晶体变粗和岩体进一步压固（图2—2）。

先成岩石风化产物、火山喷发沉降物、生物成因的各种有机物，甚至宇宙尘，都可成为沉积物的物质来源。

故沉积物依据其成因与性质可分为以下三类：

（1）碎屑沉积物如砾、砂、粉砂和粘土；

（2）化学沉积物如氧化物、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、卤化物等；（3）有机沉积物如泥炭、珊瑚礁.

（一）沉积岩的基本特征

沉积岩具有层理，富含次生矿物、有机质，并有生物化石。

层理是指岩石的颜色、矿物成分、粒度、结构等表现的成层性。

层纹相互平行者为水平层理，表明其形成于较平静的水域，层纹相互交错，局部倾斜或呈弧形者为交错层理。

可能形成于河流、三角洲或滨海环境。

层的界面即是层面。

相邻两界面间岩层厚度大于1m的称为块层，1—0．5m为厚层，0．5—0．1m为中厚层，0．1-0．01m为薄层，<0．01m则是微。

   沉积岩具有碎屑结构与非碎屑结构之分。

通常情况下沉积岩由岩石碎屑、矿物碎屑、火山碎屑及生物碎屑等构成，其中包括砾（粒径>2mm）、砂（2—0．05mm）、粉砂（0．05—0．005mm）和泥（<0．005mm）等不同粒级的物质。

各粒级沉积物使沉积岩具有砾状结构、砂状结构、粉砂状结构或泥状结构。

同时，碎屑颗粒分布的均匀与否表现为分选性强弱，磨损程度不同表现为圆度差异（圆、次圆、次棱、棱状），也都是碎屑结构的特征。

化学沉积物与生物化学沉积物不具碎屑结构而分别有类似岩浆岩的晶质结构以及生物构架结构。

沉积岩层面呈波状起伏，或残留波痕，雨痕、干裂、槽模、沟模等印模，或层内出现锯齿状缝合线或结核，均属沉积岩的原生构造特征。

（二）沉积岩的主要类型

1．碎屑岩类 主要指母岩风化碎屑经搬运再堆积后经胶结而成的岩石，包括①砾岩与角砾岩，具砾状结构。

前者经长途搬运砾石圆度为圆形或次圆形；后者未经搬运或运距很短，砾石圆度为次棱或棱形（图2—3）。

②砂岩。

具砂状结构，颜色多样，按砂粒粒径可分为粗砂岩（2-0．5mm