地球的演化.docx

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地球的演化

地球的演化

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ﻩ

教师姓名

刘洋

授课班级

授课形式

讲授

授课日期

授课时数

章节名称

第一章地球的演化

教学目的

掌握地球的相关知识:

物理性质、圈层构造。

了解地质年代与地层单位。

理解地质作用、动力来源、分类、表现、作用形式。

教学重点

地质作用的理解。

教学难点

地质作用间的相互关联。

更新补充

删节内容

教学媒体

多媒体

课后分析

强调学习方法，在学习中要善于思考，切忌生吞活剥，死记硬背，以便在以后的实际工作中用以解决所遇到的问题。

复习旧课,导入新课:

（时间）10’

通过绪论的介绍得知,学习工程地质就是研究地球地壳表层,从而导出新课。

本课程的特点:

理论多,实践强。

进程安排:

授课、作业、习题

第一章地球的演化

第一节　地球的概况

地质学的研究对象——地球，是个庞大而复杂的星体，历史长达50亿年，在这漫长的历史中，地球始终处于永恒不断的运动中。

我们现在的地球只是它全部发展过程中的一个阶段。

所以,我们要从地球的组成、演化、地质作用的性质、特点、过程和结果等各方面入手,学习并掌握地质学的基本原理、主要概念、术语、分析方法和应用。

一、地球的圈层结构

地球由表及里可分为外圈和内圈。

外圈又分为大气圈、水圈和生物圈。

1、外圈

大气圈:

没有确切的上界，几乎全部气体集中在离地面１０0Km的高度范围内，其中75%的大气又集中在地面至1０Ｋm高度的对流层范围内。

水圈:

地球表面约75%的面积为海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川等。

生物圈:

地球上生物生存和活动的范围。

岩石圈的上层、大气圈的下层和水圈的全部。

2、内圈

内圈平均半径６3７1ｋm,根据火山喷发和物理勘探中的地震波传播速度的突变,将其分为地壳、地幔及地核。

地壳：

是地球的最外圈层，由各种岩石组成。

有裸露在外,也有被水覆盖。

厚度不均,陆地地壳平均３３k，我国的青藏高原地区,厚约７0km以上。

而海洋当中地壳厚度平均只有6ｋm。

如大西洋和印度洋厚度10~15km，太平洋厚约５km，最薄处太平洋的马里亚纳海沟厚度仅为1.６ｋm。

地震波变化表明,地壳内存在着一个次一级的不连续面，该面叫康拉德面,它将地壳分为两层，上层为硅铝层（花岗岩层）（不连续,在太平洋中部此层缺失）,下层为硅镁层（玄武岩层）。

地幔：

介于地壳和地核之间,又称中间层，厚度约为286０km，其上部与地壳的分界面为莫霍洛维奇面，地幔下部与地核的分界面为古登堡面。

分为上地幔和下地幔。

密度由上至下逐渐增大3.3２g/cm３——5.66g/cm3范围变化。

根据地震波波速,地质学家认为存在一个软流圈,该地层的物质呈熔融状态，软流圈以上的上地幔顶层为岩石,和地壳一起称为地球的岩石圈。

它是地球的一个刚性外壳。

以铁、镁为主。

地核:

地球最内部的核心，厚度约34７3km。

位于古登堡面以下,包括内核、外核。

外核呈液态，内核呈固态，以铁、镍为主。

图1-5地球内部圈层结构

二、地球的形状和大小

从卫星上看，地球的形状为“梨状体、椭球体”，南极内凹,北极外凸。

书中给出了地球的基本参数。

地球的陆地面积占总表面积的２9．2%，海洋面积占总表面积的70.8%。

1、陆地地形

根据高程和地形起伏特征分为山地、丘陵、平原、高原、盆地、洼地和裂谷。

山地　海拔在５０0m以上,地势起伏很大。

按高程又可分为低山（500—100０）,中山（1０0０—3500），高山（350０以上）。

比如安第斯山脉、喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山脉。

丘陵海拔绝对高度在5００ｍ以下,相对高程不超过２０0m,高低不平，坡度一般较缓，连绵不断的低矮山丘地形。

中国自北至南主要有辽西丘陵，淮阳丘陵和江南丘陵等。

黄土高原上有黄土丘陵。

长江中下游河段以南有江南丘陵。

辽东,山东两半岛上的丘陵分布也很广。

世界上最大的丘陵为哈萨克丘陵。

高原　海拔在600m以上，顶部较为平坦,大多经过分割并有起伏额广阔地区。

世界上最大的高原是巴西高原，我国著名的青藏高原是世界上最高的高原,海拔在4000m以上。

平原海拔在60０m以下,通常低于2００m的宽广平坦或稍有起伏的地区。

世界上最大的亚马逊平原。

面积5×106平方公里。

盆地四周是高原或山地而中间低平的地区,我国的四川盆地。

洼地　高程在海平面以下的低洼地区,我国新疆的克鲁沁洼地

裂谷　陆地上呈线状分布的大规模谷地，东非大裂谷。

2、海底地形

海底世界的面貌和陆地地形相似，也有雄伟的高山、峡谷、平原等等。

三、地球的物理性质

1.地球的重力ﻩ

地球上的任何物体都受着地球的吸引力和因地球自转而产生的离心力的作用。

地球吸引力和离心力的合力就是重力。

地球的离心力相对吸引力来说是非常微弱的，其最大值不超过引力的1/288,因此重力的方向仍大致指向地心。

地球的形状接近于一个赤道半径略大、两极半径略小的扁球体。

因此，地球两极的重力值最大,并向赤道减小。

在9.78——9.83内变化。

２.地球的温度

深矿井温度增高、温泉和火山喷出炽热的岩浆等等事实,都告诉我们地球内部是热的。

在地壳表层，由于太阳辐射热的影响，其温度常有昼夜变化、季节变化和多年周期变化，这一层称为外热层。

外热层受地表温差变化的影响由表部向下逐渐减弱,外热层的平均深度约１5ｍ，最多不过几十米。

在外热层的下界处,温度常年保持不变,等于或略高于年平均气温,这一深度带称为常温层。

在常温层以下,由于受地球内部热源的影响，温度开始随深度逐渐增高，这叫内热层。

（对于地球深部的温度分布,目前主要是根据地震波的传播速度与介质熔点温度的关系式推导得出的。

根据目前最新的推算资料，在莫霍面处的地温大约为400~1０00℃，在岩石圈底部大约为110０℃,在上、下地幔界面附近（约６5０km　深处）大约为　１９00℃,在古登堡面（核幔界面）附近大约为37０0℃，地心处的温度大约为　４300～４500℃。

）

３.地球的磁场

地球周围存在着磁场,称地磁场。

地磁场近似于一个放置地心的磁棒所产生的磁场,它有两个磁极,S极位于地理北极附近,N　极位于地理南极附近。

两个磁极与地理两极位置相近,但并不重合,磁轴与地球自转轴的夹角约为　１1.5°。

地磁场的磁场强度是一个具有方向（即磁力线的方向）和大小的矢量，为了确定地球上某点的磁场强度，通常采用磁偏角、磁倾角和磁场强度三个地磁要素。

４.地球的弹性和塑性

地球具有弹性,表现在地球内部能传播地震波,因为地震波是弹性波。

日、月的吸引力能使海水发生涨落即潮汐现象,用精密仪器对地表的观测发现，地表的固体表面在日、月引力下也有交替的涨落现象，其幅度为7～１５cｍ，这种现象称为固体潮，这也说明固体地球具有弹性。

同时,地球也表现出塑性。

地球自转的惯性离心力能使地球赤道半径加大而成为椭球体,表明地球具有塑性;在野外常观察到一些岩石可发生强烈的弯曲却未破碎或断裂,这也表明固体地球具有塑性。

地球的弹、塑性这两种性质并不矛盾，它们是在不同的条件下所表现出来的。

如在作用速度快、持续时间短的力（如地震作用力）的条件下，地球常表现为弹性体；在作用力缓慢且持续时间长（如地球旋转离心力、构造运动作用力）或在地下深部较高的温、压条件下,则可表现出较强的塑性。

第二节地质年代与地层单位

地壳发展过程中所形成的包括沉积岩、火山岩和变质岩等层状岩石的总称为地层,从岩性上讲,地层包括各种沉积岩、火山岩和变质岩;从时代上讲，地层有老有新，具有时间的概念。

地层可以是固结的岩石,也可以是没有固结的堆积物。

在正常情况下，先形成的地层居下，后形成的地层居上。

层与层之间的界面可以是明显的层面或沉积间断面，也可以是由于岩性、所含化石、矿物成分、化学成分、物理性质等的变化导致层面不十分明显。

什么是地质年代、地质年代单位和年代地层单位?

二者相对应的名称是什么？

确定地球的发展历史和发展阶段,查明各种地质事件时间，是地质学研究的任务之一。

为了便于全球对比,必须有统一的时间系统，包括统一的方法和标准。

地质学表示地质年代的方法有两种：

①相对地质年代②同位素地质年代。

地质年代是地壳上不同年代的岩石在形成过程中的时间和顺序。

地质年代可分为绝对地质年代和相对地质年代。

相对地质年代主要是依据岩层的沉积顺序、生物演化和地质构造关系加以划分的，不管岩石的性质是否相同，只要具有相同的化石,他们的地质年代就大致相同。

是指岩石相对的新老关系形成的顺序。

它只表示顺序,不表示各个时代单位的长短。

绝对地质年代也称放射测定年代,或称同位素年龄，主要是利用岩石中的某些放射形元素的蜕变规律，以年为单位来测算岩石形成的年龄。

现已根据大量已知相对地质年代的绝对年龄,明确了各相对地质年代的具体时间长短,使地质时间的概念更为完善。

现在的使用的地质年代，已经具有相应的绝对年龄了。

地质年代单位,也称地质时间单位、地质时代单位,简称时间单位。

利用地质学方法,对全世界地层进行对比研究，综合考虑到生物演化阶段、地层形成顺序、构造运动及古地理特征等因素，把地质历史化分为俩大阶段，显生宙和隐生宙。

宙以下为代,代以下分为纪，每个纪一般分为早、中、晚三个世,但震旦纪、石炭纪、二叠纪、白垩纪按早晚二分。

最小的地质年代单位是期。

宙、代、纪、世、期是国际上统一规定的相对地质年代单位。

而隐生宙和显生宙则是地质年代名称。

年代地层单位,又称时间地层单位，或地层单位。

它主要依据古生物化石、地层形成的地质年代、顺序，和穿过地层的地震波波速等，而把地层划分为不同类型、不同级别的单位。

年代地层单位分为宇、界、系、统、阶、时带。

每个年代单位有相应的时间地层单位,表示一定年代中形成的地层。

地质年代单位与时间地层单位具有一一对应的关系。

地质年代单位的宙、代、纪、世、期、时,分别对应的年代地层单位是宇、界、系、统、阶、时带。

宙、代、纪、世是国际性的地质年代单位，适用于全世界。

期和时是区域性的地质年代单位，适用于大区域。

如隐生宙时期所形成的地层叫隐生宇，显生审时期所形成的地层叫显生宇,太古代时期所形成的地层叫太古界地层,寒武纪时期形成的地层叫寒武系地层,始新世时期形成的地层叫始新统地层等,以此类推……。

为什么要弄两个系统，它们到底有什么不同?

在一个“纪”时间范围内形成的地层称为一个“系”，比如侏罗纪形成的地层就叫侏罗系地层。

一个用来说一段时间范围就是地质时代单位宙代纪世期

另外用来说一段时间内形成的地层　就是时间地层单位宇界系统阶

二者是对应的但不是相同的　不可混用·

第三节地质作用

在地质历史发展过程中，由自然动力引起地壳物质组成、内部结构及地表形态变化和发展的自然作用，统称为地质作用。

地质作用是由各种自然力（包括地球内部和太阳能量等）产生的。

按照这些自然力即能量的来源的不同，可分为内动力地质作用和外动力地质作用两大类,其特征如下：

能量来源:

地球自转动能和放射性元素蜕变产生热能

　内力地质作用　　表现形式:

地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震作用等

　　　　　　　　　　作用结果：

塑造山岭与凹地,是地形变化的主导因素

地质作用　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　能量来源:

太阳辐射热能、重力位能、日月天体引力

　　　外力地质作用　　表现形式:

风化、剥蚀、搬运、沉积、负荷地质作用和硬结成岩作用

　　　　　作用结果:

　削平高山，填平凹地

一、内力地质作用

由地球的旋转能和地球中放射性物质在衰减过程中释放出的热能所引起的地质作用成为内力地质作用。

地壳运动是由地球内力所引起的地壳岩石发生变形、变位（如弯曲、错断等）的机械运动，也叫构造运动。

残留在岩层中的这些变形、变位现象叫地质构造或构造行迹。

构造运动可引起海陆变迁,按其运动方向可以分为水平运动和垂直运动。

如:

我国的喜马拉雅山就是典型的例子。

早在五六千万年前还是一片汪洋，大约在２5０0万前由于大陆板块的漂移、碰撞开始上升,至今仍处于上升运动中。

岩浆作用是地壳内部的岩浆,在地壳运动的影响下,向外部压力减小的方向移动,上升侵入地壳或喷出地面，冷却凝固成岩石的全过程。

2０10年3月20日,艾雅法拉火山开始了190年来的首次喷发，这次喷发形成了一条长达５０0米的裂缝,并产生了壮观的熔岩喷涌。

从2010年3月上旬开始，发生了一些列的地震,造成地面不断抬升,火山附近的地面升高了至少40mm,这些都在暗示火山岩浆正在地面下不断向上运动。

变质作用是岩石在风化带以下,受温度、压力和流体物质的影响　，在固态下转变成新的岩石的作用。

岩石变质后,其原有构造、矿物成分都有不同程度的变化，有的可完全改变原岩特征。

（高压变质作用生成的榴辉岩）

地震是由于地壳运动引起地球内部能量长期积累，达到一定的限度而突然释放时,导致地壳一定范围的快速颤动。

地震发源于地下深处,并波及地表。

绝大多数地震是构造运动引起岩石断裂而发生的。

二、外力地质作用

外力地质作用是大气、水和生物在太阳能、重力能的影响下产生的动力对地球表层所进行的各种作用的统称。

外力作用主要是破坏内力作用形成的地形和产物,总趋势是削高补低,形成新的沉积物，并进一步塑造地表形态。

1.风化作用：

在外因作用下,岩石发生机械崩解或化学分解,变成松散的碎屑或土壤。

（典型的物理风化;经风化作用崩解中的页岩;）

２.剥蚀作用：

风或流水、冰川湖海中的水在运动的状态下对地表岩石、矿物产生的破坏并将它们剥离原地的作用。

如河岸岩石被流水冲刷，导致河岸后退;山顶被剥蚀而变矮。

3.　搬运作用：

风化、剥蚀的产物被搬运到它处。

4.沉积作用：

搬运物在搬运介质动能减小或物理、化学条件发生改变及生物的作用时在条件适宜的地方发生沉积。

如流水搬运物在河流转弯处、湖口或河口因流速减慢而沉积;风的搬运物因风力减弱或受阻拦而堆积。

5．负荷地质作用:

松散的堆积物、岩块等由于自身的重量并在其他动力地质作用下崩落或眼斜坡滑动的过程。

如崩塌、滑坡、泥石流等。

６．固结成岩作用:

松散沉积物转变为坚硬岩石的过程，称固结成岩作用。

7.风化作用、风化壳及其工程研究意义

风化作用无处不在，无孔不入,它对人们带来的困扰,几乎可与生锈、虫蛀并列。

修公路修铁路时，常可开挖出非常好的地质露头,有些现象的意义足以与“名胜古迹”媲美，吸引了中外地质学家前去研究。

但几年过后,研究成果发表了,纪念碑树起来了,露头也风化了。

在我国南方气候炎热而潮湿的地区,化学风化作用的速度最快，裸露的岩石只需几年便因风化而变得疏松，风化层可厚达几十米。

位于洞穴或石窟（著名的如云岗石窟、敦煌石窟等）的浮雕或石雕虽免于风吹雨淋之苦,仍因风化而变得斑驳陆离。

埃及的狮身人面屹立在大自然已有4000多年了,相对来说风化进行得较慢,原因之一是气候干燥，只有物理风化在起作用。

而狮身人面象是从一整块灰岩上雕凿出来的，抗物理风化能力较强;第三个原因是那里风沙大，飞沙经常把它掩埋起来，保护了它免受日晒夜冻。

游客们在欣赏她勃发的英姿时，哪里会想到可能咋天她还埋在飞沙中泥？

岩石是热的不良导体，在温度的变化下,表层与内部受热不均，产生膨胀与收缩,长期作用结果使岩石发生崩解破碎。

在气温的日变化和年变化都较突出的地区，岩石中的水分不断冻融交替,冰冻时体积膨胀,好像一把把楔子插入岩石体内直到把岩石劈开、崩碎。

以上两种作用属物理风化作用。

　　岩石中的矿物成分在氧、二氧化碳以及水的作用下，常常发生化学分解作用，产生新的物质。

这些物质有的被水溶解,随水流失,有的属不溶解物质残留在原地。

这种改变原有化学成分的作用称化学风化作用。

此外植物根素的生长，洞穴动物的活动、植物体死亡后分解形成的腐植酸对岩石的分解都可以改变岩石的状态与成分。

岩石遭受风化作用的时间愈长，岩石破坏得就愈严重。

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。

如滑坡崩塌、碎落、岩堆及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。

不同岩石的风化速度并不一样，有的岩石风化过程进行得很缓慢，其风化特征只有经过长期暴露地表以后才能显示出来;而有的岩石则相反,如泥岩、页岩及某些片岩等,当基坑开挖后不久,很快就风化破碎，所以在施工中必须采取相应的工程防护措施。

岩石经风化后部分易溶物质被水带走流失,余下的碎屑岩和化学风化中形成的一些新矿物便残留原地，这些残留在原地的风化产物称残积物。

残积物的矿物组成、化学成分、颜色与下伏地层（原岩）有一定的关系。

风化壳下大面积存在的岩石是基岩。

有些基岩露出地面，称之为基岩的露头。

风化壳:

残积物和土壤在大陆地壳表层构成一层不连续的薄壳,称之为风化壳。

　　风化壳可由一层残积物组成,也可由几层风化分解程度不同的残积物组成，而且层与层之间常逐渐过渡而无明显分界线。

由于风化作用以地表最强烈,并向深处减弱,故具垂直分带。

风化壳的厚度和成分因地而异，一般潮湿炎热气候区,风化壳厚度大，结构复杂。

干旱地区风化壳薄,常仅数十厘米且结构简单。

风化程度愈深的地区，工程建筑物的地基承载力愈低,岩石的边坡愈不稳定。

风化程度对工程设计和施工都有直接影响，如矿山建设、场址选择、水库坝基、大桥桥基和铁路路基等地基开挖深度、浇灌基础应到达的深度和厚度、边坡开挖的坡度以及防护或加固的方法等，都将随岩石风化程度的不同而异。

因此,工程建设前必须对岩石的风化程度、速度、深度和分布情况进行调查和研究。

８．　工程活动中遇到风化岩石注意事项：

（１）不宜将建筑物设置在风化严重的岩层上,如果不能完全避开风化岩层时,应注意加强工程防护。

如隧道穿过易风化的岩层，在隧道施工开控后,要及时作支护,防止岩石继续风化失稳增加山体压力,否则会引起坍塌。

（2）风化岩层中的路堑边坡不宜太陡，同时还要采取防护措施。

（3）风化的岩石更不宜作建筑材料。

因此，从工程建筑观点来研究岩石的风化特性、分布规律,对选择建筑物的合理位置，如隧道的进山口位置,路堑边坡坡度,隧道的支护方法及衬砌厚度，大型建筑物的地基承载力和开挖深度以及合理的选择施工方法等有着重要的意义。

三、内外力作用对地球的改造

内力地质作用和外力地质作用在促使地球演化过程中，是相互联系又是互相矛盾的。

内力作用对地球演化起着主导作用，通过岩浆作用、变质作用和地壳运动等不断地改造地壳，并使地表产生大陆、海洋、山脉、平原等巨型地形起伏。

外力作用则是进一步加工塑造,起着削高补低的作用。

总之,在内力和外力地质作用下,地球不断地发展变化。

布置作业：

复习思考题

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