地质学基础知识培训教程(完整版)

1地质学基础�FoundationofGeology�绪论一、地质学研究的对象、内容和分科1�地质学研究的对象地质学是一门关于地球的科学。但当前限于人类的能力和实际需要�其研究对象主要局限于地球表层的地壳或岩石圈。2�地质学研究的内容�1�地球的物质组成(如元素、矿物、岩石和矿产的特征、形成条件和分布规律)��2�地球的运动规律以及运动的产物�即地球的结构和构造�区域地质构造、岩石圈的结构和运动规律��3�地球的历史和演化规律�研究局部地区、大陆以至整个岩石圈的发展和演化史��4�地球资源的合理开发和利用、地球环境以及保护地球的理论和方法。3�地质学的分科研究地球物质组成的学科�如结晶学、矿物学、岩石学、矿床学及地球化学等�研究地球结构、构造和运动的学科�如构造地质学、大地构造学及动力地质学等�研究地球演化历史的学科,如地层学、古生物学及地史学等�研究地球资源的找寻和勘查方法�以及地质环境评价和对策的学科�如地质制图学、找矿勘探地质学、遥感地质学、水文地质学、工程地质学、探矿工程学、地球物理勘探学、地球化学勘探学、环境地质学及数学地质学等。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。——国家自然科学基金项目指南二、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、天然气、煤、金属、肥料、建材等��2.地下水�3.环境污染与防治�4.灾害预防与治理�地震、火山喷发、泥石流、滑坡、塌方等��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�资源与环境、资源与人口增长��三、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�地质记录的不完整。3�作用因素复杂24�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�再去推论地质历史上同类事物的发展和结局。4�实践出真知四、地质学与其他相关学科的关系对于与地质学相关的各学科而言�诸如地球物理勘探、岩土工程、水文地质、油、气藏工程、采矿工程等�地质学是它们的研究基础和前提。无论是物探工作者、煤、油、气地质工作者�还是工程及水文地质学家�都必须具备扎实的地质学知识�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�又丰富了地质学的内容�推动着地质学的发展。因此�学好基础地质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。***地质学发展简史***1.前地质学时期�史前--1775年�沈括“梦溪笔谈”�1031--1095年��沧海桑田斯坦诺�丹麦��地质学三定律�叠覆律、原始连续律、原始水平律�2.地质学初创时期�1775--1830年�“水火之争”--水成派�德国地质学家维尔纳�A.Werner�1749--1817年�—首创矿物分类法并提出按成分区分岩石�第一个建立花岗岩、正长岩和玄武岩等的鉴定方法�首先总结出研究地层层序的方法并注意到片麻岩和花岗岩是层位最深的地层。火成派�英国地质学家郝屯�J.Hutton�1726--1797�—最早指出脉岩的存在及与沉积岩的穿插关系�描述了烘烤现象�第一个阐明角度不整合的成因。提出了“均变论”的原始思想。“英国地质学之父”史密斯�W.Smith�1769--1839��生物层序律3.近代地质学时期�1830--1954�1830年英国著名地质学家莱伊尔�C.Lyell�1797--1875�发表了划时代经典著作《地质学原理》标志着近代地质学体系的建立。正式提出均变论。1857年�丹纳将霍尔�美国古生物地层学家�发现的长条形沉积盆地命名为地槽。1885年奥地利地质学家徐士提出地台概念。形成了统治地质学一百多年的槽台学说。1912--1915年间�德国气象学家、地质学家魏格纳�A.Wegener�1880--1930�创立了大陆漂移学说�出版了《海陆起源》一书。4.现代地质学时期�1954--现在�美国学者赫斯和迪茨提出海底扩张假说。1965年加拿大地质学家威尔逊�T.Wilson�提出转换断层的概念。1968年�法国学者勒皮雄�X.Lepichon�和美国学者摩根�J.Morgen�同时提出板块学说。地球是生物圈和人类生生不息的唯一家园�地质科学研究具有广阔的前景。……让我们大力弘扬李四光的爱国主义和科学创新精神�提高地质科学研究创新能力�为振兴地质事业而努力奋斗。——温家宝总理在第七次李四光地质科学奖颁奖大会上的讲话3第一章地球概况第一节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第二节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集中在地面以上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、中间层、电离层�暖层�和扩散层�散逸层�。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以来植物和动物蓬勃发展。第三节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�并且是不均匀的。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4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呈正相关。四、地球的磁性固体地球好象一个磁化的球体�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。而且地磁极的位置是不固定的�呈逐年的变化�1965年75°50′N�100°50′�1970年76°N�101°W�1975年76°06′�100°W�。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。第四节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�P�和横波�S�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�宇宙地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�地质学依据岩浆岩来自地下较深的部位�研究其物质成分和形成的温压条件可帮助人类认识地下的物质状态及环境。特别是超基性岩�它们常来自地球深部。�例如含金刚石的金伯利岩�金刚石生成温度为1100-2200℃、压力为5万个大气压�相当150km深度��3�地球物理依据主要是地震波速的变化。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5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,物质成分推测为橄榄岩,固态。低速层深度80-220km��顶面在大陆区较深�大洋区较浅�底界的差异不大。密度3.36g/cm3,�全球普遍存在、厚度不很均一的波速减低层。横波局部地区不能通过,表明低速层部分物质可能呈熔融态,因而又称软流层�或软流圈�。均匀层深度220-400km。波速传播均匀,表明物质成分变化不大。过渡层深度400-670km。密度3.73-3.99g/cm3.2.下地幔深度670-2891km,厚度2221km,平均密度5.1g/cm3。据实验岩石学分析�由呈紧密堆积结构的氧化矿物�如MgO、FeO和SiO2组成。�三�地核古登堡面以下直至地心的部分称地核。它是一个半径为3480km的球体�平均密度为10.83g/cm3。一般认为物质成分主要为铁。外核横波消失�应为液态。�四�岩石圈地壳与上地幔的顶部�软流圈以上部分��都是由固态岩石组成的�因而称岩石圈。**思考题简述地球内部圈层的划分。第二章岩石圈第一节岩石圈的表面形态一、陆地地形山地、高原、盆地、丘陵、平原二、洋底地形洋底地形可划分为三大地形单元�大陆边缘、洋盆和洋脊。�一�大陆边缘大陆与大洋相连接的过渡地带�称大陆边缘。1�大陆架�陆棚�是指围绕大陆分布的浅水台地�平均坡度小于