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地质学基础Original Geology,课件制作：张庆辉,地质学基础张庆辉制作,绪言(Preface) 一、地质学(Geology)的研究对象地质学是研究地球及其演变的一门自然科学。它主要研究地球的组成、构造、发展历史和演化规律。,地质学基础张庆辉制作,地球(Earth ) 具有四大圈层： 岩石圈(Lithosphere) 大气圈(Atmosphere) 水 圈(Hydrosphere) 生物圈(Biosphere),地质学基础张庆辉制作,地质学在当前阶段，地质学主要研究固体地球的最外层，即岩石圈（包括地壳和上地幔的上部）。地质学科分科简表：,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,本课件的地质学科构成,总论第一章矿物学第二章岩石学第三章至第五章经济地质学第六章区域大地构造学第七章至第九章地史学第十章至第十五章,地质学基础张庆辉制作,二、地质学的特点、 研究方法及原则（一）地质学的特点 第一、时间悠久46亿年；空间广阔 壳、幔、核、大陆和海洋 第二、多因素相互制约的复杂性 第三、源于实践以服务于实践,地质学基础张庆辉制作,（二）地质学的研究方法野外调查 室外实验与模拟实验 历史比较法（现实类比法）,地质学基础张庆辉制作,（三）地质学研究中坚持的原则 见微知著 将今及古 以古证今,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,第一章 总论Chapter One Introduction,第一节 地球概况Section 1 The Earth Overview 一、地球的形状和大小（一）对地球形状、大小的认识 第一级近似：圆球形。 第二级近似：极轴方向扁缩的椭球 。 第三级近似：大地水准体 。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,大地水准体是指由平均海面所封闭的球体形状。海面上的重力位各处都是相等的，即海面在重力作用下是一个等位面，把这个等位面延伸通过大陆，就形成一个封闭曲面，这个曲面叫大地水准面。由于地球表面有71为海洋所占据，所以在一定程度上讲，大地水准面代表了地球的形状，而且这个面是一个实际存在的面。但它仍然是介于旋转椭球体和地球真实形状之间的一个中间形态。,地质学基础张庆辉制作,（1）大地水准面不是一个稳定的旋转椭球面，而是有地方隆起，有地方凹陷，相差可达100m以上；（2）地球赤道横截面不是正圆形，而是近似椭圆形，长轴指向西经20和东经160方向，长短轴之差为430m；（3）赤道面不是地球的对称面，从包含南北极的垂直于赤道平面的纵剖面来看，其形状与标准椭球体相比较，位于南极的南极大陆比基准面凹进24m；而位于北极的没有大陆的北冰洋却高出基准面14m。同时，从赤道到南纬60之间高出基准面，而从赤道到北纬45之间低于基准面。,地质学基础张庆辉制作,地球类似一只倒放着的大鸭梨。它的赤道部分鼓起，是它的“梨身”；北极有点尖，像个“梨蒂”；南极有点凹进去，像个“梨脐”，整个地球像个梨形的旋转体，因此人们称它为“梨形地球” 。确切地说，地球是个三轴椭球体。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,其实，地球的这些不规则部分对地球来说是微不足道的。从人造地球卫星拍摄的地球照片来看，它更像是一个标准的圆球。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,（二）地球的形状和大小的最新数据 地球赤道半经（）： 6378137m* 地球极半经（）：6356752m* 赤道标准重力加速度（e）： （9780321）10-5m/s2（三）地球的其它数据,地质学基础张庆辉制作,二、地球的物理性质（一）地球的密度和重力地球的平均密度是5.517g/cm3，而地壳上部的岩石平均密度是2.65g/cm3。地球密度是随着深度的加深而增大的，并且在地下若干深度处密度呈跳跃式变化，推测地核部分密度可达13g/cm3左右。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,根据万有引力定律F=Gm1m2/r2，地表各地重力并不相等，且随海拔和纬度的不同而发生变化。据计算：在两极，重力比赤道地区大0.53，也就是说把在两极重100kg的物体搬到赤道地区时，则变成99.47kg。通常用单位质量所受的重力，即重力加速度（g）来表示各地的重力大小。如在赤道的重力为978.0318Gal，在两极为983.2177Gal。,地质学基础张庆辉制作,如果把地球看作一个理想的扁球体（旋转椭球体），并且内部密度无横向变化，所计算出的重力值，称理论重力值。 重力异常 正异常：比理论值大； 负异常：比理论值小。,地质学基础张庆辉制作,自由空气异常 布格重力异常,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,（二） 地磁Geomagnetic,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,地球磁场,地质学基础张庆辉制作,地极与磁极,地理北极,地理南极,磁北极,磁南极,图中角称磁偏角，称磁倾角。,地质学基础张庆辉制作,磁偏角也就是地磁子午线与地理子午线的夹角，以指北针为准，偏东为正，偏西为负。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,磁倾角即磁针与各处水平面的夹角，常随纬度而变化，在两磁极角为90，在磁赤道则为0.,地质学基础张庆辉制作,磁倾角以指北针为准，下倾者为正，上仰者为负。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,概括而言，地磁具有以下特点： （1）地磁南北极和地理南北极的位置不一致，并且磁极的位置逐年都有变化，磁极有向西缓慢移动的趋势。,北极,地质学基础张庆辉制作,（2）地面上每一点都可从理论上计算出它的磁偏角和磁倾角。如磁偏角和磁倾角与理论值不符时，叫做地磁异常。,地质学基础张庆辉制作,（3）由于太阳风的影响，地球的磁场被压缩在一个固定区域内，这个区域叫磁层。,地质学基础张庆辉制作,磁层像一个头朝太阳的彗星，磁层顶部朝向太阳，距离地球有10个地球半径远，而尾部可以拖到几百个地球半径那么远。磁层可以使地球上生物免受宇宙射线和粒子袭击的危害。,地质学基础张庆辉制作,地球磁性离子体的照 片,橙白色是显示气 体比较浓厚的地方，而红色是显示气体密度比较低的地方。,地质学基础张庆辉制作,（4）关于地球磁场形成的原因 地核的外核部分为液态的金属铁镍物质，是一种导电流体，在地球旋转过程中，产生感应自激，形成地球磁场。,地质学基础张庆辉制作,又因在地球转动过程中，流体地核比固体地幔略有滞后，因此产生地球磁场逐渐向西漂移。但这些假说有待于继续研究证实。,地质学基础张庆辉制作,0经线也叫本初子午线,地质学基础张庆辉制作,（三）地热(Geothermal) 地热是地球内部储存的热能。在年常温层以下，地温随深度而增加。 地热增温级是在年常温层以下，温度每升高1时所增加的深度，单位是m/，地热增温级的倒数叫地热梯度，即每深100m所增加的温度，单位是/100m。 地热梯度的平均数值是3/100m。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,地热的主要来源：,1、由放射性元素衰变而产生的，如铀（U238，U235）、钍（Th232）、 钾（K40）等。2、由构造变动的机械能、化学能、重 力能和地球旋转能等转换而来的。3、还有人认为地热是地球形成时的残 余热。,地质学基础张庆辉制作,地热流量或地热流值（Q） Q=K（dT/dZ） K岩石导热率； dT/dZ垂直地热梯度 T代表温度 Z代表深度。,地质学基础张庆辉制作,第二节 地球的结构 Section 2 The Construction Division of Earth 地球是一个由不同状态与不同物质的同心圈层所组成的球体。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,一、地球的外部圈层（一）大气圈(Atmosphere) 从地表（包括地下相当深度的岩石裂隙中的气体）到16000km高空都存在气体或基本粒子，总质量达51015t，占地球总质量的0.00009。 主要成分氮占78；氧占21；其他是二氧化碳、水汽、惰性气体、尘埃等占1%。地球的表面为什么形成大气圈，这是与地球的形成和演化分不开的。地球在其形成和演化的过程中，总是要分异出一些较轻的物质，轻的物质上升，积少成多形成大气圈。,地质学基础张庆辉制作,地球大气圈成分是随着时间而变化的。当初大气中的二氧化碳可能达到百分之几十，大约在3亿年前（石炭纪C），由于植物大规模繁盛，才演化成接近现今的大气成分，目前大气中的二氧化碳只有万分之4.6。 大约在1亿年前（白垩纪K），大气的温度才接近现今的温度。,地质学基础张庆辉制作,从地史发展来看，二氧化碳的多少是影响地表温度的一个重要因素。若二氧化碳增多，地球的温度将会增高。根据有关资料，自工业革命以来，二氧化碳的含量已增加13，因此人们推测地球的大气温度将会越来越高温室效应。,地质学基础张庆辉制作,大气圈是地球的重要组成部分，并有重要的作用：（1）供给地球上生物生活所必须的碳、氢、氧、氮 等元素，尤其是动物需要的氧气。（2）保护生物生长，使其免受到宇宙射线危害。（3）防止地球表面温度剧变和水分散失。（4）天气的变化，如风、雨、雪、雹等都发生在大 气圈中。（5）大气是地质作用的重要因素，如风动力作用。（6）大气与人类的生存和发展关系密切。大气环境 的质量直接关系着人类健康。,地质学基础张庆辉制作,（二）水圈(Hydrosphere) 按存在状态：气（雨云）、液、固（冰川）； 按存在区域：海洋、江河、湖泊、冰川、地下水 水圈形成一个连续而不规则的圈层。水圈的质量占地 球总质量0.024，比大气圈的质量大得多。 水圈是独立存在的，但又是和其他圈层互相渗透的。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,地球上的原生水，是地球物质分异的产物。目前火山喷发常有大量水汽从地下喷出便是证明。 水圈是地球构成有机界的组成部分，对地球的发展和人类生存有很重要的作用：（1）水圈是生命的起源地，没有水也就没有生命。（2）水是多种物质的储藏床载体。（3）水是改造与塑造地球面貌的重要动力。（4）水是最重要的物质资源与能量资源，水资源的多寡和水质的优劣直接关系着经济发展与人类生存。,地质学基础张庆辉制作,（三）生物圈(Biosphere)生物圈是指地球表面有生物存在并感受生命活动影响的特殊圈层。生物圈包括大气圈的下层，岩石圈的上层和整个水圈，最大厚度可达数万米。生物圈的核心部分为地表以上100m，水下100m，也就是说大气与地面、大气与水面的交接部位是生物最活跃的区域，其厚度约为200m左右，因为在这个范围内具有适于生物生存的温度、水分和阳光等最好的条件。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,二、地球的内部圈层地球内部圈层指从地面往下直到地球中心的各个圈层，包括地壳、地幔和地核。,地质学基础张庆辉制作,为彻底搞清楚地球内部状况，但目前世界上深井记录为12262m（俄罗斯科拉半岛一口深钻，施工期为1970年至1986年），只占地球半径的1/530，所以还不能用直接观察的方法来研究地球内部构造。,地质学基础张庆辉制作,通常主要利用地震波的传播变化来研究地球内部构造情况。地震波分为纵波（P）和横波（S）。纵波可以通过固体和流体，速度较快；横波只能通过固体，速度较慢。因此地震波实际上对地球起到“透视”的作用。当然，也可以借助宇宙地质（特别是陨石的成分）来判断地球内部的成分。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,（一）地壳Crust地壳是指地球莫霍洛维奇不连续面(Mohorovicic discontinuity)以上的固体硬壳（A层），属于岩石圈的上部。地壳主要由硅酸盐类岩石组成，它的质量约占地球质量的0.8，体积占整个地球体积的0.5。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,1.地壳的化学组成 地壳中含有元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98以上，其他元素共占12。化学元素在地壳中平均含量称克拉克值。,地质学基础张庆辉制作,组成地壳的各种元素大多数情况是相关元素化合形成各种矿物，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等组成的硅酸盐矿物为最多，其次为各种氧化物、硫化物、碳酸盐等。 各种不同矿物特别是硅酸盐类又组成各种岩石，所以说地壳是岩石圈 (Lithosphere)的一部分。,地质学基础张庆辉制作,2.地壳的厚度和结构 地壳是地球表面的一层薄壳，大陆部分平均厚度37km多，而海洋部分平均厚度则只有约7km。一般高山、高原部分地壳最厚，如我国青藏高原地壳最厚可达70km。,地质学基础张庆辉制作,地壳（A层）可以分为硅铝层（ Sial crust Sial）和硅镁层（ Sima or mafic crust Sima）上下两层，中间被康拉德面所分开。但这一界面在海洋部分不明显或者根本不存在。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,上层地壳（即A层），其成分以O、Si、Al及K、Na等为主，和花岗岩的成分相似，所以叫花岗岩层；此层又称为硅铝层（ Sial crust Sial）。 下层地壳（即A），其成分虽然也以O、Si、Al等为主，但Mg、Fe、Ca等成分则显著增加，和玄武岩的成分相似，所以叫玄武岩层，又称为硅镁层（ Sima or mafic crust Sima）。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,地壳等厚度图,地质学基础张庆辉制作,3.地壳的类型 地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳）。 陆壳的特征是厚度较大（3070km），具双层结构，即在玄武岩层之上有花岗岩层（表层的大部分地区有沉积岩层）。总的来看，硅铝层好像浮在硅镁层之上。 洋壳的特征是厚度较小，最薄的地方不到5km，一般只有单层结构，即玄武岩层，其表层为海洋沉积层所覆盖。,地质学基础张庆辉制作,此外，在陆壳和洋壳交会处还可以分出过渡型地壳，又称次大陆型地壳，其特点介于以上二种类型地壳之间。 地壳厚度的差异性和垂直结构及物质成分的不均匀性，构成了地壳总的特征，这种特征常导致地壳物质的重新分配和调整，以便达到新的平衡关系，这是引起地壳运动的多种因素之一。,地质学基础张庆辉制作,（二）地幔（Mantle）指莫霍面以下到古登堡面不连续面或古登堡面（Gutenberg discontinuity），以上的圈层。深度为从地壳底界到2900km。其体积占地球总体积的82，质量占地球总质量的67.8。物质密度大约从3.32g/cm3递增到5.7g/cm3，即在地幔下部接近于地球的平均密度。,地质学基础张庆辉制作,地幔内压力随深度而增加，界面上压力可达约1.51011Pa。 温度也随深度缓慢增加，下部约为3000左右。 目前，一般以1000km为界，把地幔分为上地幔和下地幔。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,1.上地幔（Upper mantle ） 也称橄榄岩层，又称榴辉岩层,和地壳相比，SiO2成分减少，镁铁成分增加。,地质学基础张庆辉制作,上地幔包括B、C两层，其中B层又可分成B和B两层。位于莫霍面以下的B层，相当于固态的橄榄岩层，故通常把这一层加上地壳（即A+B）合称为岩石圈。深度60400km范围内为 软流圈（Asthenosphere ）。,地质学基础张庆辉制作,2.下地幔Lower mantle （D层） 这一层物质密度较大，化学成分与上地幔无甚差别。但由于这里压力很大，这些硅酸盐矿物可能形成晶体结构紧密的高密度矿物。,地质学基础张庆辉制作,（三）地核Core位于深2900km古登堡面以下直到地心部分称地核。 根据地震纵波的变化情况，地核又可分为外核（E层）、过渡层（F层）和内核（G层）。,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,第三节 地质作用和地质年代Section 3 Geological Geochronology一、导致地球不断变化的作用地质作用（一）基本概念 把作用于地球的自然力使地球的物质组成、内部构造和地表形态发生变化的作用，总称为地质作用。引起地质作用的自然力称为地质营力。 所有地质营力来源于能，力是能的表现。,地质学基础张庆辉制作,按照能的来源不同，地质作用分为内力地质作用和外力地质作用。 内力地质作用是由地球内部的能（简称内能）引起的， 主要有地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能。 外力地质作用是由地球以外的能（简称外能）引起的， 主要有太阳辐射能、潮汐能、生物能等。,地质学基础张庆辉制作,（二）地质作用的能源1.地内热能 地球本身具有巨大的热能，这是导致地球发生变化的重要能源。2.重力能 指地心引力给予物体的位能。 3.地球旋转能 地球自转对地球表层物质产生离心力和离极力。 4.太阳辐射能。 5.潮汐能。6.生物能 归根结底，任何生物能都源于太阳辐射能。,地质学基础张庆辉制作,（三）地质作用的分类,地质学基础张庆辉制作,二、地质年代 空 间 时 间 地层单位 地质时代单位宇（Eonthem）宙（Eon）界（Erathem） 代（Era）系（System）纪（Period）统（Series） 世（Epoch）三、地质年代表：,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,复习题：1、地质学。2、地质学研究中坚持的三项原则。3、地球的结构。4、克拉克值；地壳，地幔，地核；硅镁层与硅铝层；5、地质作用分类。6、地质年代表。,地质学基础张庆辉制作,End of Chapter 1,地质学基础张庆辉制作,地质学基础张庆辉制作,