地球科学概论(第三章)-中国矿业大学(北京).ppt

,第三章 地球的内部圈层 和地壳的物质组成,重点掌握 地球内部圈层划分的依据，内部圈层的划分，各圈层的主要物理状态，地壳的类型，大陆地壳与大洋地壳的异同，矿物的概念，矿物的晶体结构，矿物的形态；岩石的成因分类，三大类岩石的主要特点。一般了解 地幔、地核的物质组成，元素在地球和地壳中的分布，克拉克值，地壳的重力均衡和重力异常。,2001年8月4日，中国大陆科学钻探工程在江苏省东海县开钻。钻井所在地毛北镇位于世界上规模最大的超高压变质带大别苏鲁造山带上。2005年3月8日完钻，钻进深度5158米。中国大陆科学钻探是我国入地计划的重大突破，也是当前实施的国际大陆科学钻探计划20多个项目中最深的科学钻井。,第一节 地球的内部圈层,利用地震波可探测地球内部的圈层结构；固体地球内部分为地壳、地幔、地核三个圈层；地壳主要由低密度的富铝硅酸盐岩石组成；地幔主要由密度中等的固态富镁硅酸盐岩石组成；地核主要由高密度的铁镍合金组成，外核呈液态，内核呈固态。,一、内部圈层的划分（一）划分依据地震波,候风地动仪,地震波面波对固体地球表面破坏最强体波纵波（P波）和横波（S波）地震波探测的原理：波传播速度与介质的密度和弹性性质有关，波速变化意味着介质密度和弹性变化；P波速度高于S波，且S波不能通过液体和气体。,一、内部圈层的划分（二）密度和物性分层 两个一级波速不连续界面 莫霍面与古登堡面分隔地壳、地幔、地核 一个明显的低速带 软流圈分隔岩石圈和中间圈,二、主要物理性质密度 地壳平均密度2.7-2.8g/cm3,地球平均密度5.516g/cm3；压力 与上覆物质重量成正比，按静压力平衡公式计算；重力 地球吸引力和离心力的合力，大致指向地心，影响重力的是下伏物质质量；温度 地温场、常温层（外热层）、地热增温率或地温梯度、地热流密度；,二、主要物理性质磁场 地球的偶极磁场，磁轴与地球自转轴夹角15度并绕地理极缓慢迁移（1）地磁三要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度（磁感应强度）（2）地磁场的组成：基本磁场（偶极磁场）、变化磁场（非偶极）、磁异常（3）地磁场的成因：自激发电机假说,G为地球旋转轴，M为磁极，F为磁力线；地球内部液态外核的差异运动与漩涡可产生感应电流，从而在一定时期内形成较稳定的地磁场。,二、物质组成和物理状态 地壳 地幔 地核 分层、厚度、物质组成、物性,第二节 地壳的物质组成岩石和矿物,地壳主要由富铝硅酸盐岩石组成；岩石是矿物的集合体；矿物是天然产出的单质或化合物，具有一定的化学成分和内部结构；矿物内部的晶体结构是决定其外部形态及特性的主导因素。,道生一 一生二 二生三 三生万物-老子 道德经 四十二章,一、元素在地壳中的分布 根据宇宙始于大爆炸的设想，所有物质是从基本粒子聚变为氢，然后四个氢合成一个氦（热核聚变），氦进一步再合成其它元素。克拉克值化学元素在地壳中的平均质量百分比，某一地区的克拉克值又称为该元素的丰度值。美国化学家克拉克（F.W.Clarke，1947-1931）在1989-1925年期间，对全球性5159个样品作了分析，求得50种元素在大陆地壳16公里内的平均含量，后来的地球化学家又作了许多修正、补充。,存在于地球圈层（如地壳岩石）中的元素（绝大部分以化合物形式）随地质作用而迁移、变化，集中或分散，当元素或化合物相对集中到能够具有经济价值并可被利用时，称为矿产。,二、矿物1、矿物(mineral)定义 地壳中由地质作用形成的单质或无机化合物，具有一定的化学成分和内部结构,2、矿物的晶体结构（矿物的DNA）绝大多数矿物是固体，仅少数（如自然汞Hg，水）等是液体。固体矿物按其内部质点的结构不同分为：晶质矿物内部质点（原子、离子或分子）在三度空间作有规律的重复排列 非晶质矿物内部质点排列无规律 自然界中绝大多数是晶质矿物，随仪器精度提高过去许多以为是非晶质的矿物其实是“隐晶质”。,3、矿物的形态 同一成分和内部结构的矿物，在一定外部条件下，常以惯常的晶体形态出现，称晶体习性。单个晶体的形态（晶体习性）归纳为：一向延伸型；二向延伸型；三向等长型,黄铁矿(FeS2)（愚人金）所具有的立方体晶体形态进面、晶面上有三组相互垂直的晶面条纹。,矿物除以单晶或规则连生体（双晶）出现外，更常聚合形成矿物集合体，它的形态取决于单体形态及集合方式。,3、矿物的形态 小结 同一矿物的晶体结构相同；化学成分相同、但晶体结构不同、构成不同矿物；同一矿物（同一晶体结构）可以有多种晶体外部形态。,4、矿物的物理性质 矿物的物理性质不仅与化学成分相关，更受晶体结构控制，如同是由碳单质组成的金刚石与石墨。,矿物的物理性质 光学性质：颜色、条痕色、透明度、光泽 力学性质：硬度、解理、断口 其它物理性质：磁性、比重、发光性,矿物沿解理裂开所形成的光滑面,萤石,石盐,方解石,CaF2,NaCl,CaCO3,二、矿物5、矿物的种类 已知2270余种，常见200-300种，主要造岩矿物仅20-30种。,按矿物化学成分分为5大类：自然元素矿物重要矿产资源 硫化物矿物有色金属和稀有金属矿产 卤化物矿物重要的工业原料矿产 氧化物和氢氧化物矿物金属矿产 含氧盐矿物地壳中最主要的矿物组分,三、岩石1、岩石(rock)的概念 天然形成的、由固体矿物或岩屑组成的集合体 单矿物岩石 复矿物岩石 岩屑组成的岩石。岩石与矿物的根本区别不在外表，而在于矿物有确定的化学成分和晶体结构，但岩石（中各种矿物）成分和化学成分含量不定，只有大致范围岩石是各种矿物的集合体。,大理岩，由石灰岩经变质作用形成的结晶岩石，矿物成分主要为方解石,2、水成论与火成论的论战 水成论（Neptonism,Neptone希腊神话中的海神）代表人物：魏尔纳（A.G.Werner，1750-1815）德国萨克森州地质教授 观点：岩石从原始海洋中沉积、结晶，火山喷发是地下煤燃烧的结果；水成论（Plutonism,Pluto希腊神话中的地府之神）代表人物：赫顿（J.Hutton，1726-1797）苏格兰医生、务农，致力于自然历史考察 观点：地球深处高热熔化，浅部冷凝成岩；对花岗岩和玄武岩成因的解释 19世纪初争论结束，火成论得到承认，二者共存。经过大争论，得以从成因角度进行岩石的分类。,3、岩石的成分和结构 1828年英国尼科尔(W.Nicol)将偏光技术应用于显微镜，加上化学理论与分析测试技术的进步，使人们能根据化学成分、矿物组成和组合、光学性质等对岩石进行更准确、细致的分类，岩石学迅速发展。,岩石的矿物成分矿物种类及其含量；岩石的结构 岩石的构造。,岩 石 花岗岩石英角闪石长石 矿 物,岩石的矿物成分矿物种类及其含量；岩石的结构 岩石的构造。区分岩石的结构（颗粒本身的特点）和构造（颗粒分布和排列方式）,结 构,构 造,（风成）交错层理,4、岩石的成因类型（1）岩浆岩(magmatite)由岩浆冷凝结晶形成的岩石；岩浆是上地幔和地壳深部形成的、以硅酸盐为主要成分的炽热的粘稠、富含挥发分的熔融体。按形成环境分类：喷出岩与侵入岩；按化学成分分类：超基性岩（SiO266%）矿物成分：暗色矿物与浅色矿物 分布面积20%左右，体积占地壳的30-40%。常见：玄武岩、花岗岩,岩 石 花岗岩石英角闪石长石 矿 物,京西下韦店辉绿岩墙,京西房山花岗岩,（2）沉积岩 地表或近地表环境，由母岩风化剥蚀的产物在原地或经搬运沉积固结成岩形成的岩石。按成分分为：碎屑岩、火山碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩等四类 组成沉积岩的物质成分主要为：岩屑、矿物（碎屑矿物、表生矿物、化学沉淀新矿物）、有机质及胶结物 分布面积70%左右，体积占地壳的10%常见：泥岩、页岩、砂岩和碳酸盐岩,中国四川省九寨沟的石灰华(施 健摄，1993),砾 岩,角砾岩,砂 岩,含植物化石的页岩,京西长龙山组砂岩,京西奥陶系灰岩,美国西部白垩系含煤岩系(刘焕杰摄，1989),4、岩石的成因类型（3）变质岩 地壳中已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）在高温、高压及化学活动性流体的作用下，使原岩石的物质成分、结构、构造发生改造而形成的新岩石。按地质背景及原因（变质作用因素）分：接触变质岩、动力变质岩、区域变质岩和混合岩；矿物成分：以变质矿物为特征 分布面积10%左右，地下分布广泛，体积占地壳的50-60%常见：片岩、片麻岩、混合岩、麻粒岩及大理岩。,大理岩，由石灰岩经变质作用形成的结晶岩石,第三节 地壳的类型,地壳在横向上是不均一的；，按地壳物质组成、结构、构造及形成演化特征分为大陆地壳与大洋地壳两种基本类型；重力对地球形成和演化起到趋向平衡与稳定的作用，同时又造成圈层间或圈层内部的相互作用；区域重力异常与地壳厚度存在良好的相关性。,一、地壳的类型 大洋地壳 厚5-10公里，物质成分相当于基性岩，密度2.8-2.9g/cm3，形成年代新，不超过2亿年；地壳结构的三层模式：沉积层玄武层大洋层 大陆地壳 厚度变化大、平均33公里，物质成分相当于中、酸性岩，密度2.5-2.7g/cm3，形成年代老46亿年；地壳结构的三层模式：上地壳中地壳下地壳,二、地壳的重力异常与重力均衡 重力异常 重力异常：实测重力值与理论重力值之间的差异。引起重力异常的原因：观测点位置、剩余物质、密度不均匀 自由空气异常（高度校正）和布格重力异常 山区布格负异常的发现（山根），布格重力异常与地壳厚度良好的相关性 重力异常与地质研究和找矿勘探,重力均衡 重力均衡地壳物质为适应重力作用，力求与更深部的物质达到质量或重量上平衡状态的现象 重力均衡的普拉特模式和艾黎模式,思考题1、对比：地壳与岩石圈、矿物与岩石、岩石的结构 与岩石的构造、大陆地壳与大洋地壳2、地球内部圈层划分的依据？如何划分？3、矿物的主要物理性质有哪些？4、矿物按化学成分的分类5、岩石的成因分类？6、三大类岩石的主要特点？,作业三大类岩石主要特征对比表要求：1、从成因、矿物成分、结构构造、产出环境、分类及常 见岩石类型等方面加以总结（列表对比）；2、一周后上课时由各班学习委员收齐上交；,