第01章-總論

1、緒 言,一、地質學的研究對象,地質學是研究地球及其演變的一門自然科學。它主要研究地球的組成、構造、發(fā)展歷史和演化規(guī)律。在當前階段，地質學主要研究固體地球的最外層，即巖石圈（包括地殼和上地幔的上部）。因為這一部分既是與人類生活和生產密切相關的部分，同時也是容易直接觀測和研究歷史最久的部分。,隨著科學技術的迅速發(fā)展，如衛(wèi)星、航天、深鉆技術、海洋物探、高溫高壓實驗、電子顯微鏡、計算機、遙感遙測、紅外攝影、激光等新技術、新手段的不斷應用，地

2、質學的研究范圍也不斷擴大。從地球表層向深部發(fā)展，出現了深部地質學；從大陸向海洋發(fā)展，出現了海洋地質學；從地球向外層空間發(fā)展，出現了月球地質學、行星地質學、宇宙地質學。,按照研究的內容和性質，地質學可以劃分出許多獨立的分科。,二、地質學的特點和研究方法,地質學的研究對象主要是地球，屬于地球科學（簡稱地學）的范疇，也是六大基礎自然科學(數學、物理學、化學、天文學、地學、生物學)的一個組成部分。地質學的研究對象及其內容既不同于數學，也不同于物

3、理和化學，而是具有它自己的特殊性，從而也具有它自己的研究方法。,（一）地質學的特點,第一，地質學的研究對象涉及到悠久的時間和廣闊的空間。地球自形成以來已經有46億年的歷史，在這樣漫長的時間里，地球曾發(fā)生過滄海桑田、翻天覆地的重大變化，而其中任何一個變化和事件，任何一粒礦物和一塊巖石的形成和演化，都往往要經歷數百萬年甚至數千萬年的周期。對這些變化和事件，人們不能像研究人類歷史那樣，可以借助于文字和文物；也不能像研究物理那樣，可以單純依靠在

4、實驗室中做實驗，而必須靠研究分析地球本身發(fā)展過程中所遺留下來的各種記錄。,第二，地質學具有多因素互相制約的復雜性。它所研究的對象和內容，從小到礦物組成的微觀世界到大至整個地球以及宇宙的宏觀世界，從礦物巖石等無機界的變化到各種生命出現的演化，從常溫常壓環(huán)境到目前還不能人為模擬的高溫高壓環(huán)境，從各種變化的物理過程、化學過程到生物化學過程，從地球本身各個部分的物質能量轉化到地球與外部空間的物質能量轉化等等，充滿著各種矛盾和相互作用的復雜過程。

5、,第三，地質學是來源于實踐而又服務于實踐的科學。但地質學必須首先是以地球為大課堂，以大自然為實驗室，進行野外調查研究，大量掌握實際資料，進行分析對比歸納，得出初步結論，然后再用以指導生產實踐，并不斷修正補充和豐富已有的結論。遠在數十萬年前的舊石器時代，人類的祖先就是在制造石器的過程中，逐步掌握了一些巖石的特性，后來在銅器時代、鐵器時代，人類又在生產活動中逐步掌握了尋找有用礦產的某些規(guī)律。近代以來，由于工礦業(yè)的發(fā)展，特別是相鄰科學和現代技

6、術的進步，又推動了地質學的突飛猛進，不斷形成新的理論。,（二）地質學的研究方法▲,地質學的研究方法主要是在實踐的基礎上，進行推理論證。推理的基本方法是演繹和歸納。演繹是由一般原理推出關于特殊情況下的結論。歸納是由一系列具體的事實概括出一般原理。在地質學研究中，這兩種推理方法都能用到，但歸納法則是更基本的方法。,野外調查——為了認識地殼發(fā)展的客觀規(guī)律，了解一個地區(qū)的地質構造和礦產分布情況，除了搜集和研究前人資料外，必須進行野外調查研

7、究，積累大量感性資料，分析對比，歸納分類。通過“實踐、認識、再實踐、再認識”循環(huán)往復的形式，得出反映客觀事物本質的結論。,室內實驗和模擬實驗——室內實驗也是進行調查研究的重要手段。在野外采集的各種樣品，都要帶回室內進行實驗、分析和鑒定，例如巖礦鑒定、巖石定量分析、化石鑒定、同位素年齡測定等。為了生產的實際需要和探討某些地質現象的成因和發(fā)展規(guī)律，有時需要利用已知巖礦的各種參數及物理、化學過程，進行模擬實驗。雖然，這種實驗結果的可靠性是相對

8、的，但其重要性卻日益增加。如目前可以制造出人工紅寶石、石英、金剛石等，既有實用價值，又有助于了解自然界礦物、巖石、礦床的形成和分布規(guī)律。又如，在室內進行地質力學模擬實驗，可以得出各種構造型式的形成條件和展布情況。,歷史比較法（現實類比法）——研究地球的歷史，必須根據具體情況，用歷史的、辯證的、綜合的思想作指導，而不是簡單地、機械地以今證古，這樣才能得出正確的結論。均變論——著名英國地質學家萊伊爾在19世紀提出“以今證古”的研究方法。他

9、認為當前正在進行著的各種地質作用和方式，和地質時期是一樣的，所不同的只是量的差別。巨厚的地層、高大的山脈等，并不是什么劇烈的動力造成的。從現在的已知就可推求過去的未知，根據目前的地質過程和方式就可推斷過去的地質過程和方式，從而恢復地質時代的歷史。災變論(激變論) ——稍早一點，法國地質學家居維葉認為地殼的變化和生物的發(fā)展，不是自然界逐漸演化而成的，而是由于發(fā)生多次超越現在人類認識范圍和經驗的短暫而猛烈的激變事件造成的。,災變論(激變論

10、)與均變論正相反，認為上帝 “創(chuàng)造”世界，“災難—毀滅—再創(chuàng)造”，自然界按照這種過程，生物界不斷形成新屬種，如此反復，變化不已。由于它否認生物演化，并帶有濃厚的神的色采，所以后來受到批判，逐漸為均變論所代替。但是，均變論只強調緩慢變化的一面，未見到突變的一面；只談量變，未談質變；只認識古今的一致性，未認識到古今還有差異性。地球的歷史絕不會是簡單的重復。同時，目前許多人認為在地球的長期發(fā)展過程中，不能排除曾經發(fā)生過若干次災變或激變事件

11、。例如，大量隕石的撞擊，地磁極的多次反轉，地質歷史上多次冰川時期的出現等。,近年通過對地球的監(jiān)測獲得的許多數據，認為隨著地球的發(fā)展和時間的延續(xù)，那些意義不大的地質事件及其結果都被篩掉或過濾掉了，從而使人們通過對某些作用結果的觀測，比通過對不連續(xù)或微弱的信息直接監(jiān)測地球的一般動力演化，可能會更正確地認識某些地質過程，更正確地研究現在，了解過去，預測未來。這種觀點和萊伊爾的“以今證古”相反，而是“以古證今”，認為“研究過去是了解現在的鑰匙（

12、關鍵）”。,第一章 總 論,地 球,第一節(jié) 地球概況,一、地球的形狀和大小 （一）對地球形狀、大小的認識,（1）公元前6世紀，從“地平說”到“地圓說”，第一級近似。（2）到18世紀末，認識到地球為極軸方向扁縮的橢球，第二級近似。（3）為了計算方便，人們用“旋轉橢球體” 來代表地球的形狀。但地球不是流體，所以旋轉橢球體的光滑表面并不完全和地球真實形狀一致。地球表面有大陸和海洋，地勢有高有低，其形狀是非常不規(guī)則的

13、。后來通過重力測量采用“大地水準體” 來代表地球的形狀，第三級近似。,大地水準體是指由平均海面所封閉的球體形狀。由于地球表面有71％為海洋所占據，所以在一定程度上講，大地水準面代表了地球的形狀，而且這個面是一個實際存在的面。但它仍然是介于旋轉橢球體和地球真實形狀之間的一個中間形態(tài)。,大地水準體和地球的真實形狀,近年來，由于人造衛(wèi)星等空間技術的發(fā)展，推動了關于地球形狀的深入研究，取得了新的認識。（1）大地水準面不是一個穩(wěn)定的旋轉橢球面，

14、而是有地方隆起，有地方凹陷，相差可達100m以上；（2）地球赤道橫截面不是正圓形，而是近似橢圓形，長軸指向西經20°和東經160°方向，長短軸之差為430m；（3）赤道面不是地球的對稱面，從包含南北極的垂直于赤道平面的縱剖面來看，其形狀與標準橢球體相比較，位于南極的南極大陸比基準面凹進24m；而位于北極的沒有大陸的北冰洋卻高出基準面14m。從赤道到南緯60°之間高出基準面，而從赤道到北緯45°

15、之間低于基準面。這一形狀是一個近似“梨”的形狀。,根據衛(wèi)星測量得到的地球形狀,與標準橢球體表面形狀相比較： 南極大陸比基準面凹進24米； 北極海高出基準面 14米。 從赤道到南緯60°之間高出基準面，而從赤道到北緯45°之間低于基準面。 這一形狀是一個近似“梨”的形狀。,（二）地球的形狀和大小的最新數據地球赤道半經（α）：6378.137km*地球極半經（с）：6356.752km

16、*扁率： 赤道標準重力加速度（γe）：（978032±1）×10-5m/s2（1975年9月，國際大地測量學和地球物理學聯合會第18屆年會推薦和1980年公布的部分大地測量常數值，后者帶*號）,（三）地球的其它數據地球平均半經：6371km子午線周長：40008.08km赤道周長：40075.24km地球的面積：51000萬km2*海洋面積：36100萬km2，占地球總面積的70.8％陸

17、地面積：14900萬km2，占地球總面積的29.2％地球的體積：10830億km3*地球的質量：5.976×1027g*地球的平均密度：5.517g/cm3,物體脫離的臨界速度：11.2km/s赤道上點的線速度：465m/s地球沿軌道運動的平均速度：29.78km/s大陸最高山峰（珠穆朗瑪峰）：8844.43m大陸平均高度：825m海洋最深海溝(馬里亞納海溝) ：-11034m海洋平均深度：-3800m大陸

18、和海洋的平均高度：-2448m（即全球表面無起伏，將被2448m厚的海水所覆蓋）,二、地球的物理性質 （一）地球的密度和重力地球的質量是根據萬有引力定律計算出來的，用地球的質量除以地球的體積，便可得出地球的平均密度是5.517g/cm3，而地殼上部的巖石平均密度是2.65g/cm3，由此推測地球內部必有密度更大的物質。根據地震資料得知，地球密度是隨著深度的加深而增大的，并且在地下若干深度處密度呈跳躍式變化，推測地核部分密度

19、可達13g/cm3左右。,地球的平均密度和水星（5.4）相差不多，月球（3.341）和火星（3.95）的密度都比地球小，其它行星的密度就更小了。當前很重視和其它星體對比來研究地球。,地球的重力一般是指地球對地表和地內物質的引力。而萬有引力F=m1m2/r2。地表重力因還受地球自轉產生的離心力和各點與地心距離的影響，故各地并不相等，且隨海拔和緯度的不同而發(fā)生變化。據計算：在兩極，重力比赤道地區(qū)大0.53％，也就是說把在兩極重100kg的

20、物體搬到赤道地區(qū)時，則變成99.47kg。通常用單位質量所受的重力，即重力加速度（g）來表示各地的重力大小。在赤道的重力為978.0318Gal，在兩極為983.2177Gal。1Gal(伽)＝10-2m/s2,如果把地球看作一個理想的扁球體（旋轉橢球體），并且內部密度無橫向變化，所計算出的重力值，稱理論重力值。但由于各地海拔高度、周圍地形以及地下巖石密度不同，以致所測出的實際重力值不同于理論值，稱為重力異常。比理論值大的稱正異常，比

21、理論值小的稱負異常。存在一些密度較大物質的地區(qū)，如鐵、銅、鉛、鋅等金屬礦區(qū)，就常表現為正異常；而存在一些密度較小物質的地區(qū)，如石油、煤、鹽類以及大量地下水等，就常表現為負異常。異常的大小取決于礦石與周圍巖石的密度差、礦體的大小以及礦體的埋藏深度。根據這個道理可以進行找礦和地質調查，這稱為重力勘探，是地球物理勘探方法之一。,利用重力異常研究地質情況，必須對實測重力值進行校正，清除各種因素對實測值的影響。第一，實測點有一定的海拔高度，海拔越

22、高，距地心距離越大，而高差每增減1m，重力差則為0.3083mGal。因此，須要一律校正至海平面高度，這種校正只考慮海平面與測點之間高差的影響，而未考慮海平面與測點之間物質的影響，就好象那里是空的一樣，所以這種校正稱自由空氣校正。經這樣校正后的重力值與理論重力值之差，稱為自由空氣異常。,第二，測點與海平面之間還有巖石（平均密度一般按2.67g/cm3計算）對重力產生影響，測點周圍地形也對重力產生影響，因此自由空氣校正后的重力值還必須減去

23、這部分巖石和地形對測點所產生的重力值，這種校正稱為布格校正，布格校正后的重力值與理論重力值之差稱為布格異常。這種異常應用最廣，在文獻中所看到的重力異常一般皆指布格重力異常。,中國大陸部分布格重力異常圖（不包括海洋和島嶼）,從我國大陸部分布格重力異常圖可以看出有兩點值得注意的情況：（1）青藏高原邊緣和大興安嶺及太行山邊緣有明顯的“重力臺階”，這說明地質情況有很大變化；（2）丘陵及平原地帶重力異常值較小，而青藏高原等地負異常值較大，甚至達到

24、負400—500mGal，這說明高原、高山地帶在海平面以下的部分存在著某種補償作用，從而抵消了高山、高原對重力的影響。根據這種現象，有人提出“地殼均衡說”，認為山脈是較輕的巖塊浮在較重的介質之上，仿佛冰山浮在海水中一樣，山越高，它深入下部介質中的深度也越大，這深入的部分通稱“山根”。這種論點現已為許多證據所證實。,（二）地磁地球周圍存在一個巨大的偶極地磁場，但地磁極與地理極的位置并不一致，地磁軸與地軸呈11.5°相交。為

25、了確定地表任何一點的地磁場，需要進行磁場強度測量。,,,地球磁場示意圖,地磁場要素示意圖,磁場強度單位為奧斯特Oe，它的水平分量為水平強度，它的垂直分量為垂直強度，θ角稱磁偏角，α稱磁傾角。磁偏角是地磁子午線與地理子午線的夾角，以指北針為準，偏東為正，偏西為負。磁傾角即磁針與各處水平面的夾角，常隨緯度而變化，在兩磁極α角為90°，在磁赤道則為0°，以指北針為準，下傾者為正，上仰者為負。,地磁具有以下特點：（1）地磁

26、南北極和地理南北極的位置不一致，并且磁極的位置逐年都有變化，磁極有向西緩慢移動的趨勢。,近代地磁極位置,*實測位置,（2）地面上每一點都可從理論上計算出它的磁偏角和磁傾角。如磁偏角和磁傾角與理論值不符時，叫做地磁異常。局部的地磁異常主要是由地下巖石磁性差異引起。屬于地球物理勘探方法之一的磁法勘探就是據此尋找地磁異常區(qū)，從而發(fā)現隱伏地下的高磁性礦床。此外通過研究在巖石中保存下來的剩余磁性的方向和強度，來判斷地球磁場方向的變化，稱古地磁學

27、。它可以配合其它方法探索地球巖石圈構造發(fā)展的歷史。,（3）根據人造衛(wèi)星在地球外層空間探測發(fā)現，地球磁場的磁力線并不規(guī)則，而是由于太陽風的影響，地球的磁場被壓縮在一個固定區(qū)域內，這個區(qū)域叫磁層。磁層像一個頭朝太陽的彗星，磁層頂部朝向太陽，距離地球有10個地球半徑遠，而尾部可以拖到幾百個地球半徑那么遠。磁層可以使地球上生物免受宇宙射線和粒子襲擊的危害。,磁層中有二個特殊區(qū)域，像兩個汽車輪胎套在地球周圍，那里充滿高能帶電粒子，叫做范·

28、;艾倫輻射帶,（4）關于地球磁場形成的原因，目前傾向于這種認識：地核的外核部分為液態(tài)的金屬鐵鎳物質，是一種導電流體，在地球旋轉過程中，產生感應自激，形成地球磁場。又因在地球轉動過程中，流體地核比固體地幔略有滯后，因此產生地球磁場逐漸向西漂移。但這些假說有待于繼續(xù)研究證實。,（三）地熱,地球內部儲存著巨大的熱能——地熱。地殼表層的溫度常隨外界條件而變化，但從地表向下到達一定深度，其溫度就不隨外界溫度而變化，這一深度叫常溫層。在常溫層以下，

29、地溫隨深度而增加，此增溫規(guī)律可以用地熱增溫級或地熱梯度表示。所謂地熱增溫級是在常溫層以下，溫度每升高1℃時所增加的深度，單位是m/℃，地熱增溫級的平均數值是33m/℃。地熱增溫級的倒數叫地熱梯度，即每深100m所增加的溫度，單位是℃/100m。地熱梯度的平均數值是3℃/100m。,地熱增溫的規(guī)律只適用于地殼部分或巖石圈。據地球物理資料推斷，整個地球的平均溫度約為2000℃。地熱的主要來源是由放射性元素衰變而產生的，如鈾（U238，U23

30、5）、釷（Th232）、鉀（K40）等。,地球內部推測溫度分布曲線,地球內的熱能可以通過不同形式進行釋放，如火山噴發(fā)、熱水活動以及構造運動等都是消耗地熱的形式。但地熱釋放最經常和持續(xù)的形式是地球內部熱能從地球深部向地表的傳輸，這種現象稱為大地熱流。,大陸地熱資源分布很不均勻，環(huán)太平洋帶、地中海-喜馬拉雅帶是兩條著名的地熱帶，也是地球上著名的地震帶和火山活動帶。這里有很多地方的地熱流值高于平均值，這種地方稱為地熱異常區(qū)。在地熱異常區(qū)，地熱

31、傳導給地下水，使之變成熱水或蒸汽，然后再沿斷層或裂隙上升到地表，這樣就會形成溫泉、熱泉、沸泉或者噴汽孔、冒汽地面等，有時還會形成熱水湖。所有這些現象都稱之為地熱活動的地表顯示。凡是具有地熱的地表顯示或地熱異常現象的地區(qū)，叫地熱田。,我國東部沿海地區(qū)（包括臺灣在內）和西藏、云南等地，地熱資源很豐富。我國已發(fā)現熱泉點3500多處，其中西藏全區(qū)的水熱活動區(qū)不下600處。拉薩西北羊八井熱汽井，鉆井深只30m，而溫度達130℃的熱水汽噴高30多

32、m，是大型地熱田之一。熱水除直接利用外，還可用以建立地熱發(fā)電站。,第二節(jié)  地球的結構▲,地球是一個由不同狀態(tài)與不同物質的同心圈層所組成的球體。這些圈層可以分成內部圈層與外部圈層，即內三圈與外三圈。其中外三圈包括大氣圈、水圈和生物圈，內三圈包括地殼、地幔和地核。,,地球的圈層結構,地殼,地幔,一、地球的外部圈層,（一）大氣圈從地表（包括地下相當深度的巖石裂隙中的氣體）到16000km高空都存在氣體或基本粒子，總質量達5

33、15;1015t，占地球總質量的0.00009％。主要成分氮占78％；氧占21％；其他是二氧化碳、水汽、惰性氣體、塵埃等，占1％。,大氣圈是地球的重要組成部分，并有重要的作用：（1）大氣可以供給地球上生物生活所必須的碳、氫、氧、氮等元素。（2）大氣可以保護生物的生長，使其避免受到宇宙射線的危害。（3）防止地球表面溫度發(fā)生劇烈的變化和水分的散失，如若沒有大氣圈，地球上將不會存在水分。（4）一切天氣的變化，如風、雨、雪、雹等都發(fā)生在

34、大氣圈中。（5）大氣是地質作用的重要因素。（6）大氣與人類的生存和發(fā)展關系密切。大氣容易遭受污染，大氣環(huán)境的質量直接關系著人類健康。,（二）水圈,水圈包括海洋、江河、湖泊、冰川、地下水等，為一連續(xù)而不規(guī)則的圈層。水圈的質量為1.41×1018t，占地球總質量0.024％。其中海水占97.2％，陸地水（包括江河、湖泊、冰川、地下水）只占2.8％；而在陸地水中冰川占水圈總質量的2.2％，所以其他陸地水所占比重是很微小的。此外，

35、水分在大氣中有一部分；在生物體內有一部分，生物體的3/4是由水組成的；在地下的巖石與土壤中也有一部分。可見，水圈是獨立存在的，但又是和其他圈層互相滲透的。,水圈是地球構成有機界的組成部分，對地球的發(fā)展和人類生存有很重要的作用：（1）水圈是生命的起源地，沒有水也就沒有生命。（2）水是多種物質的儲藏床。（3）水是改造與塑造地球面貌的重要動力。（4）水是最重要的物質資源與能量資源，水資源的多寡和水質的優(yōu)劣直接關系著經濟發(fā)展與人類生存。

36、,（三）生物圈指地球表面有生物存在并感受生命活動影響的圈層。目前世界上已知的動物、植物大約有250萬種，其中動物占200萬種左右，植物大約占34萬種左右，微生物大約有3.7萬種。整個生物圈的質量并不大，僅僅是大氣圈質量的1/300，但它起到的作用卻是很大的。生物圈具有相當的厚度。綠色植物的分布極限大約是海拔6200m左右，根據資料，在33000m高空還發(fā)現有孢子及細菌。,總的來講，生物圈包括大氣圈的下層，巖石圈的上層和整個水圈，最

37、大厚度可達數萬米。但是其核心部分為地表以上100m，水下100m，也就是說大氣與地面、大氣與水面的交接部位是生物最活躍的區(qū)域，其厚度約為200m左右，因為在這個范圍內具有適于生物生存的溫度、水分和陽光等最好的條件。,生物圈是在地球演化過程中形成的一個特殊圈層，大約在30億年以前，地球上才開始有了最原始的生命記錄。大約從6億年前才進入生命演化的飛躍階段。地球上自從出現生物，便對地球的發(fā)展起著重要的特殊的作用。由于生物的生長、活動和死亡，使

38、生物和大氣、水、巖石、土壤之間，進行著多種形式的物質和能量的交換、轉化和更替，從而不斷改變著周圍的環(huán)境。,如植物在光合作用過程中，不斷從大氣中吸收CO2，在反應中放出O2，改變著大氣的成分，同時將碳固定下來，并把它們的一部分埋藏在地殼中，形成大量的地殼能源。據估計，每年大約有1.5×1010t的碳，從大氣轉入到樹木之中，煤碳就是地質時代樹木被掩埋地下形成的。可以說，沒有生物也就沒有今天的地球面貌，沒有生物，也就不可能提供如此

39、繁多的生物資源。,二、地球的內部圈層,地球的內部圈層指從地面往下直到地球中心的各個圈層，包括地殼、地幔和地核。雖然人們渴望“向地球的心臟進軍”，徹底搞清楚地球內部狀況，但目前世界上深井記錄為12300m（俄羅斯科拉半島一口深鉆，截至1986年），只占地球半徑的1/530，所以還不能用直接觀察的方法來研究地球內部構造。通常采用地球物理方法，更主要是利用地震波的傳播變化來研究地球內部構造情況。,地球內部存在兩個明顯的地震波波速傳播不連續(xù)面（

40、一級不連續(xù)面）。① 平均深度約33km，稱莫霍洛維奇不連續(xù)面，簡稱莫霍面或莫氏面。② 平均深度2900km，稱古登堡不連續(xù)面。這兩個一級不連續(xù)面，將地球內部劃分為3個圈層：地殼、地幔和地核。,,地球內部圈層結構示意圖,地球內部圈層和物理數據 p28,（一）地殼,指地球莫霍面以上的固體硬殼，屬于巖石圈的上部。地殼主要由硅酸鹽類巖石組成，它的質量為5×1019t，約占地球質量的0.8％，體積占整個地球體積的0.5％。,1.

41、地殼的化學組成地殼中含有元素周期表中所列的絕大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等 8 種主要元素占98％以上，其他元素共占1—2％。化學元素在地殼中平均含量稱克拉克值。,地殼中主要元素的平均含量（重量％）,,,,,夫,據泰勒,,地殼中化學元素的克拉克值相差極為懸殊。氧幾乎占有一半，硅約占1/4，鋁約占1/13. 表中未列入的大多數元素的含量是微不足道的。比如銅的克拉克值為0.007％，鉛為0.0016％，釷為

42、0.0012％，銻為0.0001％，金為5×10-7％。組成地殼的各種元素并非孤立存在，大多數情況是相關元素化合形成各種礦物，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等組成的硅酸鹽礦物為最多，其次為各種氧化物、硫化物、碳酸鹽等。各種不同礦物特別是硅酸鹽類又組成各種巖石，所以說地殼是巖石圈的一部分。,其他大部分元素的克拉克值雖然很小，但它們在一定條件下可以遷移和富集。如在一定地段和一定時間某些元素富集起來，含量超過該元

43、素的克拉克值，并在質和量上達到開采的要求，這樣的地段就形成了礦床。,2.地殼的厚度和結構▲ 地殼是地球表面的一層薄殼，其厚度大致為地球半徑的1/400，但各處厚度不一，大陸部分平均厚度37km多，而海洋部分平均厚度則約7km。一般說來，高山、高原部分地殼最厚，如我國青藏高原地殼最厚可達70km。,,,,,,,花崗質巖層,玄武質巖層,,,,,高山,平原,海洋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,榴輝巖,橄欖巖,地 殼

44、,地 幔,地殼（A層）可以分為上下兩層，中間被康拉德面分開。但這一界面在海洋部分不明顯或者根本不存在。上層地殼（即A′層），成分以 O、Si、Al及K、Na等為主，和花崗巖的成分相似，所以叫花崗質巖層；又稱硅鋁層。平均密度2.6—2.7g/cm3。厚度在山區(qū)和高原可達40km，在平原區(qū)約10km，在海洋地區(qū)變薄甚至缺失，是一個不連續(xù)圈層。這一層物質組成極為多樣，構造形態(tài)和地貌形態(tài)也非常復雜。下層地殼（即A″層），其成分雖然也以O、S

45、i、Al等為主，但Mg、Fe、Ca等顯著增加，和玄武巖成分相似，所以叫玄武質巖層，又稱硅鎂層。平均密度2.9—3.0g/cm3。此層在海洋區(qū)平均厚5—8km，在大陸區(qū)推測厚30km，是連續(xù)圈層。,3.地殼的類型▲地殼可分為大陸型地殼（陸殼）和大洋型地殼（洋殼）。陸殼的特征是厚度較大（30—70km），具雙層結構，即在玄武巖層之上有花崗巖層（表層的大部分地區(qū)有沉積巖層）。總的來看，硅鋁層好像浮在硅鎂層之上，地表起伏越大（如高山、高原），

46、莫霍面的位置越深，地殼越厚。,洋殼的特征是厚度較小，最薄的地方不到5km，一般只有單層結構，即玄武巖層，其表層為海洋沉積層所覆蓋。此外，在陸殼和洋殼交會處還可以分出過渡型地殼，又稱次大陸型地殼▲ ，其特點介于以上二種類型地殼之間。地殼厚度的差異性和垂直結構及物質成分的不均勻性，構成了地殼總的特征，這種特征常導致地殼物質的重新分配和調整，以便達到新的平衡關系，這是引起地殼運動的多種因素之一。,地殼類型和平均厚度,,37.5,中國大陸地殼

47、等厚度圖,（二）地幔,指莫霍面以下到古登堡面以上的圈層。深度為從地殼底界到2900km。其體積占地球總體積的82％，質量為4.05×1021t，占地球總質量的67.8％。物質密度大約從3.32g/cm3遞增到5.7g/cm3，即在地幔下部接近于地球的平均密度。壓力隨深度而增加，界面上壓力可達約1.5×1011Pa。溫度也隨深度緩慢增加，下部約為3000℃左右。,從莫霍面到古登堡面，根據地震波傳播速度大體是緩慢而均勻變

48、化的，中間缺少一級不連續(xù)面，說明地幔物質較地殼具有很大的均勻性。但是，在約400km和約1000km深處各有一個次一級不連續(xù)面存在，即拜爾勒面和雷波蒂面，并據此劃分為B、C、D層。由此可見，地幔物質又具有一定的分異作用。目前，一般以1000km為界，把地幔分為上地幔和下地幔。,1.上地幔由于震波數值和在橄欖巖中實驗所得的數值相似，所以也稱橄欖巖層，又稱榴輝巖層。橄欖巖的成分和地殼相比，SiO2成分減少，鎂鐵成分增加。上地幔包括B、C

49、兩層，其中B層又可分成B′和B″兩層。位于莫霍面以下的B′層，相當于固態(tài)的橄欖巖層，故通常把這一層加上地殼（即A+B′）合稱為巖石圈。,在深度60—400km范圍內，震波速度明顯下降，特別是在100—150km深度左右下降更多，這一層稱為古登堡低速層（相當B″層）。一般認為在這一層可能有部分熔融，具有較大的塑性或潛柔性，因此又稱為軟流圈。軟流圈的深度、厚度和范圍常隨地而異，邊界有起伏變化，有時呈漸變關系。軟流圈的溫度大約為700—160

50、0℃，這里可能是巖漿的主要發(fā)源地，同時地殼運動、巖漿活動、火山活動以及熱對流等皆可能與此層有關。,上地幔下部（C層）也有次一級不連續(xù)面，具體情況有待于繼續(xù)探索。中、深源地震（最深可達720km）的震源皆發(fā)生在上地幔中。因此，對上地幔的研究日益受到國際上的重視，是固體地球物理學國際合作研究計劃之一。為了進一步探索地球深部，1960年曾提出“上地幔計劃”，于1970年結束，對研究上地幔地球物理起了很大的推動作用。,2.下地幔（D層）這一層

51、物質密度較大，一般在5g/cm3以上，在底界接近地球的平均密度，壓力可達1.5×1011Pa?；瘜W成分目前認為仍然相當于鎂鐵的硅酸鹽礦物，與上地幔無甚差別。但由于這里壓力很大，這些硅酸鹽礦物可能形成晶體結構緊密的高密度礦物。由于縱波和橫波都能在地幔通過，因此一般認為地幔呈固態(tài)存在。,（三）地核,位于深2900km古登堡面以下直到地心部分稱地核。由于震波速度在這一部分發(fā)生了突然變化，即縱波速度從每秒13.32km下降到8.1k

52、m，橫波則消失，表明組成地核物質的化學成分和物理性質等有了很大的變化。根據地震縱波的變化情況，地核又可分為外核（E層）、過渡層（F層）和內核（G層）。,據推測，地核物質非常致密，密度9.7—13g/cm3，地核總質量為1.88×1021t，占整個地球質量的31.5％；壓力可達3.0—3.6×1011Pa；溫度為3000℃，最高可能達5000℃或稍高。外核呈液態(tài)，過渡層和內核呈固態(tài)。,關于地核的成分，很早就認為是鐵

53、鎳成分，相當于鐵隕石的成分，稱為鐵鎳地核說。后來有人認為組成地核的物質也是硅酸鹽，但在高溫高壓下，原子結構受到破壞，使各元素原子中的電子游離出來，好像原子核融于電子之中，具有很大的密度，又具有良好的導電性，成為具有金屬特性和液體特性的物質，這稱為壓力電離現象，這種物質狀態(tài)稱超固態(tài)。,近來又提出了更新的看法。目前借助于沖擊波的動力研究，已經能夠進行超過地心壓力的實驗。據實驗，在5×1011Pa的超高壓情況下，并不產生硅酸鹽的金屬

54、化，即壓力電離現象；同時，可以求得在超高壓下物質密度與壓力的關系以及相當的P波速度值，實驗結果表明P波速度相當于鐵族金屬。因此，對上述硅酸鹽金屬化的假設提出了懷疑，而重新肯定了鐵鎳地核說。其中可能還存在一些硅、硫等較輕的元素。,關于地核的形狀也是科學家們所關注的問題。最近美國哈佛大學的地球物理學家根據地震波在地球內部傳播情況的監(jiān)測和分析，發(fā)現地震波在包含地球自轉軸的平面方向容易穿透地核，而在與地球自轉軸垂直的赤道平面則較難穿透地核，從而

55、提出地核形狀接近于圓柱體的形狀，其中軸線與地球的自轉軸重合。當然這樣的問題有待于不斷深入論證。,第三節(jié)  地質作用和地質年代,一、導致地球不斷變化的作用 ——地質作用▲ （一）基本概念在漫長的地球歷史中，組成地球的物質不斷在變化和重新組合，地球內部構造和地表形態(tài)也不斷在改造和演變。地球的這種不斷的變化，是和作用于地球的自然力密切相關的。使地球的物質組成、內部構造和地表形態(tài)發(fā)生變化的作用，總稱為地質作用

56、。引起地質作用的自然力稱為地質營力。,所有地質營力都來源于能，力是能的表現。按照能的來源不同，地質作用分為內力地質作用和外力地質作用。內力地質作用是由地球內部的能（簡稱內能）引起的，主要有地內熱能、重力能、地球旋轉能、化學能和結晶能。外力地質作用是由地球以外的能（簡稱外能）引起的，主要有太陽輻射能、潮汐能、生物能等。,（二）地質作用的能源1.地內熱能地球本身具有巨大的熱能，這是導致地球發(fā)生變化的重要能源。放射性熱能，即由地球內部放射

57、性元素蛻變而產生的熱能，是地球熱能的主要來源。另外，地球內部物質發(fā)生化學反應，或者產生結晶作用，也可以釋放熱，所以化學能和結晶能同樣是地球熱能的來源。地球內部產生的熱量是導致火山活動、巖漿活動、地震、變質作用、地殼運動的主要能源，根據巖石圈板塊理論，地內熱對流是板塊運動趨動力的主要能源。,2.重力能指地心引力給予物體的位能。在地球表面所有物體都處于重力場的作用之下。同時，在地球形成和發(fā)展過程中，地內物質在地心引力作用下，按不同比重發(fā)生

58、分異，即輕者上升、重者下沉，導致物質的總位能釋放而轉化為熱能，這種熱能稱為重力分異產生的熱能，成為地球熱能來源之一。,3.地球旋轉能地球自轉對地球表層物質產生離心力和離極力。離心力的大小隨緯度而變化，兩極為零，赤道最大；同時離心力又可分解為兩個分力，一是垂直地面的垂直分力，它和重力作用方向相反，并為重力所抵消；一是過地表相應點沿經向的水平分力（切向分力），這是使地殼表層物質產生由高緯度向低緯度沿水平方向移動的有效分力，導致地球表層物質

59、向赤道方向移動。,4.太陽輻射能太陽不斷向地球輸送熱能，根據計算，一年中整個地球可以由太陽獲得5.4×1024J的熱量。太陽輻射熱是大氣圈、水圈和生物圈賴以活動、發(fā)育并相互進行物質和能量交換的主要能源，并由此產生了一系列的外營力，如風、流水、冰川、波浪等。,5.潮汐能 地球在日、月引力作用下使海水產生潮汐現象。潮汐具有強大的機械能，是導致海洋地質作用的重要營力之一。,6.生物能由生命活動所產生的能量，無論是植物

60、的生長、動物的活動以及人類大規(guī)模的改造自然活動，都會產生改變地球物質和面貌的作用。但歸根結底，任何生物能都源于太陽輻射能。,上述各種能源是導致內外地質作用的主要能源。源于內能的內力地質作用主要在地下深處進行，但也常常波及地表，它使巖石圈發(fā)生變形、變質或重熔，以至形成新的巖石，或者使巖石圈分裂、融合、變位、漂移，使大地構造格局發(fā)生重大變化。源于外能的外力地質作用主要在地表或靠近地表進行，不過也可能延伸至地下相當深處，它使地表巖石組成不斷發(fā)

61、生變化，使地表形態(tài)不斷遭受破壞和改造，但外力地質作用幾乎均有重力能參予。,自從形成地殼以來，進行著的各種地質作用是相對獨立的，又是相互依存的，是對立的又是統(tǒng)一的。例如，內力作用形成高山和盆地，而外力作用則把高山削低，把盆地填平；一個地區(qū)發(fā)生隆起，其相鄰地區(qū)常會發(fā)生拗陷；高山上的礦物巖石受到風化、侵蝕和破壞，而被破壞的物質又被搬運到另外地方堆積下來形成新的礦物巖石，如此等等。,地質作用對地球既產生破壞作用，同時也產生建造作用。但在不同時空

62、條件下，它們可能是不平衡發(fā)展的，或者是彼此互為消長的。有些地質作用進行得十分迅速，如火山、地震、山崩、泥石流、洪水等，有些地質作用卻進行得十分緩慢，往往不為人們感官所察覺，但經過悠久歲月卻可產生巨大的地質后果。從地球發(fā)展的角度看，地質作用是促使地球不斷新陳代謝、汰舊更新的經久不息的動力。,（三）地質作用的分類內力地質作用分為構造運動、巖漿活動、變質作用和地震作用。外力地質作用按照外營力的類型，可以分為河流的地質作用、地下水的地質作用

63、、冰川的地質作用、湖泊和沼澤的地質作用、風的地質作用和海洋的地質作用等；若按其發(fā)生的序列則可分為風化作用、剝蝕作用、搬運作用、沉積作用和成巖作用。,地質作用分類,二、地質年代▲,地球自形成以來大約經歷了46億年的歷史。研究有關地球歷史演化和測定地質事件的年齡與時間序列，稱為地質年代學。地質年代包括兩種，相對地質年代和同位素地質年齡。根據地球發(fā)展歷史過程中生物演化和巖層形成的順序，將地球歷史劃分為若干自然階段，稱為相對地質年代。,19世

64、紀初期，英國地質學家W.史密斯、C.萊伊爾等就開始利用生物地層學的方法劃分地質年代。在地球發(fā)展過程中，在地表一定地區(qū)沉積了許多地層，在地層中常保存下來當時生存過的生物遺體和遺跡，稱為化石。在層狀巖層的正常序列中，先形成的巖層位于下面，后形成的巖層位于上面，這一原理稱為“地層層序律”，是1669年丹麥地質學家N.斯泰諾首先提出來的。,同時，保存在地層中的生物化石，由簡單到復雜，由低級到高級，表現出清楚的不可逆性和階段性，1816年W.史密

65、斯首次提出生物順序發(fā)生的概念，這一概念稱為“化石順序律”。實際上，化石順序律和地層層序律是一致的，在最古老地層中找不到化石，在較老地層中可以發(fā)現低級化石，在較新地層中可以發(fā)現高級化石，這種關系稱為“生物層序律”。,生物的發(fā)展過程不是均一的或等速的，而是由緩慢的量變、急速的突變或大量絕滅現象交替出現，而且在同一時期內，生物的總體面貌具有全球的或至少是大區(qū)的一致性。因此，根據地層順序和古生物種類可以把地層劃分為若干大小不同的單位。這種劃分地

66、層的方法稱為生物地層學的方法，生物地層學這一術語是比利時學者L.A.M.J.多洛于1904年首次提出的。,從19世紀70年代到20世紀40年代，巖相古地理學和歷史大地構造學相繼建立，以巖石、構造、地層、古生物等來確定相對地質年代的方法得到廣泛利用，促進了相對地質年代學的進一步發(fā)展。根據生物地層學等所劃分的地層單位，稱為年代地層單位，最大的地層單位叫宇，宇下分為界，界又分為系，每個系又分為3個（或2個）統(tǒng)。與此相對應，形成一個宇的時間叫

67、宙，形成一個界的時間叫代，形成一個系的時間叫紀，形成一個統(tǒng)的時間叫世。,它們的對應關系如下：年代地層單位                         地質時代單位宇（Eonthem）……………

68、………宙（Eon）界（Erathem）……………………代（Era）系（System）……………….……紀（Period）統(tǒng)（Series）…………….………世（Epoch）,地層分類系統(tǒng),自從放射性元素的發(fā)現和同位素概念的提出以來，根據放射性同位素衰裂變測年的技術得到廣泛應用，從而為測定礦物或巖石的年齡提供了比較精確的方法。用這種方法所測出的年齡稱為同位素地質年齡，也曾叫過絕對地質年齡。通過巖石同位素年齡測定數據，成為巖層劃分的

69、重要依據。太古宙和元古宙地層，巖石往往深度變質，生物化石極度缺乏或稀少，過去對其地層劃分十分困難?，F在國際上太古宇和元古宇的分界即規(guī)定以同位素年齡25億年為依據。,同位素地質年齡測定：1.鈾鉛法 238U → 206Pb+84He 半衰期4398百萬年(鈾-釷-鉛) 235U → 207Pb+74He 半衰期713百萬年 232Th → 208Pb+64He 適宜于測定年齡為二三十億年的巖石或礦物