第二章-礦物與巖石2

1、第二章 礦物與巖石,第一節(jié) 地球及其圈層結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 礦物 第三節(jié) 火成巖 第四節(jié) 沉積巖 第五節(jié) 變質(zhì)巖,地質(zhì)學(xué)的概念:地質(zhì)學(xué)是研究地球的一門自然科學(xué)，當前主要是研究固體地球的外層——巖石圈，研究的內(nèi)容包括：地球內(nèi)部組成物質(zhì)的成分及其形成、分布和演化規(guī)律；地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造；地表形態(tài)的發(fā)展及其發(fā)育規(guī)律；勘察地下資源的方法等。,地質(zhì)學(xué)是一系列互有聯(lián)系的學(xué)科體系的總稱，這些學(xué)科有：1）研究巖石圈的物質(zhì)成分及其形成、

2、分布和變化規(guī)律的學(xué)科，其中有礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)、地球化學(xué)等；2）研究巖石圈的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和地表形態(tài)的變化特征及其發(fā)展規(guī)律的學(xué)科，其中有構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、地貌學(xué)、動力地質(zhì)學(xué)等；3）研究巖石圈的形成歷史、發(fā)展規(guī)律以及其中古生物演化特征的學(xué)科，包括地史學(xué)、古生物學(xué)，地層學(xué)等；4）研究礦產(chǎn)資源的調(diào)查及勘探理論與方法的學(xué)科，包括地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查勘探、地球物理探礦、探礦工程，遙感地質(zhì)、水文及工程地質(zhì)等；5）研究地球其他方面的學(xué)

3、科，包括海洋地質(zhì)、地震地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)等。,第一節(jié) 地球及其圈層結(jié)構(gòu),■地球人在地球上生存、繁衍了許多萬年，但地球人只是最近才看到作為行星的地球。人類在1969年才得以在電視屏幕上目睹從月球上拍攝的地球。Neil Armstrong was the first person to set foot on the moon. His first words upon stepping down the Lunar Module's

4、ladder onto the lunar surface were, "That's one small step for man, one giant leap for mankind.",1、研究地球歷史,,人類用行動證實大地為球形的是1519年葡萄牙探險家麥哲倫（Megellan）首次環(huán)球旅行。第一個地球儀于1492年在德國的紐倫堡出現(xiàn)，1526年麥哲倫航線被劃在地球儀上。麥哲倫本人死于那次旅行中。

5、麥哲倫（Magellan，F(xiàn)erdinand），葡萄牙著名航海家和探險家，先后為葡萄牙（1505～1512）和西班牙（1519～1521）作航海探險。從西班牙出發(fā)，繞過南美洲，發(fā)現(xiàn)麥哲倫海峽，然后橫渡太平洋。雖在菲律賓被殺，他的船只繼續(xù)西航回到西班牙，完成第一次環(huán)球航行。被認為是第1個環(huán)球航行的人。,■在同一時期 哥白尼（Copernic）提出了包括地球在內(nèi)的行星繞太陽自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的 日心說(1514)。哥白尼將人類從太陽系中心搬到邊緣，

6、從此，地球不再是宇宙的中心，并開始象陀螺一樣旋轉(zhuǎn)起來。從人類征服世界的旅行到哥白尼的革命，人們以往所接受的世界觀被徹底推翻，由此便開始了人們所稱的現(xiàn)代，即全球紀元。全球紀元的開始以人們發(fā)現(xiàn)大地是圓球和地球各部分開始溝通為標志。與麥哲倫同時期的哥白尼，提出了包括地球在內(nèi)的行星繞太陽自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的日心說。哥白尼晚年發(fā)表了《天體運行論》,,,■18-19世紀人們認識的宇宙始終遵循完美無缺的秩序。 牛頓（Newton）的巨著《自然科學(xué)的哲學(xué)原理》

7、提出了天體運動定律—萬有引力理論。拉普拉斯（Laplace）《宇宙體系論》提出了行星起源的星云假說 。赫頓（Hutton）1785年提出了“均變說”，奠定了地質(zhì)學(xué)作為一門學(xué)科的基礎(chǔ)、 史密斯（Smith）發(fā)現(xiàn)了化石的地層學(xué)價值、 萊伊爾（Lyell）1828年到1833年間，發(fā)表了他著名的《地質(zhì)學(xué)原理》使地質(zhì)學(xué)真正成為一門自然科學(xué) 、 達爾文（Darllwin）創(chuàng)立了生物進化論，人們發(fā)現(xiàn)地球有自己漫長的歷史。,■19世紀 是給地球?qū)懢幠?/p>

8、史的時期，研究地殼物質(zhì)構(gòu)成的知識也得到長足進步，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)取得了進一步的發(fā)展。地球科學(xué)的考察還深入到地下，并開始研究地球的物理性質(zhì)，地球的化學(xué)構(gòu)成。于是地球不僅具有表層，還存在深度，它不再是靜止的，而且是不斷運動的。,■到了20世紀天文學(xué)發(fā)現(xiàn)了其他星系的存在，1929年 哈勃（Hubble）發(fā)現(xiàn)了遙遠星系，為宇宙的擴張首次提供了經(jīng)驗性的指示。星系之間的相互遠離打破了宇宙永恒的秩序。這時，德國的 魏格納（Wegener）提出了

9、大陸漂移理論。被批駁近半個世紀的大陸漂移論卻為磁、電、聲和地震探測技術(shù)所作的海底系統(tǒng)勘探所證實（68-70年）。1961年，迪茨提出了海底擴張理論，兩者最終結(jié)合成為“板塊構(gòu)造學(xué)說”,2、地球The Earth is the third planet from the Sun in our Solar System. It is the planet we evolved on and the only planet in our So

10、lar System that is known to support life.The Earth is about 7,926 miles (12,756 km) in diameter. The Earth is the fifth-largest planet in our Solar System (after Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune).,The Earth has one

11、moon. The diameter of the moon is about one quarter of the diameter of the Earth. The moon may have once been a part of the Earth; it may have been broken off the Earth during a catastrophic collision of a huge body wit

12、h the Earth billions of years ago.,,,3、地球特征參數(shù) 地球外表被一層大氣所環(huán)繞，地球的表面一部分被海水所覆蓋，一部分為陸地。地球的幾何形狀是通過大地測量的方法獲得的。由于大地表面崎嶇不平，為了計算方便，以平均海平面通過大陸延伸所形成的封閉曲面為參考面，此面被稱為大地水準面。雖然地球表面的高低起伏對人類來說是很大的，但與地球相對來說就很小了，從衛(wèi)星上攝的照片上就可以看出地球邊緣是十分平滑的圓。,

13、下一頁,地球是一個旋轉(zhuǎn)的橢球體，赤道半徑較長，兩極半徑較短。赤道半徑：6378.160公里；兩極半徑： 6356.775公里；平均半徑： 6371.030公里；赤道周長： 40075.240公里；子午線周長： 40008.080公里；表面積：510，070，100平方公里；體積：1，083，157，900，000立方公里。,4、陸地地貌 地殼表面可分為陸地和海洋兩大部分。陸地面積為1.495億平方61公里

14、，占地球表面的29.5％，海洋面積為3. 61億平方公里，占70.8％。陸地多集中在北半球，占全球陸地面積的67.5％。陸地上地形最高點是珠蜂8848米，最深處在太平洋中馬利亞納海溝，在海平面以下11033米。,陸地表面地形復(fù)雜，大致可分山地、丘陵、平原、高原、盆地和洼地等地貌類型。山地：海拔高程大于500米、地形起伏較大，相對高程在200米以上的地區(qū)稱為山地。一般海拔500－1000米為低山，1000－3500米為中山，大于350

15、0米為高山。呈線狀分布的山地稱為山脈。丘陵：大陸表面地形具有一定起伏的地區(qū)，海拔高程一般在500米以下，相對高差在幾十米。平原：面積較大的地勢平坦或地形弱具起伏的地區(qū)，相對高差不超過幾十米。低平原：200米以下，高平原200－600米。,高原：海拔高度在600米以上，面積較大的地勢平坦或地形弱具起伏的地區(qū)，四周常有崖壁與較低的地形單元。盆地：四周是高原或山地，中央是低平（平原或丘陵）的地區(qū)。洼地：陸地上海拔高程在海平面以下的地區(qū)

16、。,5、海底地貌 海底地形千姿萬態(tài)，絢麗壯觀，具有比大陸 更為寬廣更為平坦的平原，也有更為險峻、宏偉的山脈和深陡的峽谷。海底地形可分為大陸邊緣、大洋盆地和洋中脊三個單元。大陸邊緣包括大陸架、大陸坡、大陸基和大陸地殼與海洋地殼分界的過渡帶—海溝與島弧 。,大陸架：圍繞大陸的淺水海底平原，地勢平坦，一般坡度小于0.1度，深度各地不一，從小于20米到大于500米。一般指水深200米以內(nèi)的水域，寬度不等。大陸坡：大陸架外緣陡

17、傾斜部分，以坡度陡為特點，平均坡度在4.3度，最大可達20度以上，最大深度在1400－3200米，寬度20－90公里不等。大陸基：大陸坡與太平洋之間的比較平坦的地區(qū)，坡度僅在1/700——1/100。海溝與島弧：海洋中有許多呈弧形分布的島嶼，稱之為島弧。島弧的分布以太平洋西部海域為多，如阿留申群島、千島群島、日本群鳥、琉球群島、臺灣島及附近島嶼、菲律賓群島等。在這些島弧靠近大洋的一側(cè)，往往還伴生有一系列與島弧成相互平行狀態(tài)的深邃而狹

18、長的海溝。,大陸、大陸架、大陸坡的三維圖像。黃色為大陸，藍色為海洋，從中可以看出坡度的明顯變化。,,大洋盆地包括深海盆地、火山、海峰、海嶺和海底高地等。大洋盆地是海洋的柱體，占海洋總面積的45％，其中主要部分是水深在4000－5000米的開闊水域，稱為深海盆地。深海盆地中最平坦的部分稱為深海平原，坡度小于1/1000，甚至小于1/10000。深海平原中可見范圍不大、地形比較突出的孤立高低，稱為海峰。海底中的無地震活動的長條狀的隆起

19、區(qū)稱為海嶺。,洋中脊：大洋底部很重要的地勢特征是有一種線狀分布的海底隆起，像屹立在大洋底部的巨大山脈，延伸于四大洋，連綿數(shù)萬公里，稱為洋中脊。,,,大西洋,印度洋,太平洋,6、地球分圈 地球表面以上為外部圈層構(gòu)造，分布有大氣圈、水圈和生物圈；地表以下為內(nèi)部圈層構(gòu)造： (1)、地殼 地殼是地球最表面的構(gòu)造層，只占地球體積的0.8%。根據(jù)其性質(zhì)可分上地殼和下地殼。地殼和地幔之間以莫霍面分界。 上地殼：又稱硅鋁層

20、或花崗質(zhì)層； 下地殼：又稱硅鎂層或玄武質(zhì)層。,下一頁,,,,,,,莫霍面 南斯拉夫地震學(xué)家莫霍洛維奇(Mohorovicic)1909年研究薩拉布地區(qū)一次地震時發(fā)現(xiàn)在地下33千米處地震波的波速發(fā)生了明顯的變化，由原來的6～7千米/秒突變到8千米/秒，說明組成物質(zhì)明顯不同。持續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，這一界面具有全球性，并經(jīng)證實是地殼和地幔的分界線。因此，該不連續(xù)面稱為莫霍面。莫霍面在大陸地區(qū)深度約在20～70千米左右，大洋地區(qū)7～8千米

21、。,(2)、地幔 地幔位于地球金屬地核之上的巨厚的硅酸鹽圈層，是地球最重要的組成部分（占地球體積的82%），地幔受到放射性同位素衰變的加熱，引起地幔內(nèi)部的大規(guī)模物質(zhì)對流，通常認為板塊的運動是由這一對流驅(qū)動的。地幔與地核的分界面稱為古登堡面。根據(jù)波速在400千米和670千米深度上存在兩個明顯的不連續(xù)面，可將地幔分成由淺至深的三個部分：上地幔、過渡層和下地幔。,下一頁,上地幔：厚度為20～400千米。地震波速在其內(nèi)部隨深度增加的梯度

22、較小，在60～150千米間，許多大洋區(qū)及晚期造山帶內(nèi)有一低速層，可能是由地幔物質(zhì)部分熔融造成的，稱為低速層。低速層以上堅硬巖石部分稱巖石圈。巖石圈是巴雷爾（Barrell.Joseph)于1914年根據(jù)提出的地球圈層概念。巖石圈包括地殼和上地幔的上部。巖石圈的厚度是變化的，大洋部分在洋中脊的最新部分只有6～8千米，在最老部分則有100千米；大陸巖石圈更厚，基本上在100～400千米之間。,過渡層 厚度為400～670千米。地震波

23、速隨深度加大的梯度大于其它兩部分，是由橄欖石和輝石的礦物相轉(zhuǎn)變吸熱降溫形成的。下地幔 厚度為670～2900千米。目前認為下地幔的成分比較均一。但因處于極端高溫和高壓環(huán)境，地幔巖石呈現(xiàn)為塑性狀態(tài)。,軟流圈 由巴雷爾（Barrell.Joseph)與巖石圈同時提出的地球圈層概念。它位于上地幔低速層之下至過度層上部。軟流層溫度較高，但剛性較弱，能夠長期緩慢變形，相對低溫的、剛性的巖石圈可作為一個整體漂流在軟流圈之上。,古登堡面

24、 1914年，美國學(xué)者古登堡(Gutenberg)發(fā)現(xiàn)地下2900千米處存在地震波速的間斷面，傳播速度發(fā)生了明顯的變化，縱波存在一次由13.6千米/秒突然降低的截面，而橫波則突然消失了。后證實這是地核與地幔的分界層。該不連續(xù)面稱為古登堡面。,（3）地核 地核位于地下2900千米以下。地震地球物理資料表明地核可分為兩個部分：內(nèi)地核和外地核。 內(nèi)地核   內(nèi)核的深度位于5100千米以下，VP=10.5～

25、11.3，內(nèi)核溫度為4000～4500攝氏度。外地核   外核的深度介于2900千米和5100千米之間，VP =8～10.5，外核溫度約為3700攝氏度。研究表明，地核可能仍然影響著地幔的溫度分布，因而也可能間接地控制地球表面的地質(zhì)過程，近年來發(fā)現(xiàn)地球表面的很多熱點就起源于核幔邊界。地磁、地震和極光中包含著豐富的地核信息。,7、地殼物質(zhì)的化學(xué)組成 各種元素在地殼中含量的百分比稱為克拉克值。元

26、素 在地殼中的分布稱為豐度。 表1-1 地殼中主要元素的克拉克值 (%)元素 O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H含量 46.95 27.88 8.13 5.17 3.65 2.78 2.58 2.06 0.62 0.14 其中主要有10種元素，占總量的99.96%；其它還有