煤矿地质学1

煤矿地质学教案第一章地球矿产是人类赖以生存和发展的重要资源,各种矿产都存在于地壳之中,它们是地壳物质运动和演变的产物。这些运动和演变不是孤立地进行,而是与地球内外的物质运动,以及与其它星体特别是太阳有密切关系。因此,在学习煤矿地质有关内容以前,应了解有关地球的知识。第一节地球概况一、宇宙和地球地球处于广袤无垠的宇宙之中，是太阳系的一个行星，而太阳系又是银河系的一个星系，宇宙则是由许许多多像银河系甚至更庞大的星系团组成。因此，了解地球之前应首先了解宇宙和天体。(一)宇宙和天体宇宙是无限发展的物质世界，在空间上是无边无际的，在时间上是无始无终的。宇宙空间包罗万象，大至天体、星系、总星系、小至星际物质、分子、原子，凡一切客观存在皆包涵于宇宙之中。宇宙空间充满着形形色色的物质，它们处于不断运动和变化之中。随着科学技术的发展，人类对宇宙的认识范围不断扩大，目前我们所能观测到的宇宙范围称为总星系，半径约100亿光年。总星系内的星体并不是均匀分布的，一群群的恒星组成漩涡状、椭圆状、透镜状以及其它不规则形状，称为星系。总星系中约有十几亿个星系，一个星系中约有十几亿至上千亿颗恒星。太阳所在的星系叫银河系。(二)银河系银河系，俗称“天河”，是一个巨型旋涡状星系，正面呈旋涡形，侧面呈扁平形。银河系大约包含1500多亿颗恒星，除此以外，还有星云等星际物质和各种射线。银河系的直径约10万光年，是太阳系直径的8000万倍，中心厚度约15000光年，边沿厚度约3000~6000光年。太阳距银河系中心约27700光年。银河系的主要成员是恒星。恒星是由巨大质量的炽热气体组成的能自己发光发热的球状天体。维持恒星辐射的能来自氢的热核反应。夜空中所见的点点繁星绝大多数是恒星。太阳在银河系中是一颗中等恒星。恒星的大小、质量、密度、发光强度、表面温度等有着很大的差异。银河系中有些恒星体积比月球还小，亮度只是太阳亮度的几十万分之一，密度却比太阳大几十万倍；有些恒星体积比太阳大100亿倍，亮度也比太阳大几十万倍，而密度却只有太阳的几亿分之一；有的恒星表面温度高达几万度，而有的恒星表面温度只有几千度。银河系，除了恒星之外还有行星、卫星、流星、彗星和星云等天体。天体之间的广阔空间并非虚空无物，而是充满着星际物质。它是由星际尘埃(直径0.3-3μm)和星际气体(主要有Ca、Na、K、Ti、Fe、H等元素)组成，密度很小，只有地面大气的万亿亿分之一。星际物质能吸收可见光和X射线，但不吸收红外线和无线电波。宇宙射线是来自宇宙的高能粒子，主要是质子(氢原子核)，占射线的87％；其次为α粒子(氦原子核)，占12％；还有少量其它原子核、电子和高能粒子(如X射线、γ射线等)。宇宙射线的能量一般小于1017eV。宇宙射线的带电粒子传播到地球时与大气层的原子相互碰撞使能量大大削弱，减至约1010eV，并使大气电离产生新的粒子。(三)太阳系太阳系是银河系的一个普通成员。太阳系有九大行星和已编表的1800多个小行星，分别围绕太阳公转，并绕轴自转。太阳是太阳系的中心天体，它的质量巨大，能发出强烈的光和热。围绕太阳旋转的是一个天体体系(图1-1)，除了行星外还有34个卫星，已观测过的约1000个彗星和数百个流星群，以及散布期间的星际物质。此外，还有许多小行星、彗星、陨星等小天体。太阳系目前以冥王星轨道为边界，直径为11.8×109Km。在太阳系的九大行星中以木星最大，水星最小。图1-1太阳系组成示意图二、地球的形状和大小关于地球的形状和大小，人们的认识经历了一个由圆球体到二轴椭球体，到三轴椭球体，又到梨状体的不断深化的过程。很长时间以来，地球一直被认为是球状体，当最早使用较精确的三角测量法对地球的形状进行研究时，发现通过极点的半径与赤道半径相差21km，认识到地球不是一个理想的球体，而是沿旋转轴被压扁。后来，牛顿从理论上证明，在引力作用下，地球沿旋转轴方向受挤压力作用，使其具有椭球或旋转球体的形状。牛顿的这一理论和计算，后来被世界各国完成的经线或纬线弧的测量所证实；同时这些测量还表明，地球不仅沿两极方向被压扁，而且沿赤道也有某种程度的被压扁，最大和最小赤道半径长度相差213m，也就是说，地球不是两轴的，而是三轴的椭球体。根据卫星轨道分析发现，地球也并非是标准的旋转椭球体，而是一个梨状体，北极凸出约10m，南极凹进约30m，中纬度在北半球凹进，在南半球凸出(图1-2)。图1-2大地水准面(实线)与旋转椭球面(虚线)的关系示意图实际的地球表面崎岖不平，为了便于测算，以平均海面通过大陆延伸所形成的封闭曲面作为参考面，此参考面称为大地水准面。地球的形状和大小通常就是指大地水准面的形状和大小。大地水准面是一个等位面，其上的重力方向处处都与该表面垂直，这样就可以引入重力的概念，结合大地测量对地球的形状和大小进行研究。目前利用人造卫星轨道变化作校正，已经可以相当精确地求得地球的各种数据。表1-1为1975年第十六届国际大地测量和地球物理学会(ＩＵGG)决议采用的根据人造卫星观测及卫星轨道变化推算的地球形状数据。表1-1地球形状参数三、地球的表面特征地球的表面积大约为5.1亿km2，分为陆地和海洋两大部分。陆地面积约为1.49亿km2，约占地球表面积的29.２％；海洋面积约为3.62亿km2，约占地球表面积的70.8%。海陆面积之比约为2.5∶1，它们在地球表面分布极不均匀，65%以上的陆地分布在北半球，即使如此，陆地也近占该半球面积的39%；地球表面形态最明显的特征是高低起伏不平。大陆的平均海拔高度为875m，最高处为珠穆朗玛峰，海拔8848.13m，最低点为死海，达－397m；海洋底的平均深度为3729m(图1-3)，最深处为太平洋马里亚纳群岛东侧的马里亚纳海沟，深达11033m。以平均海平面为标准，地球表面上的高度统计有两组数值分布最广泛：一组在海拔0~1000m之间，占地球总面积的20.8%；一组在海平面以下，其中又以4000~5000m深的海盆面积最广，占地球总面积的22.6%。图1-3海陆起伏曲线(表示不同高度地形所占百分比)a—频率分配；b—积累高深曲线（一）陆地的表面形态大陆按高程特征，可分为高山、丘陵、平原、高原、盆地和洼地等地形单元。其中，低于海拔1000m的平原、丘陵、盆地面积最大，占地球表面积的20.8％。大陆部分最主要的地形特征是有一系列呈弧形或线形展布的山系。其中，海拔在500~1000m的称为低山；1000~3500m的称为中山；大于3500m。的称为高山；一般呈线状分布称为山脉，如欧洲的阿尔卑斯山脉，亚洲的喜玛拉雅山脉等。陆地上还有被山系所分隔、表面稍有起伏，内部相对高差一般不超过数十米的平原和高原，它们面积较广。世界上最大的平原是亚马逊平原，面积达560万km2。我国有华北平原、松辽平原、长江中下游平原等。海拔高程在600m以上，表面较为平坦或略有起伏的广阔地区称为高原。世界上著名的高原有伊朗高原、埃塞俄比亚高原、巴西高原及我国的蒙古高原、青藏高原等。其中，青藏高原是世界上最高的高原，海拔4000m以上；巴西高原是最大的高原，面积达500万km2以上。此外尚有四周为山系或高原限制的低地，因其外形似盆而称为盆地。介于山地和平原之间的高低不平、连绵不断的低矮浑圆的小山丘地形称为丘陵。一般高程在海拔500m以下，相对高差多在数十米，最大高差不超过200m。大陆上有这众多的河流组成的水系和湖泊，是地球表面的重要特征，它的运动也是促使地表形态发生变化的重要因素。河流的流动在一些山脉和高原上刻切形成纵横交错的沟壑和峡谷，在平原地区则形成网状的河系，并不断堆积泥沙，是大陆向海洋扩展。（二）海底的表面形态海洋地形和大陆地形一样复杂多样，而且在规模上更庞大，外貌上更为壮丽。既有比大陆更广泛、更干坦的平原，也有更险峻、更宏伟的山脉和深陡的峡谷。但因海底不象大陆那样长期经受着各种外力的破坏，而是受以沉积作用为主的改造，故总体上看仍比大陆表面简单些。根据海底地形的基本特征，可将其分为大陆边缘、海岭、海沟、深海盆地等地形单元。1．大陆边缘大陆边缘是大陆与大洋盆地之间的连接地带，占陆地总面积的1/5左右。它包括大陆架、大陆坡和大陆基(图1-4)，但大陆基实际上是大陆坡和大洋盆地的过渡地带。大陆架是大陆边缘的主要地形单元。图1-4海地地形示意图大陆架是紧靠大陆分布的浅海台地，是大陆在水下的自然延伸部分，其范围是由海岸线向外海延伸，直至海底坡度显著增大的转折处。大陆架部分的海底坡度平缓，一般小于0.3°，平均约为0.1°。大陆架的水深一般不超过200m，最深可达550m，平均水深130m，平均宽度75km。欧亚大陆的北冰洋沿岸的大陆架最发育，宽达500km以上；印度洋沿岸的大陆架最不发育。我国的大陆架宽度从100km多到500km多不等，水深一般为50m左右，最大水深可达180m。大陆坡是位于大陆架外缘到深海海底，地形明显变陡的地带。其水深一般不超过2000m，平均坡度为4.25°。大陆坡以斯里兰卡附近珊瑚礁岸外缘最陡，其坡度可达35°~45°，大陆坡的宽度约为20~100km，平均为20~40km。坡脚的深度为1400~3000m左右。大陆坡在许多地方被通向深海底的深海“V”形峡谷所切割。这些深海峡谷深达数百米，两壁陡峭，可达45°以上。有的峡谷可能是被淹没的河谷。但是，大多数峡谷是由近海底含有大量悬浮碎屑物质，密度较一般海水大的浊流冲蚀而成。大陆基也称为大陆裾，是大陆坡与大洋盆地之间的倾斜坡地。坡度通常5°~35°，多分布于水深2000～3000m的海底，主要由海底滑塌浊流和海流搬运的碎屑物堆积而成。海沟发育的太平洋地区没有这一地形单元，而在海沟不发育的印度洋、大西洋中大陆基则广为分布。2．海岭一般将海底山脉称为海岭。其中，位于大洋中间，常发生地震和地壳运动较强烈的海岭称为洋脊或洋中脊。洋脊或洋中脊为海底线状隆起地带，呈一系列鱼鳍状山脉，其中部最高，中央部位常有一条巨大的裂谷，称为中央裂谷，谷深可达l~2km，谷宽可达13~48km。太平洋洋中脊因其裂谷不明显而称之为洋隆或洋中隆。洋中隆通常高出海底2～3km，宽度可达1500~2000km。洋中隆在各大洋中均有分布，且相互衔接，全长65000km，占地球表面积近1/4，是地球表面最大的“山系”。3．海沟平行于岛弧或沿着大陆边缘呈断续延伸的两壁较陡、狭长的水深大于6000m的深海槽称为海沟。海沟是地球表面最低洼的地区，其长一般在500-4500km，宽40-120km，深度多在6000m以上。全球已知海沟近30条，多发育于太平洋和大西洋；印度洋的海沟不甚发育。海沟多位于大洋盆地的边缘，其两侧边坡中靠近大洋侧的边坡较缓，而靠近大陆侧则较陡。海沟的一个重要特点是在其靠近大陆的一侧有一条与其平行的隆起地形。若海沟紧靠大陆时，隆起地形为海岸山脉，二者组成海沟一山弧系；若海沟靠近大陆一侧为海时，该隆起则是呈弧形排列的岛屿，弧顶朝向大洋一侧，称为岛弧，二者组成海沟一岛弧系。海沟一岛弧系是地球表面地震频繁发生的地带，并有火山分布。通常将大陆边缘分为两类。一类由大陆架、大陆坡和大陆基组成，这类大陆边缘主要分布于大西洋，称为大西洋型大陆边缘；另一类大陆边缘是由大陆架、大陆坡及海沟组成，它主要分布于太平洋，称为太平洋型大陆边缘。4．深海盆地(大洋盆地)深海盆地是海洋中另一类大型地形单元，它是介于大陆边缘及洋中脊之间的平坦地带，是海底地形的主体，约占海洋面积的43％，平均深度在海平面以下4000~5000m，深海盆地中主要有三种地形。（1）深海丘陵。由一些比较低缓的小山丘组成，这些小山丘底宽1000~10000km，高50~1000m，边坡较陡，顶部平缓，呈圆形或衡口形窜影丘，几乎全部由玄武岩组成。（2）深海平原。是被来自大陆的沉积物覆盖的靠近大陆边缘的乎续地形。坡度很小，均小于1/1000，广布于大西洋底，是地球表面最平坦的地区。（3）海山。海山是深海底部孤立或比较孤立的隆起地形，相对高度在1000m以上，隐没于水下或露出海面。其中有一类呈锥状者，称为海峰。太平洋上