地质科普复习资料

绪论：为什么学习研究地质学？当前世界难题：环境和资源。人类的生存环境的本质就是地质环境。地质系统和地质环境就是最原始的自然系统和最原始的自然环境，也是最根本的系统和最根本的环境。保障人类良好的生存环境一地质学研究的对象和内容地质学的主要研究对象是固体地球的最外层，即岩石圈（包括地壳和地幔软流圈之上部分）也涉及其它圈层以及某些地外物质。地质学主要着重研究地下深处；地理学主要研究地球表层。内容：地质学(Geology)是研究地球及其演变的一门自然科学。主要是研究地球的物质组成、构造运动、发展历史、演化规律的学科。二地质学的特点l．空间的广阔性研究对象的大小差别很大：可以从几微米到几千公里以上的地质作用过程，所涉及的范围和规模都较大，常会超越人类生活中的惯用尺度。要求：宏观特征、地域性差异、物体内部的微观特征。2．时间的漫长性地壳自形成以来，地质历史中各种地质事件的发生过程大多数是：缓慢的。度量时间的单位与人们生活中惯用的时间单位不同，需用百万年作为基本时间单位。3．地质过程的复杂性地球是个异常复杂的物体，地球中的物质运动包括了无机界的物质运动和有机界的物质运动。地质过程包括了化学、物理、生物等多种运动方式，是一个非常复杂的过程。三、地质学研究的一般过程与方法现实类比和历史分析历史比较法的奠基者是英国地质学家莱伊尔(1797—1875)，他继承了均变论学说，系统地论证了古今地质作用的相似性，明确指出历史比较法的原则是“现在是了解过去的钥匙”。为研究地壳发展历史和古代地质作用的特点，以及恢复古地理环境提出了正确的分析、判断、推理的思维方法，对现代地质学的发展起了促进作用。缺陷：他认为：漫长的地质年代中，地球的演变是以渐进的方式持续进行的，而且无论是过去还是现在，其方式和结果都是一致的。但是，有足够事实证明，地质历史中有机界和无机界不断进化且过程不可逆，不存在古今绝对一致的规律，随着离现代时间愈久这种差异性也就愈大——即存在激变或突变。所以，如不考虑历史的发展而机械地运用“将今论古”的原则，也可能带来片面性的结论。第一节地球概述地球的位置地球的形状和大小地球的主要物理性质(二）、地球的形状与大小地球形状基本参数赤道半径：6378.137km表面积：5.1007*108km2两极半径：6356.779km体积：1.0832*1012km3平均半径：6371.012km赤道周长：40075.24km三、地球的主要物理性质密度、压力、重力、磁场、温度（地热）、弹塑性研究方法直接通过深部地震资料地球物理资料表层探测高温高压实验陨石等外星球物质的比较、推断和佐证第二节地球的圈层构造一、地球的内部圈层纵波（P波）固态，液态和气态的介质中传播，速度快纵波（P波）仅能在固态介质中传播，速度慢同一固态介质中，纵波的传播速度为横波的1.73倍。地震波研究发现，地球内部物质是不均一的1）波速突变处在30～60km(平均为33km)处，称莫霍面。2）2900km深度上，有一个巨大变化处，表现为横波中断不再传播，纵波波速也有急速变化；此界面称古登堡界面（二）地球内部各圈层特征1地核(core)质量占地球总质量的31.3%。外核：2885-4770km过度核：4770-5155km内核：5155-6371km地核状态：横波不能通过外核，表明外核应处于液态，而内核和过渡层均可以测得横波，说明它们都处于固态。地核成分：地核物质密度大，相当于铁陨石成分，主要由铁镍组成，也称铁镍核心2地幔(mantle)莫霍面——古登堡面之间，厚约2850km左右，体积占地球总体积的67.8%。依据次级界面，大致以1000km处为界，可以再划分出上地幔和下地幔。上地幔成分：石陨石。主要由含铁镁较多的硅酸盐和辉石、橄榄石等组成。随着深度增加，矿物在晶体结构上发生了变化，密度增大，组成“高压型”矿物。下地幔物质密度更大，体积更缩小。多数学者认为它与上地幔下部含铁较高的硅酸盐类成分差别不大。软流圈或古登堡低速层上地幔上部，近60km～400km；主要表现为塑性，受力后具一定的流动性；可能有局部熔融的物质，推测其温度可能达到700～1600℃，一般认为是岩浆发源区；在地震波的波速上，软流圈表现为低速带，尤其是在100km～150km的深度上。3地壳(crust)它是莫霍面以上的固体地球的最上层。由坚硬岩石所组成。总厚度不大。陆壳：平均33km，洋壳：5－7km。地球总体积的1.55%，总质量的0.8%，平均密度为2.6-2.9g/cm3，按次级界面(康拉德界面)可进一步把地壳划分成上地壳和下地壳。1）大陆地壳大陆地壳包括大陆及大陆架部分，成分上具双层结构，上部为硅铝层，下部为硅镁层。2）大洋地壳洋壳厚度较薄，平均仅5—7km，一般缺乏硅铝层，不具有地壳的双层结构。洋壳的岩石一般较年青，最老的岩石形成于2亿年前，大部分岩石则是1亿年以来形成的。4）岩石圈包括整个地壳及软流圈以上的固体上地幔的部分厚度在50～100km以上，平均厚度75km属脆性的坚硬岩石层，相对于下面的软流圈来说是一种具刚性的物质层。地表所见的各种地形和构造现象都发生于此层中。1．大气圈(Atmosphere)下界：一般不超过4000m。上界：无明显的上界，在赤道上方4万km高空仍有大气存在的痕迹。由于地球引力作用，绝大部分大气集中在从地面到10万m高度范围内，以上空气极为稀薄。2.水圈3.生物圈第三节地质作用地质作用：由自然动力引起的使地壳或岩石圈甚至整个地球的物质组成、内部结构和地表形态发生变化和发展的作用称为地质作用。地质作用能量来源的两个方面：一、来源于地球本身，主要有旋转能、重力能、热能、化学能，上述能源系统称为内能；二、来源于地球以外的能源，主要有太阳辐射能、日月引力能（潮汐能）和生物能等，这些来自地球以外的能源统称为外能。第三章矿物地壳物质组成的3个层次元素、矿物、岩石第二节矿物一、基本概念二、矿物的基本特性——晶形、集合体、物理化学特性一、基本概念矿物（mineral)：各种地质作用下形成的，具有相对固定化学成分和物理性质的均质物体，是组成岩石的基本单位。①地质作用过程中自然产出的固态自然元素（单质）和化合物，②地壳中的化学元素组成，具有相对固定和均一的物理和化学性质（均质体）。③矿物按照一定的规律结合形成岩石。矿物绝大部分为固态，少数为液态，如水银（汞）。矿物绝大部分为无机质，少量为有机质，如琥珀。二、矿物的基本特性1、矿物的内部——晶体形态是化学元素的离子、离子团或原子按一定规则重复排列而成的固体；或者说，具有一定结晶格架排列方式而形成的固体矿物。晶体的规则几何外形，只是晶体内部格子构造的外在表现。非晶质体（non-crystal）是指与晶质体（晶体）相对的概念，是内部原子或离子在三维空间呈不规律性重复排列的固体，显然非晶质体内部不具有格子构造。Eg：天然沥青、火山玻璃等晶体与非晶质体在一定的物理化学条件下可以相互转化的。2、矿物的集合体形态3、矿物的化学组成和物理性质1.2晶形单形：由同形等大的晶面组成的晶体，单形的数目有限，只有47种。聚形：两种以上的单形组成的晶体，称为聚形．聚形的特点是在一个晶体上具有大小不等、形状不同的晶面。在自然晶体中，常发现两个或两个以上的晶体有规律地连生在一起，称为双晶。最常见的有三种类型：接触双晶——由两个相同的晶体，以一个简单平面相接触而成。穿插双晶——由两个相同的晶体，按一定角度互相穿插而成；聚片双晶——由两个以上的晶体，按同一规律，彼此平行重复连生一起而成。对某些矿物来说，双晶是重要的鉴定特征之一。1.3晶面条纹水晶：横条纹电气石：纵条纹黄铁矿：互相垂直条纹斜长石：细微密集的双晶纹矿物的集合体形态自然界的矿物可以呈单独晶体出现，但大多数情况下是以矿物晶体、晶粒的集合体和胶体形式出现。集合体形态：粒状；片状、鳞片状、针状、纤维状、放射状集合体；致密块状；晶簇；杏仁体和晶腺；结核和鲕状体；钟乳状、葡萄状集合体；土状；被膜等。3.矿物的化学成分单质矿物基本上由一种自然元素组成的化合物简单化合物、络合物、复化物等4.矿物的物理性质矿物的颜色：很多矿物用颜色命名。颜色与色素离子（例：Mn、Fe、Cu等）、杂质和一些物化原因有关。自色：矿物自身所含的色素离子的颜色。颜色固定不变。他色：与本身所含的杂质有关。例如水晶有：紫水晶(Mn)、烟晶(有机质）、墨晶、蔷薇石英（Fe、Mn）等等。浅色矿物常具他色。假色：表面的氧化膜（锖色，如斑铜矿）、干涉色（晕色，如云母）等物理化学原因引起。矿物的条痕：是矿物粉末的颜色。矿物在无釉瓷板上刻划出的痕迹（条痕），这痕迹就是矿物粉末。而且矿物粉末的颜色更稳定，更能代表矿物的真实颜色。Eg.块状赤铁矿表面的颜色可呈现赤红、黑灰等，但它条痕的颜色总是樱桃红色。黄金（条痕金黄色）和黄铁矿（条痕黑或黑绿色）矿物的解理：是矿物在受到机械力作用沿着一定方向裂开的性质。矿物解理主要与矿物结构中化学键连接有关。矿物不同，解理组数也就不同，有一组（石墨、滑石、白云母）、两组（角闪石、长石）、三组（重晶石、方解石）、四组（萤石）解理可分为以下等级：最完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理、极不完全解理。矿物的硬度：是矿物抵抗外力刻划的能力。野外工作中我们常用指甲和小刀来判断矿物的硬度，并将其分为三级：软矿物（指甲能刻划）；中等硬度矿物（硬度介于指甲与小刀之间）；硬矿物（小刀不能刻划）。矿物学中常用摩氏硬度计来测量矿物的相对硬度，并将矿物的硬度分为十级，分别用十种硬度不同的矿物代表。矿物的其它物理性质脆性和延展性、弹性和挠性、磁性电性、发光性、易燃性按其化学成分分类自然元素矿物：金、铂、自然铜、硫磺、金刚石、石墨等。硫化物矿物：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、雄黄等氧化物和氢氧化物矿物：如赤铁矿、磁铁矿、石英等。硫酸盐矿物：石膏、芒硝、重晶石等碳酸盐矿物：如方解石、孔雀石硅酸盐矿物：如云母、长石、角闪石、辉石、橄榄石等其他盐类矿物：食盐、萤石、黑钨矿、磷灰石等第一节岩石的基本特征一、岩石的概念岩石(Rock)：地质作用形成的，由一种或多种矿物或由其它岩石碎屑（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体等）按一定方式结合而组成的矿物集合体。岩石以岩层或岩体形式构成地壳及地幔的固态部分。二、岩石的分类按照成因一般把岩石划分成三大类：岩浆岩(Igneousrock)沉积岩(Sedimentaryrock)变质岩(Metamorphicrock)它们共同组成了地壳，但它们在地壳中的分布和数量都是很不均一的。从地表深至16千米的岩石圈中，火成岩大约占95%，沉积岩只有不足5%，变质岩最少，不足1%。火成岩是地幔中的岩浆涌入岩石圈或出露地表冷凝成固态形成的；沉积岩是由外力作用下形成的，其中一部分又叫“水成岩”，是由水将风化或水侵蚀的物质搬运沉积，经过压密和胶结作用形成的；变质岩是由于地球内力的高温高压造成岩石中的化学成分改变或重结晶形成的。（一）、岩石成分1、岩石的化学成分：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti、P、C、Mn等2、岩石的矿物成分3、岩石中的其它成分：如化石、水、油、气等（二）、岩石结构结构(Texture)：一般是指组成岩石的矿物或碎屑个体本身的特征。由结晶的矿物所组成的岩石来说，包括矿物颗粒的大小（相对大小和绝对大小）、结晶程度、自形程度等；由碎屑组成的岩石（沉积岩）来讲，是指碎屑颗粒的大小、磨圆度和分选性（即大小均一程度）等。①结构反映了岩浆岩、变质岩形成的条件，如形成深度、冷凝速度或受力状况等；②反映了沉积岩的搬运距离、搬运介质条件，甚至沉积速度等环境条件。所以反过来说，岩石的结构特征是它们形成条件的一个重要记录。岩类结构名称形成条件岩浆岩类粒状结构(花岗结构)形成于缓慢冷却条件,一般为地表以下较深处斑状结构部分早形成的矿物形成于较深处,其他形成于较浅处,前者为斑晶,后者为基质隐晶质结构形成于较快速冷凝的地表或近地表条件玻璃质结构(非晶质结构)迅速冷凝条件,多半形成于地表或水下沉积岩类碎屑结构形成于地表，经过搬运滚动的条件，包括碎屑和胶结物泥