《工程地质学》第一章地质作用

第一章地质作用第一节内力地质作用主要内容第二节外力地质作用第三节内外力地质作用的相互关系地球的内圈层构造地壳平均厚度33km大洋5~10km大陆15~80km莫霍(moho)面岩石圈地幔地核上地幔下地幔1000-2900km外地核内地核过渡带过渡层33-1000km古登堡面P波：V＝7.6km/s－8.1km/sP波：V＝8.1km/s－13.6km/sP波：V＝13.6km/s－8.1km/s高温熔融岩浆岩发源地(软流层)硅铝(花岗岩层)硅镁(玄武岩层)primarywavepressurewave2900km体积83.3%固态硅酸盐金属氧化物和硫化物地表以下2900-4642km厚度1216km熔融状态的铁等铁、镍重金属刚度高厚度515km液态过渡到固态固体地壳的真正外壳软流圈风力作用形成的新月型沙丘风化作用火山喷发和熔岩溢出景观地质作用——由自然动力引起地壳的物质组成、内部结构及地表形态发生变化发展的作用。实质上：组成地球的物质以及由其传递的能量发生运动的过程。地质作用的动力源泉：一是地球的旋转能、重力能以及内部放射性元素蜕变产生的内热；二是来自地球以外的能源，主要是太阳的辐射能；分类(按照能量的来源)内力地质作用外力地质作用由地球内部的能量（旋转能、重力能、辐射热能）引起岩石圈的物质成分、内部构造、地表形态发生变化的作用。地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内力地质作用第1节内力地质作用地壳运动（tectonism）——构造运动水平和升降运动。地球地貌的形成与发展过程。地貌即地球表面各种形态的总称，也能称为地形。地貌主要包括：山地，盆地，丘陵，平原，高原等水平运动(造山)——地壳或岩石圈块体沿水平方向移动。褶皱断裂裂谷盆地红海位于亚洲阿拉伯半岛与非洲大陆之间该断层每年以大约5厘米的速度滑动，目前仍在移动。圣安德列斯断层喜马拉雅山天山祁连山褶皱山系三根大理石柱的升降变化示意图升降运动(造陆)——垂直运动，沿地球半径方向运动。由地球内部的能量（旋转能、重力能、辐射热能）引起岩石圈的物质成分、内部构造、地表形态发生变化的作用。地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内力地质作用第1节内力地质作用夏威夷大岛基劳维亚(Kilauea)火山喷射的熔岩场面从基劳维亚(Kilauea)火山喷射出来的熔岩流岩浆作用岩浆作用（magmatism）岩浆（Magma）——(1)火山在活动时不但有蒸汽、石块、晶屑和熔浆团块自火山口喷出，而且还有炽热粘稠的熔融物质自火山口溢流出来。前者被称为挥发成分和火山碎屑物质，后者则叫做熔岩流。目前，我们把这种产生于上地幔和地壳深处，含挥发成分并且主要成分为的高温粘稠的硅酸盐的熔融物质称之为岩浆。(2)是指地下熔融或部分熔融的岩石。当岩浆喷出地表后，则被称为熔岩。岩浆的温度900ºC~1200ºC，最高达1300ºC。白色≥1150℃金黄色1090℃橙色900℃亮的鲜红（樱桃红）700℃暗红色550~625℃隐约可见的红色475℃岩浆作用（Magmatism）——岩浆形成、运动、演化、冷凝形成火成岩的全过程。火山作用—岩浆喷出地表的全过程称为火山作用。喷出岩岩浆由地下深处沿各种软弱带上升，往往由于热力和上升力量的不足，或因通道受阻，不能到达地表，只能停留在地下一定深度处，冷凝成岩石的全过程称为侵入作用。产生的岩石为侵入岩；深成岩（3km）、浅成岩(3km)地下深处的岩浆直接冲破地壳喷射或溢流出地面冷却成岩石的过程称为喷出作用。内力地质作用：由地球内部的能量（旋转能、重力能、辐射热能）引起岩石圈的物质成分、内部构造、地表形态发生变化的作用。地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内力地质作用变质作用(metamorphism)已形成的地壳的各种岩石，在高温、高压并有化学物质参与下，岩石发生成分、结构构造的变化，生成新的岩石。此条件下的岩石为变质岩。变质作用的影响因素温度压力化学成分的加入内力地质作用：由地球内部的能量（旋转能、重力能、辐射热能）引起岩石圈的物质成分、内部构造、地表形态发生变化的作用。地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内力地质作用玉树地震汶川地震地震作用(earthquake)地震是地壳快速振动的现象，是地壳运动的一种强烈表现。火山喷发、地下溶洞或地下采空区的塌陷、山崩、陨石坠落等都可以引起地震。黄色部分：环太平洋地震带蓝色部分：欧亚地震带绿色部分：海岭地震带1.环太平洋地震带：即太平洋的周边地区，包括南美洲的智利、秘鲁，北美洲的危地马拉、墨西哥、美国等国家的西海岸，阿留申群岛、千岛群岛、日本列岛、琉球群岛以及菲律宾、印度尼西亚和新西兰等国家和地区。这个地震带是地震活动最强烈的地带，全球约80%的地震都发生在这里。2.欧亚地震带：该带从欧洲地中海经希腊、土耳其、中国的西藏延伸到太平洋及阿尔卑斯山，也称地中海-喜马拉雅地震带。这个带全长两万多公里，跨欧、亚、非三大洲，占全球地震的15%。3.海岭地震带：分布在太平洋、大西洋、印度洋中的海岭(海底山脉)。汶川处在南北地震带中的龙门山地震带（图中松潘红条上）地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内力地质作用各种内力地质作用是相互关连的构造运动(tectogenesis)：由地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动。构造运动形成断裂，引起地震，并为岩浆活动创造通道。构造运动和岩浆活动引起变质作用。地壳运动在内力地质作用中起主导地位。由地球外部能源引起的地质作用，称为外力地质作用；它的能源主要来自太阳辐射能以及太阳和月球的引力等。第2节外力地质作用外动力地质作用的主要任务就是削高补低，重塑地表形态并产生相应的地质产物——沉积物外力地质作用风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用一般按风化→剥蚀→搬运→沉积→硬结成岩的程序进行风化作用(weathering)：组成地壳的岩石，在太阳辐射、大气、水和生物的作用下，发生物理、化学变化，使岩石崩解破碎以致逐渐分解而在原地形成松散堆积物的过程。是最普遍的一种外力地质作用，其随着深度的增加而逐渐减弱。风化作用的类型：物理风化作用化学风化作用生物风化作用物理风化作用：岩石、矿物在原地只发生机械破坏而不发生化学成分改变的过程叫物理风化作用剥离物理风化作用冰劈（冻结与融化）晶胀（结晶与潮解）剥离冰劈晶胀氧化作用化学风化作用溶解作用水化作用（硬石膏形成石膏）水解作用碳酸化作用化学风化作用：使岩石的硬度降低、密度变小、矿物成分发生变化，面貌破坏的作用，称为化学风化作用。氧化作用:矿物与大气或水中的氧化合生成氧化物的作用。如：4FeS2(黄铁矿)+19O2+mH2O2Fe2O3.nH2O+8H2SO4溶解作用:卤化物、硫酸盐、碳酸盐等矿物易溶于水的作用。最常见是碳酸盐矿物溶于含CO2的水溶液中，如：CaCO3(方解石)+H2O+CO2Ca(HCO3)2水解作用:水中H和OH离子置换矿物在水中离解出的离子的作用。如4K[AlSi3O8](钾长石)+6H2OAl4[Si4O10](OH)8(高岭石)+8SiO2(蛋白石胶体)+4K(OH)(溶液)水化作用：水分子结合到矿物晶格中变成为含水的新矿物。如Fe2O3(赤铁矿）+nH2OFe2O3nH2O（褐铁矿）碳酸化作用：当水中溶有二氧化碳时，水溶液中除有H和OH离子外，还有碳酸根离子，然后和某些矿物生成碳酸盐类。生物风化作用：地表岩石在动植物及微生物影响下遭到破坏的过程机械破坏、化学破坏根劈作用生物风化作用：风化作用的影响因素岩石性质气候地形地质构造化学风化作用的影响因素：岩性是内在依据，气候是最重要的外因。1.岩石性质：成分、结构和构造（1）成分：其在分化带中的稳定性主要是由其中所含矿物的抗风化能力决定的，超基性岩和基性岩一般易风化而酸性岩较稳定。（2）结构、构造：结构、构造均匀地岩石较难风化。2.气候：气温和降水量（1）气温：1）温度高低影响化学风化速度2）昼夜温差大小影响岩石的物理风化速度（2）降水量：降水量大，出现潮湿气候，有利于化学风化作用；降水量小，出现干旱气候，温差大，雨量小，物理风化作用显著。3.地质构造：节理对风化作用的影响（增大了化学风化的表面积）4.地形：外力地质作用风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用剥蚀作用(denudation)：通过风力、地面流水、湖泊、海洋和生物等各种外动力因素，把风化后的松散物从岩石表面搬离原地，并以风化物为工具，参与对岩石、矿物进行风化破坏的过程。剥蚀作用的主要产物是陆地；剥蚀作用与风化作用紧密相关，岩石风化后为剥蚀作用提供了条件，剥蚀之后又利于继续风化。剥蚀作用风的吹蚀作用河流的侵蚀作用冰川的刨蚀作用湖、海的冲蚀作用风的吹蚀作用:吹扬作用和磨蚀作用吹扬作用：风将岩石表面的松散砂粒或风化产物带走。磨蚀作用：风所夹带的砂粒，随风运行，对岩石表面发生摩擦的作用。河流的侵蚀作用：河流在运动过程中对岩石的破坏作用。按侵蚀作用的方向：下蚀作用、侧蚀作用湖、海的冲蚀作用：湖的波浪和海的拍岸浪。冰川的刨蚀作用：厚的冰层在移动过程中将床底和两侧岩石刨掘、摩擦，形成各种冰川地形。§4河流的机械侵蚀作用河流的机械侵蚀作用按其发展的方向分为两个类型，一种称下蚀作用，主要是河流对河床底部的侵蚀破坏；另一种称侧蚀作用，是河流对河岸两侧的侵蚀破坏过程。——河流的侵蚀基准面河流的下蚀作用是依靠河水的动能进行的；河水的动能则是由其所具有的势能转换而来。因此可以认为：地形决定河水的下蚀能力。当河水面趋于某一平面高程而停止流动时，其下蚀作用也随之终止，这一平面即河流的侵蚀基准面。基准面分局部和永久性两种，海平面是一切入海河流的永久性侵蚀基准面。基准面可以因气候和构造运动而改变。下蚀作用侵蚀河床底部，使河床加长和加深。河流的侧蚀作用侧蚀作用—侵蚀河床两侧使之弯曲，河谷加宽，谷坡后退的作用——蛇曲的发展与裁弯取直作用密西西比河中下游流域地貌密西西比河中下游流域地貌裁弯取直与牛轭湖轭湖外力地质作用风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用搬运作用(transportation)风化、剥蚀后的物质，被流水、风、冰川等介质搬运到其他地方。搬运物质的流体主要是大气和流水，高寒地区的冰川和干旱地区的风也是参与搬运作用的营力。搬运作用的方式拖拽搬运：粗大颗粒悬浮搬运：较细颗粒溶解搬运：溶解于水中的物质风的搬运作用:风的搬运能力取决于风的强弱和物质的大小、密度。河流的搬运作用：包括化学搬运和物理搬运。湖、海的搬运作用：湖的波浪和海的拍岸浪的搬运作用。冰川的搬运作用：冰川携带着岩石碎屑、巨石移动，克服前进的阻力向前推进。外力地质作用风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用沉积作用(sedimentation)：经过一定距离之后，由于搬运介质搬运能力（风速或流速）的减弱，搬运介质物理化学条件的变化，或在生物作用下被搬运的物质从风或流水等介质中分离出来，形成沉积物的过程。沉积的方式：机械沉积化学沉积生物化学沉积风的沉积作用:风的搬运能力取决于风的强弱和物质的大小、密度。河流的沉积作用：河流沉积作用形成的堆积物称为冲积物。湖、海的沉积作用：机械沉积、化学沉积、生物沉积。冰川的沉积作用：由于冰体融化而从冰体内卸下，称为冰川的沉积作用。冰体直接融化沉积的堆积物称为冰碛，新月形沙丘沙堆冰碛成岩作用(diagenesis)：松散沉积物转变为沉积岩的过程。成岩作用的方式：压密固结胶结重结晶内力和外力地质作用的关系：紧密关联、相互影响、对立统一的发展过程中内力地质作用决定地表的基本形态和内部构造——地表形态的塑造者外力地质作用破坏和重塑地表形态——地表形态的雕刻者地壳上升时，遭受剥蚀。地壳下降时，接受沉积。第3节内外力地质作用的关系