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模块一 基础地质 第一章 地球概况 第二章 地质作用 第三章 矿物与岩石 第四章 古生物与地层 第五章 地质构造.

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1 模块一 基础地质 第一章 地球概况 第二章 地质作用 第三章 矿物与岩石 第四章 古生物与地层 第五章 地质构造

2 第一章 地球概况 第一节 地球基本特征的认识 第二节 地球圈层构造的认识 第三节 地球物理及化学性质的认识 返回

3 地球基本特征的认识 一.宇宙和天体 返回 古人云:四方上下曰宇(无限空间),古往今来曰宙(无限时间),合称为宇宙(所有的时间和空间)。
宇宙是由空间、时间、物质和能量,所构成的统一体。是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统,包括其间的所有物质、能量和事件。 宇宙是万物的总称,是时间和空间的统一。宇宙是物质世界,不依赖于人的意志而客观存在,并处于不断运动和发展中。宇宙是多样又统一的。它包括一切,是所有时间和空间的统一体,没有时间和空间就没有一切,所以它包含了全部。 (一)宇宙中的天体 宇宙中的日月星辰,统称为天体。其主要类型有恒星、行星、卫星、流星、彗星和星云等。宇宙中的天体在万有引力的作用下相互绕转,形成不同层次的天体系统。几十亿至上千亿颗恒星组成的庞大恒星体系集合体,称为星系。 宇宙大约由十亿个星系所构成,小星系由几万个恒星组成,大星系则由上千亿个恒星组成。太阳(恒星)所在的星系叫银河系,银河系以外的星系叫河外星系。

4 地球基本特征的认识 返回 (二)银河系和太阳系 一)银河系
银河系是一个巨型旋涡状星云,中间厚,边缘薄,形似铁饼,如图1-1-1所示。大约由1500多亿颗恒星所构成。直径约10万光年,中心厚约1万光年,边缘厚约1000光年,质量约为太阳的1.4×1011倍。银河系作为一个整体,以500Km/s的速度围绕更大的中心旋转;同时,银河系内众多的恒星,除了各自的运动外,还都围绕银河系的中心旋转。 图1-1-2 太阳系 二)太阳系 太阳系位于银河系一侧,距中心约(2.7±0.33)万光年。(1光年≈94605亿公里)。 太阳系是银河系中一个普通成员,由太阳及其周围的行星、卫星、小行星、彗星、流星,以及散布其间的星际物质组成。太阳是太阳系的中心天体,它携带着整个太阳系家族,以250Km/s的速度围绕银心旋转,每25年运转一周。围绕太阳旋转的是一个行星体系(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星),如图1-1-2所示,此外还有许多小行星,彗星、陨星等小天体。目前,太阳系的直径约为100亿Km。 图1-1-1 银河系的结构示意图 上-顶视图;下俯视图

5 地球基本特征的认识 返回 1.太阳 太阳是一个炽热的气体球,也是离地球最近的恒星,平均距离为1个天文单位(1.5×108Km)。太阳直径1.39×106Km,约为地球直径109倍,体积约为地球130万倍,质量是地球的33.3万倍,占太阳系总质量的99.86%。平均密度1.48g/cm3,仅是地球的1/4。 太阳大气中有73种元素,以氢、氦最多,氢占太阳总质量71%,氦占26.5%。 太阳大气圈从内向外分为三层,如图1-1-3所示: (1)光球层:常称为太阳表面,其平均温度约为5500℃,中心温度可高达1.55×107℃,太阳的光和热由此层向四面八方发射。太阳黑子是光球层温度较低的巨大旋涡状气流。 (2)色球层:光球层上部呈玫瑰色。边缘锯齿状的球层。耀斑是色球层中温度较高的亮点。 (3)日冕:色球层之上,呈银白色的太阳最外层大气。 色球和日冕只有在全日蚀时用特殊仪器才能观测到。 光球层以下的太阳内部,推测中心密度为160 g/cm3,压力达3.445×1016Pa,温度高达1.55×107℃。这种超高温、高压的环境,能够引起热核聚变反应,产生巨大的太阳能。 图1-1-3 太阳

6 地球基本特征的认识 返回 2.行星 太阳系九大行星,分别围绕太阳公转并绕轴自转。按它们与太阳的距离由近到远分别为:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。 九大行星绕日运行方向与太阳自转方向一致;绕轴自转方向除金星外均相同,即自西向东转。太阳系的行星按物理、化学性质分为两大类: (1)类地行星:包括水星、金星、地球、火星。 它们距太阳近,体积和质量小,平均密度大,自转速度慢,公转周期短,卫星少或无,具固体外壳,中心有铁核,金属元素含量高。 地球是太阳系中一颗不大的行星,如图1-1-4所示,既绕通过南北极的轴自西向东自转,每日一周(自转一周的时间需23时56分4秒),并以66°34′交角(地轴与公转轨道平面的交角)侧着身子以30Km/s的平均速度绕太阳公转,每年一周(公转一周需365日5时48分46秒),公转轨道全长约9.4×108Km。 地球与太阳的平均距离为14960万Km(称为一个天文单位),太阳光只需8min19s即可到达地球。 (2)类木行星:包括木星、土星、天王星、海王星、冥王星,它们距太阳远,体积和质量大,密度小,自转速度快,公转周期长,卫星较多,物质成分以轻元素为主。 图1-1-4 地球

7 地球基本特征的认识 2006年8月国际天文联合协会布拉格大会为太阳系的行星进行了定义: a.围绕太阳运转;
返回 2006年8月国际天文联合协会布拉格大会为太阳系的行星进行了定义: a.围绕太阳运转; b.具有足够的质量,能形成符合流体力学平衡的形态——球体; c.具有足够的引力而能清除轨道上所有的物质。 由于第三条的原因,冥王星被拒之于行星 之外,而被称为矮行星。故太阳系实际只有八大行星。

8 地球基本特征的认识 返回 3.小行星 太阳系的小行星,已编号的有2000颗以上。特征类似类地行星,并大都在火星和木星轨道之间环绕太阳公转。 小行星一般为石质或炭质,体积很小,直径多为几千米到几十千米,体大者一般为球形,但多数形状不规则,表面有陨坑,没有大气,最大者叫谷神星,直径为770Km。 4.卫星 卫星是绕行星运行而自身不发光的天体。太阳系中已发现的卫星,共有50颗,九大行星中除水星、金星外,均有卫星绕转,但多少不一,其中:地球(1)、火星(2)、木星(16)、土星(23)、天王星(15)、海王星(8)、冥王星(1)。 月球是地球唯一的一颗自然卫星。月球距地球平均距离38440Km,月球绕地球公转的同时还自转,因其自转与公转周期相同,所以月球朝向地球的一面始终不变。 月球表面无任何形态的水,如图1-1-5所示,完全没有大气,接近真空,但月球有火山喷发、造山运动、月震等现象。环形山是火山喷发或外星体撞击而成,由于没有大气和水,没有风化作用,因而得以长期保存。 尽管月球体积(半径为1738Km,体积仅是地球的2.03%)和质量(约735×1023g,相当地球的1.23%)均不大,但对地球的引力仍超过太阳(约为太阳的2.2倍),因此它对地球有着不可忽视的影响。研究表明,地球自诞生以来,在星际空间运动中,不断受到其它天体的坠落撞击,对地球的改造具有重要作用。此外,在太阳系围绕银心旋转的一个周期过程中,由于所处轨道位置不同,使得与银心的距离发生变化,并且空间的星际环境也有很大差异,从而引起太阳系的某些变化(如引力及太阳辐射量的变化等),这也是导致地球发展、演变的重要因素。 图1-1-5 “阿波罗”17号拍摄的月球

9 地球基本特征的认识 返回 5.慧星 太阳系的慧星数目众多,目前观测到的已超过1500颗,慧星的结构主要由以下三部分组成,如图1-1-6所示:
慧核:由氢、碳、水等冰冻物质组成,是由慧星的主要部分,直径一般为1-100Km。 慧发:在近日点慧核的冰冻物质受热气化,可达几万千米,由极稀薄气体组成。 慧尾:慧发在太阳光压和太阳风作用下,在背向太阳一侧形成的由极稀薄气体组成的长尾;可达1×108 Km。 彗星常以闭合椭圆形的轨道绕太阳运行,慧星具有周期性,可以预测他们出现的时间。例如哈雷慧星,绕日公转周期为76年,最近一次经过近日点是在1986年2月。 图1-1-6 彗星 6.流星体 在太阳系中绕太阳运行的比小行星更小的细小天体,主要是小行星和慧星碎裂、瓦解的产物。流星体运行到地球附近,被地球引力俘获并吸向地球,进入大气层摩擦生热而燃烧发光,成为流星。 多数流星燃烧变成气体,少数残体落到地面成为陨石或陨星。如1976年3月8日在吉林市出现罕见的陨石雨现象,已收集到200余块,总重达2700Kg以上,超过100Kg的有3块,最大的重1770Kg,是当前世界最大的一块陨石。

10 地球基本特征的认识 返回 三)河外星系 银河系以外的许多与银河系类似的星系,统称为河外星系,目前发现在银河系以外,还有数以百亿计的星系存在,近的有250万光年,远的超过100亿光年。

11 地球基本特征的认识 二.地球的形状和大小 (一)地球的形状
返回 二.地球的形状和大小 (一)地球的形状 地球的形状,是指全球静止海面(大地水准面)的形状。由于物质密度分布上的差异、弹性和塑性变形及自转的影响,地球更为准确的表面形态略似于一个“梨形”。 据人造卫星轨道参数分析,地球北极比标准的旋转椭球体要凸出约10m,南极则凹进约30m;北半球的中纬度区稍稍凹进,在南半球则稍稍凸出。

12 地球基本特征的认识 返回 (二)地球的大小 依据1970年天文历1971年第15届国际大地测量和地球物理协会决议,地球的大小、质量和密度等采用的数据如表1-1-1所示。 表1-1-1                地球参数

13 地球基本特征的认识 (三)地球的表面特征 返回 一)地球表面的总体特征
现今地球表面约5.1亿Km2,基本分为陆地和海洋两部分,如图1-1-7所示。其中海洋面积约3.61亿Km2,占地球表面的70.8%,陆地面积约1.49亿Km2,占地球表面的29.2%。陆地与海洋之比约1∶2.4。陆地多集中于北半球,占全球陆地总面积的67.5%,而南半球的陆地面积仅占陆地总面积的32.5%。陆地的副平均海拔高度为825m,最高处是喜玛拉雅山脉的珠穆朗玛峰,海拔为 m。海洋的平均深度为3800m,最深处是太平洋中的马里亚纳海沟,为11034m。海、陆最大高差近20Km。 图1-1-7 大陆与海洋的分布

14 地球基本特征的认识 二)陆地表面特征 地球上的陆地并非一个整体,而被海水分割成若干巨大的陆块和较小的陆块,前者称大陆或大洲,后者称为岛屿。
返回 二)陆地表面特征 地球上的陆地并非一个整体,而被海水分割成若干巨大的陆块和较小的陆块,前者称大陆或大洲,后者称为岛屿。 陆地表面形态极为复杂,按照高程和起伏状况,大陆形态可分为: 山地:一般是指海拔高度在500m以上的地区。 丘陵:海拔高度500m以下,地表相对高差不大、山峦起伏的低缓地形。 高原:海拔高度在600m以上,表面比较平坦且宽广,或偶具一定起伏的山岭与沟谷。 平原:海拔高度在200m以下,表面常平坦或略有起伏,其相对高差小于50m的广大宽平地区。 盆地:中间比较低平、四周是高原或者山地的地区,因外形似盆而得名。 洼地:是陆地上某些低洼的地区,其高程在海平面以下。如我国新疆吐鲁番盆地中的艾丁湖,湖水面在海平面以下150m,称克鲁沁洼地。

15 地球基本特征的认识 返回 三)海底表面特征 海底表面的高低错落大大超过陆地,根据起伏和海水深浅,将海底地形划分为大陆边缘(大陆架、大陆坡、大陆基)、大洋盆地、海岭或大洋中脊,如图1-1-8所示。 图1-1-8 海底地形示意图

16 地球基本特征的认识 大陆架:海水深度≤200m的浅海地带。地势平坦,坡度缓,一般≤0.1°,它是大陆边缘的延伸部分。
返回 大陆架:海水深度≤200m的浅海地带。地势平坦,坡度缓,一般≤0.1°,它是大陆边缘的延伸部分。 大陆坡:由大陆架再向外海延伸,海底坡度突然加大,水深200m至2500m,这一带的海称为半深海。 大陆基:是大陆坡与大洋盆地间较平坦的地区,坡度仅1/700-1/100,是浊流滑塌作用的堆积物。 大洋盆地:海水深度自2500m至6000m,这部分海称为深海或大洋。 海岭:在大洋盆地的中部常分布着海下山脊,称为海岭,它是一种线状分布的海底隆起地区。 海沟:在大陆边缘,常分布着深沟,海水深度一般在8000m至10000m左右。

17 地球圈层构造的认识 返回 地球的圈层构造,是指地球的组成物质在空间上呈圈层状分布,它表明地球不是一个均质体。大致以地壳表层为界分为外圈层和内圈层。 一.地球外圈层 如图1-1-9所示分为: 图1-1-9

18 地球圈层构造的认识 返回 (一)大气圈 是指包围在地球最外面的气态物质所组成的圈层。厚达几万千米,受地心引力作用,以地球表面大气最稠密,向外稀薄,并过渡为宇宙气体。 可见,大气圈没有明确的上界,向下也可以深入到地壳岩石和水圈中,因此下界也不明显。 大气圈自地表向外依次分为:对流层、平流层、中间层、热层、散逸层,如图1-1-10所示。 一)对流层 厚约17Km,两极最薄,约8Km,平均10.5Km。 主要化学成分为氮(约占78.08%)、氧(20.95%),其次为氩、二氧化碳等。 对流层温度来自地面红外辐射,随高度升高而降低,每升高100m气温降低0.6℃。 大气对流是对流层最大的特征,它导致气象现象(风、雨、雪、雷电等)发生 图1-1-10 地球的大气圈

19 地球圈层构造的认识 二)平流层(同温层) 三)中间层 返回 对流层顶之上是非常稳定的平流层。高度在17Km~55Km之间。
在15Km~35Km高度内有一厚约20Km的臭氧层,可吸收紫外线,并使气温升高。 大气多为水平运动,大气透明度高,尘埃少,是现代超高速飞机飞行的理想场所。 三)中间层 自平流层之顶到55Km~85Km间的一层,气温随温度增加而降低,顶部可达-90℃,大气的垂直对流运动剧烈,又叫上对流层,无云层出现。 四)热层(电离层) 从80Km到800Km叫热层,气温随高度增加而上升,最高可达1200℃,大气处于电离状态。 五)散逸层 位于热层之上,受地球引力微弱,高速运动的气体质点常散逸到星际空间。

20 地球圈层构造的认识 返回 (二)水圈 水圈是地表和近地表的各种形态水的总称,包括海洋、湖泊、河流、沼泽、冰川以及土壤和岩石孔隙中的水、生物圈中存在的水等。水的总体积为1.4×109Km3,其中海洋水 占总体积的98.1%,陆地水只占1.9%。水圈的厚度在0m~11033m范围内变化。 水圈可分为地表水圈和地下水圈。地表水圈是指固体地球表面之上的水体,地下水圈是指渗透到岩石中的水,且多为热水,其下界与岩石没有明显的界限,如图1-1-11所示 图1-1-11 水圈及水循环 组成水圈的主要成分有氧、氢及少量的氯、钠、钙、镁等。 由于降水、蒸发、地表和地下径流等水的循环,形成了外力地质作用的动力,从而改变着地球的外貌,对生命的起源、生物的演化和沉积矿产的形成起着重要的作用。

21 地球圈层构造的认识 返回 (三)生物圈 是地球上有生物(动物、植物、微生物)生存和活动的范围所构成的一个连续圈层。生物分布很广,在大气圈10Km高空,地壳3Km深处,以及深海底部都有生物存在,如图1-1-12所示。 自地球上出现生物以来,它们便不断地改变着地壳的物质成分和结构状态。如植物进行光合作用,不断地从大气中吸收CO2,并分解为C和O,然后释放出O,将C固定下来。这样,一方面消耗大气中的CO2,增加空气中 图1-1-12 生物圈 的O;另一方面,植物固定下来的C经过复杂生物化学变化及地质作用,可在地壳中堆积形成煤。生物的繁殖活动和生物遗体的堆积,亦为形成其它有用矿产提供了物质基础。生物对地球表面还起着一种破坏作用,它经常在改变和影响地球的面貌。

22 地球圈层构造的认识 返回 二.地球的内圈层 研究表明,在地球内部,地震波的传播速度无论是横向还是纵向上都有变化,根据地震波在地球内部传播速度的变化,发现有两处极为明显的分界面,称为地震分界面。第一地震分界面称为莫霍面(1909年,莫霍罗维奇),深度不一,大陆最深可达60km,大洋最浅不足5km。第二地震分界面称为古登堡面(1914年,古登堡),深 2898km。由此可将地球内部由表及里划分为地壳、地幔、地核三个圏层,如图1-1-13所示。莫霍面是划分地壳与地幔的界面,古登堡面是划分地幔与地核的界面。 图1-1-13 地球的内部圈层

23 地球圈层构造的认识 返回 (一)地壳 位于莫霍面以上的部分,称为地壳。是地球外部极薄的一层固体外壳,由固体岩石组成,厚度变化大,主要与地势有关。一般大陆地壳较厚,平均35Km,最厚的地方是我国的青藏高原,达73km。而海洋地壳较薄,约5 km~8km,平均约6km。整个地壳平均厚度约33Km。其体积只有地球体积的0.3%;质量占地球总质量的1.5%。各种地质作用,主要发生在这里。 底缺失。根据地壳物质组成的差异,地壳又分为上、下两层,如图1-1-14所示。 上层称为硅铝层,一般厚0Km~22Km,平均厚度10Km,主要成分是硅(73%)、铝(13%),密度较小,为2.76g/cm3;压力小;放射性元素含量较高。该层不连续,只有大陆才有,大洋 图1-1-14 地壳结构示意图 下层称为硅镁层,深度自地表以下20Km~70Km,各地不等,平均深33Km,大陆和平原区较厚,达30Km,海洋区厚度为5Km~8Km。主要成分是硅(49%)、铁和镁(18%)、铝(16%),密度较大为3.1g/cm3;压力较大,可达9.09×108Pa;温度在1000℃以上。该层连续分布,大陆和大洋底都有,只有局部地区缺失。

24 地球圈层构造的认识 返回 (二)地幔 地幔位于莫霍面与古登堡面之间,横向变化较地壳均匀。厚度约 2850km,占地球总体积的 82.3%,总质量占地球总质量的 67.8%,是地球的主体部分,密度大致3.0 g/cm3~5.0g/cm3。可将其分为上地幔、下地幔二部分。 一)上地幔 深度在1000Km以上,厚度为33~400km,平均密度3.5 g/cm3,温度为1200℃~1500℃,压力达3.84×1010Pa。地震波传播速度不均匀,从莫霍面到50Km深处,传播速度较快,物质呈结晶的固体岩石,但塑性增大,主要由具有橄榄石结构的镁铁硅酸盐岩组成,其与地壳共同构成地球表层的岩石圈。而在60~250Km间有一低速层(软流圈),可能是由地幔物质部分熔融造成的,如图1-1-15所示。 二)下地幔 深度在1000Km~2900Km之间,厚度为670km~2900km。下地幔成分较均一,除硅酸盐外,铁镍成分显著增加,物质呈非结晶质固体,因处于极端高温和高压环境,岩石呈高塑性状态。主要由钙钛矿(八面体和立方体混合型)结构的镁铁硅酸盐岩组成。平均密度为5.6 g/cm3,温度为1500℃~2000℃,压力可达1.37×1011Pa,地震波传播速度作平缓增加。

25 地球圈层构造的认识 返回 地核位于古登堡面之下,直到地心部分。其厚度为3473Km(半径)。其体积占地球总体积的 16.3% ,质量占地球总质量的 31.3%,密度大致 9.98 g/cm3~12.5g/cm3,压力为3.64×1011Pa,温度高达2000℃~5000℃。主要由铁镍合金组成,由于物质的化学成分和物理性质有了很大变化,故在2900Km以下地震波传播速度剧降,横波中断。地核进一步可分为外核、过渡层、内核三部分。 外核(2900~4170km):地震波经过古登堡面后,纵波速度骤减,横波消失,为液态。 过渡层(4170~5155km):为液态与固态的过渡状态。 内核(5155~地心):横波出现,为固态。 图1-1-15 软流圈与岩石圈

26 地球圈层构造的认识 (四)软流圈与岩石圈 一)软流圈
返回 (四)软流圈与岩石圈 一)软流圈 在上地幔上部,存在一个地震波低速层,深度一般在地表以下60km~250km。在低速层内,地震波速比上部减少5%~10% ,表明该处岩石强度较低,可能局部熔融。这个低速层被称为软流圈。它在地质上相当重要,许多重要地质作用与它有关。 二)岩石圈 软流圈以上、岩石强度较大的部分,包括地壳和上地幔顶部,统称为岩石圈。从板块构造角度,岩石圈定义为:地球的刚性外壳层,是由一些能够相互独立运动的离散型板块构成的。

27 地球物理及化学性质的认识 一.地球的物理性质 返回
地球的物理性质反映了地球内部的物质组成和结构特征,利用这些性质可以为勘查和开发地下矿产资源服务。 与煤矿生产工作关系较大的物理性质有密度、地压、地热、磁性、重力、放射性、电性、弹性等,如图1-1-16所示。 图1-1-16 地球的物理性质变化

28 地球物理及化学性质的认识 返回 (一)密度 地球平均密度为5.52g/cm3。地表岩石平均密度为1.5~3.3g/cm3,平均2.7 g/cm3。而覆盖着地表面积达3/4的水的平均密度为1g/cm3,都比地球的平均密度小得多,故推测地球内部物质应当具有比5.52g/cm3更大的密度。 地球的密度随深度增加而呈不均匀的阶梯状加大,例如在深度2900km、5100km作跳跃式的增加,越接近地球中心,物质的密度越大。这种变化也反映了地球内部物质成分和状态的变化。

29 地球物理及化学性质的认识 (二)地压 指地球内部的压力,包括地球内部的静压力和来自地壳运动的地应力。
返回 (二)地压 指地球内部的压力,包括地球内部的静压力和来自地壳运动的地应力。 地球内部的静压力是由上覆地球物质的重量所产生的,地球的静压力是随深度增加而增加的。 地应力来自地壳运动,以水平应力为主,也有随深度增加而增加的趋势,但并非均一,可在某些地段特别集中,占据主要地位。 在煤矿开采过程中还会发生冲击地压(岩爆或矿震)。冲击地压是井巷或工作面周围岩体由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象,它可分为由采矿活动引起的采矿型冲击地压和因构造活动引起的冲击地压。 对冲击地压危险地段要采取综合性防治措施,以解决巷道的维护、煤及瓦斯突出的预测等矿井开采过程中常遇到的问题。 随着开采深度的增加,地压对煤矿安全高效生产的影响将越来越大。

30 地球物理及化学性质的认识 返回 (三)地热 根据地球物理学资料,对地球内部的温度情况的推断如图1-1-17所示。 一)地壳浅部温度概况
根据钻井测温资料,目前已知自地表向下,温度的变化可分为三带,如图1-1-17所示: 1.变温带:地球表面主要受太阳辐射热影响的地带。由于热源主要来自外部,所以又称外热带。此带深度自地表以下约15m~30m。 2.恒温带:地表以下温度不发生季节性变化的地带。其温度大体上比当地年平均气温高0.8℃~2℃,在我国一些煤矿区,此带深度大多在地下20~30m。 3.增温带:位于恒温带以下,其温度来自地球内部的热源,又称内热带。在此带,总的趋势是温度随深度的增加而升高,但增加的速度,各地差别也较大。 增温带中温度随深度的变化,可用增温梯度(又称地温梯度或地热增温率)来表示。地温梯度是指每增加一定深度,温度升高的度数。通常以每增加100m温度升高的度数(℃/100m)来表示。全球平均地温梯度约3℃/100m。 增温梯度值的大小,可以反映一个地区地热状况的特点。它常与当地的地质构造条件、岩石导热性能、岩浆活动以及水文地质情况等因素有关。

31 地球物理及化学性质的认识 返回 二)我国矿区的地热类型 1.基底抬高型
特点是热流值高,地温偏高,地温梯度大。平均地温梯度为(3.1~4.5)℃/100m,500m深处温度达30℃~36℃,1000m处温度可达45℃~50℃,普遍具有热害。例如平顶山地区,尤其是平顶山八矿,地温梯度最高达4.9℃/100m。 2.基底沉陷型 特点是热流值正常或略低,热流自沉陷中心向外散发,在盆地内部平均地温梯度为(2.1~3)℃/100m。深度小于500~600m的矿井,一般不会出现热害,以新汶、兖州矿区为代表,淮南、淮北矿区也属这种地热类型。 3.深大断裂型 特点是热流值高,地温高,地温梯度大,矿井岩温高,可能有热水涌出。以山东沭沂矿区为代表,抚顺矿区也属于这种地热类型。 4.地下水活动强烈型 特点是地温低,地温梯度小于2℃/100m,在千米以内矿井一般无热害。开滦、京西、峰峰、鹤壁、焦作、淄博等矿区均属这种地热类型。 5.深循环热水型 特点是出现局部热异常,一般面积不大,呈现脉状水或裂隙脉状水,局部会有35℃~50 ℃的高温热水涌出。例如广西合山里兰煤矿。 6.硫化物氧化型 特点是造成局部热异常,有时温度极高。例如铜官山铜矿、潭山硫铁矿等。 有时,有些煤矿的热害是由地下热水的涌出带来的。这是因为深部循环的地下水往往是地热的载体,它使巷道中风流温度升高,湿度加大,劳动条件恶化。地下热水对井下的材料和设备还有腐蚀性,因此,地下热水比一般的水害更为严重地影响煤矿的正常生产。

32 地球物理及化学性质的认识 返回 (四)地磁 地球是个大磁体。由于地球的南、北磁极和地理南、北极并不相同,如图1-1-18所示,因此,磁针所指方向在各地并不都严格地指向正南正北,而是常偏离一个角度,这个角度称为磁偏角。使用地质罗盘时要进行校正。磁偏角偏在地理子午线东为正偏角、偏西为负偏角。 罗盘上的磁针只有在近赤道处才处于水平状态,其它地区则是倾斜的,磁针与水平面的交角称为磁倾角。磁倾角以指北针为准,下倾为正(北半球)、上倾为负(南半球)。在我国磁针南针上常缠上铜丝以保持水平。 图1-1-18 地球的磁性 由于地下岩石的磁性可以产生一个附加磁场,其方向与地球的正常磁场未必一致。若磁性岩石的体积足够大,就可以在平滑的地磁背景上产生一些偏离,这个偏离值称为磁异常。实测地磁值大于正常值为正异常(磁铁矿、镍铁矿);小于正常值为负异常(石油、盐矿、金矿、铜矿等)—— 用于磁法勘探。 磁偏角、磁倾角、磁场强度称为地磁三要素。

33 地球物理及化学性质的认识 (五)地电 返回 地球具有电性,例如发电厂以大地作回路,避雷针也是如此。还有岩体的温差电流等。
地球内部的电性与地球内部物质的电导率和磁导率有关,磁导率一般变化不大,而电导率变化较大。地壳的电导率与岩石成分、孔隙度、孔隙水的矿化度有关。另外,还与岩石的层理有关。同时,温度对电导率的影响更大。 电导率随深度增加而增大,在60Km~250Km和400Km~1000Km处分别有一次较明显的变化,前者可能是物质熔融引起的,后者则可能是地球内部物质发生相变所致。 利用大地电磁场的分布及频率的变化,可以研究地球内部高导电层的分布及深度,但由于地电场经常受日变和磁暴的影响而发生变化,因此,也需像地磁测定一样设固定观测站连续观测,消除外加电场的影响,取得正常电场值。将附近地区实测的地电场值与其比较,如有偏差,则为地电异常——用于电法勘探。

34 地球物理及化学性质的认识 (六)重力 (七)弹性 返回
重力系指在地表某处所受地心引力和该处地球自转所产生的离心力的合力,如图1-1-19所示; 地表某点的重力强度相当于该点的重力加速度,赤道最小,两极最大; 可以计算出地表任何地区理论上的重力值,但在实际工作中常遇到实测值与理论值不一不一致,这种现象称为重力异常。实测值大于理论正常值为正异常(铁,铜,锌等),小于理论正常值为负异常(石油,煤,盐等)—— 重力勘探。 产生重力异常的原因很复杂,主要是地球并不是一个均质体,地球表面各处的物质成分不同,因此质量也不同。 图1-1-19 重力 (七)弹性 地球具有弹性,表现在能传播地震波,因为地震波是弹性波;利用岩石的弹性,借助人工激发弹性波,勘查矿产及地质构造 —— 用于地震勘探。

35 地球物理及化学性质的认识 二.地球的化学性质 (一)元素的丰度和克拉克值 返回
组成地壳的固体物质是岩石,而岩石是由矿物组成的,矿物又是自然元素单质或化合物。由此可见,组成地壳最基本的物质是化学元素,或者说地球是由各种化学元素组成的,这些元素在地球圈中的分布量有很大的差异,主要质量集中在地球的内圈(地壳、地幔、地核),占地球总质量(60万亿吨)的99.9%,外圈质量只1%。 (一)元素的丰度和克拉克值 元素在地壳中的分布情况可用元素在地壳中的平均重量百分比即克拉克值来表示,也称为丰度。地壳中主要元素的克拉克值如图1-1-20所示。 丰度和克拉克是指地壳中元素平均含量,但是也有区别。 克拉克值是指某元素在地壳中平均重量的百分比。 丰度则是各元素在地壳中平均含量的百分数。 化学元素在任何宇宙体或地质体中的平均含量都可以称为丰度,它可以用于任何天体或整个地球,当然又可用于地壳。 图1-1-20 地球元素的分布

36 地球物理及化学性质的认识 返回 (二)地壳岩石圈的物质组成
元素含量分布是不平均的,O、Si、Ai、Fe、Ca、Na、K、Mg、H九种元素占地壳总质量的98.13%(称常量元素)其他80多种元素之和为1.87%。 地壳中的化学元素,以单质形式存在的数量较少,如自然金、自然银等;绝大部分以各种化合物出现,其中以含氧的化合物最为常见。 表1-1-2为地壳上部深约16Km范围内氧化物平均质量百分比。 表 地壳上部各种氧化物的质量百分比 氧化物 质量百分比% SiO2 59.87 MgO 4.06 H2O 1.86 Al2O3 15.02 CaO 4.79 TiO2 0.72 Fe2O3 5.98 Na2O 3.39 CO2 0.52 FeO K2O 2.93 P2O5 0.26 从表中可以看出,地壳中分布最多的是硅和铝的氧化物,它们共占75%,其它元素氧化物只占25%。

37 复习思考题 返回 一、名词解释 大陆基、大陆架、岩石圈、地温梯度、磁异常、平流层、对流层、莫霍面、古登堡面、重力勘探、电法勘探、地震勘探、磁法勘探。 二、问答题 1.简述地球内、外圈分层情况。 2.与煤矿生产关系较大的物理性质 有哪几种?简单叙述之。

38 第二章 地质作用 第一节 内力地质作用分析 第二节 外力地质作用分析
第二章 地质作用 由自然动力所引起的地壳物质成分、内部结构、构造以及地表形态发生变化和发展的过程称为地质作用。根据地质作用进行的场所及能源来源的不同,地质作用分为内力地质作用、外力地质作用两大类。 第一节 内力地质作用分析 第二节 外力地质作用分析 返回

39 内力地质作用分析 返回 内力地质作用发生在地球内部(地壳中或地幔中),主要由地球本身的能量(主要是地球旋转能、重力能、地球内部的热能及化学能等),促使地壳或岩石圈的物质组成、内部构造及外部形态发生变化的作用。 按作用的性质和方式,内力地质作用分为地壳运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。

40 内力地质作用分析 返回 一.地壳运动 指由地球内部动力引起的,促使地壳(或岩石圈)组成物质变形、变位的运动(也称构造运动)。它控制着地表海陆分布的轮廓和地形,对地壳中岩层的形态和构造等变化起着决定性作用,地壳运动还为其它各种内、外力地质作用的进行创造了条件,是地壳发展演变的主导因素。地壳运动有如下特点: 1.地壳运动具有普遍性和长期性,地壳形成以来,每时每刻都在运动,但运动强度在时间、空间上均不平衡,地壳运动的各种形迹可以保存在地层中; 2.地壳运动具有方向性,分为垂直(升降)运动和水平运动。

41 内力地质作用分析 返回 (一)垂直运动 垂直运动又叫升降运动,是地壳或岩石圈组成物质沿地球半径方向的上升或下降运动,主要造成地壳大规模的隆起或坳陷,引起地势高低变化、海陆变迁、岩体垂直位移及层状岩层大型的平缓弯曲,因此又叫造陆运动。 世界上反映升降运动最著名的实例是意大利那不勒斯塞拉比斯古庙遗址前保存的三根高12m的大理石柱,如图1-2-1所示。 据考证,石柱在公元初期位于陆上,1583年维苏维火山喷发使下部3.6m被火山灰所掩埋;后因地壳下沉使石柱沉至海面以下6.3m; 18世纪中叶石柱又随地壳上升到地面,于1742年被挖掘出来;以后又开始下降,1878年海水淹没柱高0.65m,1913年为1.53m,1933年为2.05m,1954年达2.5m,至1976年又上升1m。表明那不勒斯海湾近代正处于交替的升降运动中。 升降运动不仅可以引起海陆变迁、地形的起伏不平,同时又控制和影响着沉积岩层的分布和其岩性、岩相及岩层厚度的变化,并控制着煤系地层的分布范围,影响煤层数和厚度变化。 图1-2-1 意大利那不勒斯塞拉比斯古庙3根 12米高大理石柱(1749年考古发掘)

42 内力地质作用分析 返回 (二)水平运动 平运动是地壳或岩石圈物质沿地球切线方向的运动。它使地壳受到挤压、拉伸、平移,甚至旋转扭动,导致组成地壳的岩层发生褶皱和断裂,在地表形成高山或深谷(盆地),因此又叫造山运动。这是一种表现剧烈的地壳运动形式。 美国加里福尼亚圣安德烈斯断层带是现代水平运动的典型例子,从1882年至1946年的65年中,对此断层带进行了4次定时定点测量,发现断层每年以1cm的速度向北西方向移动。近年美国使用轨道卫星和激光束测定,发现该断层两盘每年以8.9cm的速度靠拢。 从地壳发展史看,地壳运动总趋势是水平运动为主,有一部分升降运动是由水平运动引起的,或者是与水平运动相伴生的。 水 应该指出,地壳运动的两种表现形式并不是彼此孤立、截然分开的,而是相互联系和相互转化的,它们在时间上和空间上的发展是不平衡的。在同一时期,不同地区地壳运动的方式和运动的强度也不同;同一地区的地壳运动在某一历史发展阶段,其表现形式可能以升降运动为主,而在另一历史发展阶段,其表现形式可能以水平运动为主。 总的看来,在地壳发展历史中,地壳运动有一定的规律性,总是由长期缓慢的运动转化为快速激烈的运动,它们交替出现,使地球发展历史显示出一定的阶段性和周期性。 地动运动可使岩层发生褶皱、断裂,促使岩浆活动和变质作用及地震作用的发生,造成海陆变迁、地表起伏,导致气候变化,影响生物的分布及外力地质作用的发生发展。可见,地壳运动是地壳发展演变的主导因素。

43 内力地质作用分析 (三)地壳运动的速度 (四)地壳运动的幅度 返回 地壳运动的速度有快有慢、快慢交替,既有水平运动也有升降运动。
例如在地震前后会明显加快:1973年2月四川甘孜的7.9级地震,使鲜水河断裂带再次活动,形成一条长50Km、宽1.5m的地裂缝带。又如喜马拉雅山自开始抬升以来,经历了千万年的上升,已成为世界最高的山脉,现在仍在缓慢上升。 (四)地壳运动的幅度 1.地壳运动的幅度有大有小、大小交替。 2.运动的幅度与方向、时间有关,例如长期上升或一直下降,或者水平运动长期沿同一方向运动,则运动幅度就大,反之则小。 3.地壳运动幅度的确定主要依靠沉积厚度推测,它是下降幅度的标志。上升幅度的确定较为困难,只能依据邻区沉积厚度来粗略推测。

44 内力地质作用分析 二、地震作用 将孕震、发震和余震的全部作用过程,称为地震作用。
返回 二、地震作用 将孕震、发震和余震的全部作用过程,称为地震作用。 地震是地壳运动或构造运动的一种特殊形式。表现为一种快速、短暂、突发的构造运动,是地壳的一种快速颤动。 地震在长期、缓慢、不断地进行着,当地壳运动所积累的应力超过组成地壳岩石的强度时,就发生迅速和激烈的震动。它是地壳运动的一种特殊形式,是破坏性较大的地质现象。

45 内力地质作用分析 (一)地震术语 返回 一) 震源 是地球内发生地震的地方。震源垂直向上到地表距离称为震源深度,如图1-2-2所示。
地震发生在70公里以内的称为浅源地震;70-300公里为中源地震;300公里以上为深源地震。目前有记录的最深震源达720公里。 二) 震中 震源上方正对着的地面称为震中,如图1-2-2所示。震中及其附近的地方称为震中区,也称极震区。震中到地面上任一点的距离叫震中距离(简称震中距)。震中距在100公里以内的称为地方震;在1000公里以内称为近震;大于1000公里称为远震。

46 内力地质作用分析 三)地震波 地震时,在地球内部出现的弹性波称地震波。地震波主要包含纵波和横波,以及面波。
返回 三)地震波 地震时,在地球内部出现的弹性波称地震波。地震波主要包含纵波和横波,以及面波。 1.纵波(P波):振动方向与传播方向一致的波。来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动。振幅小、周期短、速度快、破坏小。 3.面波(L波):是纵波吸收辐射到地表激发出沿地面传播的波。振幅最大、周期最长、速度最慢,但破坏性最强。 2.横波(S波):振动方向与传播方向垂直的波。来自地下的横波能引起地面的水平晃动。横波能造成建筑物破坏。振幅大、周期长、速度较快、破坏性大。 由于纵波在地球内部传播速度大于横波,所以地震时,纵波总是先到达地表,而横波总落后一步,面波最后到达。

47 内力地质作用分析 (二)地震强度 二)震级 一)地震烈度 返回 指地震对地面和建筑物的破坏程度。我国将其划分为12度。
小于3度:震感弱,只有仪器能记录到;3~5度:有震感,睡觉的人惊醒,吊灯摆动,无破坏;6度:器物倾倒,房屋有轻微破坏;7~8度:房屋严重破坏,地面裂缝,人畜大量伤亡;9~10度:房倒屋塌,地面破坏严重;11~12度:毁灭性的破坏,房屋普遍倒塌,山崩地裂。 二)震级 指地震能量大小等级。震源释放出来的弹性波能量越大,震级越大,如图1-2-3所示。 震级<1级:超微震;1级≤震级<3级:弱震或微震;3级≤震级<4.5级:有感地震;4.5 级≤震级<6级:中强地震;6级≤震级<7级:强震;7级≤震级<8级:大地震;震级≥8级:巨大地震,如图1-2-4所示。

48 内力地质作用分析 (三)地震类型 按照地震的不同成因,我们可以把地震划分为五类: 返回 一)构造地震
构造地震发生的原因,是地下岩层受地应力的作用,当所受的地应力太大,岩层不能承受时,就会发生突然、快速破裂或错动,岩层破裂或错动时会激发出一种向四周传播地地震波,当地震波传到地表时,就会引起地面的震动。世界上85%-90%的地震以及所有造成重大灾害的地震都属于构造地震。 二)火山地震 由于火山爆发引起的地震。 三)水库地震 由于水库蓄水、放水引起库区发生地震。 四)陷落地震 由于地层、岩溶陷落引起的地震。 五)人工地震 由于核爆炸、开炮等人为活动引起的地震。

49 内力地质作用分析 返回 (四)地震危害 2008年5月12日14时28分04秒,四川汶川,8级强震猝然袭来,大地颤抖,山河移位,满目疮痍,生离死别……西南处,国有殇。这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震,如图1-2-5所示。地震重创约50万平方公里的中国大地! 截至2009年4月25日10时,遇难69227人,受伤374643人,失踪17923人。其中四川省68712名同胞遇难,17921名同胞失踪,共有5335名学生遇难或失踪。直接经济损失达8451亿元。 这是中华人民共和国自建国以来影响最大的一次地震。震级是自1950年8月15日西藏墨脱地震(8.5级)和2001年昆仑山大地震(8.1级)后的第三大地震,直接严重受灾地区达10万平方公里。 图1-2-5 汶川、玉树地震破坏情况

50 内力地质作用分析 (五)世界及我国的地震带分布
返回 (五)世界及我国的地震带分布 全球用地震仪测出的地震,每年约500万次,其中有感地震5万次,破坏性严重的一般8级以上的特大地震要隔若干年才发生一次。 一)世界地震带分布 主要划分为四个地震带,如图1-2-6所示: 1.环太平洋地震带:从南美洲南端起沿南北美洲西海岸,通过阿留申群岛,经日本、我国台湾、菲律宾到新西兰,主要是环太平洋的岛弧及海沟地带。地震频繁,浅、中、深源地震均有,约占全球地震总数的80%。 3.大洋中脊地震带:沿大西洋、太平洋、印度洋洋中脊分布,地震活动相对较弱。 2.欧亚地震带:西起葡萄牙、西班牙和北非海岸,经地中海、高加索、喜马拉雅山至印尼与环太平洋地震带汇合,亦称地中海——印尼地震带。以浅源地震为主,约占全球地震总数的15% 4.大陆裂谷地震带:包括东非裂谷(地堑)、红海、亚丁湾、死海裂谷系、莱茵地堑等大断裂,均为浅源地震。

51 内力地质作用分析 返回 图1-2-6 全球地震带分布

52 内力地质作用分析 返回 二)我国地震带分布 一般划分为五个主要的地震带,如图1-2-7所示: 图1-2-7 我国地震带分布

53 内力地质作用分析 (1)东南沿海及台湾地震带:属环太平洋地震带,以台湾最为频繁
返回 (1)东南沿海及台湾地震带:属环太平洋地震带,以台湾最为频繁 (2)郯城-庐江地震带:北起东北、经沈阳、营口过渤海,南经郯城、庐江达黄海地区,是我国东部强震带。 (3)华北地震带:西起宝鸡,向东经山西达燕山西部,是华北地区内部破裂带发育的强震带。 (4)南北向地震带:北起贺兰山、六盘山、越秦岭、过甘肃、经四川盆地西缘达滇东地区,活动频繁,是规模巨大的强震带。 (5)西藏-滇西地震带:属欧亚地震带。

54 内力地质作用分析 三、岩浆作用 (一)岩浆及岩浆作用的概念 返回
岩浆是地下深处天然形成的富含挥发分、金属元素,具有高温高压粘稠的硅酸盐熔融体,如图1-2-8所示。一般认为岩浆发源于地幔上部软流圈及地壳中局部地段,温度高达1000℃以上,压力可达1000MPa。它的成分相当复杂,主要是硅酸盐及部分金属硫化物、氧化物和其它一些挥发物质(如H2O、CO2、H2S等气体)。 图1-2-8 岩浆 岩浆在上升运移中与围岩相互作用,不断改变自身化学成分和物理状态,最后在一定温度、压力条件下冷凝固结成岩浆岩。这种从岩浆的形成、运移直至冷凝成岩的全过程称为岩浆作用,如图1-2-9所示。 按岩浆中SiO2的含量,可把岩浆划分为超基性岩浆(<45%)、基性岩浆(45~52%)、中性岩浆(52~65%)、酸性岩浆(>65%)四大类型。由该四类岩浆冷凝形成的岩浆岩,相应地称为超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩。

55 1-火山口;2-外轮山;3-火山锥;4-火山颈;5-破火山口;6-岩浆源
内力地质作用分析 返回 (二)岩浆作用的类型: 岩浆作用分为喷出和侵入作用。 一)喷出作用 岩浆从地壳薄弱处溢出或喷出地表并冷凝形成岩石的过程叫喷出作用(火山作用)。 1.裂隙式喷发:岩浆沿地壳裂隙,较平静溢出地表,常为基性岩浆。 2.中心式喷发:岩浆沿近于圆筒形通道喷出地表,称为火山,火山有火山通道、火山口、火山锥构成。 中心式喷发又分为三种: 图1-2-9 岩浆作用示意图 1-火山口;2-外轮山;3-火山锥;4-火山颈;5-破火山口;6-岩浆源 (1)猛烈式喷发:常为酸性岩浆。其粘性大,气体不流畅,直到压力足 够大时作爆炸式喷发。 (2)宁静式喷发:常为基性岩浆。其粘性小,流动性大,气体流畅,阻力小。 (3)中间式喷发:常为中性岩浆。其特点介于上述两者之间。

56 内力地质作用分析 返回 二)侵入作用 岩浆沿着一定的通道上升运移,在地壳中于不同的深度适宜的物理化学条件下逐渐冷凝结晶,进而转化为固体状态的岩浆岩,这个活动过程就称为侵入作用。由此而形成的岩体称为侵入体。由于岩浆侵入地壳表层的深浅部位不同,因而形成的侵入体多种多样。 岩浆岩体大小、形状及其与周围岩石的接触关系,称岩浆岩体的产状,图1-2-10所示。 根据岩浆侵入的环境,可分为深成侵入作用和浅成侵入作用。 图1-2-10 岩浆岩体的产状

57 内力地质作用分析 返回 四、变质作用 地壳中已形成的岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩),由于高温、高压或外来物质的参与,使原来岩石的结构、构造、矿物成分或化学成分发生改变,形成新的岩石。这种作用称为变质作用。由变质作用形成的岩石称为变质岩。 变质作用是在地下深处高温、高压环境下进行的,但其物质的变化是固态的,与在液态下进行的岩浆活动是不同的。 一)温度 温度升高可使岩石中的矿物发生结晶或重结晶,即岩石中非晶体矿物向晶体矿物转化、岩石中晶体细小矿物向晶体粗大矿物转化。 温度的升高可促使原岩石中的化学成分发生重组合,并产生新的矿物。如含有SiO2的石灰岩,在高温条件下,可变成硅灰石。 二)压力 包括静压力和定向压力的作用。静压力使原岩石的体积缩小、密度加大;在温度的配合下,可形成新的矿物。如辉长岩类中的钙长石和橄榄石,在高压条件下可合成体积小、相对密度大的石榴子石。 定向压力主要使岩石变形、破碎,使矿物定向排列。如使岩石中的柱状、板状、片状矿物定向排列,产生片状构造和片麻状构造。 三)化学性质活泼的气体和液体 化学性质活泼的气、液主要以H2O和CO2为主,并富含F、S、P等易挥发的物质及SiO2等矿物质。 这些物质在一定的温度、压力条件下,渗入到围岩中并与围岩发生化学反应,使围岩发生物质成分、结构构造等变化,并产生新的矿物。 四)时间 指变质作用持续的时间。变质作用持续的时间越长,变质改造结果越明显。

58 内力地质作用分析 (二)变质作用的类型 根据变质作用所处的地质环境以及引起变质作用的因素和变质作用进行的方式,变质作用可分为四种类型: 返回
一)区域变质作用 指在区域性大范围内,由温度、压力和化学活动性较强的流体共同参与和影响下,固体岩石所发生的一种变质作用。形成的岩石称为区域变质岩。 主要影响因素是温度、压力(静压力)。其特点是涉及范围广、影响深度大、与深大断裂有关。例如:山东泰山、山西五台山等地区的板岩、片麻岩等。 二)动力变质作用 在地壳运动产生的构造应力(定向压力)作用下,使岩石发生变形、破碎和重结晶等系列变化。形成的岩石称为动力变质岩或构造岩。 主要影响因素是构造应力或定向压力。其特点表现为主要发生在两个相邻岩石块体之间的错动和接触部位,与较大的断层或断裂带有关。如糜棱岩、构造角砾岩等。

59 内力地质作用分析 返回 三)接触变质作用 发生在岩浆岩体与围岩的接触带上,如图1-2-11所示。岩浆所带来的热量、化学活动性流体引起围岩发生重结晶、交代等系列变化。形成的岩石称为接触变质岩。 主要影响因素是温度、活动性流体及挥发份。 其特点表现为主要发生在岩浆岩体与围岩的接触带上。如大理岩、石英岩等。 单纯由温度引起的接触变质为接触热变质作用。单纯由岩浆中的挥发物质引起的交代作用为接触交代变质作用。 图1-2-11 接触变质作用

60 内力地质作用分析 返回 四)交代变质作用 指岩浆期后的气体和热液对已冷凝的岩浆岩体及其围岩发生不同程度的交代作用,使岩浆岩体和围岩的成分、结构和构造发生改变,称交代变质作用,如图1-2-12所示。形成的岩石称为交代变质岩。 主要影响因素是岩浆期后的气体和热液。其特点表现为主要发生在岩浆岩体及岩浆岩体与围岩接触带。如矽卡岩、云英岩等。 图1-2-12 交代变质作用示意图

61 外力地质作用分析 返回 以地球外部的太阳能以及日月引力能为能源,并通过大气、水、生物因素所引起的风、雨、冰雪、冰川、河流、海浪等营力产生的各种地质作用,称为外力地质作用。 在这些自然营力的影响下,一方面不断对暴露在地表的岩石进行破坏,使岩石变得松散,粉碎成为泥砂和可溶物质;另一方面又将这些泥砂和溶解物质搬运到地势低洼的盆地中(如海洋、湖泊)等,逐渐进行沉淀和堆积。外力地质作用的结果,使高山不断遭受风化、剥蚀,夷为平地;盆地不断接受沉积,形成大量的沉积岩和矿产,并逐渐被填平。如煤、油页岩、石油和天然气及铜、铁的形成与外力地质作用有关。 外力地质作用主要发生在地球表层。包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用等。

62 外力地质作用分析 一.风化作用 (一)风化作用的概念
返回 一.风化作用 (一)风化作用的概念 地表和接近地表的岩石,在温度变化、水、空气及生物的作用和影响下所发生的破坏作用称为风化作用。 风化作用是一种原地的破坏作用,其产物不发生显著位移。风化作用可使出露在地表的煤层受到风化,引起煤的灰分增高,煤的质量变劣,甚至失去开采价值。其影响因素主要有温度、水、空气等。

63 外力地质作用分析 返回 物理风化的结果是使母岩崩解,形成各种碎屑物质。因此物理风化作用又称机械风化作用或石烂,其化学成分不变。影响因素主要是温度变化、水的作用。 1.温度变化:岩石在白天太阳的曝晒下,温度升高,内部物质受热膨胀;夜间由于温度降低,内部物质又因冷却而收缩。这种温差变化,在一般地区为10℃℃~20℃左右,而在内陆沙漠地区却高达50℃左右。 岩石在温度变化的影响下,由于物质的热胀冷缩作用,很容易产生裂隙。此外,由于岩石本身导热性差,表层和内部间必然产生温差,出现了表里不均匀的膨胀与收缩。在这种不均匀的膨胀与收缩作用的影响下,若破裂是垂直于岩石表面,便形成纵横交错的裂缝,逐渐扩大、加深,岩石就发生由表往里的崩解破碎。当岩石棱角逐渐风化变成球形时,则称为球状风化,如图1-2-13所示。若破裂平行岩石表面时,则造成层层剥离现象。

64 外力地质作用分析 返回 2.水的作用:地表岩石空隙中贮藏着的水,在气温降低至冰点以下时,水结为冰,其体积比原来增大1/11左右,对岩石两壁产生的压力可达9.4×107Pa,这样巨大的压力可扩大和增加岩石空隙。当气温升高至冰点以上时,冰又融化成水,体积减小,扩大的空隙中又为外来的水所填满。如此反复冻结融化,岩石中逐渐产生裂隙,使完整的岩石破裂崩解,这种作用称为冰劈作用,如图1-2-14所示。 图1-2-14 冰劈作用

65 外力地质作用分析 返回 二)化学风化作用 指矿物及岩石在O2、CO2、水和溶于水中的各种酸的联合作用下,遭受氧化、水解和溶滤等化学变化而破坏,使其化学成分发生本质的改变,并使其分解并产生新矿物的作用。 化学风化作用包括氧化作用、水解作用、水化作用、化学溶解作用等。这些化学反应往往以复合交替的复杂形式进行,同时有相应的新矿物生成。

66 外力地质作用分析 返回 1.氧化作用:矿物、岩石在空气中或地下一定深度内,如图1-2-15所示,在大量游离氧的氧化作用下,使低价元素和低价化合物转变为高价元素和高价化合物。如黄铁矿在水及其所含氧的作用下,氧化成褐铁矿和硫酸。 2.水解作用:水分子离解成H+、OH-,并与矿物中的阳离子K + 、Na + 、Ca 2+ 等生成氢氧化物。如正长石水解成高岭石。 3.水化作用:在化学风化中,水起重要作用。有些矿物与水起反应,吸收部分水变成另一种含水的新矿物。如硬石膏与水反应生成石膏的作用。 4.溶解作用:含有二氧化碳的水是很好的溶剂,它能使岩石中一部分矿物溶于水中而被带走。如地表水或地下水流经石灰岩地区时,岩石中主要成分方解石可与含有多量二氧化碳的水溶液发生作用,变成重碳酸钙被水带走(石林的形成)。 5.碳酸化作用:自然界的水中常含有多量二氧化碳气体,使岩石中一部分矿物与水反应后生成新的矿物,称为碳酸化作用。如正长石与含有二氧化碳的水反应,生成高岭石和二氧化硅的混合物及碳酸钾。 图1-2-15 氧化作用

67 外力地质作用分析 三)生物风化作用 返回 指岩石由于生物的生活活动引起的破坏作用。生物风化作用可分为生物的物理风化作用和生物的化学风化作用。
1.生物的物理风化作用 生物的物理风化作用是指由于生物的活动,对岩石产生的破坏作用。生长在高山上的树木,其根已深深地扎在岩石裂隙中,随着树木的生长,根越来越粗大,对周围岩石产生挤压力,这样促使岩石崩裂与倒塌的作用,称为根劈作用,如图1-2-16所示。 此外,穴居动物的挖洞穴和有蹄类动物的践踏,对地表岩石、土层也起破坏作用,这些均属生物物理风化作用。 图1-2-16 根劈作用

68 外力地质作用分析 返回 2.生物的化学风化作用 生物化学风化作用主要是指生物新陈代谢过程中排出大量的酸类,以及生物死亡后遗体腐烂而产生的有机酸,腐蚀和破坏周围岩石的作用。 生物分泌出的有机酸,促进了岩石的化学分解,而且生物还可以从中吸取某些元素并将其转变成有机化合物。生物产生的大量O2、CO2等,同样影响着风化作用的进程。 上述物理、化学及生物的风化作用并不是孤立进行的,它们总是同时发生并相互影响。只有在一定的条件下,以某一种风化作用起主导作用。例如,物理风化使岩石产生裂隙,岩石又与大气、水、生物接触面增大,从而加速了化学风化作用,而化学风化作用又降低了岩石的强度,有利于物理风化作用的进行。风化作用形成的产物主要包括由物理风化为主形成的碎屑物质和化学风化为主产生的新矿物和溶解物质。部分风化产物残留在原地可形成风化壳。

69 外力地质作用分析 返回 (三)风化作用的产物 风化作用的总趋势是使被改造的母岩发生物理的和化学的变化,使母岩解体并产生在地表条件下稳定的、新的物质成分。 风化产物按性质可分三类: (1)碎屑物质:岩石碎屑、矿物碎屑; (2)溶解物质:真溶液和胶体溶液物质; (3)不溶残余物质:不溶于水的新生矿物,如褐铁矿、铝土矿、高岭石等。

70 外力地质作用分析 返回 二.剥蚀作用 指风、雨以及河流、地下水、海(湖)水、冰川中的水体在运动状态下对地表或地下岩石产生的破坏,一方面将风化产物从母岩中剥离下来,使新鲜的岩石裸露地表继续遭受风化,另一方面又对岩石产生破坏作用,并同时使破坏后的产物脱离母岩,这一过程叫剥蚀作用。 剥蚀和风化都是对地表岩石进行破坏的一种作用,它们彼此间是相互联系、相互依赖、相互影响的。岩石风化之后利于剥蚀,剥蚀之后又利于继续风化。 剥蚀作用按地质营力的不同,可分为风的剥蚀作用,称为吹蚀作用;流水的剥蚀作用,称为侵蚀作用;地下水的剥蚀作用,称为潜蚀作用;湖泊的剥蚀作用,称为湖蚀作用;海洋的剥蚀作用,称为海蚀作用;冰川的剥蚀作用,称为刨蚀作用等。其中,侵蚀作用和潜蚀作用是最常见的剥蚀作用。 根据作用方式不同,剥蚀作用又分为机械剥蚀作用和化学溶蚀作用。

71 外力地质作用分析 (一)机械剥蚀作用 返回 一)风的剥蚀作用
风吹起地表碎屑物质并携带其磨蚀岩石表面的过程叫风的剥蚀作用,如图1-2-17所示。它有两种方式: 1.吹蚀:风把岩石表面风化碎屑物质及松散沉积物吹起而剥离下来。 2.磨蚀:风挟带的碎屑物质撞击和磨损岩石表面,使其遭受破坏 图1-2-17 风剥蚀作用的结果(蘑菇石)

72 外力地质作用分析 二)地表流水的剥蚀作用 1.坡流的洗刷作用
返回 二)地表流水的剥蚀作用 1.坡流的洗刷作用 坡流是地面斜坡大面积的暂时性流水,由于其水流分散,单位面积流量较小,动能不大,故往往只能对斜坡面上的松散物质及风化表面进行破坏。它一般较均匀地破坏着整个山坡,将山坡剥掉一层表皮,故称洗刷作用。 2.洪流的冲刷作用 当坡流向水沟和山涧汇集,形成一股快速奔腾的暂时性流水,每当雨季和冰雪融化期,特别是在暴雨之后,山洪破坏了地表岩石,带走大量的泥砂和石块,并对流经洼地的岩石进行强烈的冲刷作用,将坡面刻凿成一条沟谷。初始这种沟谷并不大,在洪流的长期作用下,逐渐使其加长、加宽、加深,发展成为冲沟;冲沟继续发展,在其两侧发育成许多树枝状小沟。

73 外力地质作用分析 返回 3.河流的侵蚀作用 当冲沟被洪流冲刷加深到地下水面时,便得到地下水的补给,这时冲沟经常保持水流。在固定河道中,长年流动的流水,称为河流。河流对地表岩石主要是河床及两岸的岩石进行的破坏,称为侵蚀作用。在煤系地区,由于河流的冲蚀作用,致使煤层厚度变薄,或至尖灭或煤质变劣。 (1)河流的下蚀(底蚀)作用:河水及其夹带的砂石对河床底部岩石进行冲击、磨蚀、溶蚀等作用的过程。导致河床逐渐降低、河谷加深,如图1-2-18所示。 图1-2-18 河流的底蚀作用

74 外力地质作用分析 返回 (2)河流的侧蚀作用:河水在水平方向上冲击、侵蚀河岸,使河床左右迁移、河谷加宽的过程,如图1-2-19所示。
图1-2-19 河流的侧蚀作用

75 外力地质作用分析 返回 三)地下水的潜蚀作用 地下水的潜蚀作用是指地下水在流动过程中机械地冲刷破坏岩石的过程。这种作用只有在松散或胶结很差的堆积物分布的地区才比较显著。地下水的潜蚀作用与重力作用配合下,常可产生滑坡、泥石流和山崩等灾害。能够堵塞道路、冲垮桥梁、摧毁建筑、破坏渠道、毁坏农田,对工农业生产有很大危害。

76 外力地质作用分析 四)海水的剥蚀作用 返回 海水对海岸及海底岩石进行破坏的过程叫海蚀作用,常发生在海岸带。
其剥蚀的方式有三种类型,如图1-2-20所示: 1.机械破坏:运动海水的冲刷、海浪卷动的石块、沙粒对滨岸带的磨蚀。可形成浪蚀岩洞、海蚀崖、海蚀平台、海蚀柱等。 2.化学溶蚀:海水对岩石溶解所产生的破坏作用。 3.生物蛀蚀:潜穴动物可利用其壳刺或分泌物侵入岩石,使岩石表面产生许多洞穴,破坏了岩石的强度。

77 外力地质作用分析 返回 五)冰川的剥蚀作用 冰川是在重力影响下由雪源向外缓慢移动的冰体。冰川活动对组成冰床的岩石进行磨蚀、掘蚀等破坏作用的过程叫冰蚀作用。 冰川以自身的重量,以及冰体冻结挟带的许多岩块、岩屑,像锉刀一样对沿途基岩进行推锉、碾磨和挖掘,常留下擦痕,碎屑物分选性和磨圆度均差。

78 外力地质作用分析 返回 (二)化学溶蚀作用 地表水和地下水对可溶性岩石的溶解破坏作用,称为化学溶蚀作用,简称溶蚀作用。如石灰岩在水和溶于水中的二氧化碳作用下,生成可溶于水的碳酸氢钙,就是溶蚀作用。 在石灰岩地区,由于地下水的长期溶蚀作用而形成特殊的地质现象,称为岩溶或称喀斯特,如图1-2-21所示。 图1-2-21 地下水的溶蚀作用

79 外力地质作用分析 返回 三.搬运作用 风化、剥蚀作用的产物被流水、海洋、风、湖泊、冰川等从风化剥蚀的地区转移到沉积区的过程称为搬运作用。搬运作用与剥蚀作用往往同时由同一种自然营力来完成。 按搬运方式的不同,搬运作用主要分为两种类型:机械搬运作用、化学搬运作用。 (一)机械搬运作用 机械搬运的营力有流水、风、冰川等,其中以流水为主。风化、剥蚀产物在机械搬运过程中,主要有磨圆作用和分选作用发生。 磨圆作用:碎屑物在机械搬运过程中,由于颗粒间的相互磨擦及碎屑颗粒与河床底面或地表的磨擦作用,使碎屑的棱角被磨蚀,形态逐渐趋向于圆球形。一般情况下,河流、海洋和风力搬运的碎屑物磨圆较好。随着碎屑物质搬运时间久、距离长,其磨圆程度较好;反之则差。按磨圆程度,可分为磨圆度好、磨圆度中等和磨圆度差。

80 图1-2-22 不同粒度碎屑物的分选作用 图1-2-23 不同相对密度矿物的沉积分选作用
外力地质作用分析 返回 分选作用:由于风、水的搬运营力按一定规律逐渐减小,从而使碎屑颗粒按照颗粒大小和相对密度的不同,如图1-2-22、1-2-23所示,分别集中。颗粒大、相对密度大的碎屑先沉积下来;颗粒小、相对密度小的碎屑后沉积,这种现象称为机械分选作用。在河床沉积物中,从上游至下游水速不断变缓,出现由粗至细的沉积现象,这就是机械分选性。沉积物分选性的好坏,是与搬运距离成正比的。搬运距离越远,沉积物的分选性越好;反之,则差。按分选的好坏,可分为分选性好、分选性较好、分选性差、分选性很差。  图1-2-22 不同粒度碎屑物的分选作用   图1-2-23 不同相对密度矿物的沉积分选作用

81 外力地质作用分析 返回 在机械搬运作用中,以河流及海洋的搬运作用最为常见。河流搬运作用的能力很大。如长江每年可将4.3亿t的泥砂搬运到河口,黄河每年经河南陕县搬运到下游的泥砂平均达14亿t。河流搬运的碎屑物,常有较好的分选性和磨圆度。 地下水的机械搬运能力很小,通常只能搬运细小的泥砂物质。 海洋的机械搬运作用的能力是较大的,巨浪常可搬运成吨重的大石块。海水搬运的碎屑物常有良好的分选性和磨圆度。

82 外力地质作用分析 一)流水的机械搬运 二)风的机械搬运 返回 河流主要有两种机械搬运方式,如图1-2-24所示:
1.底运:颗粒大、比重大、球度较高的碎屑、沿水底滚动、滑动、跳跃式运移。 2.浮运:颗粒小、比重小、球度较低的碎屑,呈悬浮状搬运。 河流的搬运能力与流量、流速、碎屑颗粒大小、以及流域的地质条件有关。随搬运距离的加长,碎屑趋于粒度细而均匀、磨圆度提高、矿物成分单一。 图1-2-24 河流的搬运作用(底运与浮运) 二)风的机械搬运 风的机械搬运也分为底运与浮运: 1.底运:分为滚动、滑动和跳动,其中以跳动为主,多为粗大碎屑物质。 2.浮运:以细小的碎屑物质为主。 风的机械搬运,具有按颗粒大小、形状、比重筛选的分选性和相互之间的摩擦作用。

83 外力地质作用分析 三)冰川的机械搬运 四)海水的机械搬运 返回
冰川移动时将山坡滚落和刨蚀的各种不同的碎屑带走,因此被搬运的碎屑物质具有大小混杂、成分各异、不具分选性和磨圆度等特征,如图1-2-25所示。 四)海水的机械搬运 通过海浪、海流、潮汐进行,搬运物质大多为河流搬运而来的,少量来自海水对海岸侵蚀的产物。 海浪搬运作用随水深而降低,因此多发生在近岸浅海区,粗碎屑推向海岸,细碎屑推向海洋。海流流速慢,常搬运细小淤泥和悬浮物质,能长距离搬运,甚至可达数千公里。潮汐仅在海岸线一带搬运碎屑物质。 图1-2-25 冰川的搬运作用

84 外力地质作用分析 (二)化学搬运作用 化学风化作用和化学溶蚀作用所产生的物质,常通过化学搬运作用,以真溶液或胶体溶液形式由原地运移到沉积区。
返回 (二)化学搬运作用 化学风化作用和化学溶蚀作用所产生的物质,常通过化学搬运作用,以真溶液或胶体溶液形式由原地运移到沉积区。 一)真溶液方式搬运 搬运物质主要是岩石风化剥蚀产物中的K、Na、Ca、Mg等元素的可溶性盐类,如CaCO3 ,NaCl等。 二)胶体溶液方式搬运 搬运物质来源于岩石风化剥蚀产物中的Fe、Mn、Al、Si等元素的氧化物和氢氧化物的胶体物质和难溶物质。

85 外力地质作用分析 返回 四.沉积作用 母岩风化、剥蚀产物在搬运过程中,由于搬运介质能量的减弱或因物理化学条件的改变,以及生物作用,使它们在新的环境里沉积下来,形成沉积物,这种作用称为沉积作用。 (一)沉积作用类型 按照沉积作用进行的方式,可进一步分为物理(机械)沉积作用、化学沉积作用及生物沉积作用三种类型,如图1-2-26所示。 图1-2-26 沉积环境示意图

86 外力地质作用分析 返回 一)机械沉积作用 物理沉积作用主要受颗粒的大小、相对密度、形状以及水动力条件的流速、流量等物理因素的影响,当搬运介质的能量降低时,碎屑物质便按照从大到小,从重到轻的顺序依次沉积下来形成碎屑沉积物。 机械沉积作用是在重力作用下发生的碎屑物质的沉积。机械沉积中常发生机械沉积分异作用,即在搬运过程中,颗粒粗大的碎屑先沉积,依次过渡到最小的碎屑。冰川的机械沉积没有分异作用,冰碛物颗粒大小混杂,不分层次,并带棱角。

87 外力地质作用分析 返回 二)化学沉积作用 化学沉积作用是由于水体中的溶解物体在一定条件下浓缩增大,达到过饱和状态时,或胶体物质的电性中和时,便以化学沉淀的方式从水中结晶并沉积下来。 生物体内的生物化学活动可从水体中汲取某些离子并合成某种矿物,形成古生物的硬体部分如骨骼、贝壳外,或者由于生物活动体其周围的水体的化学性质发生改变而导致某些成分过饱和而沉淀。 1.胶体溶液沉积 当胶体溶液中加入电解质发生中和作用时,小质点聚合成大质点,产生胶体沉积。 如海岸地带,携带胶体溶液的大陆淡水与富含电解质的海水混合,便出现胶体沉淀,形成浅海锰矿、铁矿等。 2.真溶液沉积 水介质酸碱度、湿度、CO2含量、溶液浓度的变化可以影响溶液溶解度变化,溶解度降低,以真溶液长途搬运来的K、Na、Ca、Mg的卤化物及硫酸盐、碳酸盐达到过饱和而沉积下来。 化学沉积分异作用: 溶于水中物质的溶解度不同,沉积必有先后之分,溶解度小的先沉积: Fe、Mn、Al、Si等的氧化物先沉积,然后硅酸盐、碳酸盐,最后硫酸盐和卤化物。

88 外力地质作用分析 三)生物沉积作用 1.生物遗体沉积
返回 三)生物沉积作用 1.生物遗体沉积 海洋生物骨骼、贝壳堆积,形成生物灰岩或磷灰岩、硅质岩等,有的生物遗体在成岩过程中转化为煤、油页岩、石油、天然气等。 2.生物化学沉积 生物新陈代谢引起周围介质改变,促使某些物质沉积。例如海藻光合作用吸收海水中的CO2,促使碳酸盐沉积,生产石灰岩。

89 外力地质作用分析 返回 (二)沉积环境 地壳表面上的低洼环境都可发生沉积作用,但主要沉积场所是海洋和陆地上的河流、湖泊、沼泽等。据沉积环境不同,可将沉积物分为大陆沉积、海陆过渡沉积和海洋沉积等。 一)大陆沉积 大陆沉积有山麓沉积、河床沉积、河漫滩沉积、湖泊沉积、沼泽沉积等类型。 1.山麓沉积 山区暴雨过后,山洪夹带着大量碎石、泥砂由山坡流向山脚下低平地区,由于坡度变缓、水流分散、流速减慢,碎屑物依次沉积下来,形成扇形的山麓沉积物,如图1-2-27所示。山麓沉积的特点是:碎屑物堆积在山脚下不远的低平地带;分布面积不大,一般为数十平方米至数十平方千米;沉积物颗粒较大,有时可见到大石块;分选性和磨圆度很差。

90 外力地质作用分析 返回 2.河床沉积 被河水搬运的碎屑物,由于流速减慢,水介质已无力携带它们继续前进时,则在河床中沉积下来,形成了河床沉积。河床沉积的特点是沉积物颗粒较粗,且愈靠近上游粒度愈大,愈往下游粒度愈小;沉积物的分选性和磨圆度较好;在平面上看,河床沉积物多呈直线或弯曲的条带状分布。 图1-2-27 山麓沉积的洪积扇 3.河漫滩沉积 老年期河流的谷地较宽,平时除了河床中有水流外,其两侧均为无水区,当雨季到来时,河水暴涨,并漫溢在整个河谷之上,这种河床两侧平时无水,雨季被水覆盖的地区,称为河漫滩。在河漫滩上,可沉积大量的碎屑沉积物。河漫滩沉积的特点是:沉积有季节性;沉积物颗粒较细,以粉砂和泥为主,常具水平层理、波状层理和小型的交错层理。

91 外力地质作用分析 返回 4.湖泊沉积 湖泊是陆地上主要沉积场所之一。它位于大地低洼处,由江河溪流汇集而成。湖泊沉积的特点是:沉积物颗粒较细,分选性和磨圆度都较好;具有明显的水平层理或波状层理。 湖泊沉积物的成分与气候有直接关系,在潮湿气候条件下,湖泊以淡水的碎屑沉积和生物化学沉积为主;在干燥气候条件下,湖泊为盐湖,形成以化学岩为主的沉积,如石膏、硬石膏、岩盐等。 随着沉积作用的持续进行,湖泊面渐缩小,有的由于淤积而变为沼泽,形成对成煤有利的自然环境。 5.沼泽沉积 湖泽是地表常年积水、植物繁茂的地理环境。通常,沼泽是由湖泊淤积或洼地积水而成的。在地质历史时期中,当气候潮湿、植物繁茂、地壳处于缓慢下降的状态时,植物死亡后堆积在沼泽中,并逐渐转变成泥炭,然后转化成煤。这样的沼泽,称为泥炭沼泽。在泥炭沼泽环境中形成的沉积,称为泥炭沼泽沉积。一般沼泽中沉积物多为泥岩或页岩;具有明显的水平层理;含有比较丰富的植物化石。

92 外力地质作用分析 返回 二)海陆过渡沉积 在海洋与大陆之间的过渡环境中所形成的沉积,称为海陆过渡沉积。它包括三角洲沉积、泻湖沉积等类型,如图1-2-28所示。 1.三角洲沉积 在河流人海处,由于水速减慢及沉积环境中介质的物化性质改变,使河流携带的碎屑物质和溶解物质相继沉积下来,在人海口处形成了三角形的三角洲沉积。我国几条大的江河,在人海口处都有大面积的三角洲沉积。例如,根据观测,黄河三角洲每年约向渤海推进1.7~2.0km;美洲的亚马逊河三角洲沉积,至今已向海中推进了约600km。 图1-2-28 三角洲及泻湖 2.泻湖沉积 在距海岸不远的海湾中,侵袭海岸的海浪与从岸边退回来的海浪相遇,使浪速减慢,当海水中夹带的碎屑物质因浪速减慢而沉积在离岸不远的海湾中时,便形成沙洲、沙坝沉积。当沙坝露出水面,使海湾与大海隔绝时,形成了泻湖。 在干燥气候条件下,泻湖是化学沉积的良好场所。在温暖潮湿的气候条件下,泻湖中生长的菌藻类死亡后,其遗体与泥砂混合而沉积,形成了富含有机质的腐泥。在地质历史时期中,当地壳缓慢上升时,泻湖由于长期沉积而变为沼泽,成为聚煤的有利场所。

93 外力地质作用分析 返回 三)海洋沉积 海洋是地球上最大的沉积场所。沉积岩中,很大部分是在海洋环境中形成的。根据沉积环境和沉积物质的不同,海洋沉积可分为滨海沉积、浅海沉积、深海沉积等类型。 1.滨海沉积 滨海区又称滨岸带。滨海区的范围下至波浪作用的下限即波基面,上至风暴潮面之上,主要由海风作用形成的风成沙丘。其中,高潮线至风暴潮线之间的区域称为后滨带,高潮线与低潮线之间的地带称为前滨带,低潮线至波基面之间的区域称为恒滨带。滨海区的主要地质营力为波浪作用,因此以机械沉积作用为主,生物及化学沉积作用不易进行。滨海沉积的特点是:沉积物主要为砾石和砂;碎屑物质分选性好,磨圆度好;在滨海沉积的砂岩中可见到波痕,泥岩中可见到雨痕和泥裂等层面构造。

94 外力地质作用分析 返回 2.浅海沉积 浅海区是指波基面至水深200m之间的地区,是地壳上主要的沉积区。浅海沉积的特点是:碎屑物质的颗粒比滨海区细,多为细砂至粉砂;分选性和磨圆度较好。浅海沉积包括两部分:一部分是碎屑沉积;另一部分是化学沉积与生物化学沉积。 浅海区每年可搬运来大量的可溶解盐类物质,如碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、氯化钠及铁、锰、铝、磷的氧化物和硅酸盐类等。由于沉积环境中介质的物化性质发生变化,促使它们以化学方式沉积下来,形成大量的化学沉积物及有用矿产。如浅海成因的石灰岩、白云岩、磷块岩、铝土矿、锰矿、铁矿等,它们都是化学沉积物再经成岩作用后形成的。 浅海区由于水浅,阳光及氧分充足,因而生物十分繁茂,这些生物死后和泥砂一起沉积在海底,可形成大量的化学岩及生物化学岩,以及多种有机矿产。例如,生物灰岩是由珊瑚、有孔虫及其他生物的贝壳、骨骼堆积而成;浅海沉积的石油,也是由生物形成的。

95 外力地质作用分析 返回 3.深海沉积 深海区是指深度超过200m的广大海域。由于距离海岸较远,所以沉积作用比较缓慢,深海沉积物中主要为含有氧化铁的红粘土和各种生物海泥。深海沉积的锰、镍、铜、钴四种金属元素是它们在陆地上总储量的几十倍至上千倍。深海中有储量巨大的锰结核堆积,目前,锰结核还在以每年增加1000万t的速度继续堆积。

96 外力地质作用分析 返回 五.固结成岩作用 随着地壳下沉,先期形成的松散、富水的沉积物被原来的沉积物覆盖,逐渐向地下深处沉降。沉积物在压力增大、温度升高或溶液的影响下,发生压缩、脱水、胶结、交代及重结晶等作用,形成坚硬的沉积岩的过程,称为固结成岩作用,如图1-2-29所示。固结成岩作用包括压实作用、胶结作用、重结晶作用等。 一)压实作用 在上覆沉积物质静压力的作用下,沉积物中水分逐渐被排出,孔隙度变小,密度加大,体积缩小,颗粒之间吸附力增强,从而使沉积物固结变硬成岩,称为压实作用。压实作用是随埋藏深度增加而加强。例如,新鲜软泥的孔隙度为80%左右,在压实形成页岩后,孔隙度只有20%以下;泥炭变成煤时,厚度缩减1/20~1/30,因此,压实作用对粘土沉积物的成岩起重要作用。碎屑沉积物在成岩过程中,压实作用对其孔隙度的影响比泥岩要小得多。 图1-2-29 固结成岩作用

97 外力地质作用分析 返回 二)胶结作用 指碎屑沉积物颗粒之间的孔隙被孔隙水中沉淀出来的矿物质(胶结物)充填,形成致密坚硬岩石的过程,如图1-2-30所示。 常见的胶结物有泥质的、钙质的(方解石)、铁质的(赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、菱铁矿)、硅质的(蛋白石、石英)等。胶结作用的强弱,取决于胶结物的含量及其成分。胶结物多,胶结作用好;反之,则差。硅质胶结和铁质胶结的岩石强度好,而泥质胶结的岩石强度差。 图1-2-30 砂岩显微照片

98 外力地质作用分析 返回 三)重结晶作用 沉积物在成岩过程中,矿物组分通过溶解或固体扩散等方式,使物质质点发生重新排列组合的现象,称为重结晶作用。重结晶作用的结果,使原来没有结晶的矿物发生结晶,并使原来已结晶的细小晶体变大。重结晶作用,是细粒、泥质、硅质、碳酸盐及其他盐类沉积物形成岩石时所具有的典型特征。 压实、胶结、重结晶等作用在成岩过程中不是孤立存在的,而是相互影响和密切联系的。不同沉积物在成岩过程中,常以某一种作用为主,其他作用为辅。 由此可见,外力地质作用的整个过程是由母岩的风化、剥蚀开始,形成不溶解物质和溶解物质,经搬运、沉积和固结成岩作用形成新的岩石。它一方面将地壳表面隆起的部分夷平,起着破坏作用;另一方面又将地壳表面凹陷的部分填平,起着建设作用。这种破坏和建设并不是机械地、一成不变地在一个地区进行,而是随着时间和空间的转移在发生变化。外力地质作用中,风化作用和剥蚀作用的破坏性活动主要在地壳上升隆起的地区进行,其强度与地壳上升隆起的幅度和速度有关,地壳上升速度快,隆起的幅度就大,破坏作用也愈强;沉积作用和固结成岩作用的建设性活动主要在地壳下降的沉积地区进行,沉积的厚度主要受地壳沉降的幅度和速度控制,还与被搬运来的物质的数量有关,当地壳下降速度快时,沉降幅度就大,被搬运物质数量多,沉积厚度也愈大。因此,地表形态的形成和演变,并不仅是外力地质作用的结果,而是内力地质作用与外力地质作用互相配合下共同完成的,并且在很大程度上受地壳运动的制约。 内力地质作用与外力地质作用之间是互相联系、互相影响、又互相矛盾的,这两种依存、相互斗争的对立统一过程,就是地壳发展的过程。

99 复习思考题 一.名词解释 二.问答题 升降运动、水平运动、震源、震中、地震波、地震烈度、震级、地质作用
返回 一.名词解释 升降运动、水平运动、震源、震中、地震波、地震烈度、震级、地质作用 二.问答题 1.按地震成因可分为哪几种类型?简单叙述之。 2.什么叫内力地质作用?简述内力地质作用的4种表现? 3.什么叫外力地质作用?它包括哪几种类型? 4.沉积岩是怎么形成的?

100 第三章 岩石与矿物 返回

101 第一节 矿物的认识 第二节 岩石的认识 返回

102 第一节 矿物的认识 矿物的概念与性质 矿物的形态特征 矿物的物理性质 矿物的化学性质 习题 常见造岩矿物 返回上层 宝石矿物欣赏 一 二 三
第一节 矿物的认识 矿物的概念与性质 矿物的形态特征 矿物的物理性质 矿物的化学性质 习题 常见造岩矿物 返回上层 宝石矿物欣赏

103 一、矿物的概念与性质 地壳由岩石组成,岩石是矿物的集合体,矿物由化学元素结合而成。 返回上层 (一)矿物的概念 (二)矿物的特点
(三)矿物晶体与非晶质体 返回上层

104 (一)矿物的概念 矿物是地壳中的一种或多种化学元素在各种地质作用下形成的天然单质或化合物。矿物是组成岩石和矿石的基本单位。到目前人们所认识的矿物已达3000多种。 返回上层

105 (二)矿物的特点 1.矿物可以由一种元素组成单质矿物;绝大多数是由几种元素组成的化合物矿物。 2.它有比较固定的化学成分组成。
3.绝大多数具有一定的内部结构和构造,以及一定的外部形态。如石盐内部质点呈有规律的空间排列。 4.具有一定的物理性质和化学性质。 5.绝大多数矿物呈固态出现,但仅少数以液态(自然汞)或气态产出(天然气)。 6.矿物一般多数为无机矿物,有机矿物很少。 返回上层

106 (三)矿物的晶质体与非晶质体 一)晶体 二)非晶体 矿物内部质点不作有规律的排列、不具有结晶格子特征,而且几何外形不固定的固体称为非晶质体。
矿物内部质点有规律的排列、具一定的结晶格子和一定的几何外形特征的固体称为晶体。盐岩(NaCl)晶体内部的Na+离子和Cl-离子,在三维方向的空间上呈等间距相隔重复排列,组成立方格子结构,其外形呈立方体状。 二)非晶体 矿物内部质点不作有规律的排列、不具有结晶格子特征,而且几何外形不固定的固体称为非晶质体。 返回上层

107 二、矿物的形态特征 矿物晶体的形态,是指矿物的外表几何形态。 (一)单体结晶习性及晶面条纹 (二)矿物集合体及其形态 返回上层

108 (一)体结晶习性及晶面条纹 一)结晶习性 二)晶面条纹 返回上层

109 一)结晶习性 (1)一向延长型:指晶体沿三维的某一个方向特别发育而另两个方向不太发育,矿物形态呈柱状、针状或纤维状。
在相同生长条件下形成的同种矿物,其单体总是趋向于某一特定的晶体形态,即各种晶体都有自己的习见形态,称之为矿物的结晶习性。 (1)一向延长型:指晶体沿三维的某一个方向特别发育而另两个方向不太发育,矿物形态呈柱状、针状或纤维状。 一向延长型(电气石) (2)二向延展型:指晶体沿两个方向特别发育,矿物形态呈板状、片状。如重晶石、石膏等呈板状外形; 二向延展型(云母) (3)三向近等型:指晶体沿三维空间的三个方向发育程度大致相等,矿物形态呈粒状或立方体状 。 返回上层 三向近等型(橄榄石)

110 二)晶面条纹 矿物晶体的晶面上常有一些规则的条纹,称为晶面条纹。如立方体的黄铁矿,相邻的晶面上条纹互相垂直;水晶的柱面上,具有平行的横条纹。
黄铁矿的晶面条纹 返回上层

111 (二)矿物集合体及其形态 返回 一)粒状集合体 二)板状集合体 三)片状集合体 四)柱状集合体 五)放射状集合体 六)纤维状集合体 七)晶簇 八)结核 九)分泌体 十)块状集合体 十一)土状聚合体 十二)其它形状集合体

112 一)粒状集合体 矿物单体肉眼可见,单体呈粒状体,具不规则聚合,如橄榄石、黄铁矿等集合体 粒状集合体(黄铁矿) 返回

113 二)板状集合体 矿物单体肉眼可见,单体呈板状,具不规则聚合,如重晶石、黑钨矿等集合体。 。 板状集合体(重晶石) 返回

114 三)片状集合体 矿物单体肉眼可见,单体呈片状,具不规则聚合,如云母集合体。  片状集合体(云母) 返回

115 四)柱状集合体 矿物单体肉眼可见,单体呈柱状,具不规则聚合,如辉锑矿集合体。 柱状集合体(辉锑矿) 返回

116 五)放射状集合体 矿物单体肉眼可见,单体呈柱状或纤维状或针状,围绕一个中心呈放射状排列,如红柱石集合体。 放射状集合体(红柱石) 返回

117 六)纤维状集合体 矿物单体肉眼可见,单体呈纤维状或针状、毛发状,呈平行排列,如石棉、纤维状石膏集合体 。 纤维状集合体(纤维状石膏) 返回

118 七)晶簇 在岩石的空洞或裂隙中生长的柱状单体,它们以洞壁或裂隙壁作为共同的基底大体向着一个方向生长成簇状的矿物集合体。簇状集合体可以由同种矿物组成,如石英晶簇,如图所示;也可由不同矿物晶体组成。 晶簇(石英与闪锌矿) 返回

119 八)结核 一般由非晶质或隐晶质胶体物质或肉眼不能分辨的矿物单体,围绕一个核心向外逐渐生长而成,多呈球状体或不规则状体。一般具有同心状或放射状构造,如锰结核,如图所示。如煤系或煤层中常见黄铁矿、菱铁矿等结核。 结核(锰结核) 返回

120 九)分泌体 在岩石的空洞中,由非晶质或隐晶质胶体物质以洞壁为基底大体向洞中心逐渐生长充填而成。具有同心状构造,与结核形成相反,其圈层构造是由外向里的。典型的例子就是玛瑙,如图所示。 分泌体(玛瑙 ) 返回

121 十)块状集合体 由均匀聚合的矿物单体组成,矿物单体难以用肉眼分辨。如黄铜矿、铝土矿等。 返回

122 十一)土状聚合体 组成矿物集合体的矿物呈粉末状,矿物单体难以用肉眼分辨,质地松软,如一些粘土矿物集合体。 返回

123 十二)其它形状集合体 主要是由胶体凝聚或溶液蒸发沉淀形成的矿物集合体。其形状多样,如肾状矿物集合体、葡萄状肾状矿物集合体、钟乳石、石笋、石柱等。 返回

124 三、矿物的物理性质 矿物的物理性质,主要决定于它的内部结构和化学成分。它们是鉴定矿物的主要依据。 (一)光学性质 (二)力学性质
(三)其它性质 返回

125 (一)光学性质 一)颜色 二)条痕 三)光泽 四)透明度 返回

126 一)颜色 颜色是矿物对光线中红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种波长的光波吸收的结果。由于矿物对各种波长的光波吸收不同,则呈现的颜色也就不同。全部吸收可呈现黑色,基本都不吸收呈现白色,只吸收其中某些色光则呈现出混合色。 自色 成因不同 它色 假色 返回

127 二)条痕 条痕是矿物在无釉素瓷板上刻划后所留下的粉末颜色,是矿物成分的反映。条痕色比矿物的颜色要固定,它可以消除假色,减弱他色,显示自色。例如,赤铁矿的颜色除呈暗红色外,还有钢灰色、铁黑色,但它的条痕总是樱红色;黄铁矿的颜色为黄铜色,条痕呈绿黑色。因此,条痕对不透明矿物或深色矿物具有重要的鉴定意义。 返回

128 三)光泽 光泽是指矿物表面对光的反射能力。反射力强,光泽就强;反之,则弱。 油脂光泽 金属光泽 反射光线的强弱 树脂光泽 特殊的光泽
次金属光泽 蜡状光泽 金刚光泽 土状光泽 玻璃光泽 丝绢光泽 珍珠光泽 返回

129 四)透明度 透明度是指矿物透光能力的大小,也就是光线透过矿物的程度。透明度还受矿物厚度的影响,因此要以规定的厚度(一般为0.03mm)作标准来进行对比。 透光能力的大小 透明 半透明 不透明 返回

130 (二)力学性质 一)解理 二)断口(极不完全解理) 三)硬度 返回

131 一)解理 矿物晶体在外力作用下沿一定方向裂开成光滑平面的性质,称为解理。 (1)极完全解理: (2)完全解理: 解理的完整程度
(3)中等解理: (4)不完全解理 : 返回

132 二)断口(极不完全解理) 若矿物受外力作用后,极难出现解理面,而是沿任意方向裂开成凹凸不平的断面,称为断口。断口与解理不同,可出现在矿物晶体、非晶质体、胶体矿物中。 常见的断口 (1)贝壳状断口 (2)参差断口 (3)土状断口 石英的贝壳状断口 (4)平坦状断口 返回

133 三)硬度 硬度是指矿物抵抗外力刻划、压入或研磨的能力。实际工作中常用刻划硬度。肉眼鉴定常把矿物的刻划硬度分为10级,每级用一种矿物作标准,这10种矿物称为矿物硬度计,也称摩氏硬度计,如表所示。 矿物硬度的测试 硬度等级 代表矿物 1 滑 石 6 正长石 2 石 膏 7 石 英 3 方解石 8 黄 玉 4 萤 石 9 刚 玉 5 磷灰石 10 金刚石 返回

134 (三)其它性质 一)比重 二)磁性 三)弹性 四)导电性 五)压电性 返回

135 一)比重 矿物的比重是指纯净的单矿物与4°C时的同体积水的重量之比。 一)按比重将矿物划分为
(1)轻矿物:比重小于2.5,如盐岩、石膏、石 墨等。 (2)中等矿物:比重介于2.5~4之间,如方解石、石英、长石等。 (3)重矿物:比重大于4,如黄铜矿、磁铁矿、重晶石等。 返回

136 二)磁性 矿物的磁性是指矿物颗粒或粉末能被磁铁吸引的性质。这种性质是少数含铁、钴、镍等矿物所具有的,如磁铁矿。因此,它是鉴定某些金属矿物的一个极为重要的特征。如磁铁矿、磁黄铁矿。 返回

137 三)弹性 矿物受外力作用后发生形变,外力取消后可恢复其原来形状的性质,称为弹性,如云母。 返回

138 四)导电性 它是指矿物对电流的传导能力。一般来说,金属矿物是良导体,非金属矿物是绝缘体或半导体。如黄铁矿为良导体,金刚石为半导体,云母为绝缘体。 返回

139 五)压电性 某些矿物晶体在压力或拉力的作用下产生电荷的性质,称为压电性。如石英、电气石等矿物,都具有压电性。这一性质,广泛应用在国防工业和电子工业中。 此外,有些矿物还有发光性、放射性、延展性、脆性、带电性等。 返回

140 四、矿物的化学性质 决定矿物各种不同性质的最基本因素是矿物的化学成分。由于矿物的化学成分不同,它们的化学性质也不相同。因此,可以利用不同的化学反应来鉴别矿物。 一些矿物与化学试剂反应后可发生一些特殊的现象,并用来做为鉴别矿物的标志。如方解石遇到冷的稀盐酸就立即、剧烈起泡,并发出“咝咝”响声,而白云石遇到冷的与稀盐酸后却缓慢起泡,可区分二者。通常,都是利用稀盐酸来鉴别方解石的。 返回

141 五、常见造岩矿物 自然界中矿物种类繁多,但组成常见岩石的矿物仅有20余种,这些矿物被称为造岩矿物,常见造岩矿物见实训指导书。 返回

142 六、宝石矿物欣赏 粉红色钻石 金黄色金刚石 金刚石及其双晶 海蓝宝石晶体 蓝宝石晶体 红宝石晶体  星光红宝石 宝石级电气石晶体 返回

143 第二节 岩石的认识 岩浆岩 习题 沉积岩 变质岩 岩石是构成地壳和上地幔固态部分的基本物质,它是天然产出的一种或多种矿物在各种地质作用下形成的、具有一定结构、构造的集合体。岩石按成因分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩、变质岩三大类。 返回

144 一、岩浆岩 岩浆岩是由熔融状的岩浆冷凝固结而成的。又称为火成岩。岩浆是地下深处形成的、富含挥发性组分的高温、高压粘稠的硅酸盐熔融体岩浆流。岩浆冷凝后形成的岩浆岩 岩浆侵入到地壳不同深度或喷出地表逐渐冷凝而形成的岩石称岩浆岩。或叫火成岩。根据岩浆冷凝的位置不同,将岩浆岩分为侵入岩和喷出岩两类。当岩浆侵入到地壳深部(深度大于3km)而形成的岩石,称深成侵入岩;侵入到地壳浅部形成的岩石,称浅成侵入岩。当岩浆喷出地表后冷凝而形成的岩石,称喷出岩。 (一)岩浆岩的一般特征 岩浆流 (二)岩浆岩的分类 (三)常见的岩浆岩(火成岩) 岩浆冷凝后形成的岩浆岩 返回

145 (一)岩浆岩的一般特征 一)岩浆岩的化学成分 二)岩浆岩的矿物成分 三)岩浆岩的结构和构造 四)岩浆岩的产状 返回

146 一)岩浆岩的化学成分 (1)化学元素以O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、为主,它们的重量占总重量的98%以上。其中O最高,占火成岩总重量的46%以上。 (2)氧化物以SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O为主,其中SiO2在57%以上、Al2O3高于14.6%,其余均低于7%。 (3)根据岩浆岩中SiO2含量的多少,将岩浆岩分为超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩。 岩石类型 SiO2含量(%) 主要矿物 颜色 超基性岩 <45 橄榄石、辉石 基性岩 45~52 辉石、斜长石 中性岩 52~65 角闪石、正长石、斜长石 酸性岩 65~75 石英、正长石、黑云母 返回

147 二)岩浆岩的矿物成分 岩浆中的主要化学成分是SiO2,其含量的多少,影响着岩浆岩的性质和特点。Si02含量的多少,可表现在造岩矿物成分及颜色上。 岩浆岩中最主要的造岩矿物有八种:石英、正长石、斜长石、白云母、黑云母、角闪石、辉石和橄榄石,约占岩浆岩总重量的99%。其中长石最多,占60%以上,其次为石英。前四种矿物的化学成分中含有较多的Si02和A12O3,因此颜色较浅,称为浅色矿物或硅铝矿物;后四种矿物含有较多的FeO和MgO,颜色较深,故称为暗色矿物或铁镁矿物。 岩浆岩的颜色决定于浅色矿物和暗色矿物的含量比,称为色率。富含Si02的酸性岩浆岩中浅色矿物最多,暗色矿物最少,因此酸性岩浆岩的颜色最浅。在SiO2含量最少的超基性岩和基性岩中,浅色矿物极少或完全没有,基本上是暗色矿物,因此超基性岩和基性岩的颜色最深。 返回

148 三)岩浆岩的结构和构造 岩浆岩的结构是指岩石中主要矿物的结晶程度、颗粒大小、形状以及这些矿物彼此间的相互关系所反映出来的特征。
(1)岩浆岩的结构 (2)岩浆岩的构造 返回

149 (1)岩浆岩的结构 等粒结构与不等粒结构 显晶质结构 矿物的结晶程度 矿物颗粒相对大小 隐晶质结构 斑状结构与似斑状结构 非晶质结构 返回

150 (2)岩浆岩的构造 岩浆岩的构造是指岩浆岩中矿物的排列方式或充填方式所反映出来的岩石外表形态。常见的构造有下列几种。 块状构造 气孔状构造 杏仁状构造 流纹构造 斑杂构造 枕状构造 返回

151 四)岩浆岩的产状 岩浆岩产状是指岩体的大小、形状、与围岩的接触关系 (1)侵入岩的产状 (2)浅成侵入岩产状 (3)喷出岩的产状 : 返回

152 (1)侵入岩的产状 如果岩浆没有上升至地表,而是侵入到地下一定深度的岩层中就凝固了,这种活动则称为岩浆的侵入作用。其形成的岩石就称为侵入岩。岩浆的侵入作用按侵入的深浅不同,又可分为深成侵入作用和浅成侵入作用。 岩基:规模巨大,出露面积在100km2以上,常为花岗岩类。 岩株:规模较大,出露面积在几平方公里到几十平方公里,是岩基的分支。 返回

153 (2)浅成侵入岩产状 岩床:为基性岩浆顺层侵入体,与围岩层面呈整合接触,面积较大。 岩盆:为中心下凹的盆状侵入体,层间仍为整合接触,是侵入体的自重使底板弯曲或断裂所致。 岩盖:为层间整合接触侵入体,底部平坦、顶部拱起。图1-3-26 火山喷发 岩脉:是指与围岩层理及片理斜交的脉状侵入体,其长度和深度远大于厚度。 岩墙:近于直立的板状岩脉叫岩墙。 返回

154 (3)喷出岩的产状 : 在岩浆向地壳的薄弱地带挤入过程中,岩浆内部压力大到足以使其穿过上部的岩层,而喷出地表,就形成了火山喷发,这种活动称为岩浆喷出作用或火山作用。 岩浆喷出作用形成的岩石就称为喷出岩。喷出岩的产状常有地以下几种。 火山锥:火山口附近由喷溢出来的熔岩流和火山碎屑物质堆积而成的锥状岩体。 岩钟:火山口溢出的熔岩流粘度较大时,因不易流动而成钟状、隆丘状。 熔岩瀑布:粘度较小熔岩流在地表流入低洼狭长河谷地带,遇陡坎或悬崖而成。 熔岩被:粘度较小熔岩流在地表沿地面流动而成,面积广大。 火山喷发 返回

155 (二)岩浆岩的分类 返回 SiO2含量 <45% 45%~52% 52%~65% 65%~75% 颜 色 灰色、绿黑色 灰黑色、绿黑色
岩 类 超基性岩 基性岩 中性岩 酸性岩 SiO2含量 <45% 45%~52% 52%~65% 65%~75% 颜 色 灰色、绿黑色 灰黑色、绿黑色 灰色、灰绿色 肉红色、灰色 肉红色、灰白色 深色矿物 约占95%以上 以橄榄石为主 约占50% 以辉石为主 约占30% 以角闪石为主 约占20% 约占10% 以黑云母为主 浅色矿物 无长石或有少量无石英 斜长石为主 无石英 一般不含石英 正长石为主 无石英或少量 有大量石英 产 状 构造 结 构 岩 石 名 称 喷出岩 气孔 杏仁 流纹 非晶质玻璃状 火山玻璃岩(黑曜岩、浮岩等) 隐晶质斑状 金伯利岩 玄武岩 安山岩 粗面岩 流纹岩 浅成岩 未分脉岩 致密块状 全晶质 微粒、细粒、斑状 辉绿岩 闪长玢岩 正长斑岩 花岗班岩 二分脉岩 浅色块状 细晶或伟晶 细晶岩及伟晶岩 深色块状 斑 状 煌斑岩 深成岩 等粒状 似斑状 橄榄岩 辉长岩 闪长岩 正长岩 花岗岩 返回

156 (三)常见的岩浆岩(火成岩) 见实训指导书 返回

157 二.沉积岩 (一)沉积岩的一般特征 (二)沉积岩的分类 (三)常见的沉积岩 返回
沉积岩是先形成的三大类岩石的风化、剥蚀产物、火山喷发的固体碎屑物质、生物的遗体和碎片等,在原地或经搬运、沉积、固结成岩等一系列地质作用所形成的岩石。即常温常压下经外力作用形成的岩石。 沉积岩仅占地壳的5%,但在地表的覆盖面积却最广,约占地表总面积的75%,我国境内约占77.3%。粘土岩分布最广,其次为砂岩、石灰岩。沉积岩的形成环境多种多样,有浅海、滨海、河流、湖泊、沼泽等。不同条件下形成的沉积岩的特征不同。煤是一种主要由植物遗体转变而成的沉积岩,煤层的顶、底板岩层绝大多数也都是沉积岩。因此,也可以说煤是一种天然形成的固体可燃有机岩。沉积岩是煤矿区最常见的岩石。煤矿的井巷工程,绝大多数都布置在沉积岩中。所以,识别和研究煤矿区常见的各种沉积岩,是煤矿技术人员的重要任务。 (一)沉积岩的一般特征 (二)沉积岩的分类 (三)常见的沉积岩 返回

158 (一)沉积岩的一般特征 一)沉积岩的化学成分 二)沉积岩的矿物成分 三)沉积岩的结构 四)沉积岩的构造 返回

159 一)沉积岩的化学成分 (1)沉积岩中的铁的总量与岩浆岩接近,但沉积岩中Fe2O3>FeO,而岩浆岩中Fe2O3<FeO。这是由于沉积岩是在地表有充足氧的条件下(少数例外)形成的。 (2)在沉积岩中CaO的含量要比岩浆岩高。这与生物、生物化学作用对CaO的固定作用有关。 (3)沉积岩中富含H2O和CO2。因为沉积岩形成过程中有大量的H2O和CO2参与。 (4)沉积岩中富含有机质,岩浆岩、变质岩中没有。 返回

160 二)沉积岩的矿物成分 组成沉积岩的矿物成分有160余种,但常见的仅20余种。每种沉积岩通常由l~3种主要矿物组成,最多不超过5~6种。因此,沉积岩中平均矿物成分与岩浆岩存在明显差异。 根据成因,沉积岩中的矿物成分可分为以下三类。 (1)碎屑矿物:指母岩经物理风化后,保留下来的抵抗风化能力较强的矿物,如石英、长石、白云母等。 (2)粘土矿物:主要由含铝硅酸盐的岩石经化学风化作用分解后产生的新矿物,如高岭石、蒙脱石、水云母等。 (3)化学和生物成因的矿物:指由真溶液、胶体溶液中沉淀出来的或生物作用形成的矿物,如方解石、白云石、褐铁矿、赤铁矿、铝土矿、石膏、岩盐等。 返回

161 三)沉积岩的结构 沉积岩的结构是指组成沉积岩组分的大小、形状、排列方式及其相互关系。主要有以下碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物结构四种结构
(1)碎屑结构 (2)泥质结构 (3)化学结构 (4)生物结构 返回

162 (a)基底胶结;(b)孔隙胶结;(c)接触胶结
(1)碎屑结构 (1)碎屑结构:指由碎屑物质颗粒和填隙物组成的一种结构。按碎屑颗粒大小,碎屑结构分为如下三种: ①砾质结构:碎屑粒径大于2mm者占50%以上; ②砂质结构:0.1mm<d≤2mm占50%以上; ③粉砂质结构:0.01mm<d≤0.1mm占50%以上 分选性是指岩石中碎屑颗粒的粗细均匀程度。分选好:岩石中某一粒级含量大于或等于75%;分选中等:某一粒级含量为50%~75%;分选差:任何粒级的含量都小于50%。 胶结形式系指碎屑颗粒之间的胶结关系和特征,主要有基底胶结、孔隙胶结和接触胶结三种形式 。 一种火山碎屑结构,它是火山碎屑物质被胶结起来所形成的结构,按碎屑颗粒大小分为下列三种: 集块结构:直径>100mm的火山碎屑物占50%以上。火山角砾结构:2 mm<直径≤100mm的火山碎屑物占50%以上。凝灰结构:直径0.01 mm的火山碎屑物占50%以上。 分选性 碎屑颗粒的磨圆度 碎屑颗粒的胶结形式 (a)基底胶结;(b)孔隙胶结;(c)接触胶结 返回

163 (2)泥质结构 由颗粒直径多数小于0.01mm的细小碎屑和粘土矿物组成的一种结构,外观细腻、均一致密。 返回

164 (3)化学结构 为化学岩、生物化学岩所具有的结构。 ①结晶结构:由晶体矿物所组成,如晶粒石灰岩。 ②鲕状结构:直径不大于2mm的球状鲕粒被同成分胶结而成,如鲕状灰岩。 ③豆状结构:若颗粒直径为2mm~5mm则称为豆状结构,如豆状灰岩。 返回

165 (4)生物结构 岩石大部分或全部由生物遗体组成,如生物灰岩。具有这种结构的沉积岩是由大量生物遗体组成。 返回

166 四)沉积岩的构造 沉积岩的构造是指其各个组成部分(成分、颜色、结构)的空间分布、排列方式,及它们之间的相互排列关系所反映出来的岩石综合特征。
沉积岩具有成层性,即层状构造是沉积岩最主要的构造特征,也是区别于岩浆岩、变质岩的主要标志之一。层状构造由层理构造体现。此外,尚有层面构造、结核等。 (1)层理构造 (2)层面构造 (3)结核 返回

167 (a)水平层理(b)波状层理;c)斜层理(d)交错层理1—细层;2—层系
(1)层理构造 岩石大部分或全部由生物遗体组成,如生物灰岩。具有这种结构的沉积岩是由大量生物遗体组成。 层理是指沉积岩的成分、颜色和结构在与层面垂直方向变化而显示的一种层状构造,是一个岩层内表现的成层现象。沉积岩的成层构造 ①岩层:是沉积岩系的基本单位,同一岩层的成分、颜色、结构和内部层理构造基本相同。岩层与岩层的界面称为层面,有上下层之分(顶面、底面)。②岩层的厚度分类 根据岩层厚度分为巨厚层:>2m;厚层:2.0~0.5m;中厚层:0.5~0.1m;薄层:0.1~0.01m;微层:<0.01m ③层理的组成单位:层理由小到大划分为细层、层系、层系组。 (a)水平层理;(b)波状层理;(c)斜层理;(d)交错层理 层系:若干细层组成层系,同一层系细层是同一沉积环境下不同介质条件所成。 ④层理基本类型:按岩层中层理形态分为三种基本类型。 沉积岩的成层构造 返回 (a)水平层理(b)波状层理;c)斜层理(d)交错层理1—细层;2—层系

168 (2)层面构造 沉积岩层面所保留的由自然作用产生的痕迹:波痕、泥裂、雨痕等 波痕 泥裂 雨痕 返回

169 (3)结核 岩层中含有的与围岩成分、结构有明显不同的矿物集合体。外形多样,如球形、不规则形;大小不等,从几毫米到数十厘米;成分有铁质、钙质、硅质、锰质等。 返回

170 以沉积岩的物质来源划分,可分为陆源碎屑岩、内源沉积岩、火山碎屑岩三在类。
(二)沉积岩的分类 以沉积岩的物质来源划分,可分为陆源碎屑岩、内源沉积岩、火山碎屑岩三在类。   沉积岩的分类简表 基本类型 陆源碎屑岩 内源沉积岩 (化学岩及生物化学岩) 火山碎屑岩 结构及成分 分类类型 砾岩(>2mm) 砂岩(2~0.05mm) 粉砂岩(0.05~0.005mm) 泥岩(<0.005mm) 碳酸盐岩、硅 质 岩 铝 质 岩、铁 质 岩 锰 质 岩、磷 质 岩 蒸 发 岩、可燃性有机岩 集块岩(>64mm) 火山角砾岩(64~2mm) 凝灰岩(<2mm) 返回

171 (三)常见的沉积岩 见实训指导书。 返回

172 三.变质岩 地壳上先已形成的岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩),由于高温、高压和外来物质的参与,而引起其化学成分和矿物成分、结构及构造的改变,形成新的岩石,称为变质岩。 由岩浆岩变质而成的称正变质岩;由沉积岩变质而成的称副变质岩。 (一)变质岩的一般特征 (二)变质岩的分类 (三)常见的变质岩 返回

173 (一)变质岩的一般特征 一)变质岩的成分 二)变质岩的结构 三)变质岩的构造 返回

174 一)变质岩的成分 (1)化学成分:由火成岩变质形成的正变质岩化学成分与火成岩相同,如SiO2、Al2O3、FeO等;由沉积岩变质形成的副变质岩化学成分变化范围很大,如SiO2、CaO、Fe2O3、H2O、CO2等。 (2)矿物成分:变质岩中的矿物可分为两类,一类是与岩浆岩、沉积岩共有的矿物,如长石、石英、云母、方解石等;另一类是在变质作用下产生的新矿物(变质矿物),如石榴石、红柱石、滑石、石墨、蓝晶石、绿帘石、蛇纹石等,它们是变质岩中特有的矿物。 变质矿物的出现是识别变质岩的重要标志。 返回

175 二)变质岩的结构 岩石在变质过程中往往发生变质结晶作用,因此变质岩一般均具有结晶结构,这与岩浆岩结构相似。在命名上,为了与岩浆岩的结构相区别,特加“变晶”或“变余”二字 1)变余结构:变质作用不彻底而保留了原岩结构残余。如变余碎屑结构。 2)变晶结构:指原岩在固态条件下重结晶和变晶作用过程中形成的结构,也可分为等粒、不等粒、斑状变晶结构等。按变晶矿物形态还可分粒状变晶结构(岩石全部由矿物晶体组成)、斑状变晶结构(细晶变质基质中分布有大的变斑晶)、鳞片变晶结构(变晶矿物为片状、鳞片状)、纤维变晶结构(变晶矿物呈纤维状、柱状)、变余结构(浅变质岩重结晶作用不完全,保留有原岩的一部分特征)。 返回

176 三)变质岩的构造 返回 指岩石中矿物的分布、排列及组合特点。分为变余构造和变成构造:它是识别变质岩重要的标志。
(1)变余构造:变质作用不彻底而保留的原岩构造残余。如变余气孔构造、变余流纹构造、变余层理构造等。 (2)变成构造:由变质作用形成的构造。 ①板状构造:岩石在地应力作用下,产生一组密集平行的破裂面,称板状构造,又称劈理构造。它伴有轻微的重结晶,但肉眼不能分辨出颗粒,因此劈理面常光滑平整。 ②千枚状构造:岩石中各组分基本已重结晶,并呈定向排列,岩石呈薄片状,矿物颗粒细,肉眼不易分辨,片理面上具丝绢光泽为千枚状构造。 ③片状构造:岩石主要由鳞片状、柱状变晶矿物组成,并作定向排列和分布,一般颗粒稍粗,肉眼能分辨颗粒(这是和千枚状构造的主要区别),具有沿片理面劈开成不平整薄片状的特征。 ④片麻状构造:岩石中的粒状变晶矿物、鳞片状和柱状变晶矿物相间排列,形成浅色与深色相间的断续条带,称为片麻状构造。 . ⑤条带状构造:岩石中不同的矿物成分经定向排列,形成浅色和暗色矿物交替相间的条带,称为条带状构造。 ⑥块状构造:岩石矿物成分和结构均匀分布,矿物无定向排列为块状构造。 返回

177 (二)变质岩的分类 返回 区域变质岩 接触变质岩 交代变质 动力变质岩 板 岩 大理岩 蛇纹岩 构造角砾岩 片麻岩 石英岩 千枚岩 角闪岩
 变质岩的分类简表 区域变质岩 接触变质岩 交代变质 动力变质岩 板 岩 大理岩 蛇纹岩 构造角砾岩 片麻岩 石英岩 千枚岩 角闪岩 云英岩 糜棱岩 混合岩 矽卡岩 返回

178 (三)常见的变质岩 见实训指导书 返回

179 复习思考题 一.名词解释 矿物晶体、矿物非晶质体、条痕、解理、断口、摩氏硬度、自色、他色、假色、交错层理、水平层理、波状层理、岩石、侵入岩、喷出岩 二.问答题 1.什么叫矿物?矿物可分为哪几大类,各举2例矿物名称? 2.根据SiO2含量不同,可将火成岩分为哪几种类型?含量各为多少? 3.沉积岩、岩浆岩及变质岩的结构和构造各有哪些类型? 返回

180 第四章 古生物与地层 地壳由无机界演变到有机界,产生了古生物。古生物学研究的是化石。由于生物界的演化是由低级向高级、由简单向复杂,而且具有不可逆性,所以古生物对划分和对比地层,研究地史的意义较大。地层是地壳发展过程中所形成的一系列岩层的总称。地层反映了岩层形成时间的先后顺序,具有一定地质时代的含义。不同时期的地层,由于在形成过程中所经历的地壳运动状况、自然地理环境、气候条件及生物演化特征等均不相同,犹如一页页“地质史册”,“记录”下它们形成时期地壳发展演变特征,所以,地层是研究地壳发展历史(简称地史)的依据和物质基础。含煤地层是煤矿地质工作的对象。 返回

181 第一节 古生物简介 第二节 地层划分、地层对比及地质年表 第三节 地壳发展史简析
第一节 古生物简介 第二节 地层划分、地层对比及地质年表 第三节 地壳发展史简析 返回

182 第一节 矿物的认识 古生物及古生物学 化石形成的条件及保存类型 返回

183 一、古生物及古生物学 (一)古生物与化石 (二)古生物学 返回

184 (一)古生物与化石 一)生物进化的特点 二)古生物 三)化石 返回

185 一)生物进化的特点 (1)由简单到复杂、由低级到高级、从水生到陆生向前发展。
(2)生物演化发展具有阶段性和不可逆性。在较早时代已灭绝的生物类型在以后的时期内不会再出现。。 返回

186 二)古生物 地质历史时期的生物统称为古生物。古今生物的时间界线一般以全新世(一万年左右)为界。 返回

187 三)化石 是指保存在岩层中地质历史时期生物的遗体、生命活动的遗迹、以及生物成因的残留有机物分子。因此,化石必须具有一定的生物特征、必须保存在地史时期形成的岩层中。 返回

188 古生物学是研究地质历史时期的生物界及其发展的科学。
(二)古生物学 古生物学是研究地质历史时期的生物界及其发展的科学。 一)生物学方面 研究生物体形态、结构、构造、分类、个体发育和系统发生、生物演变、环境适应、生物的生理和生物化学等。 二)地质学方面 研究古生物的地质时间含义、古生物兴衰与迁移、古生物地理及古生物与能源、矿产的关系等。 返回

189 二、化石形成的条件及保存类型 (一)化石形成的条件 (二)化石保存的类型 返回

190 (一)化石形成的条件 (1)生物条件:具硬体、能抵抗各种破坏作用、易保存。而软体易腐烂,但特殊情况下可保存,如琥珀昆虫、冻土猛犸象化石。
(2)环境条件:在高能水动力条件、水体PH值小于7.8、氧化环境、动物吞食等条件下化石不易保存;还原条件下易保存。 (3)埋藏条件:快速埋藏、生物化学成因的沉积物掩埋有利。 (4)时间因素:须经长时间石化作用,但变质作用、冲刷剥蚀作用会使化石遭破坏。 (5)成岩条件:压实作用较小、未经严重重结晶作用可保存完好化石。 返回

191 (二)化石保存的类型 按保存特点,化石分为实体化石、模铸化石、遗迹化石、化学化石四大类。 一)实体化石 二)模铸化石 三)遗迹化石
四)化学化石 返回

192 一)实体化石 古生物遗体被保存,如图所示。又分为2类: (1)不完整实体:生物硬体经历不同类型、不同程度石化作用所形成的化石,绝大多数化石属于此类。 (2)完整实体:生物全部遗体(硬体和软体)未经明显变化保存的化石。如琥珀昆虫化石等 实体化石 返回

193 二)模铸化石 返回 模铸化石 生物遗体在围岩中留下的各种印模和铸型。 (1)印痕化石:软体腐蚀后留下的印痕,如水母、蠕虫、植物叶片等。
(2)印模化石:生物硬体在围岩表面或内部填充物上留下印模,又可分为外模(生物硬壳印在围岩上的模,反映外表形态特征)与内模(硬壳内面特征留下的模,反映内部构造)两种。外模、内模所表现的特征、凹凸情况与原实际情况相反。 (3)核化石:包括内核(充填生物硬体内部空腔的沉积物,固结成岩而地下水把壳质溶解后,形成表面为内模的实体,其内部反映壳内的构造特征)与外核(硬体溶解后的空间被沉积物充填固结形成表面与原硬体特征相同的实体,其外表特征由外模反印而成,故凹凸情况相同,但内部是实心,无内部构造)两类。 (4)铸型化石:当生物体埋在沉积物中,已经形成外模和内核之后,壳质全被溶解并被另一种矿物质充填所形成的化石。 总之,外模、内模所表现的凹凸情况与原物相反;外核、铸型的外形相同,但前者无内核,铸型具内核。 模铸化石 返回

194 三)遗迹化石 返回 保存在岩层中各类生物的痕迹和遗物。 (1)软底沉积物中的动物痕迹,如足迹、行迹、拖迹、爬行迹、停息迹、潜穴迹。
(2)软底沉积物中的植物痕迹,根迹为植物根进入底层所留。 (3)硬底上侵蚀痕迹,如钻孔迹、钻洞迹。 (4)动物排出物,如粪粒、蛋、卵等。 (5)古人类遗迹,如工具、石器、骨骼等旧石器时代的遗物。 遗迹化石(恐龙蛋) 返回

195 四)化学化石 指保存在岩层中的由古生物体分解而形成的各种有机质,如蛋白质、碳水化合物、类脂物、木质素。分子化石广泛应用于地球科学,如油-源对比、油-油对比、油气运移、环境污染、人类进化、过去全球变化、早期生命过程等领域。 返回

196 第二节 地层划分、地层对比及地质年表 地层划分、对比的概念与地层单位 地层划分、对比的方法 返回

197 一、地层划分、对比的概念与地层单位 (一)地层划分 (二)地层单位 (三)地质年代及单位 (四)地质年代表 (五)地层对比 返回

198 (一)地层划分 一)岩层与地层的概念 二)地层划分概念 三)地层层序律 返回

199 一)岩层与地层的概念 (1)岩层:泛指成层岩层,没有时间概念,只具空间概念
(2)地层:是指在地壳发展过程中形成的各种成层和非成层岩石的总称。从岩性上讲,地层包括各种沉积岩、岩浆岩和变质岩;从时代上讲,地层有老有新,具有时间的概念,也有空间概念。 返回

200 1石灰岩,时代最老;2页岩,时代较石灰岩新,较砂岩老;
二)地层划分概念 根据地层的特征和属性,按照地层的原始生成顺序及地层工作的实际需要,把一个地区的地层划分成各种地层单位,建立地层系统,即是地层划分,1-石灰岩,时代最老;2-页岩,时代较石灰岩新,较砂岩老;3-砂岩,时代最新。 如果地层形成以后,一直保持其原始生成顺序,即老地层在下,新地层在上,称正常层序在地壳发生过强烈运动的地区,由于岩层遭受褶皱和断裂的影响,使原始地层产状发生变动,甚至倒转,使早期形成的岩层覆盖于晚期形成的岩层之上。 因此地层划分首先要判定地层的成层顺序,建立正常层序。 地层划分示意图 岩层的相对新老关系 1石灰岩,时代最老;2页岩,时代较石灰岩新,较砂岩老; 3砂岩,时代最新 返回

201 三)地层层序律 在正常情况下,岩层的顺序总是上新下老。这种上新下老的地层排列规律称为地层层序律。 返回 褶皱造成的局部地层倒转
1、2、3、4-地层由老到新的顺序 返回

202 地层是在整个地质时期,由老到新逐次形成的,因而便有可能将地层按它们形成的先后次序进行分段,划分成若干个不同级别的分层单位,即地层单位。
(二)地层单位 地层是在整个地质时期,由老到新逐次形成的,因而便有可能将地层按它们形成的先后次序进行分段,划分成若干个不同级别的分层单位,即地层单位。 一)年代地层单位 以地层形成时间为主要依据所划分的地层单位,叫做年代地层单位,由大到小依次为宇、界,系、统、阶、时间带,大单位对小单位是包容关系 。 二)岩石地层单位 以岩性为主要依据划分的地层单位,称为岩石地层单位,由大到小依次为群、组、段、层。前者是国际性的,后者为地方性的。通过全球性的地层划分与对比,建立了世界范围的统一地层系统,为国际通用地质年代的产生奠定了基础。 返回

203 研究地壳的历史,必须建立地质时代,这种以反映各种地质事件(含岩性、接触关系等)发生与年代地层单位相对应的时间,称为地质时代。
(三)地质年代及单位 研究地壳的历史,必须建立地质时代,这种以反映各种地质事件(含岩性、接触关系等)发生与年代地层单位相对应的时间,称为地质时代。 年代地层单位 地质年代单位 岩石地层单位(地方性单位) 时间带 一)相对地质时代及其单位 二)绝对地质时代 返回

204 (1)宇(宙):宇是最大的时代地层单位,代表宙的时期内形成的地层。整个地质时期分为隐生宙和显生宙,相应形成的地层分别为隐生宇和显生宇。
一)相对地质时代及其单位 通过对各地区地层的划分与对比,建立了统一的地层系统,而地质时代单位与时代地层单位相对应,由大到小依次为宙、代、纪、世、期、时,每一时代地层单位代表相应地质时代时间所有的地层,两者的时间界限是严格一致的。 (1)宇(宙):宇是最大的时代地层单位,代表宙的时期内形成的地层。整个地质时期分为隐生宙和显生宙,相应形成的地层分别为隐生宇和显生宇。 (2)界(代):界是宇中所划分的次一级时代地层单位。形成界的时间间隔为代,即界是一个代的时间内形成的全部地层。按地层的古老程度,将隐生宇分为太古界和元古界,相对叫的地质时代是太古代和元古代。按生物界的演化阶段(主要是动物),把显生宇划分为古生界、中生界和新生界,相对应的地质时代为古生代、中生代和新生代。 (3)系(纪):系是包括在界内的次一级时代地层单位,代表一个纪的时间内所形成的全部地层。除太古界(代)外,每个界(代)均包括几个系(纪),如中生界(代)分为三叠系(纪),朱罗系(纪)和白垩系(纪)。 (4)统(世):统是系内所划分的次一级时代地层单位,代表一个世的时间内所形成的全部地层。一般每个系(纪)分成三个统(世),如二叠系(纪)分为下二叠统(早二叠世)、中二叠统(中二叠世)、上二叠统(晚二叠世);震旦系(纪)、石炭系(纪)、白垩系(纪)、新近系(纪)和第四系(纪)等各分为两个统(世),如石炭系(纪)分为下石炭统(早石炭世)和上石炭统(晚石炭世)、白垩系(纪)分为下白垩统(早白垩世)和上白垩统(晚白垩世)、新近系(纪)分为中近统(中新世)和上近统(上新世)。 (5)阶(期):阶是统内划分的次一级时代地层单位,代表一个期的时间内形成的全部地层。 返回

205 二)绝对地质时代 绝对地质时代又称同位素地质年龄。它是根据岩石中存在的微量放射性同位素蜕变规律,测定的地层生成年龄,通常以百万年为单位。
相对地质时代与绝对地质时代,都是研究地壳历史所采用的时代,表明了地壳演化过程中各种地质事件发生和岩石、矿产等形成时间。两种地质年代并行不悖,互为补充、印证而不能互相取代。前者反映了地壳发展的阶段性,后者突出了地质事件发生的具体时间。 返回

206 (四)地质年代表 将整个地史时期所划分的地质时代,按时间顺序依次刊制成表,即地质时代表。 表中各地质时代单位是地壳历史的自然分期,反映了时间早晚顺序和先后阶段。 时代地层单位和地质时代单位的划分,主要依据是地层形成的时间,具体是地层所含的古生物化石资料,对于宇(宙)、界(代)、系(纪)和统(世)的划分,还要考虑地壳运动、古地理、古气候和同位素地质年龄等因素,以及某些天体事件(如巨大陨星对地球的撞击等)影响,以尽可能地体现地壳历史发展的阶段性。 附 地质年代表 返回

207 返回

208 (五)地层对比 一)概念 在地层划分基础上,将不同地区(或剖面)的地层进行比较,论证它们的地质时代、地层特征、地层层位的对应关系,即为地层对比。在实际工作中,由于强调的特征和依据不同,可有不同种类的对比。例如,岩石地层对比是要论证岩性特征和岩石地层位置是否相当;年代地层对比是要论证地层的地质年龄和年代地层单位的位置是否相当;生物地层对比是要说明含化石层的化石内容和生物地层位置是否相当。地层划分与对比两者在原则和依据上是同一的,在方法上是有密切联系的。 二)意义 地层对比示意图 通过地层对比,可更好地了解地层分布规律,为勘查矿产资源打下基础。 返回

209 二、地层划分、对比的方法 (一)岩石地层学方法 (二)生物地层学方法 (三)地层间接触关系分析法 (四)放射性同位素年龄测定法
(五)古地磁方法 (六)地质事件法 返回

210 (一)岩石地层学方法 凡是主要根据岩层的岩石特征来划分和对比地层的各种方法统称为岩石地层学方法。 岩石特征主要指岩性、岩石组合、岩层的横向展布和岩石的变质程度等。根据岩石特征的相似程度,对地层进行划分,并建立岩石地层系统。 一)岩性及岩性组合分析法 二)标志层法 三)旋回结构法 返回

211 一)岩性及岩性组合分析法 返回 岩性包括组成地层各种岩石的颜色、矿物成分、结构、构造、化石特点等,它是岩石特征中最主要、最基本的内容。
岩石组合指一个地质剖面中,自下而上岩性的变化,它反映沉积环境的演变,可作为用岩石地层学法划分对比地层的基本依据。 图为天津蓟县、北京昌平“青白口群”的岩石地层对比。剖面下部以页岩为主,夹薄层砂岩及泥灰岩;中部以粗碎屑岩为主,上部夹多层页岩。 剖面中岩性明显分三部分,所以划分为三组。两个剖面虽然地层厚度不同,但岩性相近,岩层层位相当,二者可以对比。 蓟县、昌平地层柱状对比图 返回

212 二)标志层法 标志层是地层中厚度不大、岩性稳定、特征明显、容易识别的岩层或矿层。如凝灰岩、煤系中的石灰岩、砂砾岩、凝灰岩及煤层等。 返回

213 三)旋回结构法 旋回是指地层中一套岩性或岩性组合多次有规律的交替出现。如粒度变化、海退海进序列等。
地层剖面中,特别是含煤地层常具有旋回结构特征。旋回结构是指在地层垂直剖面上一套岩性或共生相多次有规律的交替。如果划分的地层是海相沉积,由下向上往往出现粒度由粗变细、又由细变粗的交替岩性变化,岩性由砾岩、砂岩、泥岩、灰岩组成。这种变化是由于地壳运动引起的海进和海退环境改变所致。由于地壳运动和沉积环境改变具有一定区域性,因此,地层剖面中的旋回结构常可作为区域性地层划分对比的依据。例如,华北石炭系太原组内砂岩一含煤页岩一灰岩沉积序列重复出现三次,构成由三个小旋回层组成的沉积旋回结构,成为华北石炭系地层划分对比的重要依据 返回

214 (二)生物地层学方法 自从地球上出现生命以来,作为地质历史重要组成部分的生物界演化是极其丰富多彩的,但它们的千变万化绝非无序,而总是遵循从低级到高级、由简单到复杂、由不完善渐趋完善的规律。尽管其演变速度有快有慢,但总趋势是向前发展的或称其为“前进性”的。生物在演化过程中,其形态和习性可能会有返祖现象,也可能出现构造简化现象,但绝不会出现真正的重复,而表现出生物进化的不可逆性。 上述生物演化的前进性、不可逆性、阶段性和空间上的同一性均属生物演化的基本规律,也是利用古生物化石划分地层单位、确定地层相对年代和进行远距离对比的理论依据。 一)标准化石法 二)生物组合法 返回

215 一)标准化石法 演化迅速、地质历程短、地理分布广泛、数量丰富、易于鉴定的化石称为标准化石。
在地史时期,生物界的各门类生物中,那些演化迅速、地质历程短、地理分布广、数量丰富、易于鉴别的古生物遗体化石称为标准化石,如笔石、筳类、菊石、牙形石等。 运用标准化石进行地层对比示意图 返回

216 二)生物组合法 综合分析地层中化石总体面貌特征及其在地层中的变化规律。在实际工作中常采用综合分析地层中所含生物群特征的方法,对地层进行划分对比,这就是生物组合分析法。具体作法是对地层中的生物化石进行全面采集,详细研究各门类化石出现的情况并进行综合分析,根据生物群总貌及其在地层中的变化,对地层进行研究和对比。 返回

217 (三)地层间接触关系分析法 一)整合接触 二)不整合接触 返回
在地壳运动的作用下,地层的连续沉积过程将受到影响,致使地层在上、下层之间产生不同的构造现象。地层记录了这种地质历史中地壳运动的表现形式;当某地质时期某地的地壳连续发生沉降,于是该区连续接受沉积,形成一套很厚的连续沉积的地层。 当某地质时期某地地壳发生整体上升运动,于是该区遭受剥蚀,发生长时期沉积中断,因而缺失这一地质时期的地层;有时由于强烈地壳运动,使原来大致成水平状态的地层,变得倾斜、直立、甚至倒转。正因为存在上述三种情况,因此,不同时代形成的地层间接触关系也分为整合、假整合和不整合三种 。 一)整合接触 二)不整合接触 返回

218 (a)地层整合接触;(b)地层假整合;(c)地层不整合
一)整合接触 新老两套地层彼此平行接触,产状一致,且连续沉积,没有明显的沉积间断,称为整合接触 。 地层间接触关系 (a)地层整合接触;(b)地层假整合;(c)地层不整合 运用标准化石进行地层对比示意图 返回

219 二)不整合接触 返回 1.平行不整合(假整合)
新老两套地层虽然彼此平行,产状一致,但它们之间不是连续沉积,曾有过或长或短的沉积间断,地层有或多或少的缺失,称为假整合(平行不整合)接触。在老地层顶面往往可见到遭受风化剥蚀的痕迹。这表明在老地层形成之后,当地地壳上升,经受风化剥蚀破坏,后来地壳再度沉降,在老地层剥蚀面上沉积了新地层,新地层底部常可见到底砾岩 新老两套地层彼此不平行,产状不一致,有一交角,其间有明显的剥蚀面,称为不整合(角度不整合)接触。这表明老地层形成后,曾经历较强烈的地壳运动,使老地层发生褶皱,并且地壳上升,经受长期剥蚀,后来地壳又再度沉降,在老地层的剥蚀面上沉积了新地层。整合的形成过程反映了地壳运动的阶段性特征。 Ⅰ       Ⅱ       Ⅲ       Ⅳ 返回 不整合的形成过程

220 (四)放射性同位素年龄测定法 返回 利用放射性同位素的衰变原理测定地层的绝对年龄值。
放射性同位素是不稳定的,它产生裂变,释放出能量,最后变成稳定的终极元素。如放射性铀(238U)经过裂变最后可变成为非放射性的铅(206 Pb);钍(232 Th)可变成为铅铅(208 Pb);铷(87Rb)可变为锶(87Sr);钾(40K)可变为氩(40Ar)等等。若岩石中含某一放射性元素,开始时有N0个原子,由于衰变,现在只剩下N个原子,则产生出新元素的原子数D=N0-N。如果测出岩石中已知放射性元素的原子数N及其衰变产物——终极元素的原子数D,则岩石形成的年龄可按下式计算: 式中 t——岩石生成的地质年龄,Ma;λ——衰变常数,又,T为半衰期;D——产生的终极元素原子数;N——测得的放射性元素原子数; 岩石同位素地质年龄的测定,对地质时代的确定,特别是对于很少含化石或不含化石的古老变质岩系年代划分对比是十分有用的方法。常用的方法有铀铅法、铷锶法等。