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地质年代学古生物学地层学地史学（历史地质学）第四纪地质学区域地质学古地理学古气候学

地质学的应用

资源方面

矿床学矿床地质学矿产地质学矿山地质学找矿勘探地质学水文地质学旅游地质学

能源方面

煤田地质学石油地质学天然气地质学放射性矿产地质学地热学非常规能源学

环境、人类生活和灾害防护

工程地质学环境地质学灾害地质学

边缘学科、综合学科及新兴学科

数学地质学地球物理学地球化学地质力学天文地质学行星地质学海洋地质学板块构造学实验岩石学遥感地质学深部地质学同位素地质学

注：

表1-1引自宋春青《地质学基础》2005年11月第四版。

1.整体规模宏大（岩石圈的表面积超过5×

108km2,平均厚度约100km）；

2.发展过程漫长（地球自形成以来的演化历史约有4600Ma）；

3.作用因素复杂；

4.区域差异明显。

（二）学习地质学应注意的几个问题:

1.建立认识地质事件的时空观念；

2.掌握辩证的思维方法；

3.运用现实类比和历史比较分析的原则；

“将今论古”的原则，从研究眼前正在进行的地质过程入手，总结其规律，再去推断地质历史时期同类事物的发展和结果。

“将今论古”的原则的基本观点是地球上现在进行的地质作用和方式，和地史时期是一样的，所不同的是只是量的差别。

“将今论古”的原理忽略了地球发展的阶段性和不可逆性，以及地球发展的不同阶段中自然条件的特殊性。

所以研究地球的历史，必须根据具体情况，用历史的、辩证的、综合的思想作指导，而不是简单地、机械地将今论古，才能得出正确的结论。

这种方法就是历史比较法或现实类比法。

4.实践出真知。

0.2.4地质学与其他相关学科的关系

对于与地质学有关各学科来说，例如地球物理勘探、岩土工程、油藏工程等，地质学是它们的研究基础和前提。

无论石油工作者，还是工程学家，都必须具备扎实地质学知识，学会地质思维，掌握地质学方法，才能保证工作顺利进行，保证成果的准确性和可靠性。

各相关学科的研究成果，既丰富地质学内容，又推动地质学发展。

因此，学好基础地质学知识是构筑各相关专业知识大厦的基石，是将来做好本专业工作的保证。

0.3重要术语

地质学“将今论古”现实类比和历史分析原则

第1章地球概况

1.1本章导学

地质学的研究对象是地球，要了解它的外部特征、内部状况和固体地球的相关性质。

本章将会讨论固体地球的形状、大小、质量、密度、压力、磁性等特征以及地球的圈层结构，要求重点掌握地球的圈层结构划分。

1.2要点讲解

1.2.1地球的形状和大小

一．地球极近似旋转椭球体（自转所致，表明地球具有弹性）

二．地球不是严格的旋转椭球体（内部物质分布不均匀）

三．地球形状的主要参数

赤道半径a6378.140km

两极半径c6356.755km

平均半径R6371.004km

扁率（a-c）/a1/298.253

表面积510064472km2

体积10832×

108km3

1.2.2地球的外部圈层结构

一．大气圈

大气圈是由包围着固体地球的大气层构成，总质量约5.136×

1015t，3/4集中到地面以上10km范围内。

主要物质成分以氮（75.5%）和氧（23.1%）为主，其次有氩（1.28%），二氧化碳（0.05%）。

根据大气温度、密度等物理特征，一般把大气圈自下而上分为对流层、平流层、中层、电离层和扩散层。

二．水圈

地球表面四分之三以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽、河流中的水体覆盖。

地面以下的土壤和岩石缝隙中也充填有大量的地下水，它们共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈。

水圈中的水，主要在太阳热能和重力的作用下不停地运动着。

三．生物圈

生物圈是生物及其生命活动的地带所构成的连续圈层。

地球上最早的生命物质出现在3500Ma。

在南非距今3200Ma的层状岩石中发现了原核生物化石。

自1000Ma以来，地球上的植物和动物蓬勃发展。

2.2.3固体地球的主要物理性质

一．地球的质量和密度

根据牛顿万有引力定律计算出地球的质量为5.9472×

1024kg，地球的平均密度为5.516g/cm3。

（砂、页、灰岩平均密度为2.6g/cm3,花岗岩密度为2.67g/cm3,玄武岩密度为2.85g/cm3，因而推论，地球内部大部分物质密度应大于平均密度。

）地球的密度随深度增加而增大且为不均匀增大。

二．地球的重力

地球上某处的重力是该处所受地心引力与地球自转离心力（垂直地面分力）的合力。

地球表面的重力随纬度值的增大而增大（赤道g=978.0318cm/s2，两极g=983.2177g/s2，g随海拔高度的增高而减小，每升高1km，g减少31cm/s2）。

由于地面起伏和地球物质密度不均匀以及结构差异等原因使实测重力值与理论值不符，这种现象称为重力异常（正、负异常）。

三．地球的压力

地球内部某处的压力是指由上覆地球物质的重量所产生的静压力。

静压力的大小与所处的深度、上覆物质的平均密度及重力加速度成正相关。

四．地球的磁性

固体地球是一个磁化的球体，其磁力线特征类似于偶极场的特征。

地磁轴与地球自转轴并不重合，二者约成11.5°

的交角。

地磁极的位置不固定，是逐年变化的。

磁场特征要素：

磁场强度（F）、磁偏角（D）、磁倾角（I）。

地磁异常是叠加在地球基本磁场之上，由地壳内的岩石矿物及地质体的磁性差异引起的磁场。

五．地球内部的温度

自地面向地下深处，地热增温现象是不均匀的。

按温度状况可分为三层：

1．变温层（外热层）地温主要受太阳光辐射热的影响，温度随季节、昼夜的变化而变化，故称变温层。

2．常温层地温与当地年平均温度大致相当，且常年保持不变，其深度大致为20-40m。

（一般中纬度较深，两极和赤道较浅；

内陆较深，滨海区较浅。

）

3．增温层常温层之下，地温随深度增大而逐渐增加。

深度每增加100m所升高的温度，称地温梯度。

（地温梯度各地有差异）

六．地球的弹性和塑性：

地震波的传播；

岩层的褶皱变形等。

1.2.4地球的内部圈层结构

一．地球内部圈层划分的依据

1．地震波的特点

地震波是弹性波，分为体波、面波和自由振动等类型。

体波有纵波（PWave）和横波（SWave）之分。

纵波可在固态、液态和气态的介质中传播，横波只能在固态介质中传播。

地震波速的大小与介质的密度和弹性有关。

2．地球内部圈层划分的依据

（1）宇宙物质依据宇宙物质具有内在的统一性，宇宙天体（尤其是太阳系内天体）的物质成分可作为推断地球内部物质成分的参考依据（例如陨石）；

（2）地质学依据由于岩浆岩来自地壳和地幔的不同深度，因此，研究岩浆的物质成分和形成条件可以帮助我们来认识地球深部的物质状态及环境。

例如，超基性岩常来自地球内部较深地方，特别是含金刚石的金伯利岩，一般代表了1100-2200℃、5万个大气压的形成环境（对应金刚石的形成条件），相当于该岩浆形成在地下150km的深度。

（3）地球物理依据通过地震波在地球内部传播的变化来推断地球内部结构和组成物质。

因为地震波中的纵波可以在固态、液态和气态的介质中传播，而横波仅能在固态介质中传播。

当地震发生后，通过地球表层不同位置的地震台站来接收不同性质的地震波（主要是纵波和横波）。

经过复杂计算后，就可以得出地下不同深度的波速，再分析相关的物质状态（图1.1）。

图1.1地球内部圈层与地震波传播特征

二．地球内部圈层的特征

（一）地壳

莫霍面（大陆33km、洋底5-8km）莫霍面是地震波速显著不连续面（南斯拉夫地震学家莫霍诺维奇于1909年发现）。

莫霍面以上的由固体岩石组成的地球最外部圈层称为地壳。

地壳平均厚度约18km，平均密度2.8g/cm3，质量约2.35×

1022kg。

地壳厚度变化大，大陆区20-80km，平均33km。

又分为上地壳和下地壳（以康拉德面为界，深约15km）。

上地壳（厚约15km）平均密度约2.7g/cm3，由沉积岩、变质岩和岩浆岩组成，一般称硅铝层或花岗质岩壳；

下地壳（厚约18km）平均密度约2.9g/cm3，一般称硅镁层或玄武质岩壳。

大洋区平均7km，且较为均匀，普遍堆积有0.5km厚的沉积层，再下便是5-8km的硅镁层（密度2.9g/cm3）。

（二）地幔

古登堡面（2891km）（美国地震学家古登堡于1912年发现）S波终止，P波急剧减低。

莫霍面以下至古登堡面的圈层称为地幔。

地幔的厚度约2870km，物质密度由顶层的3.31g/cm3增至5.55g/cm3,平均约4.5g/cm3,质量约4.03×

1024kg。

根据地幔上部与下部物质成分和温度、压力的差异性，和670km深处的地震波速显著间断面分为上、下地幔。

1．上地幔

盖层深度为20-80km，密度3.37g/cm3,物质成分推测为橄榄岩,为固态。

低速层深度80-220km，（顶面在大陆区较深，大洋区较浅，底界的差异不大。

密度3.36g/cm3,）全球普遍存在、厚度不很均一的波速减低层。

横波局部地区不能通过,表明低速层部分物质可能呈熔融态,因而又称软流层（或软流圈）。

均匀层深度220-400km。

波速传播均匀,表明物质成分变化不大。

过渡层深度400-670km。

密度3.73-3.99g/cm3.

2.下地幔深度670-2891km，厚度2221km,平均密度5.1g/cm3。

据实验岩石学分析，由呈紧密堆积结构的氧化矿物，如MgO、FeO和SiO2组成。

（三）地核

古登堡面以下至地心的部分称地核。

它是一个半径为3480km的球体，平均密度为10.83g/cm3。

一般认为物质成分主要为铁。

（四）岩石圈

地壳与上地幔的顶部（软流圈以上部分），都是由固态岩石组成的，因而称岩石圈。

1.3重要术语

外部圈层结构（大气圈、水圈、生物圈）

地球圈层结构

内部圈层结构（地壳、地幔、地核）

重力异常（正、负异常）地磁异常地温梯度软流层岩石圈

地球内部圈层划分的依据

第2章岩石圈

2.1本章导学

本章将集中介绍地质学的主要研究对象—岩石圈的表面形态特征、物质组成和岩石圈构造以及发生在地球上的地质作用。

地质学的主要研究对象是岩石圈，因此岩石圈的表面形态特征、物质组成和构造则成为岩石圈研究的重要部分，同时地质作用作为形成矿物、岩石和岩石圈的主因而成为其在地质学研究的主导地位。

本要要求了解岩石圈表面形态特征，熟识岩石圈物质组成。

重点掌握岩石圈构造（包括现代板块的划分、板块边界的类型）和地质作用概念及其分类。

2.2要点讲解

2.2.1岩石圈的表面形态

一．陆地地形（表2.1）

表2-1陆地主要地形单元及地貌特征

地形单元

山地

高原

盆地

丘陵

平原

海拔和

起伏特征

>

500m；

正地形

600m；

广阔而

较为平坦

四周被山地包围、中间较低且起伏不大

<

500m（相对高差<

200m）；

有一定起伏

500m;

广阔而平坦

二．洋底地形

洋底地形可划分为三大地形单元：

大陆边缘、洋盆和洋脊（图2.1）。

图2.1洋底地形单元划分

（一）大陆边缘

大陆与大洋相连接的过渡地带，称大陆边缘。

按照海平面以下的深度和形态特征，大陆边缘可以划分为大陆架、大陆坡、大陆基及海沟和岛弧（图2.2）。

图2.2大陆边缘主要地形分布示意图

1．大陆架（又称为陆棚）是指围绕大陆分布的浅水台地，平均坡度小于0.3°

，平均深度小于130m。

2．大陆坡大陆架外坡度明显变陡的斜坡地带，坡度平均约4°

最陡可超过20°

，下界平均水深约2000m，平均宽度30km，最宽可超过100km。

大陆坡上常发育有海底峡谷。

3．大陆基（又称为大陆裙）是介于大陆坡与大洋盆地之间缓坡地带，下界水深约4000m，宽度几百公里，表面的坡度一般小于1°

。

在海沟发育的地区则不出现这一地形单元。

4．海沟和岛弧大洋盆地边缘深度超过6000m的带状凹地，称为海沟。

宽度仅数公里至数十公里，长度最大可达几千公里。

太平洋西北侧的海沟多呈弧形，沿其凸出的一侧排列着大小岛屿，称为岛弧（多为火山岩）。

（二）洋盆

洋盆是指位于海沟与洋脊之间辽阔而平坦的洼地，一般深度4000-5000m。

可进一步分为洋底丘陵、洋底平原、海山。

（三）洋脊

贯穿于洋盆中央或一侧、延伸几万公里的洋底山脉，称洋脊。

2.2.2岩石圈的物质组成

一．岩石圈的化学成分

地壳元素的平均重量百分含量称克拉克值（地壳的元素丰度）。

1.元素在地壳、上地幔和地球中的分布相差十分悬殊，其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种元素合计占地壳总质量的99%。

2.Al、Na、K三种元素在地壳中的丰度最高，但在上地幔和地球中的丰度显著降低，而Fe、Mg的丰度却显著增高。

二．矿物：

矿物是在各种地质作用中形成的，是在一定地质条件和物理化学条件下相对稳定的自然元素单质或化合物。

三．岩石：

岩石是各种地质作用形成的，并在一定地质和物理化学条件下稳定存在的矿物集合体。

按其成因可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。

岩浆岩是由岩石圈中、下部以及软流圈中的熔融岩浆上升到浅处或涌出地面冷凝而形成的岩石。

在地下冷凝形成的称为侵入岩，主要有花岗岩、闪长岩、辉长岩、橄榄岩等。

涌出地面冷凝而形成的称为喷出岩或火山岩，主要有流纹岩、安山岩、玄武岩等。

组成岩浆岩的主要矿物有斜长石、石英、辉石、角闪石、橄榄石和云母。

沉积岩是在表生条件下由各种沉积作用形成的沉积物，后被埋藏在一定深度经过成岩作用而形成的岩石。

按其成因可分为碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩等几大类。

主要组成矿物有石英、粘土矿物、方解石、白云石以及一些矿物或岩石的碎屑。

含有地质历史时期生物的遗体和遗迹化石是沉积岩最突出的特点。

变质岩是由岩石圈内先存的岩石（沉积岩、岩浆岩、变质岩），受地质环境（温度、压力和高温热液等）变化而使原岩的结构与成分被改造而重新形成的岩石。

按成因可分为接触变质岩、气液变质岩、动力变质岩和区域变质岩。

2.2.3岩石圈的构造

一．现代板块的划分

地震带是划分现代板块的首要标志（图2.3）。

环太平洋带

地中海－喜马拉雅带

图2.3世界地震分布图（震源深度0～700公里，记录时限6年）

（据PhysicalGeology,2001版）

据此全球可划分为欧亚板块、非洲板块、北美板块、南美板块、印度板块、南极洲板块和太平洋板块等七个一级岩石圈板块（图2.4）。

二．板块边界类型

1．分离型板块边界类型洋脊轴两侧的板块作相背运动，板块被拉开，软流圈中的高温熔融岩浆顺裂隙上涌，凝结在滑移的板块后缘上，成为最新的洋底岩石圈。

2．汇聚型板块边界类型

（1）俯冲边界一侧板块向下俯冲并斜插入软流圈，另一板块则仰冲并叠覆其俯冲边

图2.4全球主要板块分布（据金性春，1984）

缘之上。

二者间在地貌上形成海沟、岛弧或大陆边缘山系（例如：

太平洋板块与欧亚板块、北美板块、印度板块之间）。

（2）碰撞边界两板块相对运动，前缘有洋壳的边缘下插，造成二者的陆壳碰撞接触，形成地缝合线（欧亚板块南缘与非洲板块和印度板块西段）。

3．平错型板块边界类型两板块相互平行边界滑错，不造成新的山脉和海沟，地质构造上表现为转换断层或大型走滑断层。

2.2.4地质作用的概念

一．一般概念

由自然动力引起岩石圈或地球的物质组成、内部结构和地表形态变化的作用，统称为地质作用。

引起这些变化的各种自然动力，称为地质营力。

按地质动力来源分为作内动力地质作用和外动力地质作用。

二．内动力地质作用

内动力地质作用的能源主要是地热能、重力能和旋转能。

内动力地质作用的主要类型有：

1.地壳运动主要是指岩石圈的机械运动，如板块的分离、滑移、俯冲、碰撞；

区域性沉降与上隆；

岩层的断裂和褶皱等。

2．地震作用地震是岩石圈机械运动积累的能量造成岩石圈破裂而突然释放引起的一种现象，是由地震波的传播引起的地面快速颤动的作用。

3．岩浆作用是指软流圈和岩石圈中、下部聚集的高温熔融物质，顺通道运移至浅部甚至涌出地面冷凝成岩石的过程。

4．变质作用变质作用是指岩石圈内先存的岩石在新的温度、压力条件下，也可有外来气液物质参与，使原岩在固态下发生结构、构造及矿物组合的改造过程。

三．外动力地质作用

外动力地质作用的主要能源是太阳的辐射能。

外动力地质作用主要有以下几种：

1．风化作用岩石在原地因气温变化、大气、水、生物等的共同作用下逐步分解、破坏的过程。

2．剥蚀作用是风、冰川、地面流水、地下水、海洋和湖泊水等地质营力在其运动过程中使地表岩石破坏并脱离原地的过程。

3．搬运作用风化和剥蚀作用产生的各种产物，在流水、冰川和风等运动着的介质从原地转移到另一地点的迁移过程。

4．崩塌作用指基岩块体和松散堆积物在重力作用下崩落或沿斜坡下滑的过程。

5．沉积作用由于搬运动力和介质条件的变化而发生的沉淀和堆积的过程。

6．固结成岩作用松散的沉积物被压实、固结而形成岩石的地质过程。

四．内外动力地质作用的关系

内动力促使岩石圈在软流圈上滑移、升降、分裂和碰撞聚合，导致地震、岩浆上涌和喷发，形成岩浆岩，使岩层发生褶皱和断裂，造成海洋盆地和大陆高地以及区域性地面起伏等。

而外动力则对地面的起伏加以改造，总趋势是削高填低，使地面准平原化，同时造就表生矿物和沉积岩。

它们之间既有区别又相互联系而不停作用，推动岩石圈的演化和发展，使地表形态、矿物、岩石和矿床以及地质体的构造变形不断地变化和改造。

2.3重要术语

克拉克值（地壳元素丰度）三大岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）

板块边界类型（分离型、汇聚型、平错型）地质作用

第3章矿物

3．1本章导学

矿物学是地质科学的一个重要分支，其主要的研究对象是矿物的成分、结构形态、性质、成因以及用途等多方面的内容。

作为地球上大多数岩石的主要组成部分，它记录和保存着地壳、地幔以及宇宙物质形成条件和演变的重要信息。

因此，矿物学对整个地质学发展起着重要的影响。

本章将讲述矿物化学组成、化学式表示、矿物形态和物理性质以及矿物分类与命名。

要求重点掌握矿物概念、矿物的形态与物理性质，熟悉矿物的晶体化学分类方法。

3.2要点讲解

3.2.1矿物通论

一.矿物与晶体的概念

1．矿物的概念

矿物是在各种地质作用中形成的，在一定地质条件和物理化学条件下相对稳定的自然元素单质或化合物。

注释：

1）矿物是各种地质作用形成的天然化合物或单质，可以是固态（如石英）、液态（如自然汞）、气态（如火山喷发物中的水蒸气）或胶态（如玉髓）。

2）矿物具有一定的化学成分。

如金刚石成分为单质碳（C），石英为二氧化硅（SiO2），但天然矿物成分常含有少量杂质。

3）矿物具有晶体结构，它们的原子呈规律排列。

如果有充分生长空间，固态矿物都有一定形态。

当没有生长空间时，它们的固有形态就不能表现出来。

4）矿物具有较为稳定的物理性质。

如方铅矿呈钢灰色，强金属光泽，不透明，它的粉末（条痕）为黑色，较软（可被小刀划动），有三组平滑的解理面（完全解理），很重（比重为7.4-7.6）。

5）矿物是组成矿石和岩石的基本单位。

2．晶体与非晶体的概念

所谓晶体是指内部质点（原子、离子或分子）在三维空间呈周期重复排列的固体。

也可以形象地说，晶体是具有格子构造的固体。

图3.1空间格子图中a,b,c三维空间周期性重复图3.2石盐的晶体结构

晶体：

具有格子构造的固体，如石英的晶体排列是硅离子的四个角顶各连着一个氧离子形成四面体，这些四面体彼此以角顶相连在三维空间形成架状结构。

格子构造：

质点在三维空间的周期重复，例如石盐的晶体结构。

非晶体：

不具有格子构造的固体。

同质多像：

相同的化学成分所形成的矿物，由于矿物晶体内质点的排列不同而形成不同矿物的现象，例如单质C的同质多像矿物石墨和金刚石。

二．矿物的化学成分与化学式

矿物的化学成分是决定矿物各种特性的基本因素。

（一）元素的离子类型

1．惰性气体型离子

2．铜型离子

3．过渡型离子

（二）引起矿物化学成分变化的原因

引起矿物化学成分变化因素很多，其中类质同像是最普遍、最有实际意义的原因。

1．类质同像的概