第一章緒論

第一節地質學概述

一、地質學的研究對象

地質學是研究地球及其演變的一門自然科學。它主要研究地球的組成、構造、

發展歷史和演化規律。

確切地地說，地質學研究地球（地殼）的物質成分、內部構造、表面特征

及地球演化歷史的科學。目前地質學主要研究固體地球的最外層，即巖石圈（包

括地殼和上地幔的上部）。

二、地質學的研究內容與學科劃分

地質學主要研究地球的物質組成、構造運動、發展歷史和演化規律，并為人

類的生存與發展提供必要的地質依據，主要是資源與環境條件的評價。

自然科學的六大基礎學科包括數學、物理學、化學、生物學、天文學、地學。

地質學在自身的研究工作中必須充分利用其它學科的成果手段，近些年來學科間

相互滲透產生了交叉學科：

地質學自身的分地支學科（楣研究方向劃分）：

'數學（數學地質學）

物理（地球物理學）

地學《化學（地球化學）

生物學（古生物學）

I天文學（行星地質）

研究地球物質成分：結晶學、礦物學、巖石學。

研究地殼運動及變形的：構造地質學、大地構造學、地震地質學。

研究地殼演化歷史古生物學、地史學、巖相古地理學。

研究地表特征的：冰川地質學、海洋地質學。

地質應用學科：

（1）與開發資源相關的：

煤田地質學、石油地質學、冶金地質學、礦床學、水文地質學。

（2）與環境科學相關的：

工程地質學、環境地質學、城市地質學、旅游地質學

三、地質學的特點和研究方法

（-）地質學的特點

L時間漫長：地球年齡大約46億年，自地球形成起無時無刻不發生地質作

用，地質學問題涉及時間長。最老的巖石年齡38億年。

一些地質作用過程持續時間長，如海陸變遷，山脈隆起，礦

物、巖石的形成、煤、石油資源的形成等。

地質年代的記時單位是百萬年（通。

7rl盧南橫向：遍布全球每個角落（南極、北極、赤道、

2.±.1司廠闊山地、平原、陸地、海洋）。

縱向：大氣圈一一上地幔（整個巖石圈）。

3現象復雜

性質上：包括物理的（崩塌、泥石流）、化學的（鐘乳、滴石）、

生物的（煤、石油形成）等各種變化。

規模上：小到原子、分子的微觀過程（礦物形成、化石形成……），

大到整個地球乃至太陽系形成的宏觀現象。

范圍上：從無機到有機界、有機界與無機界的相互轉化。

環境上：常溫、常壓到高溫高壓，地表環境、地下深處環境。

4無法再現：眾多地質現象對人類來說是無法再現階段，生物演化，海陸

變遷、煤、石油形成過程（非再生資源）。

針對以上地質學特點有其相適應的研究方法。

（二）地質學的研究方法

1理論與實踐相結合：

地質學是一門實踐性很強的學科。

實踐：（D到自然界去觀察，取得最基礎的資料。

（2）實驗室進行模擬實驗。

一些地質現象（火山爆發、海底擴張、風化現象）只有在野外直接

觀察（可借助儀器，但必須到實地），否則無法全面了解。

同時，有些現象，我們需要模擬實驗，在實驗室重復過程，進行深

入細致的分析、研究。辟如，河流沉積作用中，砂是在流動的水中沉

積下來的，我們可以在室內水槽中透明的水體里觀察，砂的沉積過程,

沉積的層時的類型、沉積顆粒的大小與水流速的關系等…。利用分析

的結果，結合地層中河流沉積的地層來推測古河流（地史中）的狀況。

2室內與野外相結合

（從1可理解此）不應過度偏重某一方面。

3局部與整體相結合

有些地質現象，涉及空間大，人們無法得到全部的空間資料，這時，

對整體的現象了解必須與局部相結合，如地質勘探探明地下礦藏

的分布：點一線一面一體。

4宏觀與微觀相結合

如，火山噴發是極其宏觀的現象，但熔漿冷凝過程中礦物的形成又是

結晶的微觀過程。

5定性與定量相結合

6原始手段與新技術、新裝置相結合

在當今先進的技術條件下，“地質三大件（三件寶）”（錘子、羅盤、放

大鏡）仍不能放棄。

7.“將今論古”是地質研究的指導方法

"PresentisthekeytothePast'。

四、地質學的研究目的

■地質學理論研究的目的就是要正確地認識地球和地球的發展歷史。一方面

滿足人類認識自然、欣賞自然的精神需求，另一方面也是滿足人類物質需

求的前提與基礎。

■地質學研究的實踐目的就是在正確認識地球的基礎上，指導人類尋找并合

理開發利用礦產、地下水、油氣等資源與能源，查明與防治地質災害，為

改善人類生存的地質環境服務。

第2節地質學發展簡史

最早的地質思想的萌芽，可以追溯到二千多年前，但地質學成為一門系統

的科學，只有200多年的歷史。地質學的發展分可為：

1地質思想萌芽時期（公元前?十八世紀中葉）

公元前我國《山海經》（前374—287年）記載了73種礦物，古希臘《石頭

志》記載了13種，這個階段對自然界地質現象的認識是樸素、直觀、零散的，

分析問題帶有極大的猜測性。

2近代（經典）地質學時期（十八世紀中葉?二十世紀初）

人們開始將地球上孤立的自然現象納入一個系統的理論體系，即地質科學。

這時期地質學誕生、發展并涌現了一批著名的地質學家，確立了地質學的基本原

理和方法，建立了地質年代表，使這一科學體系不斷完善成熟。史密斯、菜伊爾、

赫屯……

3現代地質學時期（二十世紀初?現代）

隨著科技手段的更新，發展，同時人類自身探索資源的需要，收集到了更廣

泛的地質資料（洋底）建立了以大陸漂移——海底擴張一一板塊構造學說為標志

的系統的新的地質學理論、觀念、方法。

同時這一時期，地質應用學科得到了很大發展。（勘探地質學、工程地質學、

石油地質學、煤田地質學等）地質學理論至今仍在不斷發展、完善。

現代地質學的發展趨勢

1?地質學觀察與研究的范圍和領域日益擴大。

2地質學研究的精度與深度隨著學科的合作而不斷提升。

3實驗與模擬成為地質學研究的重要手段。

4全球構造理論不斷補充完善。

5資源與環境是地質學服務社會的重要方面。

6國際合作成為現代地質學研究的必然趨勢。

這里講一下如何進行《地質學基礎》的學習？

L學習目的及內容

本課程是與地理學專業的專業必選課，其目的在于使學生掌握最基本的地

質學原理，分析問題的方法，內容上包括了地質學主要分支學科的核心內容（動

力地質學、礦物學、巖石學、古生物地史學、構造地質學等）

總計48學時，分理論講授與實驗室教學兩部分，教材為主要參考書，講一

下章節安排.

2學習方法

這是一門專業基礎課，基本上屬于闡述性、敘述性講授，內容也不像中學數

理化一類的課程有嚴格的邏輯推導，許多問題是定性描述。方法上，學生應調節

自己，適應課程特點一一閱讀鍵解r己憶。

大量閱讀，認真理解，總結歸納，逐步記憶。

3要求：

課前預習，課后閱讀參考書，消化當天內容。因同學們第一次接觸這門實踐

性很強的專業課，同時課程特點與中學教學差別較大，應在學習中注意培養自己

專業課學習良好的習慣和方法。

學習《地質學基礎》這門課程的主要參考資料（本校館藏）

L地質學基礎；劉吉禎等編；北京師范大學出版社，198801

2地質學基礎；邱光錫主編；華東師范大學出版社；199L10

3地質學與地貌學教程；王數等主編；中國農業大學出版社；2005

4普通地質學；吳泰然等編著；北京大學出版社；200a08

5普通地質學；陶曉風，吳德超主編；科學出版社；2007.05

6普通地質學簡明教程；楊倫等編著；武漢地質學院出版社；199808

7.自然地質學；美）斯特拉萊著;丘元禧等譯；地質出版社；1987.06

8工程地質學；朱建明，謝謨文，趙俊蘭主編；中國建材工業出版社；

200609

9軟土環境工程地質學；唐益群等編著；人民交通出版社；2007.06

1Q環境地質學；朱大奎等編著；高等教育出版社；200Q07

口災害地質學；潘懋，李鐵鋒編著；北京大學出版社；200204

122006-2007地質學學科發展報告；中國科學技術協會，中國地質學會編著；

中國科學技術出版社；2007.3

13《中國學術期刊數據庫》和《萬方期刊數據庫》中有關基礎地質學的相關內

容。

水姆莫臉舁，攻布英就難。科號嗜險阻，只要常委摹。

葉劍英元帥

第2章地球的基本特征

第1節地球概況

一、地球的形狀和大小

（一?）對地球形狀、大小的認識歷程

圓球形---------?極軸方向扁縮的橢球（18世紀）------?旋轉橢球體-

“大地水準體”（Geoid）-----?大地水準面再到近似“梨”形體

近年來，由于人造衛星等空間技術的發展，大大地推動了關于地球形狀的深入研究，取得了

一些新的數據。讓同學們了解一下P5中的內容。

大地水準體是指由平均海面所封閉的球體形狀。海面上的重力位各處都是相等的，即海面在

重力作用下是一個等位面，把這個等位面延伸通過大陸，就形成一個封閉曲面，這個曲面叫

大地水準面。由于地球表面有71%為海洋所占據，所以在一定程度上講，大地水準面代表

了地球的形狀，而且這個面是一個實際存在的面。但它仍然是介于旋轉橢球體和地球真實形

狀之間的一個中間形態。

（二）地球的形狀和大小的最新數據（1975年9月，國際大地測量學和地球物理學聯合會

第18屆年會推薦和1980年公布的部分大地測量常數值，后者帶*號）：

地球赤道半經（a）：6378137m*

地球極半經（c）：6356752m*

赤道標準重力加速度（Ye）：（978032±1）XlcTm/s?

（三）地球的其它數據

地球平均半經：6371km

子午線周長：40008.08km

赤道周長：40075.24km

地球的面積：51000萬km"

海洋面積：36100萬km）占地球總面積的70.8%

陸地面積：14900萬kn?,占地球總面積的29.2%

地球的體積：10830億km'*

地球的質量：5.976X107*

地球的平均密度：5.517g/cm3

物體脫離的臨界速度：11.2km/s

赤道上點的線速度：465m/s

地球沿軌道運動的平均速度：29.78km/s

大陸最高山峰（珠穆朗瑪峰）：8846.27m

大陸平均高度：825m

海洋最深海溝：T1034m

海洋平均深度：-3800m

大陸和海洋的平均高度：-2448m（即全球表面無起伏，將被2448m厚的海水所

覆蓋）

從以上數據中，得知地球表面不僅海陸并存，而且地面起伏最大高差近20km。但若把

地球縮小，以3.2m為半徑，畫一道高1.5cm的圓周線帶，則地表的最高點和最低點均可包

括在這道圓周線帶內；同時，由于地球扁率只有1/298,無論是旋轉橢球體、大地水準體或

近似“梨”形體，從宏觀上看地球仍然是近似球形的球體。

二、地球的物理性質

L）地球的重力和密度

地球的重力質量）主要由于萬有引力造成的。

L地球的密度

地球的平均密度為5.517g/cm3,而地殼上部的巖石平均密度是2.65g/cm3,

由此推測地球內部必有密度更大的物質.根據地震資料得知,地球密度是隨著

深度的增加而增大的,推測地核部分密度可達13g/cn?左右.

2地球的重力值：

2

F=KMM/R-----地心引力

P--離心力

G重力

重力值是地心引力與離心力的合力.

若把地球物質密度看作是橫向均一的話，就可得出，赤道附近距離最大引

力最小，離心最大，重力值最小；兩極附近距離最小，引力最大，離心力最小,

重力值最大。因此，地表重力值，隨緯度增加而增大，隨地表高度的增加而減

小。

理論值變化范圍G378-^183厘米型2

3重力異常一一當實測重力值與理論計算的重力值不一致時，稱重力異常。

利用重力異常可判斷地下密度的變化，指導找礦。

正異常：g實測＞g理論密度大如：F&CuPb等金屬礦床

負異常：g實測q理論密度小如：煤、石油、鹽類等礦床.

U）地磁

地球如同一個巨大的磁鐵，有磁南、磁北極。磁北極與地理北極交角115

她磁南北極與物理學相反，若把地球看作是磁鐵則地磁北極為S極。）

1地磁要素：

T—磁場強度；H----水平分量；Z-----垂直分量

I—磁傾角，北半球為正（向下傾），南半球為負（向上翹）

D——磁偏角，不同的地理位置（不同經、緯度）磁偏角不同

特例：赤道附近1HanZ=0

兩極IWz9（T、H=0、Znax

磁偏角D在各地區是不不同的的，每到一個新區進行野外調查時，首先要了

解該區的磁偏角，進行羅盤校正。

2地磁極的變化

「長期緩慢漂移（偏離）

磁南、北極位置的變化《

、周期性倒轉現代地磁南北極

.............與地理南北極交角

11!?，并非絕對不變，長期觀測證實，近代地磁極有向西漂移的現象，速度是

極其緩慢的。

同時大量的古地磁資料表明，地磁的南北極在地質歷史中一直處在周期性交

替之中。我們把與現代兩極極性相同的稱正向期，反之稱為反向期，最近-4

百萬年來有三次大的倒轉

-69萬年布容正向期

6A243松山反向期每次持續時間大約1百萬年

243-332高斯正向期共3次倒轉

332以前吉爾伯反向期

3古地磁學

居里點——鐵磁質轉為順磁質時的溫度（大約60CF?70優）。

熱剩磁——巖漿冷凝成巖漿巖的過程中，磁性礦物經居里點時被當時

磁場磁化（方向一致），這種保留在巖石中的磁性稱熱剩

磁。記錄了當時地磁場的狀況。

古地磁學——利用巖石熱剩磁來研究地史時期地球磁場的大小、

方向、磁極位置及演變過程的科學。

古地磁學的研究成果為現代地質學的海底擴張，板塊運動提供了十分重要的證

據。

G）地熱地球的溫度）

1內部溫度的變化：地內溫度是不均勻的。

外熱層（變溫層）一一地表外層，溫度來源于陽光。其中地表向下1?L於4

每日晝夜溫度變化；1k20M每年四季溫度變化。

常溫層（恒溫層）一一變溫層下界處，溫度終年不變，大約為年平均溫度。

內熱層（增溫層）一一溫度來源于地球內部（放射性脫變）。隨深度增加，

地溫升高。

增溫率（地溫梯度）一一每深度增100米，增加的地溫值，單位℃值米；

一般地區為先值米。

增溫級一一每地溫增加增加的深度。單位：米；

一般地區為33米。

增溫率與增溫級兩者互為倒數。

2地熱流值一一單位時間內由地內向外通過巖石單位截面積放出的熱量，

與巖石的熱導率有關，與地內溫度有關。

地表有一些地熱異常區（地熱流值高）；如火山地區、溫泉、海底某些地

區，這與一定的地殼活動、地質構造有關，將深處地熱代到地表。

3地熱來源：主要來源于放射性元素衰變而產生的，如IT,mnr,於。等，

此外，也有一部分熱能可能是由構造變動的機警能、化學能、重力能和地球旋轉

能等轉換而來的。

四）地球的彈性和塑性峭加內容,略講）

彈性表現11.能傳播地震波

用I土衣仇I2,固體潮（球體形狀一段時期變化，另一段時期

恢復原狀）

作用速度快，持續時間短，表現為彈性。

作用朔性夷價r1.地球正固體橢球體，長軸與旋轉軸垂直。

速度主任五九12.巖層褶皺、柔皺、蠕變。

緩慢，持續時間長，表現為塑性

第2節地球的圈層結構

一、地球的外部圈層

（一）大氣圈

大氣是外動力地質作用的重要因素，主要是靠近地表對流層中的空氣。對

流層空氣的溫度、濕度，是氣候的主要標志，不同氣候條件，外動力地質作用的

方式不同。同時空氣的流動一一風是直接的外動力。

100KM臭氧層）

55KM平流層）

1.范圍:包圍著固體地球，

1I6KM對流層）

成分：NQ、0H0等。

2.大氣環流

對流層空氣溫度受地面輻射的影響：地面Tt高空TI

赤道Tf兩極TI

大氣環流：赤道一一高溫、低密度的氣體上升，在高空向兩極運動。

兩極-------低溫、高密度、氣體沿地面向赤道運動。

受地球自轉的影響，地表各偉度上線速度不同，赤道最大（1600公里勿、時）

兩極為零，此差異造成運動物體受偏向效應（偏向力）。

地球自轉偏向力（科里奧利力）------由于地球自轉引起的一種作用于地表

一切運動物體的力。結果是沿前進方向，北半球右偏，南半球左偏。

大氣環流非正南正北。

河流北半球，右岸侵蝕；南半球，左岸侵蝕。

（二）水圈

水圈主要呈液態及部分呈固態出現的。它包括海洋、江河、湖泊、冰川、地

下水等，形成一個連續而不規則的圈層。

包括：地下水、地表水（咸水、淡水）

陸地、海洋中的水由太陽蒸發至空中，再經降水回地表。從這個意義上水

的循環，可謂“取之不盡，用之不褐”。

水圈是地球區別于其它行星的最重要特征之一，孕育了生命，在外動力地

質作用中起了重要的作用。水在地球上似乎很常見，但很幸運，因為月球、水星、

金星上都沒有水；火星上的水不少于地球，但火星上的水幾乎都是以冰的形式存

在的。

（三）生物圈

它是指地球表面有生物存在并感受生命活動影響的圈層，包括水圈及地表生

存的生物，甚至地下幾百米?一3KM,仍有微生物。生物的出現在水、氣圈形

成之后（地球年齡46億年，大量動物出現于7—8億年前）。生物是外動力地

質作用中比較活躍的因素。一方面自身作為動力參與，另一方面間接改變環境0

a8含量，影響外動力地質作用。

生物圈具有相當的厚度。綠色植物的分布極限大約是海拔6200米左右，根

據資料，在33000米高空還發現有泡子及細菌。總的來說，生物圈包括大氣圈的

下層，巖石圈的上層和整個水圈，最大厚度可達數萬米。但生物圈的核心厚度約

為200米左右，因為在這個范圍內具有適于生物生存的溫度、水分和陽光等最好

的條件。

二、地球的內部圈層

該內部圈層指從地面往下直到地球中心的各個圈層，包括地殼、地幔和地

核。參P29圖B地球內部地震波縱波P和橫波S傳播速度曲線。

對地球內部的了解只能是間接地通過借助某種手段來了解（目前最深的鉆探

加坑道深度為14KM不到，相對于6371KM的地球半徑來說微乎其微），這種手段

就是地震波，即振動或沖擊形成的彈性波。

（a）地震波

1面波——物質界面上傳播

2體波——介質體內傳播（縱波P和橫波S）

無論縱波還是橫波的傳播速度都與介質的物理性質有密切的關系。

——體變模量（物體在圍壓下體積能宿小的程度）。

——切變模量（物體在定向壓力下形狀改變的程度，液體為零）。

——物體（介質）密度。

液體中VSF=Q,無橫波

同時，當地震波通過上、下兩種物質的物性相差較大的界面時，能夠發生

的類似光的傳播時的反射和折射。

（b）圈層劃分

人們在地表設立專門的地震波接收站，記錄地震波的傳播情況，并經復雜

的計算，得出地球內部一些物性差異較大的圈層界面。（對照講解P28表5）。

名稱圈層代號底界深度R密度物態

地殼A3326-^0

固態巖石

60

B

上250

地塑性軟流

地

圈（低速

幔

幔C400a32-57帶）

下

地D2898

幔

外E4640液態

地a13

過度F5155

(16)

核固態

內G6371

一級界面有：莫霍界面（地殼與地幔的分界），1909年南斯拉夫學者提出。

古登堡界面（地幔與地殼的分界），1914年美國學者提出

L莫霍面是地殼與地幔分界，厚度（深度）在大洋地區和大陸地區不同

大陸區陸殼厚20-70公里平均33km

大洋區洋殼厚5-10公厘平均7km

2康拉德界面一一僅存在于陸殼中（1925年發現），是地殼的次一級界

面，深約10km

界面之上，巖石平均密度267,花崗巖質，稱硅鋁層SirU

界面之下，巖石平均密度2S玄武巖質，稱硅鎂層SiT名

a陸殼與洋殼的區別

①厚度不同，陸殼33公理，洋殼7公理；

②陸殼的物質組成為上部硅鋁層（花崗巖層），下部硅鎂層（玄

武巖層）；

洋殼的物質組成只有硅鎂層。

（一）地殼一一地質學研究的重點。它指地球莫霍面以上的固體硬殼，屬于巖石

圈的上部。地殼主要由硅酸鹽類巖石組成。

1?地殼的化學組成：

地殼中含有元素周期表中所列的絕大部分元素,而其中QSi、Al、F&C&

N&KMg等八種主要元素占9歐以上，其他元素共占1—%化學元素在地殼中

的平均含量稱為克拉克值。

2地殼的厚度和結構

地殼是地球表面的一層薄殼,其厚度大致為地球半徑的1/40。但各處厚度

不一，大陸部分平均厚度373而海洋部分平均厚度則只有7km

3.地殼的類型

地殼可以分為大陸型地殼（簡稱陸殼）和大洋型地殼（簡稱洋殼）。陸殼的特征是厚度

較大（30—70km）,具雙層結構；洋殼的特征是厚度較小，最薄的地方不到5km,一般只有

單層結構，即玄武巖層，其表層為海洋沉積層所覆蓋。

（二）地幔

指莫霍面以下到古登堡面以上的圈層。厚度為地殼底界到2900km物質密度

大約從a32g/erf遞增到57g/oii,即在地幔下部接近于地球的平均密度。目前,

一般以1000km為界，把地幔分為上地幔和下地幔。

L上地幔

由于震波數值和在橄欖巖中實驗所得的數值相似，所以也稱橄欖巖層，又稱

榴輝巖層。橄欖巖的成分和廣泛分布的石隕石（又稱球粒隕石）相似，和地殼相

比，SiQ成分減少，鎂鐵質成分增加。上地幔包括BC兩層，其中B層又可分

成百和B,兩層。位于莫霍面以下的百層，相當于固態的橄欖巖層，所以通常把

這一層加上地殼（即A+E）合稱為巖石圈。

在深度60-400km范圍內，震波速度明顯下降，特別是在100-150km深度左右

下降更多，這一層稱為古登堡低速層（相當百層）。所以如此，一般認為在這一

層可能有部分熔融，具有較大的塑性，因此又稱為軟流圈。軟流圈的深度、厚度

和范圍常因地而異，邊界有起伏變化，有時呈漸變關系。軟流圈的溫度大約為

70160。C這里可能是巖漿的主要發源地，同時地殼運動、巖漿活動、火山活

動以及熱對流等皆可能與此層有關。

2下地幔（D層）

這一層物質密度較大，一般在5g/si以上,在底界接近地球的平均密度，壓

力很大.化學成分目前認為仍然相當于鎂鐵的硅酸鹽礦物,與上地幔沒有很大差

別.

由于縱波和橫波都能在地幔通過，因此一般認為地幔呈固態存在.

仁）地核

位于深2900km古登堡面以下直到地心部分稱為地核.由于震波速度在這一

部分發生了突然變化，即縱波速度從1332taiVs下降到8IkWs,橫波則消失，表

明組成地核物質的化學成分和物理性質等有了很大的變化.

第3節地質作用及其能量來源

一、基本概念

地殼是地球的最外圈層，也是人類了解最多的部分，自形成以來其表面形態,

內部結構和物質成分無時無刻不在變化和發展，這些變化和發展有的速度快而強

烈，易為人們察覺，如地震，火山噴發等；有的卻十分緩慢不易被發現，如山脈

的上升、海底擴張等。促使這些變化、發展的動力，都是自然動力。這些過程就

是地質作用。

地質作用一一由自然動力促使地殼（巖石圈）的物質組成，內部構造和地表形態

發生變化的作用。引起地質作用的自然動力稱為地質營力。

自然動力（地質動力）根據其能量來源分為：

1?內動力地質作用（內營力）：主要是由地球內部的能（簡稱內能）引起的，主

要有地內熱能、重力能、地球旋轉能、化學能和結晶能。

類型包括：巖漿作用、變質作用、地震作用、構造運動（地殼運動）

2外動力地質作用（外生動力、外營力）：是由地球以外的能簡稱外能）引起的，

主要有太陽輻射能、潮汐能、生物能等。

類型包括：風化作用、剝蝕作用、搬運作用、沉積作用、成巖作用

各種（內、外）地質作用在促使地殼物質運動、變化的過程中，都包含著建

設性和破壞性兩個方面，一方面不斷形成新的物質成分（礦物、巖石）、地質構

造和地表形態。另一方面又不斷地破壞原有的物質成分（礦物、巖石）、地質構

造和地表形態。

正是由于地質作用的破壞一一建設一一再破壞一一再建設不斷反復，促使地

殼不斷變化和發展。

地質學中涉及的問題無一不是與各種動力的地質作用有關，都是地質作用

的產物（礦物、巖石、構造、地表形態、地層、生物）

因此，研究和闡明各種地質作用的過程、規律是地質學的基本的內容。

二、地質作用的能量來源

L地內熱能：它是地球內部放射性元素蛻變而產生的熱能，是地球熱能的主

據計算，地球內部每年產生的總熱量大于每年經地表散失的總地熱流量，這

部分剩余的地熱能量，是導致火山活動、巖漿活動、地震、變質作用、地殼運動

的主要能源，根據巖石圈板塊理論，地內熱對流是板塊運動驅動力的主要能源。

2重力能：由地心引力給予物體的位能.

3地球旋轉能:地球自轉對地球表層物質產生的離心力和離極力.

4太陽輻射能:太陽不斷地向地球輸送熱能.太陽輻射熱產生了一系列的外

營力,如風、流水、冰川、波浪等。

5潮汐能：地球在日、月引力作用下使海水產生潮汐現象。潮汐具有強大的

機輯能，是導致海洋地質作用的重要營力之一。

6生物能：由生命活動所產生的能量,無論是植物的生長、動物的活動以及人

類大規模的改造自然的活動，都會產生改變地球物質和面貌的作用。但歸根結底,

任何生物能都來源于太陽輻射能。

三、地質作用的分類

內力地質作用分為巖漿作用、變質作用、地震作用、構造運動。

外力地質作用按照外營力的類型，分為河流的地質作用、地下水的地質作用、冰

川的地質作用、湖泊和沼澤的地質作用、風的地質作用和海洋的地質作用等；若

按其發生的序列則可分為風化作用、剝蝕作用、搬運作用、沉積作用和成巖作用。

巖漿作用

變質作用

C內動力地質作用

地震作用

I構造運動

地質作用風化作用

剝蝕作用

外動力地質作用搬運作用

沉積作用

成巖作用

四、有關地質作用的幾點詮釋

⑴內力地質作用主要在地下深處進行，但也常常波及地表；而外力地質作用

主要在地表或靠近地表進行，它使地表巖石組成不斷發生變化，使地表形態不斷

遭受破壞和改造，但它幾乎均有重力能參與。

⑵各種地質作用是相互獨立又相互依存的，是對立統一體。如內力作用形成

高山和盆地，而外力作用則把高山削低，把盆地填平。因此地質作用對地球既產

生破壞作用，同時也產生建造作用。

⑶在不同的時空條件下，地質作用進行的速度差別很大。有的地質作用進行

的十分迅速，如火山、地震、山崩、泥石流、洪水等，但有些地質作用則進行得

十分緩慢，往往不易為人們所察覺，但經過悠久歲月卻可產生巨大的地質后果。

第3章礦物與巖石

第1節概述

地球的物質組成中，地殼由巖石組成，巖石由礦物組成，礦物由各種元素組成。

一、元素和同位素

元素——由原子組成（原子核、核外電子），目前已知108種（總數），其中

92種（自然界）。

同種原子可有不同原子量（中子數不同），即質子數相同，中子數不同的同

一種元素稱為同位素，108種元素中，（108-21=87）87種均具有兩種以上同位素

混合，同位素共300多種，其中幾十種具有放射性，蛻變釋放a、6、丫粒子。

放射性同位素，對人體殺傷力很強。

二、地殼中的元素與克拉克值

人們一直想了解地殼中元素的分布情況及各種元素所占的比例。美國科學家

克拉克根據采自全球地5119個樣品分析結果計算出了：

克拉克值一地殼中元素平均質量的百分比（元素的豐度）。

04630Na263前十位999%

Si2&15K209前2位744%

Ala23Mg233前4位8831%

Fe563TIQ57

Ca415HQ15

三、礦物的定義

礦物一一是在各種地質作用下形成的具有相對固定化學成分和物理性

質的均質物體，是組成巖石的基本單位。簡言之，天然產出的（自

然作用形成的）元素的單質或化合物。

令人造礦物不屬地質學范疇，如人造金剛石、人造紅寶石、人造

水晶等。

令具一定化學成分（每種礦物具有較穩定的化學成分）。

令絕大多數內部質點有序排列（晶體礦物）。

令絕大多數礦物是固態，極個別呈液態、氣態，如H&

令自然界中已知礦物大約有3000多種，但最常見的只有五六

十種，至于構成巖石主要成分的礦物只不過二三十種。

令組成隕石、月球巖石和其他天體的礦物，叫做隕石礦物或宇宙

礦物。

第2節礦物

一、礦物的內部結構和晶體形態

（一）晶質體與非晶質體

絕大部分礦物都是晶質體。

L晶質體一一內部質點（原子、離子）在三維空間周期性重復排列（即有

序排列）的固體。非晶體一一內部質點排列無序。

2.晶體礦物一一組成礦物的質點在三維空間周期性重復排列的礦物。

或具有晶體結構的礦物。

3.晶體的格子構造一一有序排列的質點按規律將幾何點連成的三維空

間格子。

平行六面體一一格子構造最小的單元。

U）晶形晶體外部形態。

理解了格子構造和平行方面體，晶體礦物實際上是最不的平等六面

體，在三維空間無間隙地重復堆切而成的。當礦物晶體停止堆砌時，保留的

外部形態是一個與內部結構有關的幾何多面體（晶形）。對每種礦物來說，

如果晶體充分自由發展，外形較固定，如：食鹽的立方體、方解石的菱體、

磁鐵礦的八面體、石英的六方柱和六方雙錐。

只有晶體礦物生長的環境良好，有充分的時間，空間才有完好的晶形，

并非所有晶體礦物都能以規則的晶形產出。

礦物的同質多象與類質同象

同質多象一一相同化成分的物質在不同的地質條件（RD下，可以形成不

同的晶體結構，從而成為不同的礦物。如石墨、金剛石、化學成分

都是C其物理性質可以完全不同；石英Si。有柯石英、斯石英

等。

類質同象一一礦物晶體結構中的某種原子或離子可以部分地被性質相

似的它種原子或離子替代而不改變晶體結構。其物理性質差異一般不大。

如：橄欖石（MgFe）2504］中NfeFe為類質同象的替代。

實驗課：礦物的形態、礦物的物理性質

實驗課：常見礦物的肉眼鑒定

第布巖漿巖（火成巖）

一、有關的幾個基本概念

I?巖漿——上地幔或地殼深處，天然產出的成分以硅酸鹽為主的高溫炙熱的、

富含揮發份的熔融物質。

化學成分：siC＞2為主，ALO3,MgQFedFeACaQNa2Q

KQHQ……

依Sio?多少分：

超基性＜4%基性45-^2%中性5A6%酸性＞6%

富含揮發份：H2QCO?、NH3、H2S

物理性質：T高（650。—1400C）P大（幾千大氣壓）粘稠流體

基性一一T高、P小、稀

酸性----T小、P大、稠

2巖漿作用一一巖漿形成、運移、冷凝的全部過程。

噴出作用

侵入作用（淺成侵入作用

I深成侵入作用

3巖漿巖——

熔融巖漿冷凝后形成的巖石］噴出巖

L侵入巖

二、噴出作用

（-）巖漿活動與火山構造

L噴出活動（火山活動、火山爆發）一一巖漿形成，向上運移并噴出地表,

在地表冷凝的全部過程。

火山噴發是一種極為壯觀而又令人生畏的自然現象，但由于噴發前征擦兆

明顯，有一定的地形標志，一般不會給人類生命帶來大危害。現代火山活動，內

陸不多，常見一些島國、沿海地區。

根據火山活動情況分：

活火山activevolcano---現代仍在活動或周期性活動。

美（圣海倫斯）意（維蘇威、埃特納）

休眠火山dormantvolcano---人類史后噴發過，但長期以來靜止。

（五大蓮池）

死火山extinctvolcano---人類史前噴發過，史后從未噴發的火山。

（江寧方山）

2火山噴發類型

裂隙式噴發一一巖漿沉地表狹長的裂隙溢出。

地史早期多。通常地球形成初期，地殼薄，此方式較多。

現代洋脊附近，冰島是洋脊在陸地上延伸通過的地方，有較多

的裂隙式噴發。

中心式噴發一一巖漿沿火山通道上移從火山口噴出。

a爆烈式：突然噴發（酸性粘度大易發生）噴發開始時，火山突然爆

炸，大量的氣體、圍巖、巖漿一齊噴出，危害大。1902年西印度

群島的培雷火山噴發，高4000米，山角下圣佩爾城傾刻間被摧毀,

死亡達40000Ac

h寧靜式（夏威夷式）：基性巖漿容易發生。

C遞進式：猛烈一一寧靜

3火山構造

火山錐：熔巖錐、集塊錐、復合錐

火山口、火山通道及火山頸

仁）火山噴出物及噴出巖

噴出物：氣體、液體、固體

1氣體：在巖漿向上運移的過程中，遭受到上伏巖層的壓力越來越

小，這時，在深處高壓下，溶于巖漿的揮發份，首先成為氣體并沿巖層

的孔隙、裂隙、逸出地表，且量濃度越來越大。成分主要為HA6%8、

HSSQ、KHo

噴發前，大量氣體；噴發中，仍有大量氣體隨巖漿噴出；噴發后期，

當巖漿停止噴發后，氣體仍徐徐逸出。

2.固體（火山碎屑）

「1.先冷凝或半冷凝在火山通過的物質

來源<2.巖漿液滴，噴到空中，在空中冷凝后落下

I3.圍巖

火山彈>5Qmm'

礫2—5Qmn

灰>2im（凝灰巖）>火山碎屑巖

火山渣大小不一、多孔、渣狀

3液體（熔巖）

火山噴發的主體。噴出地表后失去一些揮發份的巖漿稱熔漿，熔漿

冷凝后成巖稱為熔巖。熔巖是熔漿流動過程中冷凝的，具各種形態（熔巖被、

舌狀熔巖流，繩索狀溶巖，枕狀熔巖，熔巖瀑布，均反映出流動痕跡。

地表熔巖可組成大面積高原，如印度的德高原，由玄武巖組成，厚3000米,

面積100平方公里。

噴出巖（火山巖）

----由火山噴出物形成的巖石。

凝灰巖

火山碎屑巖

火山角礫巖

熔巖

次火山巖一巖漿在火山通道內冷凝而成巖石

（三）世界火山分布現代世界上活火山500多座，主要分布:

「環太平洋火山帶一一中、酸性

板塊邊界上/地中海一印尼火山帶一一基、酸性

I洋脊火山帶一一基性

我國臺灣處于環太平洋帶上，有火山十六座一一活火山；

黑龍江德都五大蓮池，二百多年前仍有噴發一一休眠火山；

南京江寧方山、六合桂子山（燕山期火山）死火山。

三、侵入作用及侵入巖

（-）侵入作用一一巖漿由地下深處向上運移，未達到地表而在地下占

居一定空間并冷凝成巖的全部過程。

侵圍入巖體一--被-侵巖入漿后侵冷入凝的巖巖漿層。」［口八后有珈構、生坦、彳乙-動七使/擊侵后入入體顯暴加略工于4地4,主表

侵入部位不同（《鬻：：對

L淺成侵入O-3km

（二）侵入體產狀：

描述侵入體在地下的空間位置，按形態、大小、與圍巖的關系等

劃分成：

1.巖墻（巖脈）：狹長板狀侵入體。

切割圍巖層理，規模可大可小，是巖漿沿圍巖裂隙擠入冷凝成

巖，可根據切割地層判斷形成的大致時代。

2.巖床：板狀侵入體。

延展方向與圍巖層理平行，順層侵入，巖漿沿圍巖的層間裂隙

擠入冷凝成巖，常為基性巖漿。煤層中常見有巖床侵入。

3.巖盆與巖蓋：侵入體似盆狀，中凹邊凸延展方向與水平層理一致

圍巖為水平層理-----巖盆

侵入體似蓋狀、蘑菇狀、中凸邊凹-----巖蓋。

常見中、酸性巖漿巖。

4,巖基與巖株：

（三）巖漿的演化

從巖漿侵入活動開始，即形成向上運移，直到最后冷凝成巖結束，是一

系列物理、化學性質的演化過程。在這個過程中，一方面巖漿擠入圍巖向上

運移，同時將熱量傳給圍巖，本身溫度降低，引起礦物的結晶。

a同化及混染作用

同化作用-----巖漿侵入過程中，以本身的高溫，熔化了圍巖，將圍巖改造

成巖漿的一部分。故圍巖被同化了。

同化作用在巖漿侵入中普遍存在，同化作用的強弱與侵入體的規模有關，與

巖漿溫度有關，同時與圍巖性質有關。

侵入體規模大}同化作用強

巖漿溫度高

}同化作用強

圍巖熔點低

圍巖裂隙發育

侵入體與圍巖接觸，接觸帶附近常見有捕虜體，

捕虜體一一尚未完全同化的圍巖。

混染作用------由于圍巖熔入巖漿中，使巖漿成分發生了改變。故巖漿被

混染了。因此侵入不同巖性的巖層使得巖漿成分發生不同的改變。

同化與混染作用是同一事物的兩個方面，出現是相伴相隨的，發生同化作用

的同時也就發生了混染作用。

h結晶分異作用

結晶分異作用一一高溫熔融的巖漿成分非常復雜，含有多種礦物成分，在其

溫度降低、冷凝的過程中，按礦物熔點高低、比重大小、先后

結晶析出不同的礦物

當巖漿冷凝的速度緩慢，也就是說溫度逐漸降低，結晶分異作用最徹底（礦

物結晶程度好）。

通常，是一些熔點高、比重大的礦物首先結晶，隨著巖漿冷卻到適當溫度的

時候，又有相應的礦物折出。

美國巖石學家N.L.Bowen用實驗證實了上述的結晶分過程實驗表明：在

萬分復雜的玄武巖漿溫度逐漸降低的過程中，不同階段結晶出的礦物分別是這樣

的：

圖略

由于鮑溫本人證實了這個反應系列，因此他認為，雖然巖漿巖可

根據成分不同分為四大類，但原始巖漿只有一種，玄武巖漿，各種不同的

巖漿巖是同一種巖漿結晶分異中不同階段形成的。例如：超基性、基性、

中性。但目前認為，結晶分異作用是存在的，玄武巖漿可以結晶分異出

不同類巖漿碉，但并不是所有中性，酸性巖漿巖都是以這種方式形成的。

原始的巖漿應有四大種超基、中、酸，相應的巖漿可形成成分相應的巖漿巖。

四、巖漿的起源略講）

巖漿是熔融的液體（火山噴發）。巖漿是地下深處的向上運移的。源于深處,

那么是不是說地下深處就存在一個范圍很大的甚至于環繞整個地球的液體的巖

漿層呢？回答是否定的。

我們知道，巖漿冷凝能形成巖漿巖，顯然巖漿巖熔化后就是巖漿，實事上，

巖漿就是地殼深處及上地幔頂部巖石熔化后形成的。下面我們先看看巖石熔

融需要哪些條件：

溫度高（地表