1、基础地质学word版基础地质学（2）教案（参考学时：100学时）授课对象：勘查技术与工程专业 水文与水资源工程专业前言一、课程的性质、目的和任务基础地质学（2）是勘查技术与工程专业和水文与水资源工程专业唯一的一门地质基础课，该课程的目的和任务是使学生明确地质学的研究对象、内容、任务和研究方法，掌握现代地质学的一些基本理论和基本知识，培养学生地质思维能力和时空概念，了解现代地质学的主要成就，初步具备分析和推断地质问题的思维能力，为进一步学习后续课程打下良好的基础。二、课程的主要教学内容及教学中应注意的问题课程的主要内容是：介绍地球的圈层构造以及各圈层的主要物理性质和化学组成，地壳的物质组成，常见
2、的矿物和岩石，各种内、外力地质作用的基本原理、过程及产物特征,岩石圈的运动规律。各种地质构造的类型，特征和基本研究方法。课程的基本理论是：地球，特别是岩石圈发展演化的基本规律，各种地质作用的基本原理和它们的相互关系。课程的基本知识是：各种基本概念，地质现象，地质作用产物以及有关地球的基本论述。三、课程的教学方法和教学手段教学方法：理论联系实际，采用启发式教学，并贯穿“将今论古”的原那么。培养学生综合归纳、分析推理的能力。教学手段：课程计划通过讲课和实习两个教学环节来完成，配合电化教学和多媒体教学（包括幻灯、录像、图片展览和地质博物馆参观等）以及野外现场教学，增强学生的感性认识，提高理论教学深度
3、。NO:1绪论一、地质学研究的对象和内容地质学研究的对象：地球，研究重点是地壳。地质学研究的内容：固体地球的物质组成结构、构造及其形成和演变的历史。二、地质学的分科1、研究地球（固体地球的外层岩石圈）物质组成的学科结晶矿物学、岩石学。2.研究地壳运动、形变及地表形态特征的学科构造地质学、大地构造学、地貌学等。3.研究地壳的演变历史和古代（地质历史时期）自然面貌的学科古生物学、地史学、古地理学等。4.研究矿产资源的形成和分布规律，以及为寻找和勘探矿产的理论和方法的科学矿床学、找矿勘探地质学等。5.研究各种工程建筑地基的地质条件和勘查理论方面的学科工程地质学等。6.研究地下水的运动规律和分布规律的
4、学科水文地质学。7.研究防X自然灾害、保护和利用自然环境方面的学科环境地质学、地震地质学、旅游地质学等。三、地质学在国民经济建设中的意义我国“四个现代化”建设需要大量的地下矿产资源，寻找各种矿产资源需要地质工作；工农业生产和人民生活用水需要进行水文地质调查工作；各种大型工程建设需要进行工程地质勘察；为防止地质灾害和环境污染，也需要做环境地质工作。总之，地质工作涉及到社会建设的各个行业。四、地质学的特点和研究方法（一）地质学的特点1、空间广泛，地球是一个庞大的物体，地壳是地质学研究的重点。目前人类只能观察到地壳的上部，对地球深部只能根据地球物理信息加以推断。另外，地质作用所涉及的X围和规模都很大
5、。2、时间漫长（地球发展过程漫长）地球已有46亿年的演变历史。在漫长的地质历史时期，曾发生过许多重要的地质事件，现在人们所看到的地质现象只是最后一次地质事件的综合结果，人们只能通过一些地质记录（记录在岩石中的各种现象）去推断过去某些地质事件的主要特点和周围环境的主要特征。地质历史中各种地质事件的发生过程多少是缓慢的，许多地质现象都经过漫长时间后才形成的，所以，地质学用以度量时间的基本单位为百万年。3、区域差异性地球虽然有其共同的发展规律，但在不同地区的物质组成、结构构造均有差异，例如，中国东部和西部地区地壳的物质组成、构造线方向等差异较大。4、地质过程的复杂性地球是个复杂的物体。地球的物质运动
6、有机界和无机界的物质运动。运动方式有化学、物理、生物等多种运动方式。地球各个圈层的物理状态复杂变化例如地表与地球内部在温度、压力、物质状态等差异很大。（二）地质学的研究方法1.将今论古法利用现代所观察到的地质作用过程去推论地质时期同类事物的发展状况，也称为现实主义原那么。例如现代河流地质作用，现代火山、地震作用等。2.实践出真知通过野外考察，调查研究，收集第一手资料，然后归纳、综合整理、推论。五、本课程的内容和学习方法（一）主要内容：1、内、外力地质作用的一般规律及其产物。2、地壳发展和演变的一般规律及有关学说。3、宇宙地质学、环境地质学的基础知识4、构造地质学基础知识（二）学习方法：1、掌握
7、各种地质概念的涵义；掌握地质学的一般基础理论和基本知识；初步具备地质学的分析思维能力，初步了解地质学的一般工作方法。2、重视实践环节地质学是实践性很强的学科，很多理论概念要通过实验来检验和深化。因此，本课程100学时，除了讲授理论课外（58学时），还有18次实验，观察常见的矿物，岩石标本，读地质图。2次看录象，最后还进行野外实习（5个星期）。NO：2第一章 地球教学基本要求：掌握地球的物理性质和地球的结构。第一节 地球在宇宙中的位置宇宙我们周围的物质世界。地球是太阳系中的一颗行星，所以地球的属性是天体。太阳系是个大家族，太阳是太阳系中一颗恒星（它本身会发光发热的星球），太阳系中有九大行星，从内
8、到外分别是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。太阳所在的星系叫银河系，银河系由1500亿颗恒星组成的庞大恒星系统。银河系比太阳系大1亿倍。银河系之外还有各种形状的河外星系组成更为庞大的天体系统总星 系。可见，宇宙是无边无际的，也没有中心的物质世界。地球在宇宙的位置沧海一粟第二节 地球的形状和大小一、地球的形状根据人造卫星资料，地球的形状更近似一个扁率不大的三轴椭球体，即地球赤道不是正园形，而是呈椭圆形；同时北半球稍尖而凸出，南半球稍肥而凹入；从整体看，好象一个“梨”的形状（见地球形状示意图）。二、地球的大小据1975年第十六届国际大地测量和地球物理学会（UYGG）决议
9、采用的数值列出：赤道半径（a）6378.140公里两极半径（c）6356.779公里平均半径（）6371.012公里扁率（d=a-c/c）1/298.275赤道周长40075.24公里子午线周长40008.08公里表面积5.1007108平方公里体积1.08321012立方公里地球质量（M）（5.9742土0.0006）1024kg第三节 地球的主要物理性质一、地球的密度和压力1.地球的质量和平均密度地球的质量：5.9741021吨（T）地球的平均密度：5.516g/cm3岩石类型平均密度花岗岩2.67g/cm3玄武岩2.85g/cm3石灰岩、砂页岩2.6g/cm3从上表可知，地球表面岩石的平
10、均密度仅相当于地球平均密度的1/2，可见，地球内部物质的密度应大于地球表面岩石的平均密度。2.地球内部的压力地球内部的压力随着深度的增加而增大，而压力增加的速度都因深度而不同。大约在400km、600km、2900km和4640km深度有明显的变化，而以2900km深度变化最大。二、地球的重力地球重力：地心引力和离心力的合力为地球上某处的重力。地球上的重力基本上决定于地球的引力，地面重力场的变化是随纬度增加而增加，而随高度增加而减少。正常重力值（理论值）：若把地球看作一个表面光滑的均质体，从理论上计算出地球各处的重力值，称为正常重力值。重力异常：各地实测的重力值（实测值）经校正后与理论值不符合
11、的情况，这种现象叫重力异常。正异常：实测值大于理论值（正常重力值或标准值）。负异常：实测值小于理论值。重力勘探：利用重力来探测地下的矿产、构造等。三、地磁场（一）地磁场和地磁要素地磁场：地球是个磁化球体，地球周围空间存在着磁场，称为地磁场（见图地球的磁场）。地磁场三要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度。磁偏角：地磁极与地理极不相吻合，地磁子午线与地理子午线之间的夹角，称为磁偏角。东偏角以指北针为准，偏在地理子午线东边者，称为东偏角。西偏角以指北针为准，偏在地理子午线西边者，称为西偏角。我国疆域内地磁偏角为西偏角。磁倾角：总磁场强度方向与水平面的夹角称为磁倾角。或磁针与水平面间的夹角称为磁倾角。（二）
12、地磁异常正常值（正常磁场）：在全世界X围内选择若干个地磁测站，测得该处的基本地磁要素数据，然后再据以推算出全世界的基本地磁场数据，称为正常值。磁异常：实测地磁要素数值与正常明显不一致，这种现象叫地磁异常（简称磁异常）。地磁正异常实测地磁要素大于正常值叫正异常。地磁负异常实测地磁要素小于正常值叫负异常。古地磁：是指地质历史时期的地磁场。岩石在形成过程中，因受古地磁场的影响而获得磁性（剩余磁性），这种磁性与古地磁场的方向是协调的，其磁场方向不受后来外界磁场的影响。我们测量某地质时代岩石中的剩余磁性即可了解某地质历史时期的地磁场情况。四、地热地热：地球内部的热能。地球内部的热能的主要来源是放射性元素
13、衰变过程中释放的热能，其次是地球的转动能、重力能以及化学反应能、结晶能等。地球内部热力分层：外热层（变温层）、常温层和内热层。1、外热层（变温层）：为地球的表层，其热量绝大部来自太阳。年变化影响深度一般为1020米。2、常温层：指外热层的下界与内热层的上界X围内。该带的地温大致保持在当地地面年平均温度左右。其深度大约在地表以下1530米。3、内热层（增温层）：指常温层以下的地球内部。其特点是地温随深度的增加而逐渐增高。地热增温率（或地温梯度）：指深度每增加100米时所升高的温度，以表示。地球的平均地温梯度为3。地温增加的情形各地不同，与各地岩石的密度导热率、离热源的远近及所处的地质构造条件有关
14、。五、地球的弹塑性地球具有弹性地震波能在地球内部传播是地球具有弹性的表现，因为地震波是弹性波。另外，地球自转的惯性离心力能使赤道半径加大而成椭球体，也表现具有弹性。地球又具有塑性在野外常可看到某些脆性岩石发生复杂的弯曲而未破裂，显然是塑性变形的产物。NO：3第四节 地球的圈层构造一、地球内部的圈层构造（一）地震波在地球内部的传播对地球内部物质状况和结构、构造特征的认识，只能依靠各种间接的线索，例如地震波的传播、地球的，以及对陨石的研究。尤以地震波的传播是主要的线索。地震波按传播方式分为体波和面波。体波又可分为纵波和横波。地震波的传播速度总体上是随深度而变化的，相同的深度，就有相同的地震波波速。
15、据实测，地内有两个明显的波速不连续面（界面）。第一个界面位于56km深处，大陆部分平均33km，大洋地区较浅，平均为1112km。这个界面叫“莫霍面”。第二个界面位于2885km（近似2900km）深处，称为“古登堡面”。（二）圈层构造根据地震波波速的研究，以“莫霍面”与“古登堡面”为主要界面，将地球内部分为三个圈层，三个圈中又细分为七层，即地球内部有“七层三圈两个界面”。圈 层地壳（圈）硅铝层（花岗岩质岩）硅镁层（玄武岩质岩）莫霍面岩石圈（地壳+上地幔B层）地幔（圈）上地幔（B、C层）下地幔（D层）古登堡面地核（圈）外核（E层）过渡层（F层）内核（G层）各圈层的特征：1、地壳为固体地球最外的
16、一个圈层，由固体岩层组成，下界为莫霍面。地壳厚度在全球各处不均匀，在大陆区，地壳的平均厚度为33km，在大洋区平均厚度1112km。地壳可细分为上部的硅铝层和下部的硅镁层，上下层的分界面称康拉德面。2、地幔从“莫霍面”到“古登堡面”间的圈层称为地幔。根据地震波速资料，可分为上地幔（B层、C层）和下地幔。（1）上地幔（B层、C层）：为含Fe、Mg较高，含Si较少的超基性岩，称为地幔岩。低速带（软流圈）：在上地幔内，深度在60250km处存在着地震低速带，地震波发生强烈衰减Vp为7.78.1km/秒，Vs为4.04.2km/秒。组成低速带的岩石有较大的塑性，并称之为“软流圈”或“软流层”。一般认为
17、，“软流层”是岩浆作用的发源地。软流圈物质可以缓慢流动，其部分物质呈熔融状态。岩石圈：“软流层”以上的上地幔（B层）和地壳合称为岩石圈。岩石圈是组成地球表层的固体薄壳，均由岩石组成。（2）下地幔：一般认为它的化学成分与上地幔相似，只是铁的分量更多一些，其成分相当于石铁陨石。另外，其结晶结构为更紧密的高密度矿物。3、地核是地球内自“古登堡面”到地心的部分。按地震波的分布，分为三层：外核（E层）、过渡层（F层）和内核（G层）。外核（E层）：由液态物质组成（横波不能通过外核）。过渡层（F层）：其物质是具有由液态向固态过渡的特征。内核（G层）：内核物质具有固态特征，主要由铁、镍成分组成。二、地球的外部
18、圈层（一）大气圈大气圈：环绕地球的空气层称为大气圈。它由各种气体组成。大气的主要成分氮（78）、氧（21）、氩（0.93%）、二氧化碳、臭氧及水蒸气。前三种气体占空气容积的99.96，恒定组分，后三种可变组分。大气圈的分层：根据大气物理性质沿垂直方向上的变化（主要是气温随高度的变化特征）将大气圈划分为下列：1.对流层：对流层为大气圈的底层。特征：受地面影响大，对流现象显著。对流层内大气的热量主要来自地面辐射热（即地面受太阳光照射并以辐射的形式向上空放出的热量），所以，气温是随高度而递减，平均每升高1km那么气温降低6，称为大气降温率。大气的平均厚度为1012km。气温、气压、密度在不同高度、不
19、同纬度具有一定差异，因而形成空气对流，大气运动复杂，一切风、云、雨、雪等天气现象发生在此层中。2.平流层：从对流层顶到距地面约3555km高空的大气层。特征：气流运动以水平运动为主，且很平稳，故名平流层。在距地面3055km高空X围内有一臭氧（O3）集中的区域，叫臭氧层。平流层的气温基本上不受地面影响。臭氧能吸收太阳紫外辐射热，使气温增高（达到平流层顶部温度最大值为-3至-17度）。（二）大气环流大气环流：指大气圈内空气作不同规模运行的总称。因不同纬度的地面接受太阳辐射热的差异，形成大气对流现象，即产生大气环流。大气环流控制了全球性的风向和冷热气团的运动规律。（三）水圈水圈：地球表面连续而不规
20、那么的水体称为水圈。地球表面有四分之三的面积为水体占据，如海湖、沼泽、河流、冰川及地下水等水体。地球表面的水蒸发到大气圈，大气圈内的水气凝聚成雨、雪降落到地表，补给地表水及地下水，构成水圈的大循环。（四）生物圈生物圈：是由生物及其生命活动的地带所构成的连续圈层。即地球表层有生命物质的一圈。在大气圈、水圈和地壳表层的土壤和岩石里，都有生物存在。自从地球上出现生物以来，生物的活动特别是人类的活动，对地球表面的改造十分明显。NO：4第二章 地壳教学基本要求：掌握地壳表面的特征，地壳的物质组成，地质年代和地质作用的概念。第一节 地壳的表面特征一、宏观特征总面积 占地球表面积地球上的两大地理单元海洋：3
21、.62亿km2 70.9陆地：1.48亿km229.1地球表面（地球固体外壳表面）高低不平海洋底的平均深度3795m大陆的平均高度825m大洋最深处在西太平洋的马利亚纳海沟11034m大陆上最高点在我国的珠穆朗玛峰8850m二、大陆地形单元1.山地：海拔高度在500米以上的正地形。山地高程分类名称海拔高度（米）切割深度（米）举 例极高山50001000喜马拉雅山主体高山50003500500天山、昆仑山等中山35001000500士秦岭大巴山、太行山等主体低山1000500200士中、高山区较低部分丘陵500200川中丘陵、闽淅丘陵等2.平原：相对高差低于100米的平坦地区。3.高原：海拔大于
22、600米，表面较平坦或略有起伏的广阔地区，如青藏高原4.盆地：四周是山地或高原，中央地形低平或呈丘陵状的地区，外形似盆状的地形，如四川盆地、塔里木盆地。.裂谷系：伸延上千公里，宽仅3050km的线形低地，两壁或一壁多为断崖，如东非裂谷系，我国汾渭裂谷。三、海底地形单元按深度和形态分为三大单元：（一）大陆边缘：分大陆架、大陆坡、大陆基、海沟和岛弧。1、大陆架（陆棚）：海面以下200米深的海底平原。坡度一般小于0.1。2、大陆坡：是大陆架外缘倾斜明显变陡的地带，平均坡度为4.3，最大坡度超过20，最大深度3200米，大陆坡上常发现呈“V”字形的海底峡谷，峡谷通向大洋盆地，多发育有巨大的水下冲积扇。
23、3、大陆基：是大陆坡与大洋盆地之间的平缓地带，平均深度约3700米。这地带多是浊流和滑塌作用带来的碎屑物质的主要堆积场所。有海沟发育的地带就没有大陆基。4、海沟：海底的带状深渊。5、岛弧：呈弧形延伸很长的火山列岛。（二）大洋盆地可进一步分为深海平原、海山和海岭。（三）洋中脊屹立在大洋底上的巨大“山脉”，有的地段露出海面而成带状分布的岛屿。例如著名的大西洋中脊，由北极冰岛印度洋，总长度约65000公里，洋中脊底部平均宽度约1500公里，其上部由平行山脊组成一个高中心带，中央有一条裂谷（大西洋洋中脊典型横剖面图），裂谷宽约20公里，深度约10002000米。四、我国地形特点我国为多山多高原国家，地
24、形复杂。我国地势特点：西高东低，从西东可分三个台阶：第一台阶：青藏高原第二台阶：大兴安岭太行山雪峰山一线以XX区，由高原高山、山间盆地组成。第三台阶：大兴安岭太行山雪峰山一线以东地区，主要由平原，盆地，低山丘陵组成。第二节 地壳的物质组成组成地壳的固体物质，在地质学上叫岩石。岩石是由矿物组成的，即岩石是矿物的集合体。矿物是由化学元素组成的。一、地壳的平均化学成分地壳中最多的元素O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等八种元素。克拉克值：元素在地壳中平均重量百分比称为克拉克值。克拉克值也称为地壳元素的丰度。二、矿物矿物：矿物是在地质作用形成的单质或化合物。单质矿物：由同种元素组成的为单质矿物
25、，如自然金（Au）金刚石（C）等。化合物矿物：由两种或两种以上元素化合而成的称为化合物矿物，如黄铁矿（FeS2）、赤铁矿（Fe2O3）、方解石（CaCO3）等。矿物有固态（绝大多数）、液态（如天然汞）。造岩矿物：主要组成地壳岩石并且大量出现的矿物，如长石、石英等。常见矿物：常形成有用矿产的矿物称为常见矿物，如金属元素氧化物和硫化物。（一）矿物的形态晶体：矿物形成具一定外形的几何多面体，称为晶体。晶体：晶体的形态叫晶形。常见有下列三种类型：一向延长型呈柱状或针状的晶形，如石英、辉锑矿。二向延长型呈片状或板状的晶形，如云母、石膏。三向等长型呈粒状，如呈立方体的黄铁矿。（二）矿物的物理性质1.矿物的
26、光学性质1、透明度：指光线透过矿物的程度，可以分为透明、半透明和不透明三个等级。、光泽：为矿物对可见光的反射能力。据反光的强弱可分为下列：金属光泽反射很强，类似镀有络的金属平滑表面的反光，如方铅矿、黄铁矿。半金属光泽反射较强，似一般金属的反光，如磁铁矿。非金属光泽玻璃光泽似玻璃表面之反光，如石英的晶面。金刚光泽反射较强，反光灿烂耀眼，如金刚石。油脂光泽如同涂上油脂的反光，如石英的断口。颜色与条痕颜色：是矿物吸收了白光中某种波长的色光后所表现出来的互补色。如矿物对各种色光都均匀吸收那么表现为黑色或灰色，若基本不吸收为白色，若吸收某一波长的光那么表现为它的补色的颜色。条痕：矿物粉末的颜色叫条痕。如
27、赤铁矿的条痕为樱红色。2.矿物的力学性质硬度：为矿物抵抗外力机械作用的强度或能力。通常用摩氏硬度计作为标准。摩氏硬度计由十种硬度不同的矿物组成。十种矿物按其硬度从小到大依次为滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。解理：晶体受到外力打击时能够沿着一定结晶方向分裂成为平面，即解理面。断口：矿物受外力打击后只能形成凹凸不平的表面叫断口。如石英的断口。（三）矿物的分类按矿物的化学成分可以分为五大类：1、自然元素矿物：呈单质状态出现，如自然金（Au）、自然铂（Pt）、自然银（Ag）、金刚石（C）等。2、硫化物矿物：如黄铁矿（FeS2）、黄铜矿（CuFeS2）方铅矿（PbS）等
28、。3、氧化物和氢氧化物：如石英（SiO2）、赤铁矿（Fe3O4）磁铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（Fe2O3、11H2O）、软锰矿（MnO2）、锡矿（SnO2）等。4、卤化物类矿物：如石盐（NaCl）、钾盐（KCl）、萤石（CaF2）等。5、含氧盐类矿物：如长石、角闪石、辉石、橄榄石、云母、方解石、石膏等。三、岩石岩石：自然界中在地质作用下，由一种或多种矿物或岩屑组成的集合体，称为岩石。简单的讲即矿物的天然集合体称为岩石。岩石的成因分类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。（一）岩浆岩岩浆岩：是熔融状态的岩浆冷凝而成的岩石，称为岩浆岩。深成岩侵入岩岩浆岩浅成岩喷出岩岩浆岩的分类：按SiO2的百分含量分为下列类
29、型。超基性岩：SiO266，如花岗岩、流纹岩。（二）沉积岩沉积岩：沉积岩是由各种外力地质作用形成的沉积物，在地表或近地表条件下，经过固结成岩作用而形成的岩石，称为沉积岩。沉积岩的分类：按成因可以分为下列类型：1、碎屑岩：由碎屑颗粒组成的岩石，按碎屑颗粒大小分类：1）砾岩： 砾石直径 2mm2）砂岩： 砂砾直径0.052mm3）粉砂岩：砂砾直径为0.050.005mm。2、粘土岩：由各种粘土矿物组成，质点粒径0.005mm。如页岩、泥岩。3、化学岩和生物化学岩：岩石中的矿物是通过化学方式沉淀或由生物遗体所组成的岩石。例如石灰岩、白云岩等。（三）变质岩变质岩：地壳中已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩或变
30、质岩）在高温、高压及化学活动性流体的作用下，使原来岩石的成分、结构、构造改变再造所形成的岩石，称为变质岩。变质岩的类型：按变质作用的类型划分下列四类：1、接触热变质岩：主要是受岩浆高温的影响形成的变质岩，例如石灰岩受热力影响发生重结晶作用形成大理岩。2、气液变质岩：主要是受岩浆的热水溶液的影响而形成的变质岩，例如矽卡岩。3、动力变质岩：主要是受地壳运动的定向应力作用的影响而形成的变质岩，如构造角砾岩。4、区域变质岩：在大面积X围内受岩浆活动，地壳运动的综合影响而形成的变质岩，如片岩、片麻岩。NO：5第三节 地壳均衡现象近代的重力、地震等资料表明，在大陆的高原高山地区的地壳厚度特别大，莫霍面凹入很深，一般表现为重力负异常、物质密度小
