3岩石圈矿物与岩石解析.pptx
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1、自然环境演化与社会环境自然环境演化与社会环境发展的物质支撑发展的物质支撑岩石圈岩石圈环境地质学基础岩石圈的结构、特征及其岩石圈的结构、特征及其在人地系统中的作用在人地系统中的作用岩石圈的物质组成岩石圈的物质组成内力作用下的地壳构造运动内力作用下的地壳构造运动第一节第一节 岩石圈的结构、特征岩石圈的结构、特征 及其在人地系统中的作用及其在人地系统中的作用岩石圈是人地复合系统的有机组成部分,它既是固体地球岩石圈是人地复合系统的有机组成部分,它既是固体地球的外壳,又是地表环境系统的重要物质基础,同时,还的外壳,又是地表环境系统的重要物质基础,同时,还是外力与内力持续交互作用的场所。是外力与内力持续交
2、互作用的场所。岩石圈一般是指由地壳和上地幔顶部坚硬岩石所组成的地岩石圈一般是指由地壳和上地幔顶部坚硬岩石所组成的地球圈层之一,厚度约球圈层之一,厚度约7070100km100km。一、岩石圈的结构一、岩石圈的结构岩石圈是各种类型的岩石组成,是一个力学性质基本一致岩石圈是各种类型的岩石组成,是一个力学性质基本一致的刚性整体。的刚性整体。垂直结构上垂直结构上,包括全部地壳和上地幔顶部的橄榄岩层。,包括全部地壳和上地幔顶部的橄榄岩层。水平结构上水平结构上,地壳层包括大陆地壳和大洋地壳;地幔层也,地壳层包括大陆地壳和大洋地壳;地幔层也在横向的各种构造环境中具有明显的不均一性结构。在横向的各种构造环境中
3、具有明显的不均一性结构。从人为活动对岩石圈的影响来看,目前人类能从人为活动对岩石圈的影响来看,目前人类能直接直接涉及的涉及的岩石圈岩石圈深度深度约为约为5km5km,最深的钻探取样深度尚不超过,最深的钻探取样深度尚不超过13km13km。从从岩石圈对人类的作用岩石圈对人类的作用看,人类生存与发展的环境是位于看,人类生存与发展的环境是位于地壳上部的地球表层系统,但地幔的组成、结构、状态地壳上部的地球表层系统,但地幔的组成、结构、状态以及在地幔中进行的各种作用对人类环境有重要作用。以及在地幔中进行的各种作用对人类环境有重要作用。人类从地壳中获取的多种资源、能源直接或间接源自地幔;人类从地壳中获取的
4、多种资源、能源直接或间接源自地幔;地幔中的岩浆活动、构造运动既可能形成有用矿产地幔中的岩浆活动、构造运动既可能形成有用矿产,有利有利于发展地貌,也可能带来地质灾害,尤其是上地幔与地于发展地貌,也可能带来地质灾害,尤其是上地幔与地壳之间持续进行的物质与能量交换,是地表环境形成的壳之间持续进行的物质与能量交换,是地表环境形成的重要驱动力。重要驱动力。二、地球系统中岩石圈的特征二、地球系统中岩石圈的特征(一)内力与外力交互作用的层面(一)内力与外力交互作用的层面作用于岩石圈的地质引力,因能的来源不同,可以分为作用于岩石圈的地质引力,因能的来源不同,可以分为内力作用与外力作用。内力作用与外力作用。内能
5、内能:地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能:地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能外能外能:太阳辐射能、日月潮汐能:太阳辐射能、日月潮汐能内力作用与外力作用是相对独立,又相互依存的对立统一内力作用与外力作用是相对独立,又相互依存的对立统一体,二者的结合是促使地球演化、更新的动力。地表岩体,二者的结合是促使地球演化、更新的动力。地表岩石组成及地貌特征的时空分布格局是内力与外力共同作石组成及地貌特征的时空分布格局是内力与外力共同作用的结果。用的结果。(二)地球表层系统的重要物质基础(二)地球表层系统的重要物质基础地理壳(景观壳):在地球表层系统中,岩石圈与大气圈、地理壳(景观壳):在
6、地球表层系统中,岩石圈与大气圈、水圈、生物圈等其他自然圈层紧密交错,它们之间存在水圈、生物圈等其他自然圈层紧密交错,它们之间存在着极为多样的非线性相互作用,整合形成复杂的自然的着极为多样的非线性相互作用,整合形成复杂的自然的综合体,并且从赤道到极地覆盖整个地球,构成地理壳。综合体,并且从赤道到极地覆盖整个地球,构成地理壳。三、岩石圈在人类生存与发展中的作用三、岩石圈在人类生存与发展中的作用类别类别 岩石圈的作用岩石圈的作用资源资源作用作用提供一定种类、含量与质量的矿物资源,并且以岩石圈为提供一定种类、含量与质量的矿物资源,并且以岩石圈为基础,形成可再生地下水资源以及土地资源基础,形成可再生地下
7、水资源以及土地资源1.岩石圈中动力学过程的时空格局,尤其是有明显构造活岩石圈中动力学过程的时空格局,尤其是有明显构造活动的地球动力带的分布与动态,通过对海陆分布格局、重动的地球动力带的分布与动态,通过对海陆分布格局、重要地貌形态分布的影响,对环境特征的形成产生影响。要地貌形态分布的影响,对环境特征的形成产生影响。2.具有灾害性的地质过程发展状况与趋势对生物与人类生具有灾害性的地质过程发展状况与趋势对生物与人类生存安全产生影响存安全产生影响3.岩石圈中应力不稳定度的时空格局及其在受扰动后,岩石圈中应力不稳定度的时空格局及其在受扰动后,回到动力学平衡态的能力,对人类环境演变等产生影响回到动力学平衡
8、态的能力,对人类环境演变等产生影响地球地球动力学动力学作用作用地球地球物理物理作用作用1.1.地球物理场的时空格局对人类活动具有影响地球物理场的时空格局对人类活动具有影响2.2.地球物理场异常带与可能致病带的分布与动态对生物体地球物理场异常带与可能致病带的分布与动态对生物体与人体健康具有一定效应。与人体健康具有一定效应。3.3.与地球物理场应力强度相联系的岩石圈自调节能力以及与地球物理场应力强度相联系的岩石圈自调节能力以及对进入其中的宇宙能流及地球深部能流的聚集与改变能力,对进入其中的宇宙能流及地球深部能流的聚集与改变能力,与环境的稳定度、环境对人类的适宜性有密切关联。与环境的稳定度、环境对人
9、类的适宜性有密切关联。地球地球化学化学作用作用1.1.地球化学场的非均质性,尤其是重要生命元素(或地球化学场的非均质性,尤其是重要生命元素(或有毒有害元素)及其化合物在一定空间范围内的严重有毒有害元素)及其化合物在一定空间范围内的严重缺失或过度集中,对人体健康影响显著。缺失或过度集中,对人体健康影响显著。2.2.岩石圈中元素及其化合物的水迁移、气迁移、生物岩石圈中元素及其化合物的水迁移、气迁移、生物迁移能力,尤其是它们进入人体与生物体中的能力,迁移能力,尤其是它们进入人体与生物体中的能力,影响环境要素与人体中元素分布与分配。影响环境要素与人体中元素分布与分配。3.3.岩石圈表层特征对进入环境的
10、化学组分的分散性岩石圈表层特征对进入环境的化学组分的分散性能和自净能力产生影响能和自净能力产生影响第二节第二节 岩石圈的物质组成岩石圈的物质组成构成岩石圈的基本单位是不同类型的岩石,这一圈层的基构成岩石圈的基本单位是不同类型的岩石,这一圈层的基本状态决定于主要岩石类型的组合。组成岩石的基本成本状态决定于主要岩石类型的组合。组成岩石的基本成分是矿物,即由各种化学元素组成的化合物或单质,它分是矿物,即由各种化学元素组成的化合物或单质,它们具有相对固定的化学成分和物理性质。们具有相对固定的化学成分和物理性质。岩石的物质组成可以分为岩石的物质组成可以分为化学元素、矿物、岩石化学元素、矿物、岩石三个不同
11、三个不同层次进行研究。层次进行研究。w 化学元素组成:化学元素组成:地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大 部分元素,而其中部分元素,而其中O O、SiSi、AlAl、FeFe、CaCa、NaNa、K K、MgMg等等8 8种主种主要元素占要元素占9898以上,其他元素共占以上,其他元素共占1%1%2 2。矿矿物物组组成成:组组成成岩岩石石主主要要成成份份的的矿矿物物,称称造造岩岩矿矿物物,最最常常见见的的造造岩岩矿矿物物有有下下列列几几种种:长长石石、石石英英、云云母母、角角闪闪石、辉石、橄榄石石、辉石、橄榄石 。它们也是组成岩石圈的主要矿物。它们也是组成岩
12、石圈的主要矿物。1.固体地球及地壳的元素重量百分比固体地球及地壳的元素重量百分比固体地球中主固体地球中主要的元素和地要的元素和地壳中含有的绝壳中含有的绝大多数相似,大多数相似,但固体地球中但固体地球中铁的含量占有铁的含量占有很大的比例。很大的比例。一、地壳的化学元素一、地壳的化学元素地壳中含有周期表中的绝大部分元素,其中地壳中含有周期表中的绝大部分元素,其中O O、SiSi、AlAl、FeFe、CaCa、NaNa、K K、MgMg等等8 8种主要元素占种主要元素占9898以上,其他元素共占以上,其他元素共占1%-1%-2 2。化学元素在地壳中平均含量称。化学元素在地壳中平均含量称克拉克值克拉克
13、值。地壳中化学元。地壳中化学元素的平均含量相差极为悬殊。氧几乎占有一半,硅约占素的平均含量相差极为悬殊。氧几乎占有一半,硅约占1/41/4,铝约占铝约占1/131/13。对于整个岩石圈的原子组成来说,氧占对于整个岩石圈的原子组成来说,氧占60.4%60.4%,硅占,硅占20.5%20.5%,铝占,铝占6.2%6.2%,氢占,氢占2.9%2.9%,钠占,钠占2.49%2.49%,铁、钙、镁和钾,铁、钙、镁和钾分别占分别占1.9%1.9%、1.88%1.88%、1.77%1.77%和和1.37%1.37%,其他元素含量都小于,其他元素含量都小于1%1%。2.岩石圈的元素组成岩石圈的元素组成3.3.
14、丰度:丰度:定义:化学元素在任何宇宙或地球化学系统中(如地球、定义:化学元素在任何宇宙或地球化学系统中(如地球、大气圈、水圈、岩石圈)的平均含量。大气圈、水圈、岩石圈)的平均含量。广义的地壳中元素丰度可以分为:广义的地壳中元素丰度可以分为:绝对丰度绝对丰度(Abosulute Abosulute abundance)abundance)和和相对丰度相对丰度(Relative abundance)(Relative abundance)狭义的地壳中元素丰度仅指绝对丰度。狭义的地壳中元素丰度仅指绝对丰度。岩石圈的元素组成岩石圈的元素组成(1 1)绝对丰度:)绝对丰度:绝对丰度是指从全球范围看,地球
15、某一子系统中化学元素的平绝对丰度是指从全球范围看,地球某一子系统中化学元素的平均含量。地壳的计算深度为均含量。地壳的计算深度为16km16km。地壳中主要元素的丰度(质量分数)地壳中主要元素的丰度(质量分数)地壳中种类繁多的化学元素及同位素的绝对丰度有显著的不均地壳中种类繁多的化学元素及同位素的绝对丰度有显著的不均匀性。其中含量最大的元素匀性。其中含量最大的元素O,Si,Al,Fe,Ca,Na,Mg,KO,Si,Al,Fe,Ca,Na,Mg,K占地占地壳总质量的壳总质量的9999以上,被称为以上,被称为造岩元素造岩元素。地壳中元素丰度的变化规律:地壳中元素丰度的变化规律:1 1)元素绝对丰度随
16、原子序数的增加而减少;)元素绝对丰度随原子序数的增加而减少;2 2)偶数元素的绝对丰度高于其相邻的奇数元素的丰度;)偶数元素的绝对丰度高于其相邻的奇数元素的丰度;3 3)4q4q型元素(相对原子质量为型元素(相对原子质量为4 4的整数倍)的绝对丰度高;的整数倍)的绝对丰度高;(2 2)相对丰度相对丰度地壳中化学元素的相对丰度是指在一定地域范围内,给定元地壳中化学元素的相对丰度是指在一定地域范围内,给定元素的实测量与该元素绝对丰度之比素的实测量与该元素绝对丰度之比。相对丰度显著高或显著低的地域被称为相对丰度显著高或显著低的地域被称为地球化学异常区地球化学异常区。当一定空间范围内一种或几种元素的相
17、对丰度显著地过高或当一定空间范围内一种或几种元素的相对丰度显著地过高或过低时,通过岩石与其他环境要素间的物质交换,会导致过低时,通过岩石与其他环境要素间的物质交换,会导致整体环境中呈现相应的元素异常现象,从而可能引起对农、整体环境中呈现相应的元素异常现象,从而可能引起对农、林、牧业生产以及对人体健康的不良影响。林、牧业生产以及对人体健康的不良影响。以重要的生命元素氟为例,花岗岩体、巨大含氟矿床的存在、以重要的生命元素氟为例,花岗岩体、巨大含氟矿床的存在、火山活动等都能造成区域性氟的地球化学值异常。在我国火山活动等都能造成区域性氟的地球化学值异常。在我国受萤石矿、磷灰石矿影响的地区,矿脉周围岩层
18、及地下水受萤石矿、磷灰石矿影响的地区,矿脉周围岩层及地下水中的含氟量高;渤海湾濒海平原,由于多次海侵及海退,中的含氟量高;渤海湾濒海平原,由于多次海侵及海退,深层沉积物质与地下水的含氟量也高;在地质构造运动控深层沉积物质与地下水的含氟量也高;在地质构造运动控制下,大陆块的边缘地带和断裂带出现高氟温泉。制下,大陆块的边缘地带和断裂带出现高氟温泉。3.3.岩石圈一般组成与人体元素组成间的联系岩石圈一般组成与人体元素组成间的联系 人体通过呼吸空气、饮水、摄入食物与地球环境间进人体通过呼吸空气、饮水、摄入食物与地球环境间进行着物质与能量交换,从而与环境间保持着物质的动态平行着物质与能量交换,从而与环境
19、间保持着物质的动态平衡。通过长期演化,人体中元素丰度与其生存环境中元素衡。通过长期演化,人体中元素丰度与其生存环境中元素丰度间有着统一性。丰度间有着统一性。通过对大量样品分析结果已经清楚地表明:通过对大量样品分析结果已经清楚地表明:人体任何人体任何一种组织中元素丰度与组成地壳的岩石中化学元素的绝对一种组织中元素丰度与组成地壳的岩石中化学元素的绝对丰度具有相似的分布形式。丰度具有相似的分布形式。人体与岩石圈元素丰度间存在重要差异。人体与岩石圈元素丰度间存在重要差异。对大量数据统计研究结果清楚地表明:人体中元素含对大量数据统计研究结果清楚地表明:人体中元素含量与地壳岩石中元素绝对丰度间呈显著相关,
20、而人体中元量与地壳岩石中元素绝对丰度间呈显著相关,而人体中元素含量与海水中元素绝对丰度间地相关性更为显著。素含量与海水中元素绝对丰度间地相关性更为显著。经过长期复杂的地球表层化学演化与生物进化的共轭经过长期复杂的地球表层化学演化与生物进化的共轭过程,形成目前人体元素丰度与岩石圈中元素绝对丰度既过程,形成目前人体元素丰度与岩石圈中元素绝对丰度既有惊人的相似性又有重要的差异性的特征。有惊人的相似性又有重要的差异性的特征。地壳岩石中元素绝对丰度与人体血液中元素浓度的比较地壳岩石中元素绝对丰度与人体血液中元素浓度的比较二、岩石与矿物二、岩石与矿物(一)矿物(一)矿物定义定义:由地质作用形成的具有一定化
21、学成分和物理性质的天然单质由地质作用形成的具有一定化学成分和物理性质的天然单质(如金刚石、自然金等如金刚石、自然金等)和化合物和化合物(如方解石、石英等如方解石、石英等),),称为矿物,称为矿物,是组成岩石和矿石的基本单元。是组成岩石和矿石的基本单元。C有机有机作用形成的珍珠、琥珀不是作用形成的珍珠、琥珀不是矿物矿物C人造人造宝石宝石不是不是矿物矿物C除了汞除了汞(水银水银)以外,以外,矿物矿物都是固都是固体体C矿物矿物具有一定的具有一定的化学组成化学组成和物理和物理性质性质C矿物矿物的原子排列有一定的的原子排列有一定的规则规则C矿物一般都有自己固有的形态,但在自然界产出时常不完整矿物一般都有
22、自己固有的形态,但在自然界产出时常不完整C只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、方解石、黑云母、只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征C矿物也有较大的形体,可以用肉眼及简单的试验方法辨认矿物也有较大的形体,可以用肉眼及简单的试验方法辨认金刚石金刚石石英石英自然金自然金红宝石红宝石孔雀绿石孔雀绿石黄铁矿黄铁矿1.1.矿物的分类矿物的分类矿物的分类方法很多矿物的分类方法很多,如结晶分类、工业分类、成因分类、结如结晶分类、工业分类、成因分类、结晶化学分类等晶化学分类等。目前广泛采用的是。目前广泛采用的是以矿物化学成分
23、和晶体以矿物化学成分和晶体结构为依据的晶体化学分类法结构为依据的晶体化学分类法。由于矿物的性质主要决定于矿物的成分和内部结构由于矿物的性质主要决定于矿物的成分和内部结构,并与一定并与一定的生成条件有关的生成条件有关,在一定程度上也反映了自然界化学元素结在一定程度上也反映了自然界化学元素结合的规律合的规律,因此因此,按晶体化学原则作为矿物分类的主要依据按晶体化学原则作为矿物分类的主要依据,相对来说是一种比较合理的分类方法。根据这种分类方法相对来说是一种比较合理的分类方法。根据这种分类方法,可以将自然界中的矿物分为五大类可以将自然界中的矿物分为五大类:自然元素、硫化物、卤自然元素、硫化物、卤化物、
24、氧化物及氢氧化物、含氧盐化物、氧化物及氢氧化物、含氧盐1.1.自然元素自然元素如金,金刚石、石墨、硫磺,如金,金刚石、石墨、硫磺,还有铜、银、汞等还有铜、银、汞等自然铂自然铂PtPt2.2.硫化物矿物:黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、硫化物矿物:黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等闪锌矿、辉钼矿、雄黄等3.3.卤化物矿物(卤化物矿物(F F、ClCl、BrBr、I I化合物):化合物):石盐、钾盐、萤石等石盐、钾盐、萤石等4.4.氧化物和氢氧化物矿物:氧化物和氢氧化物矿物:如赤铁矿、如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等
25、。硬锰矿、沥青铀矿、石英等。5.5.含氧酸盐矿物:含氧酸盐矿物:最重要的是下面三种:最重要的是下面三种:硫酸盐矿物:硫酸盐矿物:有石膏、芒硝、重晶石等有石膏、芒硝、重晶石等 碳酸盐矿物:碳酸盐矿物:如方解石、孔雀石如方解石、孔雀石 硅酸盐矿物:如正长石硅酸盐矿物:如正长石锡石(锡石(SnO2SnO2)方解石(方解石(CaCO3CaCO3)硅酸盐矿物种类繁多,约占已知矿物种数的硅酸盐矿物种类繁多,约占已知矿物种数的1/41/4,占地壳总重量的占地壳总重量的85%85%其中最常见的就是各类长石、云母、辉石、角闪石、其中最常见的就是各类长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等几种,它们广泛分布在地壳与地幔
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