普通地质学-绪论及第一章-地球概.doc

绪论
本课程是地质类相关专业必修的一门综合性专业基础课，是为学习各自的专业课打下必要地质基础，是进入地学领域的入门学科，也是从事地质工作必须具备的基础理论知识。
一．地质学的研究对象、内容与分科
地质学是研究地球的一门自然科学，当前主要是研究固体地球的外层——岩石圈（地壳+地幔上部一层岩石）
自然科学（六大分支）数、理、化 气象学——研究大气圈
地学—————— 地质学——研究地壳→岩石圈
天文、生物 地理学——研究地表
海洋学——研究海洋
在地质学中所有的分支学科都是从各自不同的角度来研究地球，地质学的研究对象就是地球的固体外壳岩石圈。为了全面地研究地壳及岩石圈，地质学的任务越来越需要分出许多专门的学科分别承担，目前地质学已发展成为一系列互有联系的学科体系的总称了。按其主要研究任务主要、有以下一些学科。
二．内容与分析
1．研究地壳的物质成分及其形成、分布和变化规律的学科有矿物学、岩石学、矿床学、地球化学等。
2．研究岩石圈的结构，构造和地表形态的变化特征和发展规律的学科有构造地质学、大地构造学、地质力学、地貌学、动力地质学。
3．研究岩石圈的形成历史、发展规律以及其中古生物演化特征的学科有地史学、古生物学、地层学。
4．研究矿床资源的调查及勘探理论与方法的分科，包括地质矿产调查勘探、地球物理探矿、探矿工程、遥感地质水文及工程地质等。
5．研究地球其他方面的学科，包括海洋地质学、地震地质学、深部地质学、环境地质学等。
以上这些学科大多是我们今后某些专业的基础课和专业课内容，是我们今后三年中必修的主要内容，构成我们必备的地质学理论基础知识。
三．地质学在现代经济建设中的作用
主要表现在三个方面
1． 寻找、开发和利用自然资源
2． 保护和改善自然环境
3． 预报和减轻自然灾害
地质学作为一门自然学科，在很多领域及日常生活中都广泛应用。如城市建设、环境治理、兴修水利、道路桥梁、旅游、医学、农业学、所以具备一定的地质知识，不光是对从事地质事业的工作者，对从事其它专业的工作者来说，也是有很大帮助。

第一章 地球概况
第一节 地球的形状和大小
一、地球的形状
人类经过漫长的探索终于证实大地是一个球体。
从各种想法的产生→寻找证据、观察现象→理论的形成→实践证明→不断求证、完善→探索无止境
1、中国古代的天圆地方说（直觉认识周围事物的结果）
2、古希腊人亚里士多德和毕达哥拉斯率先提出大地是一个圆球的想法。（运用逻辑思维方法的结果）
3、埃拉托色尼对太阳射线的观察测量、计算。
4、汉代张衡发现月蚀的阴影边缘总是弧形的。
5、1519年西班牙航海家麦哲伦环绕地球。
6、1687年7月，牛顿名著《自然哲学的数学原理》一书问世。书中提出，由于地球转动产生的惯性离心力，在赤道一带较大，两极较小，因此，地球赤道一带应凸起、两极扁平。
7、1735年，法国派一支测量队到北极和赤道实地测量，到1744年终于证实牛顿的理论是正确的。
8、1986年12月，阿波罗8号拍得地球照片。
关于地球形状既不是圆球体，也不是椭球体。有人比喻地球的形状好似一只鸭梨，如果把地球和一个正球体比较，特征如下：
从赤道往北到北纬40°左右的地方，比正球体略小，到40°以上的地方则相反。北极凸起的最高，约高出正球体20米。
从赤道到南纬60多度鼓了起来，此后就凹了下去，而南极凹陷最厉害，此正圆球凹进30多米。
因此，地球是北半球略呈锥形，北极突出，南半球略鼓起，南极凹陷，赤道隆起而形成椭圆，它是在旋转椭球体的基础上，又加了一些变化，形成一些鸭梨形状。
可一般的地球仪还是做成正圆球体，这是因为，偌大一个地球，缩小成排球大小的模型，其半径的差值实在是难以表现出来。
二、地球的大小
可用一组数据来说明
平均半径 6371 km
表面积 5.1亿平方千米
第二节 地球的圈层结构
地球经过长期的演化，逐渐形成了现代的面貌。
通过测定和研究，人们了解到地球具有同心状圈层结构。它的形成，主要是在重力和温度的影响下，组成地球的物质发生分异，中的物质向地球内部聚积，轻的物质分布在地球外部，形成同心状的圈层结构。
地球的圈层大致以地表为界，分为两个一级圈层。即：
地球：外部圈层（简称外圈）
内部圈层（简称内圈）
内圈外层又可进一步划分为几个不同的圈层
外圈——大气圈、水圈、生物圈
内圈——地壳、地幔和地核
每一层都有自己的物质组成，运动特征和物理化学性质，他们之间相互作用，相互影响。对各种动力地质作用的形成都有不同程度的直接或间接的影响。
对以上各圈层的详细研究，是本教材的主题内容。
一、 外部圈层
指包围在固体地球表面以外的地球组成部分。根据物理性质和状态不同分为三个不同的圈层。
1. 大气圈
物质成分：主要为氮和氧
厚 度：厚度很大。以地面向上逐渐向星际空间过度。没有明显的上界。只是随着高度的增加，大气逐渐稀薄。
特 征：由于受重力的影响，大气在地表附近密度最大，成为也比较复杂，除N和O及少量气体混合物，还会有水蒸气和尘埃质点，称为空气，在高空中没有水蒸气和尘埃。主要成分是H和He。所以根据大气圈的物质成分和物理状态可进一步分为五个层（PS）
大气圈：扩展层
电离层
中间层
平流层---位于对流层之上。顶界位于地面之上的55KM，温度随高度增加而升
高。空气稀薄，水气极少气流平稳，天气平稳，天气现象较少，飞机在上面飞行不会受雷雨影响，最主要的是平流上部有一层臭氧层的存在。绝大部分的太阳紫外线被它吸收。保护了地球的生态。
对流层
臭氧的形成
短波紫外线（<240纳米）---O2 ---- O+O –较长波紫外线（240-290纳米）--O2+O=O3
其中千万分之一形成O3
对流层
位于大气层的最下部，其顶面高度达10-16KM。其厚度随纬度、季节、地形等条件而变化。
对流层中集中了整个大气圈3/4的质量和全部的水气.化学成分主要为N和O、氩、CO2
和H2O等。是人类和生命物质生存和发展的重要圈层。
对流层的密度、温度和压力随高度增加而减小，由于地球和各处的大气密度和压力在垂直方向和水平方向的差异，使产生了大气上下对流和水平运动。形成风云雨雪等气象变化。他们与其他外力共同作用。对地球表面的形态演变、改造和发展起到了重要的作用。
地质营利（地质动力）----即自然的力量。
平流层（见前页）
2. 水圈
1） 组成；水圈是由地球表层的水体组成的。
2） 分布；地球上的水体大部分汇聚于海洋中，其余部分分布在陆地上的江河湖泊中，地壳表层岩石及土壤的孔隙中，以及以固体形成大片分布于两极和高山地区，形成一个连续的封闭的圈层，形成了不同的水体。
3） 水的循环系统及其他地质意义
1、 水的循环系统
水圈中的水在太阳的辐射能量作用下，大量蒸发形成水蒸气，进入大气圈中的对流层，随着空气对流运动到大陆上空，在一定的条件下凝结成雨雪等降落到地面，落到地面的水在重力作用下，大部分由高处向地处流动。形成地面流水（江河等不同水体），最后百川归大海
另外一小部分水渗入地下，形成地下水，地下水在地下运动，遇到合适的地形又露出地表，在地表的出口称泉，回到地表水中。
冰雪落到地面在两极和高山区形成终年积雪区和冰山等固体水体，在终年积雪区上网下线处在不断消融之中，融化后形成地表水，最后流入江河、汇入海洋。
地表水和地下水部分被动植物吸收，进入生物圈。
2、 地质意义
不同的水体在循环运动的过程中，不断改造地表形态，塑造出各种各样的地貌景观和各种沉积物，所以水圈是进行地质作用的主要外动力来源。
3、 生物圈
1） 组成；生物圈是有地球表层的生命物质组成的一个圈层，主要包括动物、植物和微生物。
2） 分布；上至大气圈十公里的高空，下至地壳内三公里以下，及深海海底均有生物生存，故生物圈和大气圈、水圈之间的界线不能截然分开，生物在地球上分布虽然很广，但大量的生物则集中在地表附近和水圈中，因为在这一节阳光、空气和水分、湿度适宜。
地球上生命物质出现在38亿年前，真正的有化石记录有35亿年前的岩石中（澳大利亚、南非）会有圆形或丝状的蓝藻。到约6亿年前的寒武纪才开始大发展，称为寒武纪生物大爆炸的时代。
3） 生物圈的地质意义
某些生物在生命活动过程中吸收了地下某些化学元素，如K.NA.CU.MG.SI等，产生复杂的化学循环，形成一系列的生物地质作用，从而改变地壳表层的物质成分和结构。
（二） 内部圈层
1. 地球内部圈层的划分依据
根据对地震波的研究，地震波在地球内部传播的速度与岩石的密度有关。不同密度的岩石。其地震波的传播速度不同。
地震波{体波-在地球内部传播。分P波和S波
表面波-在地球表面传播
体波{纵波（P波）质点振动方向与传播反向一致（速度快），可在各种介质中传播。
横波（S波）质点振动方向与传播方向垂直，仅能在固体中传播
P波与S波是迄今为止仅有的能穿越地球内部的旅行者
S波只能在固体物质中传播。如果记录到地球某个部位S波不能通过，则说明这里的物质不是固体的。
固体具有稳定的晶体结构，当质点的振动方向与传播方向不一致时，晶体内紧邻的、有序排列的质点可以将振动传播过去。而在液态或气态的物质中，质点没有固定的位置，并且间距较大，无法传递剪切主形。S波就无法传了。
P波传播时，不要求物质具有固定的内部结构，因此，在气态、液态、固态中均可传播，只是在不同物态中传播速度不同，可以反应物质的密度大小。
根据P波和S波在地球内部的出现于消失，可以帮助我们推断那里的物态，当地震波在一种介质进入了、另一种介质时会因密度不同时传播速度和方向发生突然变化，我们据此理解地下深度的情况。
2.内部圈层划分
通过对地震波的研究，发现地球内部有两个最明显的界面，地震波在地球内部传播速度发生突然变化的点连起来形成不连续面，称界面或结构面，这两个面的存在把地球内部分为三个圈层。
1）莫霍面 表面和地幔的分界面，位于地下平均33千米
2）古登堡面 地幔和地核的分界面，位于地下2891千米深处
3.地球内部圈层特征
1）地壳
莫霍面以上的部分，由固体岩石组成，厚度不均匀，大陆地壳平均厚度为33千米（我国西部地区50-70千米太平洋底为4-7千米）。大洋地壳平均为6-7千米，整个地球的地壳平均厚度为18千米。
根据次一级界面（康拉德面），地壳分为上下两层
上层：平均15千米厚，为花岗质岩石，化学成分富含SI.AL.称硅铝层。
下层：平均18千米厚，为玄武质岩石，化学成分富含SI.MG，称硅镁层
地壳是各种地质作用发生的场所，是各种矿才资源蕴芷之处，是最重要的圈层。
2）地幔
位于莫霍面以下到古登堡面以上的部分，是地球的主体部分，也是为上、下两层。
上地幔：（33-670千米）物质成分除SI.O.AL外，铁镁含量显著增加，相当于橄榄岩类岩石。
盖层-深度为20-80千米，为固体成分相当于橄榄岩，就是这层固态的盖层的地壳一起组成岩石圈。
低速层、均匀层，过渡层）-自岩石圈向下约220千米为软流圈，一般认为这里是岩浆的发源地，而且软流圈也为上部固体岩石的活动和各种地壳运动创造了条件，所以还是地壳运动的发源地。
均匀层220-400千米，过渡层400-670千米。物质成分和密度变化较大
下地幔：（670-2891千米）
物质成分为硅酸盐，金属氧化物和硫化物含量增高，FE含量增高。
3）地核
从古登面呈地心部分，物质成分主要为铁，镍
4）岩石圈
地壳与上地幔的盖层组成，是有固态岩石组成，称岩石圈，是地质的主要研究对象，岩石圈厚度在水平方向变化较大。
第三节 固体地球的主要物理性质
一 地球的密度
根据万有引力公式，计算出地球的质量为5.9472x1021吨（近60亿亿吨），再用体积除，得到地球的平均密度为5.516g/cm3
地球平均密度 5.516g/cm3 （从地表到地心递增）
地表岩石平均密度 207-208g/cm3
固体地球的密度{地表岩石 2.6-2.7g/cm3
地壳下部 2.9g/cm3
莫霍面以下3.32g/cm3
地幔 3.32-5.56g/cm3
古登堡面以下 9.98g/cm3
地心 12.51g/cm3
二 地球的重力
1.概念：地球上某处的重力是指该处所受地心的引力和地球自然产生的离心力的合力。
地心的引力与物体质量成正比，与地心的距离成反比，因此，地表的地心引力以吃到最小，两极最小。
离心力是与地球自转的线速度成正比，故地表以赤道处离心力最大，两极最小，为零。
离心力与地心引力小得多，以赤道的离心力来看，只不过只有该处地心引力的289分之一，因此，可以把地心引力近似的当作重力。
重力的单位常用重力加速度的单位来表示，因为重力加速度大小相当于单位质量所受的重力大小，且方向与重力方向相同。
由于地心的引力随纬度而变化，故地表（一大低水准面）重力分布以赤道地区最小，978厘米/秒2 ,两极最大983厘米秒2，平均980厘米秒2，两极以赤道地区重力增大0.53%，也就是说把赤道重1000g的物体，按照从赤道到两极的平均变化率，则可以理论上计算出大地水准面为基准的各地重力值来，称为理论值，但实际各地测量的重力值并不同于理论值，这种现象称为重力异常。1：正异常：实测值大于理论值。2：负异常：实测值小于理论值。引起重力异常的原因很多，其中最主要的是由地下物质组成不同而引起的。
在地下由密度较大的物质（如Fe\Cu\Pb\Zn等金属矿物和基性岩）组成的地区，常显示正异常。
而由密度较小的物质（如石油，煤，盐类等）组成的地区常显示为负异常。
运用此原理进行地球物理探矿的方法称重力勘探法。
通过了解重力异常的分布来找矿和查明地下的地质构造，这种方法在浮土覆盖厚和森林覆盖地区是一种有效的勘探手段。
重力除沿地表有变化外，在垂直地表的方向上也有变化，在地表以上，重力随海拔高度增加而减小，平均每升高1千米，重力减小0.32%。
在地表以下，其变化随深度有不太规则的变化（见p7图1-3）地表的重力平均为980厘米/秒2，向地球深处，开始略有增加，到2000公里处有降低，然后又增加，到2900公里处（古登堡面）达到最大值，1000厘米/秒2，再往深处锐减，到地心处，重力值为零，充分反映了地球内部物质密度变化的情况。
三, 地球的压力
地球内部的压力是指在不同深度处单位面积的静岩压力（压强）
在地球深处，来自周围各个方向（三维空间）的压力大致相等，即地球内部压力基本保持平衡，其数值与该处上覆盖岩石的总重量相等，称静岩压力（静压力）
地球内部压力随深度加大而逐渐增高，地壳的平均密度约2.75g/cm3,深度每增加1千米，压力增加爱27.5MPa,深部随岩石密度的加大，静岩压力增大加快，在莫霍面附近约为1200兆帕斯卡，古登堡面附近为135200兆帕斯卡，地心处可达361700兆帕斯卡，
四，地球的磁性
1地磁场
地球类似一个巨大的瓷块，在它周围空间存在着磁场，称为地磁场。
早在2000多年前，我国劳动人民就已利用李地球的磁性，但直到17世纪，人们才证实这个地球的磁性，是来自于此求本身，并发现地磁极和地理极是不一致的，后来人们又发现地磁极的位置还在随时间变化而不断变化。
由于地磁极和地理极不一致，因此，地磁子午线(磁南极和磁北极的连线)与地理子午线（地理南，北极的连线）之间有一个夹角，称为磁偏角，以指北针为准，偏在地理子午线东边者叫东偏角，符号为正，偏在地理子午线右边者称右偏角，符号为负。
此外，还发现磁针只在地磁赤道地区才保持水平，而在磁极地区则处之于直立状态。
在地磁的两磁极与地磁赤道之间的地区则与水平之间呈不同的夹角，磁针与水平面之间的夹角为磁倾角。
以指北针为准，下倾者为正（北半球），上仰者为负（南半球）
磁针的偏、倾程度实际上反映了磁针在地磁场中所磁力的大小，即地磁场强度，
磁偏角、磁倾角和地磁场强度称为地磁三要素
我们把地磁场近似的看成是均匀磁化球体产生的磁场，这种磁场称为正常磁场，如果实际观测的地磁场与正常磁场不一致，则称磁异常，实测磁场大于正常磁场为正磁异常，小于正常磁场为负磁异常。
我们可以利用地磁异常勘测地下磁性岩体，矿体和地质构造，一般磁铁矿、超基性岩体等均为强磁性地质体，常显示为比较强的正确异常，而金铜盐，石油、石灰岩等为若磁性或逆磁性地质体，一般常显示为负磁异常
利用磁异常勘探有用矿物和了解地质构造的方法叫磁法勘探，它是地球物理勘探的重要方法之一
五地球内部的温度
很多地质现象表明地球内部储有很大的热能，通过调查研究发现，有地面向地下深处，地热增温现象是不均匀的，可分为三层
1外热层
深度为十几米或几十米，主要有太阳辐射影响，随季节、昼夜的变化而变化。
2、常温层
外热层以下，其深度大致为20~40m，地温常年不变等于或略高于当地年平均气温
3增温层
常温层之下，地温随深度增大而逐渐增力（则7图1-3）
每向下加深100米所升高的温度称地热梯度或地热增温率，是由于地球内部热量通过向上热传导而造成的，世界上不同地区，地温梯度均不相同，地球平均低温梯度为3°
大陆为0.9-5°C，海底为4-8℃
一般认为：
莫霍面附近地温为400-900℃
岩石圈底面在 1100℃
地幔内的温度 1000-3500℃
地核的温度为 4000-5000℃
6．地球的弹性和塑性
复习题
1 大气圈可分为哪几个层？和地质作用关系最密切的是哪个层？
2 对流层的物质成分和运动特征是什么？有何地质意义？
3 水圈中的水是如何进行循环的？会产生何种作用？
4 地球内部圈层划分的依据是什么？
5 什么叫莫霍面和古登堡面？
6 地壳和岩石圈的概念有何作用？
7 地球的主要物理特性有哪些？
8 什么是 重力异常和地球异常？它们有何实用价值？