煤矿地质学教案 4.22.doc

绪论一、 地质学概念：Geology研究地球的科学（气象学、生物学、地理学）研究地球（地壳）的物质成分，内部构造，表面特征及地球演化历史的科学。地球是人类赖以生存之本，地质学的产生是人类在长期的生活、生产实践中逐步了解和认识的结果。最早的地质思想的萌芽，可以追溯到二千多年前，但地质学成为一门系统的科学，只有200多年的历史。地质学的发展分可为：1 地质思想萌芽时期（公元前十八世纪中叶）公元前我国山海经（前374287年）记载了73种矿物，古希腊石头志记载了13种，这个阶段对自然界地质现象的认识是朴素、直观、零散的，分析问题带有极大的猜测性。2 近代（经典）地质学时期（十八世纪中叶二十世纪初）人们开始将地球上孤立的自然现象纳入一个系统的理论体系，即地质科学。这时期地质学诞生、发展并涌现了一批著名的地质学家，确立了地质学的基本原理和方法，建立了地质年代表，使这一科学体系不断完善成熟。史密斯、菜伊尔、赫屯3 现代地质学时期（二十世纪初现代） 随着科技手段的更新，发展，同时人类自身探索资源的需要，收集到了更广泛的地质资料（洋底）建立了以大陆漂移海底扩张板块构造学说为标志的系统的新的地质学理论、观念、方法。同时这一时期，地质应用学科得到了很大发展。（勘探地质学、工程地质学、石油地质学、煤田地质学等）地质量学理论至今仍在不断发展、完善。数学（数学地质学）物理（地球物理学）化学（地球化学）生物学（古生物学）天文学（行星地质）地 学二、 地质学与其它学科的联系及分支 自然科学的六大基础学科包括数学、物理学、化学、生物学、天文学、地学。地质学在自身的研究工作中必须充分利用其它学科的成果手段，近些年来学科间相互渗透产生了交叉学科：地质学自身的分地支学科（椐研究方向划分）：研究地球物质成分：结晶学、矿物学、岩石学。研究地壳运动及变形的：构造地质学、大地构造学、 地震地质学。 研究地壳演化历史古生物学、地史学、岩相古地理学。研究地表特征的：冰川地质学、海洋地质学。地质应用学科：（） 与开发资源相关的： 煤田地质学、石油地质学、冶金地质学、矿床学、水文地质学。（） 与环境科学相关的：工程地质学、环境地质学、城市地质学、旅游地质学三、 地质学的特点及研究方法（一）特点2 空间广阔横向：遍布全球每个角落（南极、北极、赤道、 山地、平原、陆地、海洋）。纵向：大气圈上地幔（整个岩石圈）。1时间漫长：地球年龄亿年，自地球形成起无时无刻不发生地质作 用，地质学问题涉及时间长。最老的岩石年龄亿年。一些地质作用过程持续时间长，如海陆变迁，山脉隆起，矿物、岩石的形成、煤、石油资源的形成等。地质年代的记时单位是百万年（MY）。3. 现象复杂性质上：包括物理的（崩塌、泥石流）、化学的（钟乳、滴石）、 生物的（煤、石油形成）等各种变化。规模上：小到原子、分子的微观过程（矿物形成、化石形成）， 大到整个地球乃至太阳系形成的宏观现象。范围上：从无机到有机界、有机界与无相界的相互转化。环境上：常温、常压到高温高压，地表环境、地下深处环境。4.无法再现：众多地质现象对人类来说是无法再现阶段，生物演化，海陆 变迁、煤、石油形成过程（非再生资源）。针对以上地质学特点有其相适应的研究方法（二）研究方法 1理论与实践相结合：地质学是一门实践性很强的学科。实践：（1）到自然界去观察，取得最基础的资料。 （2）实验室进行模拟实验。一些地质现象（火山爆发、海底扩张、风化现象）只有在野外直接观察（可借助仪器，但必须到实地）否则无法全面了解。 同时，有些现象，我们需要模拟实验，在实验室重复过程，进行深入细致的分析、研究。辟如，河流沉积作用中，砂是在流动的水中 沉积下来的，我们可以在室内水槽中透明的水体里观察，砂的沉积过程，沉积的层时的类型、沉积颗粒的大小与水流速的关系等。利用分析的结果，结合地层中河流沉积的地层来推测古河流（地史中）的状况。2室内与野外相结合（从1可理解此）不应过度偏重某一方面。3局部与整体相结合有些地质现象，涉及空间大，人们无法得到全部的空间资料，这时，对整体的现象了解必须与局部相结合，如地质勘探探明地下矿藏的分布：点线面体。4 宏观与微观相结合如，火山喷发是极其宏观的现象，但熔浆冷凝过程中矿物的形成又是结晶的微观过程。5 定性与定量相结合6 原始手段与新技术、新装置相结合 在当今先进的技术条件下，“地质三大件”（锤子、罗盘、放大镜）仍不能放弃7 “将今论古”是地质研究的指导方法“ Present is the key to the Past”四、 地质学基础的学习（一） 学习目的及内容本课程是与地学有关专业的必修课，其目的在于使学生掌握最基本的地质学原理，分析问题的方法，内容上包括了地质学主要分支学科的核心内容（动力地质学、矿物学、岩石学、古生物地史学、构造地质学）总计90学时，分两学期讲授，教材仅为参考书，章节安排：（二）学习方法这是一门专业基础课，基本上属于阐述性、叙述性讲授，内容也不是中学、数理化一类有严格的数学推导，许多问题是定性讲叙。方法上，学生应调节自己，适应课程特点阅读。大量阅读，认真理解、总结归纳、要求：课堂作笔记，课后阅读参考书，消化当天内容。因同学们第一次接触专业课，同时课程特点与中学差别较大，应在学习中注意培养自己专业课学习的良好的习惯和方法。第一章 地质学基础第一节 地球概述（自读）第二节 地球的圈层构造地球的圈层构造，是指地球组成物质在空间的分布和彼此之间的关系。以地壳表面为界，大致可分为地球的内部圈层和地球的外部圈层。一、地球外部圈层的划分及其主要特征地球的外部圈层（外圈），是指包围固体地球表层的地球组成部分，根据其物理性质和状态不通分为大气圈、水圈、生物圈。（一）大气圈是包围固体地球最外部的气体层。位于地面与星际空间之间，是多种气体的混合体。主要成分N、O2、CO2、H2O。对流层大气发生对流，是产生风、云、雨、雪、冰雹等各种气象变化的主要原因。空气的温度湿度，是气候的主要标志，不同气候条件一，外动力地质作用的方式不同。同时空气的流动风是直接的外动力。800KM以上（散逸层）90800KM(暖层)5090KM（中间层）1059KM(平流层臭氧层)010KM (对流层) 1. 范围：包围着固体地球的外部（二） 水圈是指连续包围地球表层的水体。包括海洋、湖泊、河流、冰川、沼泽等地表水和地下水（咸水、淡水）。水圈是地球区别于其它行星的最重要特征之一，蕴育了生命，在外动力地质作用中起了重要的作用。 陆地、海洋中的水由太阳蒸发至空中，再经降水回地表。称为水的循环。（三） 生物圈是指地球表层的生物（动物、植物和微生物）组成的一个封闭圈层。在大气圈的10KM和深海的海底均有生物生存。生物的出现在水、气圈形成之后（地球年龄亿年，大量动物亿年）。二、地球内部圈层的划分及其主要特征在地球内部分层的依据是地震波（纵波和横波）在地球内部传播的速度有变化。根据地震波在地球内部的传播速度的变化，发现有两处明显的界面。一个在地深平均33KM处，称莫霍面（地壳与地幔的分界），1909年南斯拉夫学者提出。第二是在2891KM处，又称古登堡面（地幔与地壳的分界），1914年美国学者提出。这两个界面将地球内部分为地壳、地幔、地核三个圈层。（一）、地壳地壳-位于莫霍面以上由固体岩石组成的地球最外层称为地壳。地壳是目前地质学研究的对象。地壳厚度各地不一，陆地较厚，海洋较薄。大陆区（陆壳） 厚2080公里 平均35km 大洋区（洋壳） 厚 510公厘 平均7km 陆地平原区地壳厚30公里，高原高山地区地壳厚6080公里，海洋的地方地壳薄只有58公里，地壳的平均厚度33公里。大陆区（陆壳）分为两层，上层（硅铝层），下层（硅镁层）；大洋区（洋壳）主要由硅镁层组成，有的地方有很薄的硅铝层或缺失硅铝层。硅铝层，又称花岗岩质层，是地壳上部成不连续分布的一层。在陆地上较厚，在海洋地较薄或缺失，平均厚10公里。化学成分以硅（Si）、铝（Al）为主，密度小（约为2.7g/cm3），压力小，放射性元素含量较高；硅镁层，又称玄武岩质层，位于硅铝层下面成连续分布的一层，它以莫霍面为下限。深度自地表以2070公里，各地不等。化学成分以硅（Si）、镁（Mg）为主，密度较大，约为2.9g/cm3，压力较大。温度较高，温度在10000C以上。（二）、地幔 位于莫霍面以下至2900公里深处，介于地壳与地核之间。平均厚2865公里。 根据地震波在地幔中传播速度特征，可将地幔分为：上地幔、下地幔。上地幔：深度在400公里以上的称上地幔。物质平均密度3.8g/cm3，压力达1.21.35GPa，温度40030000C。岩石组成超基性岩即橄榄岩或榴辉岩。从莫霍面到50公里深处，由结晶质固体岩石组成，其与地壳构成地球表层的岩石圈。自60公里到400公里之间，（地震波传播速度显著降低）。推测这一带物质呈熔融状，故称软流层。它在地质上相当重要，许多重要地质作用与软流层有关，其物质层分主要为镁铁的硅酸盐。过渡层：400670公里之间的部分。下地幔：从6702891公里之间。下地幔中物质成分除硅酸盐外，铁镍成分显著增加，物质全非结晶的固体，塑性很大；平均密度为5.7g/cm3,温度可达185044000C，压力可达135 GPa。（三）、地核 地核是古登堡面至地心（28916371公里），一般认为地核主要由铁镍物质组成。密度9.717g/cm3，温度200050000C。压力可达135362GPa。 目前，人们对地球内部物质状态和化学组成了解得还不算多。许多问题的结论还有待于进一步证实，但是可以确信，随着科学技术的发展，人们对自己居住的地球也将逐步深入了解。从而有助于我们更好的认识地球的形成和发展历史。查明引起地壳运动、火山爆发和地震的原因，以及各种矿产的形成和分布规律。第三节 地球的物理性质 人们在生产实践和科学研究中逐渐积累了有关地球物理性质的知识，包括密度、压力、重力、地磁、地电、放射性、地热和弹性。一、 密度 单位体积的质量称为密度。地球的平均密度为5.52克/cm3。地表岩石的密度1.53.3克/cm3,平均密度为2.72.9克/cm3。二、 压力地球内部的压力主要是静压力。由于地球本身重力引起的。上部岩石对下部岩石产生压力，越往深处压力越大。在矿井中，当开采到深部，由于地压增大，使得巷道和工作面的支护困难。三、 重力 重力是地壳表层受到地球引力和受地球自转产生的惯性离心力的合力。赤道引力最小，离心力最大，重力值最小；两极附近引力最大，离心力最小，重力值最大。因此，地表重力值，随纬度增加而增大，随地表高度的增加而减小。理论值变化范围G=9.789.83厘米/秒2。重力异常-当实测重力值与理论计算的重力值不一致时，称重力异常。 利用重力异常可判断地下密度的变化，指导找矿。四、 地磁地球是个巨大磁体，在它的周围形成了地磁场，使地面磁针指向一定的方向。地球的磁性简称地磁。地磁有两个磁极（磁北极和磁南极），罗盘的磁针所指南北方向的延长线（磁南北级的连线）叫地磁子午线，它与地理子午线（地理南北的极连线）不重合。因此，磁针所指的方向不是真正的地理南北方向，地磁子午线与地理子午线之间的夹角叫做磁偏角。在使用罗盘测量方位时，必须根据当地的磁偏角进行矫正。在地磁北极和地磁南极之间的地磁赤道地区，罗盘上的磁针才真正处于水平状态，偏离地磁赤道即发生倾斜，因此磁针一般是倾斜的，而向两极方向倾角有规律的增大。磁针与水平面的交角叫做磁倾角。罗盘上磁针有一端（指南的一端）缠绕铜丝就是为了使磁针保持水平，抵消磁倾角的影响。磁北极与地理北极交角11.5。磁倾角（），磁偏角（）再加上磁场强度（T）称为地磁三要素。某些地区地磁要素的实测值与理论值不一致，称为地磁异常。原因有：一是地下有磁性岩体或矿体存在，二是地下岩层可能发生剧烈变位。因此对磁异常的研究，对查明地质构造和寻找铁、镍矿床有着特殊的意义。称之为磁法勘探。五、 地电地球内部的电性主要是地内物质的电导率和磁导率。其中磁导率变化不大。电导率与岩石成分、孔隙度及充填在空隙中的水的矿化度有关。电导率随深度增加而增加。大地电流的强度和方向均有变化。大地电流是由于地磁场直接感生的。地电场和地磁场一样，有日变、月变、年变化等周期性变化。地球具有较弱的自然电流，称为大地电流。有自然电流分布的地段称为自然电场。这种自然电场可以由局部金属矿体同水溶液相互作用产生，分布范围较小；分布范围较广阔的区域性自然电场，可能与大气圈的电离作用或电磁场有关。电法勘探就是以电磁场理论为指导的。通过测定地电异常，分析矿体的位置和地质构造。六、 地热地热：地热又称地温。它是指地球内部的热量。地热的来源：外部来自太阳的辐射热，内部主要来自放射性元素蜕变时释放出的热和元素化学反应放出的热。自地表向地下深处的温度的变化可分为三个带（层）： 外热层（变温层）- 位于地表外层，温度来源于太阳的辐射热。从地表向下11.5M每日昼夜温度变化；1020M每年四季温度变化。总体来讲，影响的深度不大。 常温层（恒温层）-变温层下界处，温度常年不变，大约为年平均温度。深度多在20-30m。 内热层（增温层）-位于恒温层以下，不受太阳辐射热的影响，热能来源于地球内部（放射性蜕变放出的热能，其它如化学能、重力能、旋转能等）。其温度随深度增加而升高。但增加的速度各地差别很大。（大庆20m，北京房山50m，亚洲平均40m，增加1）增温层（带）中温度随深度的变化率可用地温梯度或地温增加率来表示。（地温级、地温增温级）地温梯度-指沿地球中心方向每深100米温度升高的度数，用/100米表示。地温增加率（地温级）-又称地温率。指沿地球中心方向地温升高1度新增加的深度称地温增加率，用m/表示。七、 放射性 地球内部的放射性元素具有的放射性。主要有铀、钍、镭元素。另外还有钾、铷、钐、铼元素等。我们利用专门的仪器测定放射性，寻找放射性元素合与放射性元素有关的矿床。称为放射性勘探。此外可利用放射性元素的衰变规律测定岩石和矿物的形成年代。第四节 地质作用概述地壳是地球的最外圈层，也是人类了解最多的部分，自形成以来其表面形态，内部结构和物质物质成分无时无刻不在变化和发展着，这些变化和发展有的速度快而强烈，易为人们察觉，如地震，火山喷发等；有的却十分缓慢不易被发现，如山脉的上升、海底扩张等。它是以若干万年为单位显现其变化的，故不易被人们所觉察。如喜马拉雅山在三千万年以前还是一片汪洋大海，而现在却成为世界第一高峰。大地测量资料表明，喜马拉雅山地区现在仍以每年1718.2mm的速度上升。另外地壳还有水平运动的例子。四川茂县西北七里处，大道两旁有一唐姓人家。两院大门原来隔路相对，18981933年，35年中发生位移使相对的大门错开7.7米。位置相互移动，而房子没有倒塌，表明地壳水平运动异常缓慢。兰州附近厚达200米的黄土，则是在20万年内形成的。地质作用所有引起矿物、岩石的产生和破坏从而使地壳面貌发生改变的自然作用统称为地质作用。引起这些变化的自然动力成为地质营力地质作用按其能源的不同可分为内力地质作用、外力地质作用两大类。一、内力地质作用由地球旋转能、重力能和放射性元素蜕变放出的热能产生的地质动力引起的地球作用，主要是在地壳或地幔中进行的，称为内力地质作用。内力地质作用表现方式：地壳运动、岩浆活动、变质作用、地震内力地质作用的产物是岩浆岩、变质岩和与之有关的矿厂。 地壳运动地壳运动 由于地球自转速度改变等原因使得组成地壳的物质（岩体）不断运动并改变其相对位置和内部构造称为地壳运动。地壳运动的形式有两种：升降运动和水平运动。1.水平运动沿地球的水平方向产生的地壳运动。是一种剧烈的运动形式。是形成各种构造形态的主要原因。由地球自转引起的离心离的改变，使地壳内部的部分受到挤压、拖曳、旋钮等，产生褶皱和断裂，形成向各种方向延伸的山脉。2.升降运动垂直于地表的方向产生的地壳运动。是一种比较缓和的运动形式。，以上升或下降为主的运动形式，在同一地质时期内，地壳的某地区表现为上升运动，而在相邻地区则为下降运动。上升的隆起区和下降的拗陷区往往成相间排列，互为依存关系。上升运动可造成地表隆起和凹陷，引起陆海位置变迁。升降运动控制着沉积岩的物质来源和性质，影响到沉积岩的厚度和分布范围。上升隆起区是沉积岩的供给区，下降凹陷趋势沉积物的堆积区。 岩浆作用岩浆：岩浆为地球内部富含挥发性物质的的高温、高压粘稠状的硅酸盐熔融体，有时还含有金属硫化物和氯化物。岩浆活动：从岩浆的形成、演化、运移直至冷凝成岩浆岩的整个活动过程，称为岩浆作用。由岩浆作用而形成的岩石叫岩浆岩。岩浆按SiO2的含量分为：超基性岩浆：SiO245% 基性岩浆：SiO2（45%-52%）中性岩浆：SiO2（52%-65%） 酸性岩浆：SiO265% 根据岩浆活动的方式不同，可将其分为两类：岩浆喷出活动（火山作用）、岩浆侵入活动。1.火山作用岩浆直接喷出地表。喷出活动的结果造成火山爆发。喷出物冷凝后形成各种喷出岩（火山岩）。火山碎屑岩熔岩次火山岩岩浆在火山通道内冷凝而成岩石凝灰岩火山角砾岩世界火山分布 现代世界上活火山500多座，主要分布：环太平洋火山带 - 中、酸性地中海-印尼火山带 - 基、酸性洋脊火山带 - 基性脊火山带基板块边界上我国休眠火山；死火山。活火山：现代正在活动的火山（正在喷发和预期可能再次喷发的火山）。如台湾处于环太平洋带上，有火山十六座。休眠火山：指有史以来曾经喷发过但长期以来处于相对静止状态的火山。如黑龙江省德都县五大莲池火山，1719-1721二百多年前喷发过。死火山：人类历史上没有发生过喷发活动，可预见的将来不会发生喷发的火山。如南京江宁方山、六合桂子山、山东昌乐县火山口。2.侵入作用岩浆侵入活动的岩浆由地下深处上升运移而未到达地表，由于热力和上升力量而在上升过程中就把热传给与它相接触的岩石，从而逐渐在地下冷凝成岩石。岩浆有地壳深处上升到地壳上部的活动，称为侵入作用。形成的岩石叫侵入岩（岩浆岩），形成的岩体叫侵入体。 变质作用由于地壳运动和岩浆活动，使已形成的矿物岩石受到高温、高压和化学成分加入的影响，在固体状态下发生物质成分和结构、构造变化，从而形成另一种新的岩石，这一过程成为变质作用。形成的岩石叫变质岩。变压作用的因素：温度、压力、化学性质活泼的流体。 温度温度的主要来源：地热、岩浆热、构造运动产生的摩擦热温度升高的结果：可增大岩石中化学元素的活动性，加速化学反应地进行，引起元素的重新组合和排列，形成新的矿物和新的矿物组成的岩石；使原来难以结晶的矿物再结晶（重结晶），促使细粒变为粗粒。如：具有碎屑结构的石英砂岩，重结晶后变成粗大粒状的石英岩。 压力 压力分静压力和动压力。 静压力：由上覆岩石的重力产生。可形成密度增大，比重增高，体积缩小的新矿物。动压力：由地壳运动产生。该压力具有一定方向，使岩石破裂、变形、变质或发生塑性流动。使岩石中的柱状、板状、片状矿物发生定向排列，形成变质岩所特有的片理构造（片状构造和片麻状构造）。化学活动性流体 主要来自岩浆（也有来自混合岩化热液和变质水等）中的挥发性气体、液体及部分金属元素，在高温高压条件下与围岩发生化学反应，形成新的矿物和岩石。上述三种因素不是孤立的，常常是同时存在、相互促进或相互制约的。其中温度是最重要的因素。 根据变质因素和变质方式不同分接触变质作用、动力变质作用、区域变质作用三种。.接触变质作用是指岩浆热力及其分化出的气体和液体而使岩石发生变化。影响因素主要是温度和化学成分的的加入。前者表现为重结晶作用，如石英砂岩变成石英岩，石灰岩变成大理岩。后者则是岩浆分化出来的气体和液体渗入到围岩裂隙或孔隙中发生交代作用，使原岩变质而形成新的岩石。如石灰岩变成夕卡岩等。.动力变质作用地壳运动产生的局部应力而岩石破碎和变形，但成分上很少发生改变。称为动力变质作用。作用因素以压力为主，温度次之。形成断层角砾岩和摩棱岩等，同时使矿物发生重结晶。这种变质作用多发生在地壳浅部且常见于较坚硬的脆性岩石。变质作用的范围很广，往往达几千或几万平方公里具有区域性，因此称区域变质。.区域变质作用地壳深部的岩石在高温高压下发生变化的同时，还伴有化学成分的加入，使广大地区发生变质的作用。他和强烈的地壳运动密切相关并常伴有岩浆活动，使各种变质因素的总和，变质范围广，往往达几千或几万km2，形成的岩石多具有片理构造。如片岩、片麻岩等。 地震地震是地壳的快速颤动现象。是岩石圈中内能逐渐积聚后突然释放的结果。地震发生在海洋中，地震波掀动上覆海水形成巨大的海浪，成为海啸。地震类型分为：陷落地震、火山地震 陷落地震：由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为陷落地震。这类地震的规模比较小，次数也很少，即使有，也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。 火山地震：由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震。只有在火山活动区才可能发生火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右 构造地震：由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，使地面引起的房摇地动称为构造地震。这类地震发生的次数最多，破坏力也最大，约占全世界地震的90%以上。中国几次较大的地震均为构造地震。1556年中国陕西华县8级地震，死亡人数高达83万人。是目前世界已知死亡人数最多的地震。1976年7月28日3时42分54点2秒，中国河北省唐山市发生震级为7.8级的大地震。死亡24.2万人，重伤16万人，一座重工业城市毁于一旦，直接经济损失100亿元以上，为20世纪世界上人员伤亡最大的地震。2008年5月12日14时28分，四川汶川县（31.0N，103.4E），发生震级为8.0级地震，直接严重受灾地区达10万平方公里。截至7月4日12时，四川汶川地震已造成遇难：69225人遇难，374640人受伤，失踪18624人。紧急转移安置1500.6341万人，目前累计受灾人数4624万人。地震波发源的地方，叫做震源。震源在地面上的垂直投影，地面上离震源最近的一点称为震中。它是接受振动最早的部位。震中到震源的深度叫做震源深度。通常将震源深度小于70公里的叫浅源地震，深度在70-300公里的叫中源地震，深度大于300公里的叫深源地震。震级是表示地震本身大小的等级，它与震源释放出来的能量多少有关。能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍。里氏震级有9级。地震烈度：地震时某一地区地面所受的的影响和破坏程度。分为12度。一次强烈地震往往经理前震、主震、余震三个阶段。我国处在世界两大地震带之间。一是环太平洋地震带，包括南、北美洲太平洋沿岸，阿留申群岛、勘察加半岛，千岛群岛、日本列岛，经台湾再到菲律宾转向东南直至新西兰，是地球上地震最活跃的地区，集中了全世界80%以上的地震。二是喜马拉雅地中海地震带，大致从印度尼西亚西部，缅甸经中国横断山脉，喜马拉雅山脉，越过帕米尔高原，经中亚细亚到达地中海及其沿岸。二、外力地质作用外力地质作用的能源主要来自地球以外，是由地球范围以外的能源而产生的地质作用。其能源主要来自太阳辐射能、太阳和月球的引力能、地球的重力能和生物能等。只限于地壳表层几米至几公里深度以内。外力地质作用的结果是形成沉积岩和外生矿床。外力地质作用的作用方式有：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、成岩作用。 风化作用在常温常压下，由于温度、水、氧、碳酸气和生物等因素影响，使组成地壳表层的岩石发生崩裂、分解等变化以适应新环境的作用叫做风化作用。按风化作用因素不同，分为物理分化、化学风化、生物分化。 物理风化作用：是指岩石在风化过程中之发生机械破碎而化学成分不变的作用。（也称机械风化作用）风化的主要因素是：温度变化、水的冻结、和结晶胀裂等。岩石的热胀冷缩使岩石内外部之间形成裂隙，天长日久大块岩石就会崩裂破碎。地表岩石空隙中水的冻结融化，产生冰劈作用。 化学风化作用：岩石在水、氧、二氧化碳及各种酸类的化学反应影响下引起岩石和矿物的化学成分发生变化，称为化学风化作用。CaSO4 + 2H2O2 CaSO42H2O硬石膏 水 石膏水解作用：4KAlSi3O8 + 6H2O 4KOH+Al4Si4O10OH8 + 8SiO2 正长石 方岭石 硅胶含有二氧化碳的水是很好的溶剂，它能使岩石中一部分矿物溶于水中而被带走。石灰岩的成分主要是方解石（CaCO3）与含有CO2水发生作用变成重碳酸钙而被带走。CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 方解石 水 重碳酸钙 生物风化作用：指岩石在动植物活动影响下所引起的破坏作用，既有机械破坏又有化学分解。如植物生长在岩石裂隙中形成根劈作用。 剥蚀作用将风化产物从岩石上剥离下来，同时也对未风化的岩石进行破坏，不断改变着岩石的面貌，这种作用称为剥蚀作用。引起剥蚀作用的地质营力有风、雨、流水、冰川、海浪等。陆地是剥蚀作用的主要场所。在地形起伏、气候潮湿、降雨量大的地区，剥蚀作用主要是流水的冲刷和侵蚀；干旱的沙漠地区，主要是风对岩石的剥蚀破坏，有吹扬作用和磨蚀作用。河流以流速的动能和夹带的砂、砾石破坏河床岩石并将破坏下来的物质带走，该过程叫做流水的侵蚀作用。 下蚀作用（底蚀、深向侵蚀）河流冲刷底部岩石使河床不断降低的作用。河流本身以及随河水一起运动的砂砾撞击、摩擦河床基岩，从而使基岩破碎、使河谷加深。由于下蚀作用引起河流向着源头后退，使河流增长，这一作用过程称为向源侵蚀。但河床低于海（湖）平面，河面趋于海（湖）面时，河流的下蚀作用就停止了。 侧蚀作用（侧方侵蚀） 河道弯曲，由于水流的惯性力和水内环流的作用，凹岸不断被侵蚀后退的过程，称为侧方侵蚀。水分子在重力作用下沿凹岸河床斜坡产生的强烈下降，水流掏空凹岸下部，而使上部岩块崩塌下落，结果河岸向着凹岸及下游方向推移。在凹岸遭到侵蚀作用的同时，底流将破坏下来的碎块泥砂搬至凸岸沉积下来并不地向前发展。侧蚀作用在河流的中下游发育。多形成河曲和牛轭湖。当河流以侧蚀作用为主时，一方面河谷不断加宽，一方面进行沉积。以后，当地的地壳上升或侵蚀基准面下降等原因，底蚀作用加强，在原有河谷上，有侵蚀下切出新的河谷，原来的河谷不再被淹没，就形成阶梯状地形，称为河谷阶地。 搬运作用风化剥蚀的产物在地质营力的作用下离开母岩区，经过长距离搬运到达沉积区的过程。地质营力主要有风、流水、冰川等动力，从风化剥蚀区搬运到沉积区。搬运作用的方式有拖曳搬运、悬浮搬运、溶解搬运三种。 拖曳搬运：被搬运的物质颗粒粗大随风、流水在地面上或沿河床底部滚动或跳跃前进。多数沉积在河床底部，部分到达大海。 悬浮搬运：被搬运的物质颗粒较细随风在空气中或浮于水中前进，浮运距离可以很远。如西北地区的黄土就是从很远的沙漠以悬浮方式搬运来的。 溶解搬运：被搬运的物质溶解于水中，以真溶液和胶体溶液状态搬运。一般带到湖泊、海洋中沉积。 沉积作用被搬运的物质由于搬运介质的物理、化学条件改变而呈有规律的沉积、堆积的现象。经过一定距离之后，由于搬运介质搬运能力减弱，被搬运的物质从风或流水等介质中分离出来而形成沉积物的过程叫沉积作用。 机械沉积作用：碎屑物质在搬运和沉积过程中按颗粒的大小、密度、形状、矿物成分进行分异，依次在不同的位置沉积下来。 化学沉积作用：以真溶液和胶体溶液状态被搬运的物质达到过饱和，或因胶体的电荷被中和而发生沉积叫化学沉积。 生物沉积作用：生物在其生活过程中进行的一系列生物化学作用（如改变水的PH值）和生物大量死亡后尸体内较稳定部分（主要是生物骨骼）直接堆积下来的过程。生物骨骼有钙质、磷质、硅质，大多数是钙质。 成岩作用使松散沉积物转变为沉积岩的过程，称为成岩作用。 压固作用：沉积物形成后，由于上覆沉积物不断加厚而在重荷压力下所发生的作用。体积收缩、孔隙减小、水分排出，逐渐被压实、固结。如粘土沉积物变为粘土岩。 胶结作用：松散的碎屑颗粒通过粒间孔隙水的化学沉淀而转变成固结的坚硬岩石的作用。如砂质沉积物金硅质胶结后形成石英砂岩。 重结晶作用：沉积物的矿物成分在温度、压力增加的情况下，借助溶解或固体扩散等作用而使物质质点发生重新排列组合、颗粒增大称为重结晶作用。如化学沉积的方解石、白云石、石膏，胶体成因的粘土矿物、二氧化硅（蛋白石）都容易发生重结晶作用而使颗粒增大。三、内外力地质作用的相互关系内外力地质作用在时间、空间两个方面都是一个连续的过程。是相互依存、彼此推进的，地壳表层是由内、外力地质作用共同活动既对立又统一、既斗争又依存的场所。 地壳上升与剥蚀作用地形愈高、起伏愈大的地区，剥蚀作用愈强烈。而地形的起伏主要有地壳运动的性质和强度所决定。而剥蚀的结果是降低地形的高度，减少地形的起伏。 地壳下降与沉积作用外力地质作用将剥蚀产物带到低凹的地方沉积下来，要形成大面积的沉积岩层，没有地壳下降是不可能的。地壳下降时沉积作用加强。同时沉积物力图补偿地壳下降。两者的相互关系，是决定沉积岩类型、厚度和分布的主要因素。 地壳物质组成的相互转化组成地壳的三大类岩石，在内、外力地质作用下是相互转化的。第二章 矿物与岩石第一节 矿物的概念和性质一、地壳中的元素元素是由同种原子组成（原子核、核外电子）的物质。目前己知有112种元素，在地壳中有92种。同种原子可有不同原子量（中子数不同）称同位素，同位素共300多种，其中几十种具有放射性，蜕变释放出、粒子。放射性同位素，对人体杀伤力很强。 元素在地壳中的平均含量称为该元素在地壳中的丰度，矿物的形成与元素丰度的关系极为密切。人们把化学元素在地壳中的相对平均含量（百分数）称为克拉克值。美国科学克拉克根据采自全球地个样品分析结果计算出了各元素的克拉克值。后来又有许多学者对克拉克值进一步研究、修改和补充。见下表地壳中12种元素的克拉克值。46.6K2.59前十位99.17%i27.72Mg2.09前位74.32%Al8.13Ti0.44前4位87.45%Fe5H0.14Ca3.63P0.1Na2.83Mn0.09二、矿物的概念矿物是天然产出、具有一定化学成分和有序的原子排列，通常由无机作用形成的均匀固体。元素的单质或化合物。如自然金、黄铁矿、石英等。已知矿物有多种。绝大多数矿物是固态，极个别为液态（自然汞g）、气态（天然气）。一些人工合成的物质如人造金刚石、人造水晶，称为“人造矿物”以区别于天然矿物。矿物的同质多象与类质同象同质多像：相同的化学成分的物质，在不同的地质作用中因物理化学条件的差异可以形成完全不同的矿物。（内部结构不一样）。如石墨、金刚石、化学成分都是C，其物理性质可以完全不同；石英iO2有柯石英、斯石英等。类质同象：矿物的化学成分在一定范围内变化将使矿物内部的晶胞参数略有变化，化学性质和物理性质也有相应变化，但其基本性质及矿物的内部结构没有发生根本变化，晶体结构中的某种原子或离子可以部分地被性质相似的它种原子或离子替代而不改变晶体结构。其物理性质差异一般不大。 如：镁橄榄石g2SiO4中的Mg2+可以部分或全部被e2+所替代而形成橄榄石（g、e）2SiO4或铁橄榄石e 2SiO4三、晶体与非晶体晶体：内部质点（原子、离子）有序排列，具有格子状构造的固体。非晶体：内部质点排列无序，不具有格子状构造的固体。自然界的矿物绝大多数是晶体，内部质点有序排列，具有格子状构造。但也有介于晶体和非晶体的胶体矿物，如天然MnO2的胶体。但是这类矿物不稳定，在一定条件下可以逐渐向隐晶质乃至显晶质转化。似矿物：有些非晶质的天然均匀固体，其产出的状态和化学组成与矿物相似，但内部无格子状构造，称之为似矿物。只有晶体矿物生长的环境良好，有充分的时间，空间才有完好的晶形，并非所有晶体矿物都能以规则的晶形产出。四、矿物的主要性质 矿物的化学性质矿物的化学成分是矿物的物质基础，组成矿物的元素种类、元素组合形式是决定矿物性质的内在因素。一类是同种元素的原子相结合组成的单质，如自然金、自然硫。另一类是两种或两种以上的化学元素组成的化合物。如石英、方解石等。 矿物的形态在相同的生长条件下，一定成分的同种矿物往往呈现相同的形态，这种性质称为矿物的结晶习性。单个晶体形式产出的称为单体；多个晶体以不同形式组合在一起称为集合体。1、 单体 一向伸长晶体：其形态为针状、柱状、纤维状。如柱状辉锑矿、纤维石膏。二向伸长晶体：其形态为板状、片状、鳞片状。如云母、石墨、重晶石。三向伸长晶体：其形态为等轴状、粒状。如金刚石、食盐、石榴子石。2、集合体 柱状、针状、纤维状、放射状集合体。 板状、片状、鳞片状集合体。 粒状集合体。 晶簇：各个发育完好的晶体一端固定在共同的基底之上，另一端向空间自由生长。如石英晶簇、方解石晶簇、辉锑矿晶簇、电气石晶簇。 其他形态集合体：有隐晶和胶态集合体。可以由溶液直接结晶或由胶体“脱玻化”形成。有以下几类：结核体、常见的有黄铁矿、褐铁矿、蛋白石、菱锰矿等。鲕状、豆状集合体：胶体溶液围绕某一核心逐渐沉淀形成的规则球状，具有明显的同心层状构造。小于2mm的为鲕状，大于2mm的为豆状集合体。如鲕状赤铁矿、豆状铝土矿。钟乳状集合体：外形呈柱状或圆锥状。由真溶液蒸发或胶体溶液凝聚逐渐堆积而成。内部具同心层状、放射状、致密状、结晶粒状构造。如石钟乳、石笋、石柱等。分泌体：真溶液或胶体溶液从岩石的空洞洞壁开始向中心组成渗透沉淀，逐渐形成球状或不规则状集合体。分泌体形成过程与结核体相反，其内部常有由内向外的的环带构造，也叫同心层状构造，有的分泌体中心留有空腔，空腔中还可能生长有晶簇。如玛瑙。土状：矿物呈细粉末状或较松散聚集成块，内部均一而不显任何构造。如高岭土。此外还有被膜状、皮壳状、盐华状等致密形态。 矿物的光学性质1、颜色颜色分自色、它色、假色 自色 是矿物本身具有的颜色，使矿物化学成分中含有的色素离子引起的，具有重要的鉴定意义。如黄铜矿的黄色，黑云母的黑色等。 它色 不是矿物本身固有的颜色，使矿物中含有带色的杂质引起的，与矿物成分无关，无鉴定意义。如水晶应为无色透明，含有杂质，成紫色等。 假色 是矿物表面固有氯化薄膜或因内部有裂隙等原因，引起光线干涉，呈现的颜色。如方解石，因有细裂隙时呈现“晕色”等。2、条痕是矿物在条痕板（无釉瓷板）上刻划所留下的粉末颜色。是矿物成分的反应。它可以消除假色，减弱他色，充分显示自色。3、透明度矿物透过可见光的性质和程度。取决于矿物对可见光的吸收和矿物的厚度。通常用透光率来衡量对光的吸收程度。进入矿物的光线强度为I0，透过矿物的光线强度为I，款物的厚度为1cm，则称透射系数Q=I/I0。一般用特制的岩石薄片（0.03mm）将矿物分为： 透明矿物 透过薄片可看到另一侧的物体。如长石、石英、萤石。 半透明矿物 透过薄片可看到另一侧的物体，但轮廓分辨不清。如辰砂、闪锌矿、雄黄。 不透明矿物 不能看到另一侧的物体。如石墨、磁铁矿、黄铁矿、黄铜款。4、光泽指矿物表面对可见光的反射能力。取决于矿物对可见光的吸收程度。反射能力强，即光泽强，反之光泽弱。光泽包括：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽四类 金属光泽：像抛光的金属表面那样光亮，不透明。如黄铁矿、自然金。 半金属光泽：像未抛光的金属表面那样光亮，不透明至半透明。如辰砂、磁铁矿。 金刚光泽：像金刚石晶体镜面一样光亮，半透明到透明。如金刚石、雄黄、白钨矿、锡石。 玻璃光泽：像普通玻璃那样光亮，透明。如石英、正长石、萤石、方解石等。此外还有油脂光泽（如石英贝壳状断口）、树脂光泽（雄黄断口、浅色闪锌矿）、丝绢光泽（纤维石膏）、珍珠光泽（白云母、滑石）、土状光泽（高岭土、褐铁矿）、沥青光泽（锡石、磁铁矿）。 矿物的力学性质1、硬度指矿物在外力作用（如刻划、压入、研磨等）下表现出来的机械强度特性。通俗一点说就是矿物的软硬程度。一般采用维氏硬度（绝对硬度）和摩氏硬度（相对硬度）两种标准。 摩氏硬度：矿物的硬度分为10度，并选出10种硬度的矿物做代表，被选出的10种矿物称为矿物的硬度计。 矿物硬度计：1、滑石 2、石膏 3、方解石 4、萤石 5、磷灰石 6、长石 7、石英 8、黄玉 9、刚玉 10、金刚石 实际金刚石的硬度比石英大50倍，而石英硬度比滑石硬度大3500倍。 我们可以根据已知的矿物刻划未知矿物，来测定未知矿物的硬度。此外还可以利用指甲（2-2.5）、小钢刀（5-5.5）、和玻璃（6.5-7）来刻划未知矿物的硬度。维氏硬度也称绝对硬度。它是压入硬度，是采用显微硬度仪测出的硬度。2、解理指矿物在外力作用（敲打、挤压）下，沿一定方向裂开成光滑平面的性质称为解理。裂开的光滑平面称为解理面。是岩石各相异性的表现之一。 极完全解理 矿物受力后极易沿一定方向撕裂成薄片或叶片，解理面平整，光滑，如云母、石墨。 完全解理矿物受打击后容易沿解理裂成规则的小块，解理面平整光滑，如方解石、萤石。 中等解理矿物受力后可以沿解理方向裂成平面，解理面不太平滑，易出现断口，如普通角闪石、普通辉石。不完全解理矿物解理程度很差，在外力作用下，不易裂成平面，解理面不平坦，容易出现断口，如磷灰石、锡石。极不完全解理（无解理）无解理的矿物极难裂成平面。实际无解理，通常只有凹凸不平的断口，如石英、石榴子石。3、断口断口：矿物在外力作用下可以在任意方向破裂而产生各种凹凸不平的断面。受力后不沿一定方向裂开，而破裂成凹凸不平的面称为断口。 贝壳状断口 断口为近似圆形的曲面，边沿锋利，如石英的断口。 锯齿状断口 断口呈尖锐的锯齿状，如自然铜的断口。 参差状断口 断口面粗糙不平，参差不齐，性脆、解理不发育。如磷灰石、黄铁矿。 土状断口 断口呈不平整的细粉状，如高岭土的断口。4、脆性和延展性 矿物受力后不能弯曲，容易破碎的性质，称为脆性。如方解石、长石。矿物受力后发生塑性变形，容易碾成薄片或或拉成丝，称为延展性。如金、自然铜。5、弹性和挠性矿物受力变形，作用力消失后又恢复原状的性质称为弹性。如云母片。矿物受力变形，作用力消失后不能恢复原状的性质称为挠性。如绿泥石、蛭石。 矿物的其他性质1、相对密度 指纯净、均匀的单矿物在空气中的质量与4时同体积水的质量之比。 轻级 相对密度小于2.5，如自然硫，石墨。 中级 相对密度小于2.5-4。 重级 相对密度大于4，如重晶石、方铅矿。2、磁性 矿物在外磁场作用下被吸引或排斥，或矿物本身能够吸引铁质物体的性质。主要有铁、钴、镍、锑等元素有关。3、电性 有些矿物受热产生点，称热电性，如电气石；有些矿物摩擦生电，如琥珀；有些矿物具压电性，如压电石英。4、发光性 有些矿物在紫外线、X射线激发下发出可见光的性质。如果外来能量作用消失后就停止发光称为荧光；如仍能发光的称为磷光。如萤石加热产生蓝色荧光；如磷灰石可以发磷光。5、导电性 矿物对电流的传导能力。如石墨、黄铁矿具有导电性。此外，石棉隔热、琥珀易燃、蛭石受热急剧膨胀、沸石具有吸附过滤性、石膏加水具有可塑性等等。第二节 常见矿物1、石英 SiO2 无色透明的石英称水晶。石英常为白色（含杂质可呈现其它颜色），玻璃光泽，（断口为油脂光泽），贝壳断口，硬度7，条痕白色，粒状或块状集合体。2、斜长石 颜色多为白色或浅灰色，玻璃光泽，两组中等解理相交86，硬度6，晶体常成板状，解理面上常见到相互平行的细晶面条纹。3、白云母 颜色为白色或浅灰、浅黄、浅绿等色，玻璃光泽（解理面上具珍珠光泽），一组极完全解理，硬度2-3度，薄片具弹性，常见片状集合体。4、黑云母 颜色为黑色，其他特征同白云母。5、正长石 颜色常为肉红色或浅黄，玻璃光泽，两组完全解理相交成90，硬度66、辉石颜色为黑、绿黑、褐黑等，条痕灰绿色，玻璃光泽，具有两组中等解理，硬度5-6，晶体常成短柱状。7、角闪石颜色为暗绿至黑色，条痕浅灰绿色，玻璃光泽，具有两组完全解理，硬度6.5-7，晶体常成长柱状。8、橄榄石颜色为黄绿至深绿色，因颜色像橄榄绿所以称橄榄石。橄榄石硬度6.5-7，玻璃光泽，透明，粒状集合体。9、方解石（无色透明的方解石称冰滩石）颜色为乳白色，混有杂质，呈褐色或灰色，透明或半透明，玻璃光泽，三向完全解理，硬度3，晶体呈菱面体、集合体、粒状、块状等。遇稀冷盐酸剧烈起泡。10、石膏白色，纤维状，集合体，丝绢光泽，硬度2。褶曲、铝土矿岩色白、灰白、黑灰、灰褐、砖红等色，土状光泽，硬度1-3，呈饼状、豆状、致密