2011普通地质学教学大纲(chapters 1-4).doc

2011年普通地质学教学大纲 （第一章第四章）第一章 绪论1. 地质学的基本任务和主要特点1.1. 学习地质学的基本任务了解地球：普通地质学是地球科学基础分支, 它研究地球结构、物质、演化及其动力利用资源：寻找利用矿产、能源、土地等保护环境：保持人、地关系的平衡减轻灾害：减轻地震、火山、洪水、泥石流、地面沉降、沙漠化等灾害1.2. 地质学的主要特点1.2.1. “将今论古”的现实主义原理：现在的地质作用过程，一般可以与地史时期类比，但也有不同，不能套用。将今论古The Present is the Key to the Past1.2.2. 地质时空观: 地质时间和空间要以几十亿年的地球历史和整个地球尺度为背景, 十万、百万年是许多时间的基本单位; 空间从显微到全球，变化尺度大; 但为求得基本计算单位, 许多测试精度要达到1012级2. 地质学的研究内容; 地球系统和地质作用地质学的三个研究内容: 组成和结构, 运动和演化, 地质作用及其产物2.1. 地球的组成和结构结构: 地球表层系统：大气圈、水圈、岩石圈；地球内部：地壳、地幔、地核组成: 固体地球由矿物和岩石组成2.2. 地球的运动和演化: 板块构造, 生命演化史2.3 地质作用及其产物地球的动力: 内发动机-地球内热; 外发动机-太阳能 外动力地质作用: 水圈、大气圈、岩石圈物质循环 内动力地质作用：内动力能量和物质循环2.4. 地球系统: 地球各圈层相互作用形成的系统3. 普通地质学的课程体系和教学安排3.1. 分篇: 地球基本知识1-4章; 地球物质5-章; 地质作用9-15章; 资源-环境-灾害16-18章3.2. 参考教材：Physical Geology，Wang Jiasheng, YanXiaosong, 2003, 校内出版; 普通地质学，黄定华，高教出版社, 2004; 普通地质学简明教程,杨伦、刘少峰、王家生编著，1998, 中国地质大学出版社; 普通地质学，徐成彦, 赵不亿，1988, 地质出版社; 地球科学导论，刘本培等，2000,高教出版社3.3. 教学要求: 认真听讲、勤快记录、及时复习、参阅教材第二章 地球的物理性质与圈层结构1 固体地球的物理性质1.1. 固体地球的概况1.1.1 形状：总体球形，略似苹果1.1.2 大小：半径63566378km，赤道半径较两极半径长21km1.1.3 体积：1.0831012 km3(= 一万亿立方公里)1.1.4. 质量: 5.951024t; 1.1.5. 密度: 由地表向地心增加, 平均密度5.516g/cm31.1.6. 弹、塑性: 固体潮是弹性地球在日月引力作用下发生的弹性变形; 由密度、弹、塑性变形及自转造成的地球形状总体为球形，略似苹果,半径6356-6378 km，赤道半径较两极半径长21km。坚硬岩石长期受摺皱力作用, 能造成塑性变形1.2 地球的重力, 压力1.2.1. 重力：地球表面物体受地心引力和由于地球的自转而产生的惯性离心力的合力重力加速度 G=fM/r2 M 地球质量; r 地球半径 重力单位： 1伽=1cm/秒2地球重力加速度的变化: 纬度上由赤道向两极增加，高度上由地面向上递减, 不同圈层有变化；由重力仪测定重力异常：一个地区理论重力值与重力仪实测值之差（由地区的密度变异造成）重力负异常：地区低密度物质集中（如盐类、石油）重力正异常：地区高密度物质集中（如高密金属矿或地壳减薄）1.2.2. 重力均衡（地壳均衡）：岩石圈块体与塑性软流圈之间的平衡。根据板块学说，岩石圈块体（较轻）“漂浮”于上地幔的塑性软流圈（较重）之上，均衡结果，各块体浮沉不一，且其浮沉按其物质密度变化而随时调整。地壳均衡有密度补偿和深部补偿两种模式。1.2.3. 压力: 地球压力向地心的的增加值为270大气压/km; 由地表的1大气压(约=1106Pa(帕斯卡) 增至地心的364109Pa。1.3. 地球的磁场：地球是一个大磁场，外围达到距地面6000km处1.3.1. 地球磁场的基本特征和磁要素磁力线：在两极垂直地面，在赤道平行地面地磁三要素磁场强度（地磁场对单位磁极的作用力, 由磁力仅测定）磁倾角（总磁场强度方向与水平面的交角）磁偏角（磁子午线与地理子午线的夹角） 1.3.2. 地磁异常: 正常磁场:可近似看作均匀磁化球体的磁场, 地磁异常是:实际测量到的地磁场与正常磁场的差异。正异常：测定磁场强度大于理论值（有磁性矿体、岩浆岩体）负异常：测定强度低于理论值（有油藏或其它低磁性体）1.3.3. 古地磁:古地磁磁性倒转: 磁场在时间上阶段性变化。正磁性（与现在一致，黑色），逐渐减弱、消失，然后产生反磁性（与现在相反，白色）。在地史上，地球南北磁极反转达数千、百次，构成正（黑）反（白）相间的磁性地层柱。1.4. 地热1.4.1. 地热场地球的温度：变温层、常温层、增温层地球内部的温度：100km 处1300 C ，1000km处2000C，2900km处2700C，地核处5500C地热梯度：温度向地心上升；单位距离内上升度叫地热梯度。地壳内为2535/公里(大陆区3C/100m, 洋区1C/15m)，地幔内为1/km，地心温度可达76001.4.2. 地热流和地热异常：地热流是地内热在地表的逐渐散失, 热流量平均为1.510-6J/cm2s; 地热异常: 热流值高于平均热流值1.5. 地震震波与波速震源、震中（震源的地表对应点）体波：从震源向地内各方面传播P波：较快的纵波，岩石物质沿波传播方向震动；可在流体上传播S波：较慢的横波；岩石物质垂直波传播方向而震动；在流体中不能传播面波 (沿地面传播来的衍射波)：从震中沿地表各方向传播，速度最慢。因其慢，且沿地面运动幅度大，故造成损失较大地震仪2. 地球内部圈层固体地球2.1. 判断地内圈层结构的依据2.1.1. 用地震波速及反（折）射判断地内圈层结构P波波速反映各圈层的物质密度：地壳67km/sec（以下单位同）莫霍面8 上地幔顶层上地幔低速带（软流圈，100200350km）8.378.2上地幔中、下部（350670km）8.410.2下地幔1113.6G面13.68.1；S波消失面=固体流体界面外核（流体）810内外核界面10.3-10.9; S波重现面=流体固体界面内核 112.1.2. 通过陨石、深部岩石和高温高压实验推断各地内圈层物质状态地壳密度：陆壳2.7（沉积岩2.6, 花岗岩质2.85）; 洋壳（玄武岩质, 辉长岩质）3.0地幔密度：3.5（莫霍面）5（幔核界面）, 超基性岩地核密度：平均10.7, 铁镍核心2.2. 地球内部的圈层结构: 地壳、地幔、地核2.2.1. 地壳：地球固体表层陆壳：厚平均33km，可达70km；平均为安山岩质上陆壳：P波速6km/sec左右；花岗质至玄武质+沉积岩下陆壳：P波速7km/sec；变质的辉长岩质洋壳：2百米海洋沉积物+2公里枕状玄武岩+6公里辉长岩2.2.2. 地幔（占地球体积80%），由莫霍面（33km）2900km，由橄榄石、辉石组成上地幔：莫霍面400km；主成分：高压形成的橄榄岩质岩石圈：地壳+上地幔顶层（莫霍面100km），为固体岩石，组成板块，“漂浮”于软流圈上软流圈（低速带）：100350km，P波速因部分流体化而减速地幔过渡层：400670km，主成分尖晶石、柘榴子石、金属氧化物下地幔：6702900km（G面）；P波逐渐加速至13.6km/sec，表示高压下岩石密度及刚性加大古登堡面（G面）：在高温下，开始熔融，呈流态，P波减至1013，密度达1013克cc2.2.3. 地核：占地球半径近3500km；温度达7600，压力达数百万大气压；主成分：高密度铁、镍核心外核：流态，厚2270km内核：固态，半径长1216km3. 地球外部圈层-地球表层系统 3.1. 地形-地球表层的外形3.1.1 陆地（22%）：山脉、高原、山谷、平原、河湖等3.1.2 海洋（78%）：大陆边缘 + 洋盆3.1.2.1大陆边缘被动大陆边缘：陆棚（陆架）：大陆边缘被海水覆盖的平台；通常坡度仅0.1陆坡：大陆边缘由水深1200米至洋底的斜坡，通常坡度4 5陆隆：由陆坡脚伸入洋盆的楔形沉积体，通常0.5主动大陆边缘：陆棚、陆坡、海沟（陆坡脚深数千米的海沟）水下峡谷：流经陆棚与陆坡的V型水下谷深海扇：水下峡谷末端的扇形沉积由浊流冲蚀而成，浊流是富含沉积物，受重力顺坡下流的水体3.1.2.2 洋盆深海平原洋中脊：由玄武岩组成，长8万km，宽15002500km，高23km；上有裂谷；中脊被断裂带分割海山，平顶海山（上升，侵蚀所致），无震海岭3.2. 水圈3.1.1 大洋温盐环流: 由密度梯度驱动的洋流; 北大西洋高纬度,低温和高盐高密度海水下沉，形成大洋的深层水并向南流动、经印度洋入太平洋, 与上层较低纬度高温低盐海水的反向流动构成闭合的环流系统。对全球气候的长期变化具有重要的作用。3.2.2. 淡水是稀缺资源:地球上水的总量为14亿立方千米，淡水储量仅占全球总水量的2.53%3.2.3.水圈循环: 在太阳能作用下, 水圈通过:降水降雪地面流水地下水海洋蒸发水汽云等不断循环,不断对地表进行改造。 蒸发, 蒸腾, 降水, 径流, 渗漏3.3.大气圈3.3.1组成：N+O（99%），其它（1%），水气（04%，随时间与地点而异）3.3.2分层：对流层：由地面往上08或18km，向上降温平流层：由对流层往上50km，向上升温臭氧层：平流层近50km处的分层，由臭氧（O3）组成，吸收紫外线，保护生物中层：5080km，向上降温热层：80km以外，向上因吸收紫外线而升温电离层：热层的一部分，其气体分子离子化，可反射长距离无线电信号3.3.3风带 因赤道两极与地表高空溫差造成七个风带A. 北半球1 赤道无风带：02 信风带：030，因30处下降气流向南吹送 + 柯里奥利力而形成3 西风带：3060，因30处下降流向北吹送 + 柯里奥利力形成柯里奥利力：自转造成的反作用力，低纬之力高纬之力。4 极地东风带：60 90，因90处下降气流 + 柯里奥利力而形成B. 南半球： 5信风带（030），6 西风带（3060），7 极地东风带（60 90）3.4. 生物圈3.4.1. 地球上生命的起源 从化学演化到生物学演化 3.4.2. 原核生物阶段(38-20亿年) (原核-细胞没有细胞核和由膜包被的细胞器)3.4.3. 真核生物阶段(20-7亿年) (真核-细胞有细胞核和由膜包被的细胞器) 3.4.4. 生命大爆发 (6.35.3亿年): 多细胞真核生物出现(6.3亿年); 后生生物适应辐射(5.8-5.3亿年); 寒武纪大爆发(5.3亿年)3.4.5. 动植物躯体结构的多样化复杂化, 全球生物圈形成 (5.3亿年以来): 早古生代，晚古生代，中生代，新生代；陆生植物的出现 (4.4亿年); 陆生动物的出现 (4.1亿年); 人类的出现(不到400万年前)3.4.6. 生物与地球环境的协同演化第三章 板块构造1 板块构造及其边界1.1 全球岩石圈分为许多板块(12个)，以刚性块体作水平运动，在板块边界互相作用，造成地震及其它构造活动1.2. 板块的边界类型: 据相邻板块之间的相对运动方式，可确定三种不同类型的板块边界 离散型板块边界: 两侧板块沿着相反的方向运动, 拉张作用引起, 如大洋中脊 汇聚型板块边界: 两侧板块沿着相对的方向运动, 挤压消减作用引起, 如主动大陆边缘, 以形成沟、弧、盆体系为特征。 转换断层型边界: 两侧板块沿着边界相对滑动, 平移作用引起，如圣安德列斯大断裂 三叉结点: 大陆张裂时形成, 其中一叉往往夭折2. 板块构造的证据2.1. 大陆漂移: 地球历史上各大陆曾漂移过，当把它们恢复到漂移前位置时，各大陆边界相吻合，分散在各大陆的地质现象亦恢复统一。大陆的计算机拼接图形, 对大西洋两侧大陆进行拟合，发现大陆边界拼合的平均误差小于一个经度2.2. 古地磁极移轨迹: 各地质时期古地磁极位置在图上连结成一个线，称为地质时代的极移轨迹。如按今天的地理位置绘制，北美和欧洲所测的极移曲线形态大致相似而不重合，但若将两大陆拼合在一起，这两条曲线就会基本重合。说明大陆曾经拼合，后来漂移离散。2.3. 海底扩张: 大洋中脊两侧岩石分布显示出对称的平行的地磁异常条带, 是地磁场正负方向转变的历史记录, 如实记录下了海洋扩张的历史。全球各大洋的地磁正向期与反向期记录完全一致，从而肯定了海底扩张的普遍性。以大洋中脊为对称轴，两侧岩石年龄的新老也是对称分布的。 并且愈接近洋中脊，洋底年龄愈新，这也证明了海底扩张推断的合理性。3. 板块构造的机制3.1. 地幔对流说: 地幔底层受热的高温低粘度物质随着温度升高而形成地幔上升热流。后者在到达大洋中脊时，启动了海底扩张过程。而俯冲的下插板块穿过软流圈进入地幔，与前者结合，即构成了一个完整的对流循环。地幔对流是岩石圈板块运动总的驱动机制, 大陆漂移, 海底扩张, 板块运动都是由引起的统一物理过程的一部分。地幔对流说的困难3.2. 热点: 来自地幔深部的上升柱状热流到达地表的表现, 长期活动的火山中心, 不在板块边界上, 不随着板块移动 (夏威夷群岛)3.3. 地幔柱: 自地幔深部向上升至地壳的柱状热物质流3.4. 大火成岩省: 地质历史上地幔柱在地表的表现3.5. 俯冲带及拆沉作用: 冷物质俯冲下沉的地球物理证据和机制; 西欧和日本的实证3.6. 地幔对流机制新解 (超地幔柱模型, 丸山茂德,1994): 地幔柱-热物质上升; 俯冲带拆沉作用-冷物质下降; 形成冷热循环对流岩石圈下插板块(俯冲带)一直可以沉降到670km深的上、下地幔边界。下插板块滞留于这个边界上被软化、流动，当滞留板块积累到一个临界量后，就会塌落到下地幔。为了填补因塌落而形成的“空间”，下地幔就会产生向上运动的热地幔柱。因此滞留板块塌落与热地幔柱上升必然成对出现。塌落的滞留板块称为“冷幔柱”，上升地幔物质称为“热幔柱”，这就是超地幔柱模型。现在全球规模的板块运动都是由亚洲大陆之下的下降的超级冷幔柱以及位于南太平洋和南非之下的两个上升的超级热幔柱制约的。4 层圈相互作用4.1. 板块构造与岩石循环4.2. 板块构造，碳循环与气候变化4.3. 板块构造与海洋化学4.4. 板块构造与生物演化及绝灭4.5. 层圈相互作用地球系统科学第四章 地质年代1. 地球的相对年代(新老关系)1.1. 确定相对年代的原理1.1.1. 地层叠覆原理: 古代沉积物压缩成层，不同时代的成层沉积物叠覆成地层; 沉积地层原始水平；未经或略经变动的地层，老的在下，新的叠覆在上1.1.2. 化石层序原理：各时代有其特有生物（化石）；生物演化不可逆，一旦绝灭，不再重演；同一时代的生物迁移和广布的时间相对于地质年代可忽略不计; 因此化石序列反映地层新老关系，一定的化石代表一定的地层1.1.3. 切割关系原理：切割物（地质体）新于被切割物（地质体）1.2. 新老地层的关系1.2.1. 整合: 地层连续沉积1.2.2. 平行不整合（假整合）：老地层经抬升、削平后、被新地层覆盖，两者呈平行关系，但接触面不平整1.2.3. 角度不整合：老地层经变动后削平，被新地层覆盖，二者呈角度关系1.2.4. 非整合：地层覆盖在岩浆岩或变质杂岩之上1.3. 地层分类1.3.1. 年代地层单位：被上、下等时面限定，可包含多种不同岩性1.3.2. 岩石地层单位（如