矿山地质第一章-地球

矿山地质,地质工程教研室李小明办公地点：安科楼401E-mail:：lxm7010,第一章地球,主要内容1.1地球概述地球和宇宙地球的形状和大小地球的表面特征1.2地球的圈层构造地球的外圈层地球的内圈层及其划分依据1.3地质作用内力地质作用外力地质作用,（一）银河系是一个巨大的旋涡状星系，由较明亮的星体、较暗淡的星云、星团等物质组成。总质量是太阳系的1400亿吨。直径10万光年，银河系中有1400亿颗恒星，银河系也不是恒定的，它也在不断运动。近年来，天文工作者已在银河系之外拍摄到许多个旋涡状星系，其中有许多星系的质量和体积比银河系还大。,1.1地球概述,一、地球和宇宙,银河系,銀河直徑寬度約十萬光年，包含一、二千亿颗恒星。地球在距離中心三分之二的旋轉臂上,1.1地球概述,一、地球和宇宙,（二）太阳系太阳系是由太阳、围绕太阳运转的九大行星及九大行星的34颗卫星以及为数众多的彗星、流星群等天体组成。1、太阳：是一颗自己能发光发热的恒星，其体积比地球大130万倍。太阳本身是一团炽热的气体，时刻进行着热核反应，表面温度约6000度。太阳散发着巨大的能量，其中只有很小一部分（约20亿分之一）照射到地球上，它是万物生长的能源。2、月球：是地球惟一的卫星。3、彗星：太阳系中的特种星体。彗星由彗核、彗发和彗尾三部分组成。彗核-气体冻结的冰块组成，彗发-靠近太阳时，彗核蒸发而成，彗尾-与彗发同时形成。4、陨星：既流星,（三）天体的运动和年龄据天文学提供的数据，任何天体都有新生、演化和衰亡。太阳从出现50亿年到现在，属于壮年期，再过50亿年“红巨星”属中年期，再经过10亿年，它将变成“白矮星”，属于末期，再过10亿年“黑矮星”、死亡。,1.1地球概述,一、地球和宇宙,1.1地球概述,一、地球和宇宙,（四）地球的起源地球是怎样形成的？这个问题很早就引起了人们的注意，并发生了激烈的争论。,历史上盛行的是18世纪后期的康德拉普拉斯云假说：太阳、行星在未形成以前是一团分散的气体，通过引力作用逐渐凝聚形成的。这一假说统治了一百多年。,1、云假说,2、俘获说,1944年前苏联地球物理学家施密特提出了“俘获说”：六、七十亿年前，太阳在银河系旋转运动中穿过浓厚的星际物质，由于太阳本身的引力作用，吸引了一大批星际物质，这些星际物质经过一系列的变化，形成了行星。,3、新云假说,根据最近若干年内地球化学和地球物理获得的科研成果，现在人们倾向于一种新的星云假说：地球的起源与太阳系的形成是一个统一的过程，太阳系的各个行星是由星云中温度并不高的气体、尘埃及类似各种陨石的固体物质逐渐聚集而成的。,关于地球的起源，至今仍是科学上的“老大难”，由于科学发展水平的限制，人类虽已作了多次尝试，但至今仍是假说阶段。,二、地球的形状和大小通常说的地球形状指大地水准面所圈闭的形状。大地水准面（geoid）设想一个与静止的平均海平面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的水准面。,1.1地球概述,赤道半径比极半径约大21km，地球的赤道半径是一个椭圆形，其最长半径比最短半径大213米；北极凸出约10米；南极凹约30米的梨形。,1.1地球概述,二、地球的形状和大小,有关地球形状和大小的主要参数如下：赤道半径：6378.140km极半径：6356.779km地球表面积：5亿1千万km2地球体积：1.08*1012km3扁率：1/298.25（长短半径之差与长半径之比）,二、地球的表面特征,1.1地球概述,陆地面积1.495亿平方公里，占地球表面积的29.2%；海洋面积为3.61亿平方公里，占地球表面积的70.8%。它们在地表的分布是极不均匀的，陆地多集中在北半球，占全球陆地总面积的67.5%，而南半球仅为32.5%。地球上最高处-珠穆朗玛峰(8848.13m/.43)，最低处-马利亚纳海沟11033m），最大高差为20km。,地球表面最高点珠穆拉玛峰，8844.43米,死海地球表面最低点，-400米,三、地球的表面特征,1.1地球概述,（一）陆地地形（按高程和起伏特征）1、山地（mountains）：是指海拔高程在500m以上的低山、1000m以上的中山和3500m以上的高山的总称。,35001000500高山中山低山,三、地球的表面特征,1.1地球概述,（一）陆地地形（按高程和起伏特征）2、丘陵（hills）：地表起伏数十米（最大不超过200米）的低缓地形。3、平原（plain）：地势宽广平坦或略具有起伏的地带。相对高差不超过数十米。4、高原(plateau)：表面比较平坦，海拔高程大于600米的宽广地区，如青藏高原。,（一）陆地地形（按高程和起伏特征）5、盆地(basin)：四周是高原或山地，中央低平的地区，如柴达木盆地。6、洼地（billabong）：陆地上某些高程低于海平面的低洼地区。7、大陆裂谷(continentalrift)：宏伟的线状洼地，如东非裂谷，是地壳上拉张的结果，呈“之”字形。,1.1地球概述,三、地球的表面特征,1.1地球概述,三、地球的表面特征,世界上最高的高原青藏高原世界上最大的内陆盆地塔里木盆地世界上最大的黄土堆积区黄土高原,三、地球的表面特征,1.1地球概述,（二）海底地形,海底大致可分为大陆边缘、大洋盆地、洋中脊等地形单元。,海底地形主要单元示意图,大陆边缘分两类：一类由大陆架、大陆坡和大陆基组成，主要分布于大西洋，故称大西洋型大陆边缘；另一类由大陆架、大陆坡和岛弧海沟组成，主要分布于太平洋，故称太平洋型大陆边缘。,1.1地球概述,三、地球的表面特征,（二）海底地形,1、大陆边缘,大陆与大洋盆地之间的过渡地带。,大陆架(continentalshelf)：海与陆地接壤的浅海平台。坡角小于0.3，海水深度一般小于200m。,大陆坡(continentalslope)：大陆架外侧坡度明显变陡部分，平均坡度4.3，水深2000米。,大陆基(continentalrise)：大陆坡与大洋盆地之间缓倾斜坡地，坡度为535，2000水深3000米。,岛弧(islandarc)：大洋边缘延伸距离很长，呈弧形展布的群岛。如阿留申、千岛、日本、琉球、菲律宾、马里亚纳等群岛。,海沟(trench)：大洋边缘的巨型带状深渊，长度达1000km以上，宽度大于100km。岛弧与海沟二者常组成岛弧海沟系。,大陆边缘地形,东海海底地形,钓鱼岛,1.1地球概述,三、地球的表面特征,2、大洋盆地：大洋盆地是海洋的主体，约占海洋总面积的45%。3、洋中脊（mideanicridge）：绵延在大洋中部（或内部）的巨型海底山脉，其规模超过陆地上最大的山，洋中脊均由火山岩组成，有地震和火山活动，其发生地震时引起海啸。大洋中脊轴常有一条纵向延伸的裂隙状深谷，称中央裂谷。,（二）海底地形,地球是具有圈层构造的。根据物质成分和物态的差别，可将地球划分为一个核心和围绕着核心的几个同心圈层。以地表为界划分为外圈层和内圈层。,1.2地球的圈层构造,1.2地球的圈层构造,一、地球的外圈层根据组成外圈层物质的性质状态不同，可分为三个圈层：大气圈、水圈、生物圈。（一）大气圈：包围地球的大气所组成的一个圈层叫大气圈。是因地球引力而聚集在地表周围最外部的气体圈层，其上界可达1800km或更高的高空。地球表面大气稠密，向外逐渐稀薄，过渡为宇宙气体。,大气圈的结构自地面向上，依次分为对流层、平流层、中间层、热层（电离层）及散逸层（对流层和平流层最重要）。,1.2地球的圈层构造,一、地球的外圈层根据组成外圈层物质的性质状态不同，可分为三个圈层：大气圈、水圈、生物圈。（一）大气圈：,大气的组成恒定组分：主要由氮（78.09%）、氧（20.94%）、氩（0.93%）组成。可变组分：二氧化碳、臭氧和水蒸气,随季节、气象、和人类活动的影响而发生变化。不定组分：这部分物质在大气中含量变化非常大，如尘埃、硫化氢、煤烟、金属粉尘等。它们一是来源自然界，二是来自人类生产、生活活动。,（二）水圈：地球的水圈是由地球表层水体所构成的连续圈层，以气态、固态和液态三种形式为主。海洋占97%，冰川占2.15%，地下水占0.6%。是在原始大气圈的成分中有了大量的水蒸汽之后才逐渐形成的。水圈的总质量为166.4亿吨，海洋水体积为陆地水体积的34倍。海洋水体中已测出近60种元素，其主要元素成分是：O、H、Cl、Na、Mg、S六中元素。海洋水的平均盐度为35。,1.2地球的圈层构造,一、地球的外圈层,（三）生物圈（biosphere）：生物圈是指地球表层由生物及其生命活动地带所构成的连续圈层。即地球上一切生物生存和活动的范围，在大气圈10km的高空，地壳3km深处和深海底部，都发现有生物存在。大量生物则集中在地表和水圈上层，包围地球形成一个封闭圈。,1.2地球的圈层构造,一、地球的外圈层,二、地球的内圈层,1.2地球的圈层构造,（1）地球内部的主要物理性质密度（density）压力（compressivestress）温度（temperature）重力（gravity）磁场（magneticfield）地磁要素（geomagmetic）地震波（earthquakewave）,一、密度：地球单位体积的质量。总体规律是：从地表到地心，密度逐渐增大，在33km、2885km以及其他深度，密度突然增高。二、压力：主要指静压力，即由上覆岩石的重量所产生的压力，随深度增加压力不断增加；33km处为1200Mpa，2885km处为135200Mpa，地心处可达361700Mpa,（1）地球内部的主要物理性质,1.2地球的圈层构造,三、重力：地心对地面物质引力和地球自转离心力的合力。具有随纬度增高而增加的规律。0km2885km递增，且达最大值；2885km地心递减，最终变为0。正常重力值-把地球看作均质体，从理论上计算出地表各处的重力值。重力异常-实测重力值与正常重力值（理论上的）之差。正异常-实测值大于理论值，表明地下存在密度较大的物质。负异常-实测值小于理论值，表明地下存在密度较小的物质。,（1）地球内部的主要物理性质,1.2地球的圈层构造,1.2地球的圈层构造,（1）地球内部的主要物理性质,四、温度1）地壳浅部温度变化（1）变温层：自地表向下约30米，受太阳辐射热的影响。（2）恒温带：此带深度大约在地下30米处。既变温层的下界。（3）增温带：在恒温层以下，温度随深度而逐渐增加，表示增温规律的方法两种：地温梯度（地热增温率）：深度每增加100米，所升高的温度。地温级（地热增温级）：温度升高1，所增加的深度，以米表示。2）地热利用地热增温率较大的地区地热异常区。,五、磁性地球是一个球形磁铁，在其周围形成一个地磁场。地磁子午线（磁针所指南北方向的延长线）与地理子午线有一个夹角，这个夹角磁偏角（），磁针偏东为正，偏西为负，因此，使用罗盘时必须加以校正。磁场强度地磁场中，使磁针偏转和倾斜的磁力大小的绝对值。磁偏角、磁倾角和磁场强度合称地磁三要素，它们共同表示一点的地磁状况。若某地区实测值与理论值不同时，称为地磁异常，利用该异常可查明地下地质情况，如：高磁性岩石、地质构造，这种方法叫磁法勘探。,1.2地球的圈层构造,（1）地球内部的主要物理性质,六、地震波纵波质点振动方向与传播方向相同，速度快，任何物质均可通过，又称P波；横波质点振动方向与传播方向垂直，速度慢，不能通过液态介质，又称S波；在同一介质中，纵波的速度快，总是领先，横波滞后。33km处，P波的速度从7.0km/s突然增加至8.1km/s，S波的速度从4.2km/s突然增加至4.4km/s；2885km处，P波从13.54km/s降至7.98km/s，S波从7.23km/s降至0；地球内部圈层划分的依据,1.2地球的圈层构造,（1）地球内部的主要物理性质,1.2地球的圈层构造,莫霍面（mohodiscontinuity）古登堡面（Gutenbergdiscontinuity）地壳(crust)地幔（mantle）地核（core）,（2）两个不连续界面和三个一级圈层,（3）地球的内部圈层的划分两个不连续界面,根据地震波传播速度的突然变化，先后发现地球内部存在着7个显著的地震波速不连续界面。其中最主要的不连续界面有2个。莫霍洛维奇面（简称莫霍面）最先由克罗地亚学者莫霍洛维奇(A.mohoroviche,1857-1936)于1909年发现。在莫霍面上下，纵波速度从7.0km/s迅速增加到8.1km/s左右；横波速度则从4.2km/s增加到4.4km/s左右莫霍面出现的深度，全球平均为33km,在大洋之下平均仅为7km。后来，人们就把莫霍面之上称为地壳，莫霍面之下到古登堡面之间称为地幔。,1.2地球的圈层构造,（3）地球的内部圈层的划分两个不连续界面,根据地震波传播速度的突然变化，先后发现地球内部存在着7个显著的地震波速不连续界面。其中最主要的不连续界面有2个。古登堡面1914年由美籍德裔学者古登堡（B.Gutenberg,1889-1960）发现的在此不连续面上下，纵波速度由13.6km/s突然降低为7.98km/s；横波速度从7.23km/s到突然消失此界面位于地下2885km深度。此界面之下到地心，称为地核。,1.2地球的圈层构造,1.2地球的圈层构造,（一）地壳：地壳厚度的一般规律是：大陆所在的地方较厚，海洋所在的地方较薄，地壳平均厚度33km。1、上层为花岗岩层(硅铝层)2、下层为玄武岩层(硅镁层),（4）地球的内部圈层的划分三个一级圈层,1.2地球的圈层构造,（二）地幔：1、上地幔：33km984km，平均厚951km。成分以超基性橄榄岩类为主。因此这一层又叫橄榄岩层。2、下地幔：984km2898km，平均厚1914km。成分：金属氧化物和硫化物。因此，这一层又叫金属矿层圈。（三）地核：是指古登堡分界面到地心。主要成分是高磁性的铁、镍物质，故又称铁镍核。关于地核成分目前还有争议。地核温度达3000，压力300万个大气压，物质密度较大。,（4）地球的内部圈层的划分三个一级圈层,软流圈和岩石圈在上地幔内部（即层内），还存在一个地震波的低速层，其深度一般在地表之下60km250km之间。在低速层内，地震波速反而比上部减少左右，这表明此处岩石强度较低，可能局部熔融。低速层的上下并没有明显的界面，地震波速表现为渐变的特征低速层后来就被命名为软流圈。软流圈以上、岩石强度较大的部分（包括地壳和上地幔顶部