放射性地质试验教学示范中心

1、放射性地质试验教学示范中心地球是这样的伟大，它几乎是茫茫宇宙中唯一孕育高级生命的星体；地球是这样的复杂，对她的研究要用到集中人类最高智慧的新科技手段，所以有“入地比上天还难”之说。 一、太阳系概况 太阳系形成至今至少有46亿年，这一点已被公认。然而，太阳系的成因尚属探讨中的问题。太阳系由何而来？至今已有五十多种不同的学说或假设，但就其实质而言，大致可归结为两大阵垒-灾变说和星云说。 灾变说的实质是认为太阳系大体是在一次突然的巨大的剧变中产生的，太阳先于行星和卫星形成； 星云说则主张整个太阳系包括太阳都是由同一块星云物质凝聚而成的。 第一节 地球概况（1）康德-拉普拉斯星云说 太阳系星球物质，初

2、时都是大量基本微粒，充满整个宇宙空间。由于万有引力作用，使这些原始弥漫的星云物质逐渐分别凝聚，从而形成包括地球在内的太阳系各天体。 （2）斯密特俘获说 原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的物质来源，逐渐形成包括地球在内的九大行星。 （3）布逢碰撞说 银河系中一颗快速运动的恒星撞击原始太阳，溅起大量物质，成为行星的物质来源，积聚形成包括地球在内的九大行星。 （4） 金斯潮汐说 在另一颗恒星经过太阳旁边时，把太阳物质吸引出来形成一条状星云，后来此条状星云在环绕太阳旋转中，分裂凝聚增大密度而成行星。外来星太阳太阳 大型强子对撞机可能揭开宇宙起源之谜 位

3、于瑞士日内瓦近郊欧洲粒子物理研究中心，由34国超过两千位物理学家所属的大学与实验室共同出资合建。 包含一个圆周为27km的圆形隧道，位于地下50至150m之间。隧道直径3m，位于同一平面上，贯穿瑞士与法国边境。 一旦大型强子对撞机开始运行，大约7000 块磁铁被液氦冷却到绝对温标以下，维持在超导状态运行，引导并聚焦着两个质子束流。质子束流的速度可达光速的99.9999991%。每个质子携带的能量将达到7万亿电子伏特，相当于质子静止质量所含能量的7000倍（参照爱因斯坦质能公式E= mc2）。 空中俯瞰欧洲核子研究中心太阳系(solar system):太阳、8(9)颗行星、66颗卫星及无数的小

4、行星、彗星及陨星组成行星: 水星（mercury）、金星（venus）、地球（earth）、火星（mars）、木星(jupiter)、土星（saturn）、天王星（uranus）、海王星（neptune）和冥王星（pluto?）类地行星(terrestrial planets): g/cm3），体积小，自转慢，卫星少，内部成分主要为硅酸盐（silicate），具有固体外壳。类木行星(jovian planets): 离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星及冥王星，它们都有很厚的大气圈，其表面特征很难了解，一般推断，它们都具有与类地行星相似的固体内核。小行星（asteroid）：在火星与木星之间

5、有100000个以上的小行星（即由岩石组成的不规则的小星体），推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的，或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星：存在于行星之间，成分是石质或者铁质。 太阳系主要天体特征 1. 对地球的认识地球人在地球上生存、繁衍了许多万年，但地球人只是最近才看到作为行星的地球。自1961“太空麦哲伦”加加林（Gagarin）的首次环球飞行之后，在1969年人类才得以在电视屏幕上目睹从月球上拍摄的地球。 二、地球的形状和大小地球的形状指大地水准面所圈闭的形状。所谓大地水准面是指由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。地球的整体形状十分接近于一个扁率

6、非常小的旋转椭球体（即扁球体）。其实，地球的真实形状与上述扁球体稍有出入。其南半球略粗、短、南极向内下凹约30m；北半球略细、长，北极约向上凸出10m。夸张地说，地球的真实形状略呈梨形。（1975年9月第十六届国际大地测量和地球物理学会（UYGG）推荐和1980年公布的部分大地测量常数值） 赤道半径（a）两极半径（c）公里平均半径（a2c）公里扁率（d=a-c/c）赤道周长公里子午线周长公里表面积5.1007108平方公里体积1.08321012立方公里地球质量（M）（土）1024kg2. 地球形状和大小的最新数据平均密度: e = 5.515 克/厘米3太阳与地球质量比: 太阳与地月系质量比

7、: 回归年长度: T = 365.2422 天离太阳平均距离: A = 1.49597870 1011 米逃逸速度: v = 11.19 公里/秒表面温度: t = - 30 +45表面大气压: 毫巴三、地壳的表面特征（一）宏观特征 总面积 占地球表面积 海洋： 亿km2 70.9%陆地： 亿km2 29.1%地球表面（地球固体外壳表面）高低不平海洋底的平均深度3795m大陆的平均高度825m大洋最深处在西太平洋的马利亚纳海沟11034m大陆上最高点在我国的珠穆朗玛峰（二）大陆地形单元 1.山地 海拔高度在500米以上的正地形。 山地高程分类表2. 平原：相对高差低于100米的平坦地区。3.

8、高原：海拔大于600米，表面较平坦或略有起伏的广阔地区，如青藏高原。4. 盆地：四周是山地或高原，中央地形低平或呈丘陵状的地区，外形似盆状的地形，如四川盆地、塔里木盆地。. 裂谷系：伸延上千公里，宽仅3050km的线形低地，两壁或一壁多为断崖，如东非裂谷系，我国汾渭裂谷。（三）海底地形单元按深度和形态分为三大单元：大陆边缘 大洋盆地 洋中脊 大陆边缘1. 大陆架（陆棚）：海面以下-200米深的海底平原，坡度一般小于0.1。2. 大陆坡：是大陆架外缘倾斜明显变陡的地带，平均坡度为4.3，最大坡度超过20，最大深度3200米，大陆坡上常发现呈“V”字形的海底峡谷，峡谷通向大洋盆地，多发育有巨大的水

9、下冲积扇。3. 大陆基：是大陆坡与大洋盆地之间的平缓地带，平均深度约3700米。这地带多是浊流和滑塌作用带来的碎屑物质的主要堆积场所。有海沟发育的地带就没有大陆基。4. 海沟：海底的带状深渊。5. 岛弧：呈弧形延伸很长的火山列岛。 可进一步分为深海平原、海山和海岭。大洋盆地屹立在大洋底上的巨大“山脉”，有的地段露出海面而成带状分布的岛屿。 例如：著名的大西洋中脊，由北极冰岛印度洋，总长度约65000公里，洋中脊底部平均宽度约1500公里，其上部由平行山脊组成一个高中心带，中央有一条裂谷（大西洋洋中脊典型横剖面图），裂谷宽约20公里，深度约10002000米。洋中脊（四）我国地形特点我国为多山多

10、高原国家，地形复杂，地势特点是西高东低。从西东可分三个台阶： 第一台阶：青藏高原 第二台阶：大兴安岭太行山雪峰山一线以西地区，由 高原高山、山间盆地组成。 第三台阶：大兴安岭太行山雪峰山一线以东地区，主要由平原，盆地，低山丘陵组成。四、地球的物理性质（一）地球的密度和重力 地球的质量是根据万有引力定律计算出来的，用地球的质量除以地球的体积，便可得出g/cm3，而g/cm3，由此推测地球内部必有密度更大的物质。 地球的重力一般是指地球对地表和地内物质的引力，主要由于万有引力造成 。重力值是地心引力与离心力的合力 若把地球物质密度看作是横向均一的话，就可得出，赤道附近距离最大引力最小，离心最大，重

11、力值最小；两极附近距离最小，引力最大，离心最小，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。据计算：在两极，重力比赤道地区大0.53，也就是说把在两极重100kgkg。 理论值变化范围厘米/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。 重力勘探：利用重力来探测地下的矿产、构造等。正异常：g实测g理论 密度大 如 ：Fe、u、b等金属矿床负异常：g实测g理论 密度小 如 ：煤、石油、盐类等矿床 1. 地磁场和地磁要素地磁场：地球周围空间存在的磁场称为地磁场。地磁场三要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度。磁偏角：地磁极与地理极不相吻合，地磁子午线与地理

12、子午线之间的夹角，称为磁偏角。 东偏角以指北针为准，偏在地理子午线东边者，称为东偏角。 西偏角以指北针为准，偏在地理子午线西边者，称为西偏角。我国疆域内地磁偏角为西偏角。磁倾角：总磁场强度方向与水平面的夹角称为磁倾角。或磁针与水平面间的夹角称为磁倾角。 （二）地磁2. 地磁异常正常值（正常磁场）：在全世界范围内选择若干个地磁测站，测得该处的基本地磁要素数据，然后再据以推算出全世界的基本地磁场数据，称为正常值。磁异常：实测地磁要素数值与正常值明显不一致，这种现象叫地磁异常（简称磁异常）。 地磁正异常：实测地磁要素大于正常值叫正异常。 地磁负异常：实测地磁要素小于正常值叫负异常。古地磁：是指地质历

13、史时期的地磁场。（三）地热 地热：地球内部的热能。地球内部的热能的主要来源是放射性元素衰变过程中释放的热能，其次是地球的转动能、重力能以及化学反应能、结晶能等。地球内部热力分层：外热层（变温层）、常温层和内热层。外热层（变温层）：为地球的表层，其热量绝大部来自太阳，年变化影响深度一般为1020米。常温层：指外热层的下界与内热层的上界范围内，该带的地温大致保持在当地地面年平均温度左右，其深度大约在地表以下1530米。内热层（增温层）：指常温层以下的地球内部，其特点是地温随深度的增加而逐渐增高。 地热增温率（或地温梯度）：指深度每增加100米时所升高的温度，以表示，地球的平均地温梯度为3。地热增温

14、的规律只适用于地壳部分或岩石圈，据地球物理资料推断，整个地球的平均温度约为2000。弹性表现： .固体潮（球体形状一段时期变化，另一段时期恢复原状）塑性表现： 1.地球正固体椭球体，长轴与旋转轴垂直 2.岩层褶皱、柔皱、蠕变 作用速度快，持续时间短，表现为弹性。 作用速度缓慢，持续时间长，表现为塑性。 （五）地球的弹和塑性 地球是一个由不同状态与不同物质的同心圈层所组成的球体。这些圈层可以分成内部圈层与外部圈层，即内三圈与外三圈。 外三圈包括大气圈、水圈和生物圈；内三圈包括地壳、地幔和地核。第二节 地球的圈层结构地球各圈层质量一、地球的外部圈层 大气圈、水圈、生物圈 （Atmosphere、H

15、ydrosphere、Biosphere） （一）大气圈Atmosphere 大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。 大气圈没有确切的上界，在200016000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。 地球大气圈气体的总质量约为5.1361021克，相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。1. 分层：根据气温的垂直变化和密度状况，把大气圈自下而上分为五层，与我们关系最密切的是对流层，其次

16、是平流层。 2. 成分：地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04比例的微量气体。（1）供给地球上生物生活所必须的碳、氢、氧、氮等元素。（2）保护生物的生长，使其避免受到宇宙射线的危害。（3）防止地球表面温度发生剧烈的变化和水分的散失，如若没有大气圈，地球上将不会存在水分。（4）一切天气的变化，如风、雨、雪、雹等都发生在大气圈中。（5）是地质作用的重要因素。（6）与人类的生存和发展关系密切。大气容易遭受污染，大气环境的质量直接关系着人类健康。 3. 作用（二）水圈Hydrosphere水圈：地球表面连续而不规则的水体称为水圈。自然界的水以气态、固态和液态三种形式存在于大气圈、生物圈

17、、海洋与大陆表层之中。其中，海洋水约占，大陆表面水约占，地下水为，大气水占。地球表面的水蒸发到大气圈，大气圈内的水气凝聚成雨、雪降落到地表，补给地表水及地下水，构成水圈的大循环。产生三个重要结果： 1. 源源不断地制造淡水供给陆地； 2. 净化了空气和大自然； 3. 通过河流将陆地表层及溶解物质送入海洋。地球上的水循环（三）生物圈 Biosphere生物圈：是由生物及其生命活动的地带所构成的连续圈层。即地球表层由生命物质的一圈。在大气圈、水圈和地壳表层的土壤和岩石里，都有生物存在。自从地球上出现生物以来，生物的活动特别是人类的活动，对地球表面的改造十分明显。 10公里高空、3公里深处，水圈中都

18、有生物，界线不截然。 生物的出现在水、气圈形成之后。由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。 生物是外动力地质作用中比较活跃的因素。一方面自身作为动力参于，另一方面间接改变环境2、CO2含量，影响外动力地质作用。 地壳、地幔和地核 （Earth Crust, Mantle, Earth Core） 目前最深的钻10km相对于6371km半径来说微乎其微，对地球内部了解主要借助于地震波研究成果及对陨石研究等。 地震波的传播速度总体上是随深度而变化的，相同的深度，就有相同的地震波波速。 据实测，地内有两个明显的波速不连续面（界面）：莫

19、霍面、古登堡面，称为不连续面，据此划分地壳、地慢、地核。 二、地球的内部圈层莫霍界面：地壳与地幔的分界，1909年南斯拉夫学者提出。古登堡界面：地幔与地核的分界，1914年美国学者提出。 (1) 莫霍面是地壳与地幔分界，厚度在大洋区和大陆区不同 大陆区 陆壳 厚20-70公里 平均33km 大洋区 洋壳 厚 5-10公厘 平均7km (2) 康拉德界面：仅存在于陆壳中（1925年发现），是次一级界面，深约10km。 界面之上，岩石平均密度2.67,花岗岩质，称Si-Al层 界面之下，岩石平均密度2.9, 玄武岩质,称Si-Mg层(3) 陆壳与洋壳的区别 厚度不同，陆壳33km，洋壳7km； 陆

20、壳的物质组成为上部硅铝层，下部硅镁层；洋壳的物质组成只有硅镁层 1. 地壳 莫霍面以下到古登堡面以上的圈层。深度为从地壳底界到2900km,厚约2860km,占地球体积的82%，质量为4.051021t，g/cm3g/cm3，即在地幔下部接近于地球的平均密度。 基本上为固态，超基性岩。以1000公里为界，分上地幔、下地幔,上地幔密度3.5，下地幔5.1 。 在上地幔 60-400公里范围内，有一个地震波低速带，推测属熔融状态，液态，可以蠕动变形而缓慢流动,称软流圈。软圈上、下界线是渐变的、起伏的。 软流圈以上，上地幔的刚性顶盖和地壳一起合称岩石圈。 2. 地幔 岩石圈 对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈