岩石圈教学课件

1、自然环境演化与社会环境发展的物质支撑岩石圈第三章岩石圈的结构、特征及其在人地系统中的作用岩石圈的物质组成内力作用下的地壳构造运动外力作用下的岩石物质运动人为活动对岩石圈动态的影响岩石圈表层的可持续开发利用途径内容第一节 岩石圈的结构、特征 及其在人地系统中的作用岩石圈是人地复合系统的有机组成部分，它既是固体地球的外壳，又是地表环境系统的重要物质基础，同时，还是外力与内力持续交互作用的场所。岩石圈一般是指由地壳和上地幔顶部坚硬岩石所组成的地球圈层之一，厚度约70100km。一、岩石圈的结构岩石圈是各种类型的岩石组成，是一个力学性质基本一致的刚性整体。垂直结构上，包括全部地壳和上地幔顶部的橄榄岩层

2、。水平结构上，地壳层包括大陆地壳和大洋地壳；地幔层也在横向的各种构造环境中具有明显的不均一性结构。从人为活动对岩石圈的影响来看，目前人类能直接涉及的岩石圈深度约为5km，最深的钻探取样深度尚不超过13km。从岩石圈对人类的作用看，人类生存与发展的环境是位于地壳上部的地球表层系统，但地幔的组成、结构、状态以及在地幔中进行的各种作用对人类环境有重要作用。人类从地壳中获取的多种资源、能源直接或间接源自地幔；地幔中的岩浆活动、构造运动既可能形成有用矿产、有利于发展的地貌，也可能带来地质灾害，尤其是上地幔与地壳之间持续进行的物质与能量交换，是地表环境形成的重要驱动力。二、地球系统中岩石圈的特征（一）内力

3、与外力交互作用的层面 作用于岩石圈的地质引力，因能的来源不同，可以分为内力作用与外力作用。 内能：地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能 外能：太阳辐射能、日月潮汐能 内力作用与外力作用是相对独立，又相互依存的对立统一体，二者的结合是促使地球演化、更新的动力。地表岩石组成及地貌特征的时空分布格局是内力与外力共同作用的结果。（二）地球表层系统的重要物质基础地理壳（景观壳）：在地球表层系统中，岩石圈与大气圈、水圈、生物圈等其他自然圈层紧密交错，它们之间存在着极为多样的非线性相互作用，整合形成复杂的自然的综合体，并且从赤道道极地覆盖整个地球，构成地理壳。三、岩石圈在人类生存与发展中的作用类别

4、岩石圈的作用资源作用提供一定种类、含量与质量的矿物资源，并且以岩石圈为基础，形成可再生地下水资源以及土地资源1.岩石圈中动力学过程的时空格局，尤其是有明显构造活动的地球动力带的分布与动态，通过对海陆分布格局、重要地貌形态分布的影响，对环境特征的形成产生影响。2.具有灾害性的地质过程发展状况与趋势对生物与人类生存安全产生影响3.岩石圈中应力不稳定度的时空格局及其在受扰动后，回到动力学平衡态的能力，对人类环境演变等产生影响地球动力学作用地球物理作用1.地球物理场的时空格局对人类活动具有影响2.地球物理场异常带与可能致病带的分布与动态对生物体与人体健康具有一定效应。3.与地球物理场应力强度相联系的岩

5、石圈自调节能力以及对进入其中的宇宙能流及地球深部能流的聚集与改变能力，与环境的稳定度、环境对人类的适宜性有密切关联。地球化学作用1.地球化学场的非均质性，尤其是重要生命元素（或有毒有害元素）及其化合物在一定空间范围内的严重缺失或过度集中，对人体健康影响显著。2.岩石圈中元素及其化合物的水迁移、气迁移、生物迁移能力，尤其是它们进入人体与生物体中的能力，影响环境要素与人体中元素分布与分配。3.岩石圈表层特征对进入环境的化学组分的分散性能和自净能力产生影响第二节 岩石圈的物质组成构成岩石圈的基本单位是不同类型的岩石，这一圈层的基本状态决定于主要岩石类型的组合。组成岩石的基本成分是矿物，即由各种化学元

6、素组成的化合物或单质，它们具有相对固定的化学成分和物理性质。岩石的物质组成可以分为化学元素、矿物、岩石三个不同层次进行研究。 化学元素组成：地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大 部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98以上，其他元素共占1%2。矿物组成：组成岩石主要成份的矿物，称造岩矿物，最常见的造岩矿物有下列几种：长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石 。它们也是组成岩石圈的主要矿物。1.固体地球及地壳的元素重量百分比固体地球中主要的元素和地壳中含有的绝大多数相似，但固体地球中铁的含量占有很大的比例。一、地壳的化学元素地壳中含有周期表中的绝大部分元素，其

7、中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98以上，其他元素共占1%-2。化学元素在地壳中平均含量称克拉克值。地壳中化学元素的平均含量相差极为悬殊。氧几乎占有一半，硅约占1/4，铝约占1/13。 对于整个岩石圈的原子组成来说，氧占60.4%，硅占20.5%，铝占6.2%，氢占2.9%，钠占2.49%，铁、钙、镁和钾分别占1.9%、1.88%、1.77%和1.37%，其他元素含量都小于1%。2.岩石圈的元素组成3.丰度：定义：化学元素在任何宇宙或地球化学系统中（如地球、大气圈、水圈、岩石圈）的平均含量。广义的地壳中元素丰度可以分为：绝对丰度（Abosulute abundanc

8、e)和相对丰度(Relative abundance)狭义的地壳中元素丰度仅指绝对丰度。岩石圈的元素组成（1）绝对丰度：绝对丰度是指从全球范围看，地球某一子系统中化学元素的平均含量。地壳的计算深度为16km。地壳中主要元素的丰度（质量分数）地壳中种类繁多的化学元素及同位素的绝对丰度有显著的不均匀性。其中含量最大的元素O,Si,Al, Fe, Ca, Na, Mg, K占地壳总质量的99以上，被称为造岩元素。地壳中元素丰度的变化规律：1）元素绝对丰度随原子序数的增加而减少；2）偶数元素的绝对丰度高于其相邻的奇数元素的丰度；3）4q型元素（相对原子质量为4的整数倍）的绝对丰度高；（2）相对丰度地壳

9、中化学元素的相对丰度是指在一定地域范围内，给定元素的实测量与该元素绝对丰度之比。相对丰度显著高或显著低的地域被称为地球化学异常区。当一定空间范围内一种或几种元素的相对丰度显著地过高或过低时，通过岩石与其他环境要素间的物质交换，会导致整体环境中呈现相应的元素异常现象，从而可能引起对农、林、牧业生产以及对人体健康的不良影响。以重要的生命元素氟为例，花岗岩体、巨大含氟矿床的存在、火山活动等都能造成区域性氟的地球化学值异常。在我国受萤石矿、磷灰石矿影响的地区，矿脉周围岩层及地下水中的含氟量高；渤海湾濒海平原，由于多次海侵及海退，深层沉积物质与地下水的含氟量也高；在地质构造运动控制下，大陆块的边缘地带和

10、断裂带出现高氟温泉。3.岩石圈一般组成与人体元素组成间的联系 人体通过呼吸空气、饮水、摄入食物与地球环境间进行着物质与能量交换，从而与环境间保持着物质的动态平衡。通过长期演化，人体中元素丰度与其生存环境中元素丰度间有着统一性。 通过对大量样品分析结果已经清楚地表明：人体任何一种组织中元素丰度与组成地壳的岩石中化学元素的绝对丰度具有相似的分布形式。 人体与岩石圈元素丰度间存在重要差异。 对大量数据统计研究结果清楚地表明：人体中元素含量与地壳岩石中元素绝对丰度间呈显著相关，而人体中元素含量与海水中元素绝对丰度间地相关性更为显著。 经过长期复杂的地球表层化学演化与生物进化的共轭过程，形成目前人体元素

11、丰度与岩石圈中元素绝对丰度既有惊人的相似性又有重要的差异性的特征。地壳岩石中元素绝对丰度与人体血液中元素浓度的比较二、岩石与矿物（一）、矿物定义：由地质作用形成的具有一定化学成分和物理性质的天然单质(如金刚石、自然金等)和化合物(如方解石、石英等),称为矿物，是组成岩石和矿石的基本单元。有机作用形成的珍珠、琥珀不是矿物人造宝石不是矿物除了汞(水银)以外，矿物都是固體矿物具有一定的化学组成和物理性质質矿物的原子排列有一定的规则矿物一般都有自己固有的形态，但在自然界产出时常不完整只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征矿物也有较大的形体，可以用肉眼及

12、简单的试验方法辨认規則金刚石石英自然金红宝石孔雀绿黄铁矿1.矿物的分类矿物的分类方法很多,如结晶分类、工业分类、成因分类、结晶化学分类等。目前广泛采用的是以矿物化学成分和晶体结构为依据的晶体化学分类法。由于矿物的性质主要决定于矿物的成分和内部结构,并与一定的生成条件有关,在一定程度上也反映了自然界化学元素结合的规律,因此,按晶体化学原则作为矿物分类的主要依据,相对来说是一种比较合理的分类方法。根据这种分类方法,可以将自然界中的矿物分为五大类:自然元素、硫化物、卤化物、氧化物及氢氧化物、含氧盐1.自然元素如金，金刚石、石墨、硫磺，还有铜、银、汞等自然铂Pt2.硫化物矿物：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、

13、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等3.卤化物矿物（F、Cl、Br、I化合物）：石盐、钾盐、萤石等4.氧化物和氢氧化物矿物： 如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等。5.含氧酸盐矿物： 最重要的是下面三种： 硫酸盐矿物： 有石膏、芒硝、重晶石等 碳酸盐矿物： 如方解石、孔雀石 硅酸盐矿物：如正长石锡石（SnO2）方解石（CaCO3）硅酸盐矿物种类繁多，约占已知矿物种数的1/4，占地壳总重量的85% 其中最常见的就是各类长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等几种，它们广泛分布在地壳与地幔内。奥长石（架状硅酸盐）蛇纹石（层状硅酸盐）蔷薇辉石（链状硅酸盐）黄玉（岛状硅酸盐）石英（Si

14、O2）2.矿物的内部结构和外形晶体内部质点（原子、离子）在三维空间周期性重复排列（即有序排列）的固体。非晶体内部质点排列无序。晶体矿物组成矿物的质点在三维空间周期性重复排列的矿物。或具有晶体结构的矿物。对每种矿物来说，如果晶体充分自由发展，外形较固定，如：食盐的立方体、方解石的菱体、磁铁矿的八面体、石英的六方柱和六方双锥。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。矿物的非晶质体：黑曜岩、珍珠岩、蛋白石 由于仪器观测精度越来越高，过去许多以为是非晶质的矿物，其实是晶体微小的“隐晶质” 原来被列为非晶质矿物的种数变得越来越少矿物的同质多象与

15、类质同象同质多象相同化成分的物质在不同的地质条件（P、T）下，可以形成不同的晶体结构，从而成为不同的矿物。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：橄榄石（g、e）2SiO4Mg、e为类质同象的替代3.矿物的物理性质4.常见的造岩矿物石英 (quartz) 的化学成分为SiO2，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。低温石英常呈带尖顶的六方

16、柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。石英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。纯净的石英无色透明，玻璃光泽，贝壳状断口上具油脂光泽，无解理，摩氏硬度7，比重2.65。受压或受热能产生电效应。石英因粒度、颜色、包裹体等的不同而有许多变种。无色透明的石英称为水晶，紫色水晶俗称紫晶，烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰红色的俗称芙蓉石；呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙，玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石，俗称火石。石英的用途很广。无裂隙、无缺陷的水晶

17、单晶用作压电材料，来制造石英谐振器和滤波器。一般石英可以作为玻璃原料，紫色、粉色的石英和玛瑙还可作雕刻工艺美术的原料。石英是最重要的造岩矿物之一，在火成岩、沉积岩、变质岩中均有广泛分布。巴西是世界著名的水晶出产国，曾发现直径2.5米、高5米、重达40余吨的水晶晶体。康熙版p33圖3.12黄水晶、紫水晶、水晶正长石 (orthoclase feldspar) 正长石的化学组成是KAlSi3O8，晶体属单斜晶系的架状结构硅酸盐矿物。正长石是钾长石的亚稳相变体，钾长石和钠长石不完全类质同象系列。短柱状或厚板状晶体，常见卡斯巴双晶、巴温诺双晶和曼尼巴双晶，集合体为致密块状。肉红或浅黄、浅黄白色，玻璃光

18、泽，解理面珍珠光泽，半透明。两组解理（一组完全、一组中等）相交成90，由此得正长石之名。摩氏硬度6，比重2.56-2.58。900以上生成的无色透明长石称透长石。 正长石广泛分布于酸性和碱性成分的岩浆岩、火山碎屑岩中，在钾长片麻岩和花岗混合岩以及长石砂岩和硬砂岩中也有分布。正长石是陶瓷业和玻璃业的主要原料，也可用于制取钾肥。 正长石 (orthoclase feldspar)斜长石 (plagioclase feldspar) 斜长石属于NaAlSi3O8（Ab）-CaAl2Si2O8（An）类质同象系列的长石矿物的总称，共分为6个矿物种：钠长石（An0-10Ab100-90）、奥长石（An1

19、0-30Ab90-70）、中长石（An30-50Ab70-50）、拉长石（An50-70Ab50-30）、倍长石（An70-90Ab30-10）和钙长石（An90-100Ab10-0）。岩石学中将前二者统称为酸性斜长石，而将后三者统称为基性斜长石。晶体属三斜晶系的架状结构硅酸盐矿物，多为柱状或板状，常见聚片双晶，在晶面或解理面上可见细而平行的双晶纹。白至灰白色，有些呈微浅蓝或浅绿色，玻璃光泽，半透明。两组解理（一组完全、一组中等）相交成8624，故得名斜长石。摩氏硬度6-6.5，比重2.6-2.76。斜长石广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积碎屑岩中。斜长石是陶瓷业和玻璃业的主要原料，色泽美丽者可作

20、宝玉石材料，如日光石。斜长石 (plagioclase feldspar) 云母 (mica) 云母的化学组成是XY2-3Z4O10(OH)2，晶体属单斜晶系的一族层状结构的硅酸盐矿物的总称。X代表2:1型结构单元层层间的阳离子，主要为K+，也可为Na+。Y代表层内八面体片中的阳离子，主要是Al3+、Mg2+、Fe2+、Fe3+或Li+。Z代表四面体片中的阳离子，基本上是Si4+以及Al3+，Si:Al为3:1。云母族矿物，按照成分和颜色，可分为白云母、金云母、黑云母等。云母通常呈假六方或菱形的板状、片状、柱状晶形。颜色多样，玻璃光泽，解理面上珍珠光泽，透明或半透明。具一组极完全的平行底面解理

21、，薄片富弹性。摩氏硬度2-3，比重2.7-3.1。具高度的不导电性和耐火性。白云母为无色及浅灰、浅黄、浅绿等色。呈细小鳞片状、具丝绢光泽的异种称绢云母。金云母是含镁的云母，黄褐色或金黄色，解理面上常具有半金属光泽。黑云母是含镁、铁的云母，黑、绿黑或褐黑色。白云母和金云母可作为绝缘材料，广泛用于电器、电子等工业生产。 云母 (mica)黑雲母方解石 (calcite) 化学成分为CaCO3，晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。晶体常为复三方偏三角面体或菱面体与六面体的聚形，集合体多呈粒状、块状、钟乳状、鲕状、纤维状及晶簇状等。通常为无色、乳白色，含杂质则染成各种颜色，有时具晕色，其中无色透明的晶体称冰洲

22、石，玻璃光泽。摩氏硬度3，比重2.6-2.9，三组完全菱面体解理，故名方解石，性脆。遇冷稀盐酸剧烈起泡，放出CO2。鉴定特征：菱面体完全解理，硬度不大，加稀盐酸剧烈起泡。方解石是分布最广的矿物之一，是组成石灰岩和大理岩的主要成分。在石灰岩地区，溶解在溶液中的重碳酸钙在适宜的条件下沉淀出方解石，形成千姿百态的钟乳石、石笋、石幔、石柱等自然景观。 方解石在冶金工业上用做熔剂，在建筑工业方面用来生产水泥、石灰。冰洲石是制作偏光棱镜的高级材料。 方解石 (calcite) 岩石圈的组成岩石组成: 火成岩：火成岩以岩浆岩为主。岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65%。分类：酸性岩、中性岩、基

23、性岩和超基性岩。 沉积岩：暴露在地壳表部的岩石，经过风化、剥蚀在原地或经搬运堆积下来，经过成岩作用而形成的岩石。类型：碎屑岩类， 粘土岩类， 生物化学岩类。 变质岩：由地球内力作用引起的岩石性质的变化过程总称为变质作用。由变质作用形成的岩石，就是变质岩。变质作用的因素：温度、压力和化学因素。 如果根据变质母岩的性质，把变质岩归属于沉积岩和火成岩，那么在整个地壳的岩石组成中，火成岩占95%，而沉积岩只占到5%；但沉积岩却覆盖了整个地球表面的75%，火成岩却只覆盖了地球表面的25%。在岩石圈表层的大陆及其邻近海域（分布面积）：沉积岩70，岩浆岩20，变质岩10 从全球表层的分布面积情况看：沉积岩2

24、0，岩浆岩86，变质岩4 从岩石圈的体积上看：沉积岩5，岩浆岩35，变质岩60岩浆岩由于冷凝结晶的条件不同，尽管有同样的成分，所形成的的岩石主要矿物成分虽然差不多，但在岩貌和组构上有明显区别，成为不同的岩石。主要结构有：1）显晶质结构；2）隐晶质结构；3）玻璃质结构；4）斑状结构和似斑状结构。主要构造有：1）块状构造；2）流动构造; 3）气孔构造。 隐晶质玻璃质斑状结构和似斑状结构 喷出岩侵入岩1.火成岩长石康熙版p32圖3.9黑云母石英花岗岩组成 世界资源总储量的7585%是沉积和沉积变质成因的。 石油、天然气、煤、油页岩等可燃性有机矿产以及盐类矿产几乎均为沉积成因。 铁矿的90%、铅锌矿的

25、4050%、铜矿的2530%、锰矿和铝矿的绝大部分以及其它许多金属和非金属矿产均为沉积或沉积变质成因的。据19届国际地质学会统计资料 2.沉积岩与矿床沉积岩原始物质成分来源1.主要由母岩风化产物形成的沉积岩(按母岩风化产物的类型和其搬运沉积作用不同，再划分为两类)碎屑岩按粒度划分砾岩砂岩粉砂岩粘土岩化学岩按成分划分碳酸盐岩硫酸盐岩卤化物岩硅岩其它化学岩2.主要由火山碎屑物质组成的沉积岩火山碎屑岩3.主要由生物遗体组成的沉积岩按可燃性划分可燃生物岩非可燃生物岩煤砂岩砾岩页岩岩层沉积岩3.变质作用与变质岩1）变质作用的相关作用变质作用：先成岩在地下高温高压和化学活动性流体的参与下，在固态状态下改变

26、其结构、构造或化学成分，从而形成新岩石的作用过程。一般说来，岩石是否变质，是以有无重结晶现象或者出不出现变质矿物为标志（特别在温度升高的情况下）。根据观察判断，变质作用的温度大体在150900之间，低于150属于成岩作用的范畴；高于900则又属于岩浆作用的范畴。岩石在变质过程中基本保持固体状态，一般不经过熔融。变质作用不仅形成各种变质岩，而且还形成多种类型的变质矿产。变质作用与岩浆作用的区别温度：温度是引起变质的基本因素。温度的变化来源于地热、放射性元素的蜕变、岩浆活动及地壳运动诸方面。出现高温的地区有：侵入岩体的周围；断裂带附近；地壳深处的放射热和地热区；现代的岛弧和大洋中脊等地区。压力：压

27、力可以使重结晶矿物产生定向排列，而形成变质岩特有的片理构造。 静压力是上覆地层引起的负荷压力。有利于塑性变形和高压矿物的产生。 定向压力：其特征是具有定向性，主要由地壳运动引起的，在地壳中分布不均，在地壳的上部发育，使岩层产生褶皱、断裂；使矿物的晶格变形；使其中的片状矿物和柱状矿物垂直于定向压力的方向排列，而成片理构造。由于定向压力出现在地壳浅处，这些地方往往有水分存在，所以在定向压力条件下，产生的变质矿物多含OH-，如白云母、绿泥石、滑石等。2）变质作用的因素流体压力是H2O、CO2、O2等挥发性流体占据岩石粒间空隙而产生的。在地下深处，全部负荷压力都传递给流体，这时负荷压力与流体压力相等。

28、在地壳浅处，岩层裂隙发育，并与地表沟通，这时流体压力小于负荷压力。只有在岩浆侵入体周围，岩浆结晶时析出大量流体，才可能出现流体压力大于负荷压力的状况。化学活动性流体的存在可使变质作用受什么影响呢？可以促使其它组分的溶解，加速扩散速度，增强重结晶作用和变质反应，同时将一些成分带入岩石中，也将某些成分带出，从而使原岩成分发生变化；流体的存在会大大降低岩石的重熔温度和各变质级别的温度界限。如花岗质的岩石，不含挥发组分时重熔温度为950，若含饱和溶液时，其中低熔组分在640就开始重熔。 3）变质作用的方式 重结晶作用(recrystallization)就是使非晶质的岩石变成结晶质的岩石；结晶小的岩石

29、变为结晶粗大的岩石。重结晶作用是在固态条件下进行，一般不改变原岩成分。变质结晶作用（metacrystallization）是指原岩总成分不变，而有新的结晶矿物形成，这说明原岩成分不纯。平衡条件温度是重结晶作用的主要因素，每一种变质矿物的生成和稳定都有一个特定的温度区间，只要温度变化超过区间，原矿物就会消失，新矿物就开始形成，如纯石灰岩（CaCO3），温度升高将变成大理岩，温度继续升高，结晶颗粒有变粗的趋势。如无外来物质的参与不会有新矿物出现，只是结构发生变化。如果是硅质灰岩（含SiO2的灰岩），温度升高则出现新的变质矿物硅灰石：SiO2CaCO3CaSiO3CO2 当压力为1巴时，反应式的平

30、衡温度为273；压力为1千巴时，平衡温度是580680；压力为2千巴时，平衡温度是610750 重结晶作用和变质结晶作用 压力在重结晶作用中是影响温度平衡的重要因素。上面的硅灰石反应式就说明了这个问题。另外，压力增大有利于形成分子体积小而密度大的矿物。例如： Mg2SiO4CaAl2SiO8CaMg2Al2Si3O12 （橄榄石）（钙长石） （石榴子石）克分子体积 43.9cc 101.1cc 121cc比重 3.2 2.7 3.44.3可见，通过反应，矿物体积缩小24cc，这就是变质岩中出现比重大，体积小的矿物的原因。在变质作用过程中，由于外来流体（热气、热液）的加入，与岩石中的某种组分起化

31、学反应，发生置换，使岩石中出现新矿物，这种作用就叫交代作用。如含Na的流体与钾长石反应置换出K，而形成新矿物钠长石。KAlSi3O8NaNaAlSi3O8K (钾长石) (加入Na) （钠长石）（流失K）交代作用（metasomatism）交代作用的特点是：在固态下进行；交代前后岩石总体积不变；原矿物的成分被置换与新矿物的形成同时。交代作用的强度和范围决定于：围岩性质；化学活动性流体的成分；岩石裂隙的多少；作用时间的长短。4）变质作用的基本类型 变质作用的分类主要根据地质环境、变质因素及产物的特征划分为接触变质作用、碎裂变质作用、区域变质作用、混合岩化作用及洋底变质作用。 我们学习的重点在接触

32、变质作用、碎裂变质作用、区域变质作用这三个类型上。 接触变质作用（contact metamorphism）接触变质作用发生在岩浆岩体与围岩的接触带上，是岩浆散发的热量和流体引起的变质作用。 一般接触变质作用发生在38km深度范围内。上覆岩层的负荷压力在8002100巴（以275巴/km计）。按侵入体可以上升到1km浅处计，接触变质作用的有效压力范围是2002000巴。这个压力与区域变质及碎裂变质的压力相比（几千1万巴）是很小的。可见接触变质作用是一种低压高温的变质作用。温度和化学活动性流体是主要原因。 按变质因素和围岩变质特征，又可分为：接触热变质作用；接触交代变质作用。 前者是岩浆岩体散发

33、的热引起围岩的变质所形成的变质岩，不具备片理构造，称为角岩，如红柱石角岩、大理岩等。后者是岩体中的挥发组分与围岩发生作用引起的变质，使之产生新矿物组合的岩石。特别是中酸性岩体与碳酸盐类的岩石接触（石灰岩）而形成夕卡岩（含多金属如Fe、Cu、W、Sn、Mo、Pb、Zn等）。 一般岩浆类型不同，温度也不一样。花岗岩侵入体的温度为700800；正长岩为900；辉长岩为1200。这说明基性岩体外围的变质比酸性岩外围的变质温度高。而且愈接近岩体围岩变质深，远离岩体的围岩变质浅，最后过渡为原岩。从平面上看，组成环状接触变质带，称为变质晕或变质圈。接触变质作用示意图 碎裂变质作用（或动力变质作用） （dyn

34、amic metamorphism） 动力变质作用是在定向压力作用下发生变质的一种作用。这种变质由于动力作用的时间短暂，又可能多次叠加，结果使岩石发生破碎。其变质程度由岩石的破裂程度表现出来，这种岩石称为碎裂岩。如果由大小不等的岩块嵌在一起时，叫断层角砾岩。在韧性条件下形成的动力变质岩叫糜棱岩。 这种作用常出现在断层带上，多伴有重晶作用和变晶作用（如出现绿泥石、绿帘石、兰晶石等），有时出现构造透镜体。 区域变质作用（regional metamorphism）这种变质作用常在大范围内发生呈带状。变质带长几百几千公里；宽几十几百公里；深度从几公里几十公里；压力在200010000巴以上。引起这种

35、变质作用除负荷压力以外，构造运动引起的应力常叠加其上。 区域变质的温度范围在150-900之间。热量来源于地幔的热流和局部的动力热和岩浆热。局部地方常因热量不均匀积累，而有“超高热囊”出现，使岩石发生重熔。从整体看温度是比较均匀的，即使有侵入体的插入和碎裂带的切割，也没有改变区域变质带的特征。所以，引起区域变质作用的温度与侵入岩体和构造作用关系较小。化学活动性流体的作用普遍，主要来源于岩石和矿物的脱水和脱碳反应。 总的来说，区域变质作用是变质因素综合引起的，区域变质岩与原岩相比，不论在化学成分上，矿物成分上以及结构、构造上都有改变。 从历史发展角度看，区域变质作用过程是长期的、复杂的，也是周期

36、性叠加的。在空间上，变质程度随温度的升高而逐渐加深，从而反映出变质作用由低级到高级的排列规律。区域变质岩普遍具有矿物作定向性排列的片理构造。由低级到高级显示为板状千枚状片状片麻状构造。 区域变质岩在高温高压下，因产生塑性变形，且多次叠加，所以变质岩中常见复杂的小型构造。三大类岩石的相互关系岩石一旦改变其所处的环境将随之发生改造，可以转化为其它类型岩石。 出露到地表面的岩浆岩、变质岩与沉积岩，经过风化、剥蚀、搬运作用而变成沉积物，沉积物埋到地下浅处就硬结成岩-重新形成沉积岩。 埋到地下深处的沉积岩或岩浆岩，在温度不太高的条件下，可以以固态的形式发生变质，变成变质岩. 不管什么岩石，一旦进入高温（

37、大于700800）状态，岩石就将逐渐熔融成岩浆。岩浆在上升的过程中降低着自身的温度，使自身的成分复杂化，并在地下浅处冷凝成侵入岩，或喷出地表而形成火山岩。 在岩石圈内形成的岩石，由于地壳抬升，上覆岩石遭受剥蚀，它们又有机会变成出露地表的岩石。火成岩变质岩沉积岩熔 化埋藏岩化作用搬运沉积崩解分解溶蚀变 质 作 用熔 化凝固岩浆侵入变 质 作 用埋藏岩化作用搬运沉积崩解分解溶蚀凝固岩浆侵入岩石转化循环示意图崩解分解溶蚀沉积物的搬运和沉积喷出的火成岩埋藏和岩化沉积岩变质作用变质岩变质作用熔化侵入岩浆的上升侵入的火成岩岩浆的上升由地壳上升和剥蚀而露出放射热太阳能三大岩石的基本特点 岩 类特 点 岩 浆

38、 岩 沉 积 岩 变 质 岩产 状侵入，喷出 层状产出随原岩产状而定形 成 环 境岩浆泠却，降温降压常温常压增温增压结 构大部分为结晶的岩石，部分为隐晶质、玻璃质碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物结构等重结晶岩石，具粒状、鳞片状、斑状等各种变晶结构构 造多为块状构造。喷出岩具气孔状、杏仁状、流纹状等构造各种层理构造，如斜层理、水平层理、交错层理等大部分具片理构造，部分为块状构造标 准 矿 物橄榄石等石盐、石膏等滑石、石墨等其 它不含生物化石，围岩有烘烤现象,不能形成褶曲构造多含生物化石，可形成明显的褶曲可有化石(副变质岩)，可形成褶曲内生成矿作用在岩石圈内部，由于物理、化学条件的变化使有用物质

39、达到工业上有用、并且成本上合算的程度，这种有用物质的聚集就称为内生矿产资源。 这种在岩石圈内使有用物质聚集的作用就叫内生成矿作用。 当岩浆自海底喷出时，携带了各种有用元素的气体挥发分就可以与海水结合，迅速冷凝、堆积在海底形成富含贵金属或有色金属的“黑矿”或其它硫化物矿床。热水溶液喷出海底，常在海底构成“黑烟囱”与基性侵入体结晶分异作用相关的铁矿床或铂矿床 当基性岩浆侵入作用发生时，少数比重量较大的铁族、铂族元素易于下沉到岩体下部，相对聚集，有时就可形成铁矿床或铂矿床，如我国四川渡口最著名的攀枝花铁矿床（含钒、钛）。矽卡岩型矿床 中、酸性侵入体的上部接触带，当与碳酸盐岩石，尤其与石膏岩盐层相接触

40、，围岩中的碱、氯化物、碳酸根、硫酸根与岩浆发生接触交代变质作用。可形成许多富铜、富铁、白钨、黄金等矿床，这是我国东部地区常见的一种矿床类型。气成热液矿床 中、酸性岩浆侵入活动晚期，常分泌出大量富含气体、挥发分的流体，它们一般聚集在岩体顶部； 大气降水渗入地下，水温升高，它也可溶解并携带大量有用元素； 在成岩与变质作用过程中，晶格中与晶格间的水分子会被排出，在地下聚集成富含有用元素的流体。 上述三种流体中的任何一种，或者是它们的混合，都可以向压力较小的方向流动。将金属元素堆积在孔隙与裂隙较多的部位，有用元素常可富集到上千倍或上万倍。形成气成热液矿床。 贵金属（Au、Ag）、有色金属（Cu、Pb、

41、Zn） 稀有金属（、Sn、Mo、Bi、Hg、As、Sb、Co） 放射性元素（） 绝大部分蛇纹石石棉、菱镁矿（MgCo）、石墨（）、磷灰岩（磷酸钙）等有用物质聚集的主要方式。 对地下流体及其成矿作用的研究，已经成为矿床学家与地球化学家特别注目的课题。变质作用矿产资源 太古代到早元古代与海底火山作用相关的铁、硅质岩石，可以在区域变质作用过程中，使铁质进一步聚集，形成磁铁石英岩，构成矿体。 在区域变质作用下，煤层可变质而成为石墨矿层 灰黑色的石灰岩经过变质作用，将炭分或其易挥发的有机杂质排除掉，而变成为白色的大理岩，变成良好的建筑石材韧性剪切带中的金矿 后期的流体可以大体沿韧性剪切带矿物定向排列的裂

42、开面而聚集成矿。此时韧性剪切带其实是起到了一种良好围岩的作用。金矿脉中金元素的含量比一般岩石中的含量富集了上千倍。岩石圈的物理状态决定了三大岩石（沉积岩、岩浆岩、变质岩）的形成。 地热的显示表明了地内热场的存在。 岩浆作用是熔融的岩浆向上运移、冷凝或喷出地表的过程。 变质作用是在地下由于温度、压力或流体作用的影响，使原有岩石在固态条件下，发生物质成分与结构、构造的变化。 三大岩石可以相互转化，它们是岩石圈自身动力作用以及与其他圈层相互作用的产物。 特定的岩浆与变质作用过程，特定的物质基础有可能使有用元素富集，形成内生矿床。三大岩石类型总结引起地壳及其表面形态不断变化的作用，叫做“地质作用”地质

43、作用的能量来源： 放射性元素蜕变时产生的热能、重力能、旋转能等, 地球外部，主要是太阳辐射能及转化形式，如风能等 来自地球内部的能量所起的作用称为“内力作用 来自地球外部的能量所起的作用称为“外力作用 内外力作用的具体表现： 内力作用主要表现为：地壳运动、岩浆活动、变质作用、地震等 外力作用主要表现为：地壳表层物质的破坏、搬运、堆积等 地球内力(内动力,内营力)是因地球的内能而产生的力。地球的内力主要作用于地球上地幔软流层之上的岩石圈,导致岩石圈构造运动、岩浆活动、变质作用和地震作用的发生,引起地球物质的不均匀性。 第三节 内力作用下的地壳构造运动一、地壳构造运动（一）、地壳构造运动概说1.地

44、壳构造运动的概念构造运动(tectonic movement)在地球内力作用下引起岩石圈的岩石发生变形、变位的机械作用,它反映在地表,表现为地形高低变化,海洋、陆地范围的改变,岩石产状的改变以及地震等。广义的地壳运动是指地壳内部物质的一切物理和化学的变化,包括地壳的变形、变质作用、岩浆作用、地震等。狭义的地壳运动是指主要由内力作用所引起的地壳隆起、拗陷以及形成各种构造形态的运动。2.地壳构造运动的基本特征（1）构造运动具有方向性 包括水平运动和垂直运动两种水平运动（horizontal movement）：水平运动是指地壳在水平方向起主要作用的力,即与地面成切线方向的力(包括地壳的压缩和拉张)

45、作用下,地壳岩层所发生的运动,这种运动使相邻块体受到挤压、或者被分离拉开,或者剪切错动,甚至旋转。 表现为岩石圈的水平挤压或水平引张，使岩层发生褶皱和断裂，甚至形成巨大的褶皱山系或巨大的地堑和裂谷。 相对说来，水平运动难于观察，常用三角测量网来查明，如美国西海岸旧金山附近的圣安德列斯断层，经三角测量证明，水平错开达480km。又如我国东部的郯城庐江断裂，据地质标志估计，断层的东西两侧平错了740km。 旧金山附近三角测量站的相对位移垂直运动（vertical movement） 地壳的垂直运动是指地壳块体沿着地球半径方向发生的上升或下降的运动。一般表现为大面积的上升和下降运动，形成大型的隆起和

46、拗陷，引起海侵和海退 一般说来，垂直运动易于识别，但垂直运动比水平运动缓慢。在同一地区的不同时间内，上升运动和下降运动常常交替进行。另外，垂直运动总是此起彼落。在大陆内部，垂直运动可以通过大地水准测量来发现。在海边可以利用各种标志来验证。 意大利古罗马废墟塞拉比斯古庙石柱（二）构造运动的速度和幅度构造运动有快有慢，但多数是长期缓慢的运动，例如喜马拉雅山，在四千万年前还是一片汪洋，今日却成了世界屋脊。第三纪以来，每年平均上升0.05cm。从18621932年的70年间，平均每年上升1.82cm，近些年来上升速度还在增加。此外像大洋中脊，也以每年24cm的速度向两侧移动。构造运动的幅度（指位移量）

47、，是随时间和地点而变化的。运动的幅度与运动的方向和速度有关。不论垂直运动还是水平运动，只要运动方向不变，时间愈长运动幅度愈大，同一时间内，速度愈快，运动幅度愈大。如喜马拉雅山。自开始上升以来，幅度已超过10000m。相反，像江汉平原地区，根据那里的上第三系和第四系沉积物厚度计算，却下降了1000m左右。三、构造运动的地质证据（地层表现）地质证据：通过沉积物或沉积岩的厚度、岩相变化、褶皱和断裂以及地层接触关系等来了解构造运动的状况。 岩相是指沉积岩生成时的自然环境、物质成分、结构构造以及所含生物的特征在岩石上的总体表现。地壳上升，沉积物的粒度变粗，厚度变小，甚至没有沉积物，而使地表遭受风化剥蚀（

48、这是海退）；如果地壳下降，沉积物的粒度变细，厚度加大（这是海进）；如果地壳运动活动频繁，交替出现，自然沉积物的粗细就复杂多变。反之，如果地壳运动相对稳定，沉积物就趋于简单化。总之，沉积岩的岩相变化，就意味着地壳运动的方向、速度变化；沉积岩的厚度变化却反映了升降运动的幅度。如果同一种沉积岩在浅海中沉积，当沉积的厚度超过浅海深度，若超过愈多，说明地壳下降幅度愈大。反之，如果同一种沉积岩沉积很薄，甚至产生缺失，这就说明该地区相对上升的幅度很大，也意味着该地区已露出水面。（二）褶皱和断层褶皱和断层是构造运动的直接表现。一般升降运动引起的褶皱，从形态上看常常是一些大型的宽缓的隆起和拗陷。产生的断层也主要

49、是张力引起的正断层或高角度的逆断层。如汾渭地堑、莱茵地堑、东非裂谷和大洋中脊等。 （三）地层的接触关系是构造运动的集中表现。常见的地层的接触关系有整合、假整合和不整合三种形式。 1.整合（conformity） 指两套地层时代连续，岩层之间产状一致，互相平行，这说明它们在沉积时，其间没有发生间断现象。尽管有过升降运动的交替，但沉积物没有停止过。2.平行不整合又叫假整合（disconformity） 指两套地层重叠，产状基本一致，但时代不连续，其间缺失某些时代的沉积物（或地层）。这种接触关系说明其间发生过升降运动，而且变为陆地遭受侵蚀，使两套地层之间出现凹凸不平的侵蚀面，这个面叫不整合面。缺失的

50、地层时代，就是地壳上升的时期 平行不整合和角度不整合的形成过程示意图 O奥陶系 S志留系 D泥盆系C石炭系 箭头指示构造运动方向 3.角度不整合（unconformity） 指两套地层的接触既不相互平行，地层时代又不连续，其间有地层缺失（沉积物发生过间断），这说明在第二套地层形成以前，曾发生过水平挤压运动和上升运动，使上下两套地层间成交角接触。二、构造运动引起的岩石变形（一）地质构造（geologic structure） 组成地壳的岩层和岩石，在地壳运动动力的作用下，发生变形、变位的行迹叫地质构造。从沉积作用所知，不论在海盆、湖盆或平原上沉积而成的岩石，它们都是水平的或近于水平的。为什么会变

51、成种种复杂的状态呢？显然是后来发生的变化，其主要原因就是受地壳运动影响的结果。地壳主要由坚硬的岩石组成，难道也会发生弯曲？其实只要考虑到地壳运动的长期性，岩石受力的环境状况就不难理解了。岩石在高温高压下，同样可以变得“柔软”。（二）岩层的产状（attitude of stratum） 岩层是指具有平行或近似平行顶底面的层状岩石。岩层的产状是指岩层在空间的分布状态即岩石的面状构造(如层面、片理、褶皱轴等)相对于水平参考面的空间位置,表示这种空间位置的数据称产状要素,产状要素包括走向、倾向和倾角1.走向（strike） 岩层或其他面状构造与水平参考面的交线称为走向线,而走向线两端的延伸方向即为走向

52、,它表示岩层在水平面上的延展方向。岩层的走向用走向线的方位角来表示,同一岩层的走向有两个值,相差1802.倾向（dip） 指倾斜岩层层面上垂直于走向的倾斜线在水平面上的投影指向倾斜下方的方向，也用方位角表示。倾向与走向始终保持90的关系。3.倾角（dipangle） 倾角是指倾斜岩层层面与水平面间的最大夹角。它的数值在090的范围内（三）褶皱构造岩层在侧方挤压力的作用下发生的波状弯曲的塑性变形。岩层若只发生一个弯曲,称为褶曲;两个或两个以上的褶曲组合,叫做褶皱。它们是由岩层发生连续性的移动而形成的构造形迹。 倾向1.褶皱的基本形态背斜（anticline） 向斜（syncline） 2.褶皱要

53、素虽然褶皱的形态很多，但它们都是由核部、翼部、轴面和枢纽等部分组成，这些组成部分就称为褶皱要素。 轴面枢纽翼部部核1核部（core）指褶皱的中央部分。2翼部（limb）指褶皱两侧的岩层。 3轴面（axial plane）是平分褶皱为两部分的理想面。轴面可以是直立的、倾斜的和水平的。轴面与水平面的交线叫轴线（axial line）。4枢纽（hinge）是轴面与同一层岩层的交线。枢纽在垂直面上看可以是水平的，也可以是波状起伏的。如果从水平面上看，它可以是一条直线，也可以是一条曲线。它表示褶皱的延伸状态，也表示褶皱的倾伏情况。 3.褶皱的类型褶皱类型多种多样，下面我们介绍两种重要的形态分类： 1)根

54、据轴面产状分类直立褶皱（erect fold）褶皱轴面直立，两翼倾向相反，倾角相等，又叫对称褶皱。倾斜褶皱（inclined fold）褶皱轴面倾斜，两翼倾向相反，但倾角不等。倒转褶皱（overturned fold）褶皱轴面倾斜，两翼倾向相同，一翼正常，一翼倒转。 平卧褶皱（recumbent fold）褶皱轴面水平，一翼正常，一翼倒转。 2）根据枢纽的产状分类水平褶皱（horizontal fold）褶皱枢纽水平，褶皱核部宽度不变，褶皱两翼岩层的露头线平行延伸。倾伏褶皱（hinge fold）褶皱枢纽倾斜，两翼岩层延伸不远就逐渐靠近而连接起来（封闭起来）。波状褶皱（wave fold）褶皱

55、枢纽呈起伏状，在地面露头上表现为核部忽宽忽窄。如果背斜褶皱和向斜褶皱是短轴的，宽度与长度之比在1：3内，则叫穹隆构造（dome）和构造盆地（basin）。（四）断裂构造 物体受力发生变形这是一般性常识。当变形超过岩石的强度极限时，岩层的连续性和完整性受到破坏，就会发生断裂。它是地壳中普遍发育的基本构造之一,其规模有大有小。据破裂岩石的相邻岩块相对位移的程度将断裂构造分节理、劈理和断层三大类。（一）节理（joint） 其实就是岩层受力后没有发生显著位移的裂隙。节理的两壁叫节理面。节理规模大小不一。节理在岩石中常成群出现，有时几组节理将岩石切割成块状。节理可以是平整的，也可以是不平整的。其产状可以

56、是直立的、倾斜的和水平的。常见的节理有张节理和剪节理两种。 1）张节理（tension joint） 张节理是在张应力作用下而产生的节理，张节理平行挤压力的方向出现。节理面粗糙不平。2）剪节理（shear joint） 剪节理是受剪应力作用而产生的节理。它是在挤压与伸张两个方向之间出现的一对相交节理，外形成“X”型，故叫X节理。剪节理常呈羽列现象。（二）劈理 是指岩石受构造运动的影响而形成的一种薄板状裂开。只产生于构造变动比较强烈的岩层中,因此其分布不如节理普遍。劈理可分为破劈理和流劈理。破劈理常发生在脆性岩层内,它的形成与剪切节理相似,实质是一种密集的节理;流劈理是岩石受力变形时,片状、板状

57、或针状矿物颗粒沿压力小的方向排列,形成易于劈开的软弱面。（三）断层（fault） 岩层受力后沿破裂面两侧的岩块发生显著的位移，使岩层失去连续性和完整性，就叫断层。断层规模不等，小者在手标本上可见，大者可以切穿岩石圈，叫深大断裂。断层形成原因很多，外力作用也可以形成。而我们讲的是构造运动产生的断层。 断层的分类方法较多，但按形态分类仍然是研究断层的基础。根据断层两盘相对运动的方向分为正断层、逆断层及平移断层。（1）正断层（normal fault）指上盘下降，下盘相对上升。断层面倾角一般在45以上。这种断层多为张力或重力作用形成。 （2）逆断层（revers fault）指上盘上升，下盘相对下降

58、的断层（图8-11B）。这类断层主要由水平挤压而形成，按断面的倾角又分为：冲断层（断面倾角45）；逆掩断层（断面倾角在2545间）；辗掩断层（断面倾角25）。 （3）平移断层（strike-slip fault） 两盘沿断层面走向方向作水平运动的断层。一般这种断层的断层面较陡，是由水平剪切力形成。 实际上，我们在野外见到的断层，并非单纯的上下移动和水平移动，严格的说，是上下移动和水平移动兼而有之的斜向滑动形式。 断层的基本类型图解四、岩石圈活动的几种模式简介 关于全球性岩石圈运动,有多种理论加以解释,但直到现在仍然没有一种假说能够作出全面完满的解释。 比较有代表性的有地槽地台说、地洼说、板块构

59、造说、大陆漂移说、海底扩张说、地质力学说等。1.板块构造学说 20世纪逐渐发展起来的全球性构造理论,目前世界上极为活跃和最盛行的理论。是在大陆漂移、海底扩张等学说的基础上继承、发展而来。(1)大陆漂移说 大陆漂移的设想早在19世纪初就出现了，最初的提出是为了解释大西洋两岸明显的对应性。直到1915年，德国气象学家阿尔弗雷德魏格纳（Alfred Wegener）的大陆和海洋的形成问世，才作为一个科学假说受到广泛重视。不同大陆生物相似性的解释中国地处环太平洋构造带和特提斯构造带的丁字接合处，具有中国特色的大地构造特征。“波浪状镶嵌构造学说”、“地质力学”、“多旋回构造”、“地洼说”和“断块构造说”

60、是老一辈地质学家对我国大地构造特征的总结，被称为“中国五大地质构造学派”。“波浪状镶嵌构造” 学说 全球由不同级别的构造活动带分开，又被其镶嵌组成级级相套的镶嵌图案。地壳运动无不采取波浪运动形式。地质力学简介 地质力学，是运用力学的观点，研究地壳构造和地壳运动规律的一门学科。它是我国著名地质学家李四光教授，从本世纪二十年代初在研究我国和东亚构造的基础上，总结广大地质工作者的长期实践经验而创建的地质科学中的一门边缘学科。李四光教授曾形象化地讲过“地质力学是一门边缘学科，它的一条腿站在地质学方面，另一条腿站在力学方面。” 地质力学的核心是构造体系。所谓构造体系是指通过对构造形迹的研究,并用次序把它