工程地质课件

序言大地表面的岩石和土，和人類密切相關。作為工程建設的地基，軟還是硬?完整還是破碎？透水與否？等等工程性質；作為人類生產生活的環境，其性質和演變規律。受人類活動的影響？對人類環境的影響？是否產生危害？兩部分知識：1.有關地球、地殼、地質作用的性質和規律---基礎知識；2.岩土的工程性質、與人類生活及建設相關的地質現象的性質和規律。第1部分知識地質學的基礎知識:

地球和地殼，地殼的組成和特徵。5次試驗課(第3周-第7周)地殼中最常見的造岩礦物(約18種)主要岩石(約30種)。

地質作用的規律及其產物地下：岩漿活動---岩漿岩體；地殼運動---地質構造。地表：風化、剝蝕、搬運和沉積---沉積物，各種地形地貌。

地質作用的演化歷史質作用的產物（岩漿岩，大地的變形，沉積物），使我們能認識四十多億年的地質作用歷史－－－地質年代。

地質體中的水（地下水）的特徵水是地表地質作用的最重要最活躍的因素。水是生命之源，我們越來越依賴地下水源。第2部分知識與工程建設和人類環境相關：岩土的工程地質性質，地質災害和環境地質問題。

岩土的工程地質性質過去我們對大地的認識可能是這樣的：硬的：岩石，和軟的：土實際上遠沒這麼簡單a.礦物及岩石的強度，差異大滑石，高嶺石，比指甲的硬度還小；長石，石英，比玻璃的硬度還大。石英岩，花崗岩，玄武岩：→300MPa；滑石片岩，泥質岩：<30MPa。b.土的軟硬差異也很大：不同的成因，不同的年代，不同的成分。河流上游沖積物－礫石或石英砂為主，河流下游及河口沖積物－粘土礦物為主。c.岩土的水理性質透水性：岩石的透水性在水庫選址中是比較重要的一個因素；軟化性：含粘土礦物的岩石，飽水或遇水時發生軟化，強度降低(可達一半)左右，變形大大增加。可溶性：可溶性礦物：方解石，石膏，岩鹽等。最廣布的易溶蝕岩石：石灰岩。石灰岩溶石地貌d.風化情況風化使岩石成分改變，從而改變其工程地質性質。如花崗岩風化形成高嶺土。因地表的氣候水文條件，地質構造和岩石性質的不同，風化作用的強度和深度表現出極大的差異性。閃長岩牆在石英岩山體中風化剝蝕成槽

地質災害和環境地質問題環境和災害問題是人類目前面臨的一個十分嚴重的問題。其中部分與地質作用或現象有關，為地質災害，如滑坡、崩塌泥石流、火山、地震、(岩溶)地面塌陷、地面沉降、地裂縫、地下水的污染和水質惡化。有的是自然的，現在越來越多是因人的活動引發和加劇。我們不但要研究自然地質作用的規律，還要研究及人類活動對地質作用的影響。滑坡和崩塌在水等外動力的侵蝕下，地表的形態不停地在變化。大部分是緩慢的、一點一點的物質遷移和變化。也有劇烈的變化－－－滑坡和崩塌。人的建設對自然的改造活動，也會改變自然的緩慢的平衡過程，引發劇烈的反應。浙江甬臺溫高速路山體滑坡，2004年12月11日AlandslideinCalifornia,USA,1995義大利Vajont水庫滑坡位於義大利北阿爾卑斯褶皺帶的深切峽谷中。中生代地層，發育古滑坡.Firstslide,Nov.4,1960;secondslide,Oct.9,1963.Fivevillagesinthevalleybelowwereleveledand1500peoplekilled湖北鹽池河磷礦崩塌1980年6月3日，從200米之上的鷹嘴崖崩塌，560米×400米×30米，死亡307人。原因1979年7月大規模采挖磷礦，在山體中形成十多條裂縫，都分佈在采空區和非采空區相對應的邊緣地帶。曾經設測量點對裂縫的發展做簡易監測。過度抽取地下水引起的環境地質問題地面沉降，地裂縫，岩溶地面塌陷，地下水質惡化。地面沉降導致井口抬升地面沉降導致河水面向對上升西安城南地裂縫，沿線建築物開裂破壞。西安城南地地裂縫，兩盤沉降差30－60cm。使居民樓開裂(1986年)1988年拆除中間單元，保留兩側單元，仍報廢。岩溶地面塌陷岩溶地面塌陷1.變質作用變質作用因素：a.高溫(岩漿侵入體周圍、地殼深部)、b.高壓(地殼深部、地殼運動的擠壓帶)、c.外來化學活動性流體(岩漿侵入體周圍)

。變質作用結果：a.礦物重結晶；b.礦物重組合，形成新的礦物；c.使片狀、柱狀礦物定向排列；d.在斷裂帶上，壓力把岩石壓碎、研細。變質岩主要分佈在古老的前寒武紀地層中及其它各個地質時期的地殼活動帶，岩漿侵入體周圍及斷裂帶內。2.變質岩的礦物成份變質後的岩石，一部分繼承了原來岩石中的礦物，如岩漿岩和沉積岩中常見的石英、長石、雲母、方解石、粘土礦物等。又會有一些變質作用形成的特殊礦物（稱為變質礦物），如絹雲母、滑石、綠泥石、石榴子石、石墨、蛇紋石等。變質礦物是變質作用的特定產物。3.變質岩的結構變質岩的各種結構通常要在顯微鏡下才能識別。因此對於變質岩結構的肉眼鑒定，我們只能分辨和描述結晶的大小。粗粒結構：如片麻岩，大理岩；細粒結構：如板岩，幹枚岩。4.變質岩的構造變質岩的構造是指礦物分佈和排列特點。大部分變質岩具有明顯的定向構造：片麻狀構造、片狀構造、千枚狀構造、板狀構造。統稱片理構造。部分變質岩的礦物排列是均勻的不定向的——塊狀構造。片麻狀構造：岩石主要由長石、石英等粒狀礦物組成，但又有一定數量的呈定向排列的片狀或柱狀礦物，在粒狀礦物中不均勻地斷續分佈，使岩石外表顯出深淺色澤相間的不連續條帶。片麻狀構造片麻狀構造片狀構造：岩石中大量片狀礦物（如雲母、綠泥石、滑石、角閃石等）平等排列所形成的類似薄層狀的構造。片狀構造片狀構造千枚狀構造：整體上有一定的重結晶。岩石中鱗片狀礦物（絹雲母）定向排列，粒度極細，肉眼不能分辨礦物顆粒，但整體上片理面上具有較強的絲絹光澤，通常在垂直於片理面的方向上可見許多小皺紋。板狀構造：又稱板狀劈理。沿板理面易劈成薄板，板理面微具光澤，有時可見絹雲母、綠泥石。岩石整體上重結晶較弱。板狀構造的形成板狀構造剝落的板岩塊狀構造：岩石中結晶礦物分佈均勻、無定向排列、也無定向裂開性質。塊狀構造塊狀構造5.變質岩的類型具定向構造的變質岩按其特有的構造特徵來分類和命名。如具片麻狀構造的稱為片麻岩；具片狀構造的稱為片岩；具千枚狀構造和板狀構造的分別稱為千枚岩和板岩。常見的具塊狀構造的變質岩有大理岩、石英岩、碎裂岩、糜棱岩等。變質岩的類型名稱構造主要特徵片麻岩片麻狀主要為石英和長石，片狀礦物可為雲母、角閃石片岩片狀片狀和柱狀礦物主要有雲母、滑石、綠泥石和角閃石，粒狀礦物可有石英千枚岩千枚狀主要礦物成分為絹雲母、石英、綠泥石板岩板狀重結晶微弱，主要成分為粘土礦物，次可有絹雲母、綠泥石、石英、雲母等。大理岩塊狀一般為灰黑色，主要成分為方解石及白雲石石英岩塊狀一般為灰色，主要成分為石英碎裂岩塊狀由壓碎的岩石碎塊組成，原岩的成分及結構構造特徵部分保留，有時有少量絹雲母、綠泥石等。糜棱岩塊狀由被研磨粉碎的岩石細顆粒組成，原岩的結構構造已完全破壞，礦物成分肉眼難以辨認。常見少量變質礦物如絹雲母和綠泥石沉積岩是陸地上分佈最廣泛的岩石，約占大陸面積的75%。風化破壞剝蝕搬運沉積固結成岩（1）沉積岩的物質組成沉積岩的組成物質主要來源於地表岩石的風化破壞。這種風化破壞作用產生三種產物：原岩機械破碎的碎屑(如岩石碎屑、石英砂)；化學分解形成的粘土礦物（如高嶺石）；化學溶解物質或膠體（如Ca++、Na+、K+、Mg++、Cl-

、CO3=、

SiO2、Al2O3、Fe2O3

）。1）碎屑：>0.005mm的顆粒。砂粒級（粒徑<2mm）的碎屑，一般是抗風化能力較強的礦物顆粒，如石英、矽質岩石、長石、白雲母等。較大的碎屑，礫石（粒徑>2mm），成份會複雜一些。2）粘土礦物：如高嶺石，由矽酸岩經強烈化學風化分解形成。粘土礦物的顆粒很小，小於0.005mm，肉眼難以辨認。3）化學溶解物質或膠體：直接從原岩中析出，或在化學分解過程中分離出來的。主要有：CaCO3、NaCl、KCl、

MgCl2、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaSO4、MnO、P2O5。另外，在有生命活動的沉積環境中，生物遺骸也會加入到沉積物中，有時甚至占沉積物的大部分，如煤。（2）沉積岩的結構同岩漿岩一樣，沉積岩的結構主要是反映其組成顆粒的大小特徵。按其組成物質顆粒大小及成因，沉積岩一般具有四種結構：碎屑結構、泥質結構、化學結構和生物結構。1)碎屑結構：主要由粒徑大於0.005mm的碎屑物質被膠結物膠結而成的結構。碎屑膠結物按照其中主要屑物質顆粒的大小，又可分為砂狀和礫狀兩種結構。礫狀結構：主要由粒徑大於2mm的碎屑組成。礫狀結構（角）礫狀結構砂狀結構砂狀結構：顆粒粒徑介於2-0.005mm之間。砂狀結構－石英砂岩砂狀結構－長石砂岩碎屑結構的組成除了碎屑以外，還有充填於碎屑之間的膠結物。常見的膠結物成分：鈣質(CaCO3)、矽質(SiO2)、泥質(粘土礦物及細碎屑)和鐵質(Fe2O3)。鐵質膠結的砂礫岩2)泥質結構：主要由粒徑小於0.005mm的粘土礦物和細碎屑組成的結構。泥質結構3)化學結構：由化學沉積物質的結晶顆粒組成的岩石結構。化學結構4)生物結構：由生物遺體或碎片（如珊瑚、貝殼）構成的結構。層理構造是在不同時期、不同環境下先後沉積下來的物質由於其成份，顏色及結構等方面的差異而顯示出來的成層現象。（3）沉積岩的構造沉積岩最顯著的宏觀特徵是層理構造。

層理構造一種層理構造的形成過程一種層理構造的形成過程層理構造水準層理構造石灰岩中的層理和條帶砂岩中的交錯層理沉積岩還會在層面和層內發育特殊的構造：(1)交錯層理交錯層理的形成過程砂岩中的波痕(2)波痕

波痕的形成過程波痕(3)化石（4）沉積岩的類型根據其組成的結構和物質成份，沉積岩可分為3大類型：碎屑岩，泥質岩，化學岩及生物化學岩。碎屑岩：碎屑結構，主要由>0.005mm碎屑和膠結物組成；泥質岩：泥質結構，主要由粘土礦物和粒徑<0.005mm的其他礦物碎屑組成；化學岩（及生物化學岩）：化學結構，由方解石或白雲石等化學沉積物質組成。類型岩石名稱結構主要成分及其他特徵碎屑岩類礫岩礫狀(粒徑>2mm)礫石碎屑多為堅硬岩石和硬度較高的礦物砂岩砂狀(粒徑2-0.05mm)碎屑多為耐風化的礦物顆粒如石英和長石，少量以岩石碎屑為主粉砂岩砂狀(粒徑0.05-0.005mm)碎屑多為如石英、長石及白雲母顆粒，很少岩石碎屑泥質岩類泥岩泥質(粒徑<0.005mm)粘土礦物和粒徑<0.005mm的其他礦物碎屑葉岩粘土礦物和粒徑<0.005mm的其他礦物碎屑，薄層理構造化學及生物化學岩類石灰岩隱晶質或結晶粒狀方解石白雲岩隱晶質或結晶粒狀白雲石泥灰岩泥質除方解石和白雲石外，含25-50％粘土礦物沉積岩的分類1）碎屑岩：具碎屑結構的沉積岩，由碎屑經膠結物膠結而成。根據碎屑顆粒的大小，還可進一步分為礫岩和砂岩。礫岩：主要由粒徑>2.0mm的礫石組成。砂岩：主要由粒徑＝0.005-2mm的砂顆粒組成。礫岩（角）礫岩石英砂岩長石砂岩2）泥質岩：具泥質結構、主要由粘土礦物及小於0.005mm的細碎屑組成。有的泥質岩具有很薄的層理，稱葉岩。厚層狀的稱泥岩。葉岩泥岩3)化學岩及生物化學岩岩：母岩風化剝蝕作用中形成的溶解物質或膠體經化學作用沉澱形成，或由生物作用使某種物質聚集而成的岩石。常見的化學岩及生物化學岩有：石灰岩（以方解石為主要成分），白雲岩（以白雲石為主要成分），矽質岩（以SiO2為主要成分）。石灰岩白雲岩地球在宇宙中是個極為普通的星球在這個普通的星球上，由於其特殊的環境，出現了生命，又經過三十多億年，出現了人類。人在地球上耕耘建設、挖掘寶藏、探索自然奧秘……需要地質學(礦物岩石，地質作用等)知識；渴望瞭解地球的秘密。。。1．固體地球的形狀及某些性質現在我們知道，地球是圓的，我們腳下的大地是圓的。中國古時有傳說：大地有鼇魚（大海龜）馱著；古俄羅斯人認為大地托在三個鯨魚身上；古印度人則說大地停放在四個大象身上，而大象又站在浮游水中的一個烏龜背上；更古的巴比倫人，認為大地本身就是直接浮在大洋表面上。沒有地“球”的概念沒有想到大地竟然可以漂浮在空中。但古希臘學者卻想到了這一點：認為天體應該繞著圓形的軌道旋轉運行，天體本身也應該是圓的。但這也許不僅是出於完美主義的哲學上的觀念。古人就已注意到，看海上來的船，首先看到遠方的桅杆，再看到船身，也使人想到海面是彎曲的。我們的地球在宇宙中的位置，也有個漫長的認識過程：亞曆山大城的學者亞利斯塔克（公園前220－143）指出宇宙中心並不是地球而是太陽，地球繞著太陽也繞著自己的軸旋轉。哥白尼（1473－1543）布魯諾（1548－1600）伽利略（1564－1642）地球是個軸向稍扁的旋轉橢球體，如南瓜、燈籠……赤道半徑a=6378.140km,兩極半徑c＝6356.755km,平均半徑(a2c)1/3=6371.004km不是標準的旋轉橢球體，而是在北極突出約10m，南極凹進約30m，中緯度在北半球凹進，南半球凸出。“梨形”。實際上從太空中看地球，是極為完美的球形。從太空看地球地球的平均密度為5.5g/cm3（從天體運行規律推算出）。地球以29.76km/sec的速度繞太陽運行的同時，還以11.2km/sec（赤道線速度）的速度，每天一周自轉。一些推測：(1)地球的平均密度為5.5g/cm3，而地殼岩石的密度為2.65g/cm3左右，那麼地球內部一定存在高密度物質；(2)

地球的球形形狀，說明它可能經歷過熔融或軟化階段（小行星、星際碎塊都是形狀不規則的）；(3)

旋轉橢球形是自傳的結果，說明地球具有一點塑性；11.2km/sec的自傳速度能量很大，微小的自傳速變化將伴隨很大的能量釋放。因此，如果地球地殼發生一些擠壓拉伸，一點也不應該奇怪。2．地球的內部結構人們可以通過這些挖掘和鑽探直接瞭解地表附近的地下的物質組成和結構。人類挖掘鑽探達到的深度僅數公里，個別專為地質研究目的的鑽探達10km深。不足地球半徑的1/500。深部的情況呢？如何瞭解地球在更深處的結構和物質成分呢？更深的地內的結構的瞭解:地震波：地震波在地球內部傳播時，在不同的密度和物質狀態（比如固態和液態）中，其傳播的速度和性質也不同。這是目前瞭解地球內部結構和物質組成的唯一方法。類似醫學上用來診斷人體內部臟器情況的B超或CT之類的東西。地內成分：有一定根據的猜測。地震波研究表明，地球內部是呈同心層狀構造，如雞蛋，三層：地核地幔地殼地球的內部結構（1）地核深2900km－6371km之最內核心。密度9.7－13g/cm3(平均10－11g/cm3)，認為相當於鐵隕石的成分，主要是Fe及少量Ni(5-20%)。地震波傳播性狀顯示，外核是液態的（不傳播橫波），內核是固態的。鐵隕石成分：大約由80%-95%的Fe和5%-20%的Ni組成（有時含硫化鐵礦物）。密度一般8.0－8.5或更大。（2）地幔深度平均在16km－2900km。密度3.3－5.5g/cm3，認為主要由Fe和Mg的矽酸鹽組成，也有認為下地幔有Fe和Ni，相當於石隕石和石鐵隕石的成分。石鐵隕石：由Fe-Ni（30%~60%）和鐵鎂矽酸鹽礦物（橄欖石、輝石等）組成。密度約5.5-6克/立方釐米。石隕石：主要由鐵和鎂的矽酸鹽礦物（橄欖石、輝石、少量斜長石）組成，金屬Fe-Ni含量≤30%。密度為3-3.5克/立方釐米。地幔和地核的分界面－－－古登堡不連續面，1914年美國人B.Gutneberg首先確定出來的。軟流圈地幔頂部距地表70km－250km範圍內，有一個地震波的減速帶。此減速帶普遍分佈於全球。此現象反映這一帶岩石處於部分熔融狀態。此帶又稱為軟流圈。軟流圈之上之地幔頂層加上地殼合稱為岩石圈。軟流圈地幔70km250km岩石圈地幔矽鋁層（花崗質層）矽鎂層（玄武質層）地幔軟流圈的存在，決定了地殼及岩石圈中特殊的地質作用的性質。（3）地殼最外層、和人類關係密切。不均勻，厚度變化大：大洋區地殼薄：5－10km，平均7－8km；大陸區地殼厚：20－70km，平均33km；總地地殼平均厚度16km。地殼和地幔之間的介面－－－莫霍洛維奇不連續面1910年由南斯拉夫地球物理學家A.Mohorovjcic確定。地殼明顯地存在上下兩層：上：矽鋁層，也稱為花崗質層，只存在於大陸；下：矽鎂層，也稱為玄武質層，分佈於全球。矽鋁層（花崗質層）矽鎂層（玄武質層）地幔較輕的地殼覆在地幔之上，處於類似於漂浮的狀態。地殼薄的地方，地勢也低，如大陸平原區和海洋區；地殼厚的地方，地勢亦高，如大陸高原區。這樣，在地幔的某一深度上，上覆岩石對地幔的壓力處處相等，處於一種均衡狀態。地質學家稱之為：地殼均衡原理。地殼均衡原理動態平衡體系地殼的主要成分：絕大部分以矽酸鹽礦物的形式存在，如長石，角閃石，輝石，雲母，高嶺石等；碳酸鹽礦物，如方解石；氧化物，如石英。化學成分：O－47％，Si－29％，Al－8％，Fe－4.7%，Ca，Na，K，Mg，H，Ti。在幾十億年的歷史中，某些特殊的地質作用，使得部分物質成分在地殼中富集，為人類提供了礦物資源。固體地殼之外，還有三個相互重疊的圈。雖在地殼之外，但對地表的影響很大。3．地球的外圈a.大氣圈：厚度在幾萬米以上，漸漸過渡到宇宙氣體，其3/4集中在地表10km範圍內。低層大氣的成分：N2(78%)，O2(21%)，Ar，CO2。b.水圈：同太陽系的其他行星相比，水是地球最重要的特色之一。地球表面14億km3的水，其中97%以上分佈在海洋中；少量分佈在陸地的冰川，江河湖海及地下岩土空隙中。地表的71％被海洋覆蓋。c.生物圈：上到大氣層10km的高空，下到地殼3km深處及大洋底都有生物，大部分集中在地表及水圈上層。大氣，水和生物是改造地表岩土最活躍的因素。大氣本身流動，水通過大氣迴圈，在此過程中地表岩土被破壞，被運移。而生物又幫助和促進此破壞過程。大氣，水和生物也是人類生存的物質基礎。在地球內圈，由於上地幔頂部附近軟流圈(約70-250km深度

)的存在，岩石圈是活動的。岩漿從地球深部上湧侵入地殼、噴出地表；地殼活動對地殼內岩體的擠壓。地球外圈水、大氣，迴圈運動作用於地表，地表不停地經歷著改造。地表岩石、土在水、大氣和生物的作用下發生破壞、被沖蝕。破壞形成的碎屑粘土和溶解物質從山區搬運到河流下游和大海。地質作用：由自然動力引起的地殼物質組成、內部結構、地表形態(發生)變化的作用。能量來自地球內部，作用於地殼內部。有建設(形成新的岩體)也有有改造(使已經存在的岩體改變形態、組構)。能量來自地球外部，主要作用於地表。主要是破壞(使原來完整的岩體破碎、成分改變)，改變後重新組合，將來形成在一段時間內相對穩定的地質體。內動力地質作用外動力地質作用4.1

內動力地質作用能量來自地內地內熱→岩漿→上升侵入地殼或噴出地表岩漿作用

地內熱、地球自轉速度變化→軟流圈及活動的岩石圈→地殼內岩體變形地殼運動

地熱、地殼運動、岩漿→作用於已形成岩體，使其成分，結構及構造(結晶大小，晶體的排布)發生改變變質作用

（1）岩漿作用熔融狀態的岩漿向地殼中(沿其中的薄弱帶，如斷裂帶)壓力比較小的部位運移，甚至會衝破地殼而噴出地表。岩漿作用的結果：岩漿體冷凝為岩石---岩漿岩岩漿體的高溫及從中釋放出來的具有化學活動性的氣液流體，還會作用於圍岩。侵入作用--岩漿侵入地殼內部；噴出作用(火山作用)--岩漿沖出地表侵入和噴出的岩漿體最終在圍岩中或在地表冷凝，形成岩石---岩漿岩。侵入在圍岩中的的岩牆噴出地表、已經冷凝的岩漿火山活動發生於地表，給人的印象深刻。目前全球有活火山1500多座。休眠火山約有1000－1500個。中國火山活動較少，近代的有黑龍江五大連池火山（位於黑龍江省得都縣。噴發於1719年-1720年）長白山天池，火山噴發遺跡。國外，日本富士山，火山遺跡。義大利的維蘇威火山，自更新世冰期之後一直處於休眠狀態，西元79年突然爆發。頃刻間，龐培、赫爾庫蘭2城被火山灰掩埋。以後多次噴發。最近的一次噴發在1906年，原火山錐被炸掉105米。皮那圖博火山（菲律賓，一九九一年六月十五日）夏威夷火山熔岩流美國聖海倫斯火山（1980年5月18日）噴發（1980年）前的聖海倫斯火山噴發（1980年）後的聖海倫斯火山現代全球火山分佈現代全球火山活動的空間分佈：1)

環太平洋火山帶(火環)；2)

地中海－印尼火山帶；3)

洋脊及大陸裂谷(東非裂谷)火山帶。（2）地殼運動岩石圈的活動在地殼中造成擠壓拉伸或水準錯動。這種使地殼內岩體發生位移變形的作用，稱為地殼運動。人們可以從自然的一些現象中認識到，大地不是固定不變的。古人已從陸地上，山上岩石中的海生貝殼，認識到滄桑之變。詩經：“燁(ye)燁震電，不寧不令。百川沸騰，山塚(卒)崩，高岸為穀，深谷為陵。哀今之人，胡慘莫懲”。這是描述地震使大地形態發生變化的情景。地殼升降運動現象和證據義大利那不勒斯海灣，塞拉比斯古建築廢墟。建於西元105年的古羅馬帝國時代，如今只存留3根12米高的大理石柱。石柱上遺留的特徵表明，2000年來這些石柱曾因地殼下沉而末入海水中至少6米多。下部3.6米，因曾被火山灰掩埋，柱面光滑。近代火山灰被清理掉(17世紀中發掘)。其上2.7米，有多許小孔，海生生物侵蝕造成。說明地殼下沉曾淹沒在海水中，海生瓣腮類動物(石蜊(li)和石蟶(cheng)。再上5.7米，因暴露於大氣中，受到風雨侵蝕而不甚光滑。一直在海水面之上，未被海水淹沒。18世紀中期，這處古遺址剛挖出來時，全柱都在海面以上。19世紀地殼又下沉，柱腳被淹沒。近百年來觀測:柱腳淹沒深度在增加：1826年0.3米，1878年1.53米，1913年2.05米，1964年2.50米(但至1970年又回升1米)。山海關長城，現已有部分淹沒於海水中。珊瑚的生活環境，溫暖的淺海(

70米)，但現在發現有的珊瑚礁沉沒於數百米深的海底，或高出海面(西砂群島，高出海面15米)。海相沉積的地層（比如石灰岩），在陸地上很常見。如青臧高原上，就有25百萬年前的海相沉積地層。大地測量表明，珠峰地區的平均上升速度為3.6mm/a（1966-1992年）

地殼水準運動的現象和證據傾斜和彎曲的地層在野外很常見地層沉積時都是水準延展的擠壓作用使之傾斜和彎曲水準的岩層水準的岩層傾斜的岩層彎曲的岩層彎曲的岩層西藏大褶皺美國西部海岸聖安德列斯大斷裂。大地測量表明：1906年三藩市大地震前16年中，斷層兩側相對位移達7米之多。另外，對比兩側底層岩石，發現1.5億年來，斷層的總的水準錯距達480公里。大陸漂移：（通過地質研究論證）印度板塊自從泛大陸中分裂出來後，向北漂移達7000公里；大西洋---大陸分裂後形成；洋底古地磁研究及現代GPS測量都表明,洋脊兩側的海底擴張運動速度可達10～15cm/a。

在大洋生長、推擠在大陸漂移的過程中，由於運動的不均勻，造成了許多的山脈(其中如美洲西海岸的巨大沿岸山系)。地殼運動的空間分佈：很不均勻，主要集中在以下幾個帶上：1)環太平洋帶從西太平洋之新西蘭向北新喀裏多尼亞、伊裏安、菲律賓、臺灣、流球、日本、千島群島、到阿留申群島，再沿北美西側的海岸山脈到南美的安第斯山脈。2)地中海－印尼帶從地中海諸山脈(阿爾卑斯、喀爾巴阡山脈、阿特拉斯山脈)往東經高加索山脈、興都庫什山脈、喜馬拉雅山脈、橫斷山脈，在馬來群島和巽他群島與環太平洋帶相連。3)

大洋洋脊及大陸裂谷帶地殼運動的表現---地震全球地震分佈板塊構造說簡介1）活動倫和固定論的爭論20世紀前，人們對地殼活動的認識僅限於地殼的升降運動，沒有認識到地殼會發生大規模長距離的水準運動。但到了20世紀初，活動觀點逐漸萌芽。1912德國科學家魏格納根據大洋岸彎曲形狀的相似性，提出了大陸漂移的假說。活動論與固定論展開了二十多年的激烈論戰。大陸漂移學說的依據不只是大西洋兩岸的海岸線相互對應。兩岸的美洲和非洲、歐洲在古生物地層、岩石、構造上，有非常好的對應關係，表明地質歷史上大西洋兩側的大陸曾相連接。固定論反對大陸漂移的主要論據，是對地殼發生漂移的地球物理學機制的質疑：長距離漂移的大陸，其輪廓保持不變表明大陸是在近於剛性的條件下發生漂移的，而剛性岩石之間的摩擦力之大是難於克服的。到1936年魏格納在地質考察中以身殉職後，活動論沉寂了二十多年。但這期間及其後地球物理和地質學的一些重大發現，逐漸給人們重新認識地殼運動提供了事實。2）活動論的再興起---板塊構造學說提出軟流圈的確認在大約70-250km深度的位置上有一個橫波S波的低速層，科學家們因此推測該層物質的塑性程度較高，稱之為軟流圈。軟流圈之上的上地幔和地殼則合稱之為岩石圈。軟流圈的存在使得大陸以岩石圈板塊的形式在軟流圈上的漂移成為可能，原來的難以克服的摩阻力問題得到瞭解決。洋底地形測量發現了分佈於世界各大洋洋中脊體系，這裏火山和地震活動頻繁。洋中脊體系的發現洋底玄武岩的年代和古地磁研究發現，洋脊在不停地向兩側擴張。洋底的年齡向外原來越老，洋底最老的岩石是晚侏羅世在太平洋四周遠離洋脊的大陸邊緣，同樣發現一些劇烈的火山地震活動帶。地震研究表明，在這裏，大洋地殼俯衝到大陸地殼之下，從而形成一個傾向大陸、深入地幔的發震帶。岩石圈的大規模水準運動是客觀存在的，這一事實在上個世紀60年代已經得到了地質學家的普遍認同。如果把環太平洋構造帶、特提斯構造帶、大洋中脊帶這些全球規模的、也是地球上最活躍的火山、地震帶表示到地圖上，再輔以合適的轉換斷層，地球表面便被自然地劃分為若干塊體，即板塊。岩石圈板塊是剛性的，板塊內部是相對穩定的。板塊之間的相互作用主要集中在板塊邊界上，經常發生火山噴發、地震、岩層的擠壓褶皺及斷裂，這裏是地殼運動劇烈的地帶。3）板塊的邊界類型板塊的邊界有三種類型：離散型邊界、彙聚型邊界和轉換型邊界。a．離散型邊界在洋中脊及大陸裂谷地區，板塊在這裏向兩側分離，以拉張作用為特徵，地幔的玄武質岩漿從這裏上升沿著拉張裂隙侵入或噴出。這些岩漿冷卻之後成為岩石圈板塊的一部分。所以這裏也是岩石圈新生（增生）的地方。東非裂谷被認為是沿初期離散型板塊邊界形成的，以裂谷及火山活動為特點，進一步發展將成為紅海裂谷那樣。b．彙聚型邊界彙聚型邊界兩側的板塊相向運動，形成強烈的擠壓，它以岩漿作用和構造變形變質作用為特徵。相向運動的結果表現為兩種形式：俯衝型邊界和碰撞型邊界。密度較的大洋殼板塊俯衝到密度較小的大陸板塊之下，消減熔入軟流圈。俯衝作用通常會形成海溝、島弧、弧後盆地的地貌組合。環太平洋構造帶是俯衝型邊界的典型代表。兩塊大陸板塊相互擠壓，以變形縮短和岩漿作用為主，並最終“焊接”在一起，在板塊的結合處形成一系列的山脈，這裏也叫地縫合線。以喜馬拉雅山為代表的特提斯構造帶是碰撞型邊界的代表。c．轉換型邊界轉換型邊界位於相鄰板塊相互錯動的地方，表現為轉換斷層。轉換型邊界兩側板塊相對運動的方向與邊界平行，這裏沒有物質的增生和消減。北美西海岸的聖安德烈斯斷裂就是一個轉換斷層，這裏是美洲板塊和太平洋板塊之間的邊界聖安德列斯斷裂1906年三藩市大地震的震中點聖安德列斯斷裂被聖安德烈斯斷裂錯開的溪流被深感德列斯斷裂錯開的果林4)板塊劃分方案根據全球規模的構造帶分佈所構成的自然邊界，岩石圈中主要由6大板塊構成：歐亞板塊、非洲板塊、印度－澳洲板塊、美洲板塊、南極州板塊、太平洋板塊。5)板塊的驅動機制大多數學者認為板塊運動的基本能量來自於地球內部，地幔對流是引起板塊運動的根本原因。地幔內的高溫物質上升到岩石圈底部，然後開始水準運動，而後冷卻下沉到地幔深處再加熱上升，形成一個物質迴圈，這一迴圈周而復始。地幔對流引起岩石圈裂解，地幔熱物質在洋中脊處上升。由於地幔的對流運動，使得漂浮在它上面的板塊也被帶動向洋中脊兩側各自做分離的運動。岩石圈板塊被一直傳送到地幔對流環下沉的海溝島弧處，進而沿海溝帶俯衝下沉，又回到高溫的地幔層中消失。板塊驅動的機制---地幔對流大陸地殼發生破裂，兩側的大陸塊相揹運動。以東非大裂谷系統為代表。大陸板塊在下部地幔對流的作用下發生解體，形成一個長軸狀的線性裂谷,其中央部分多發育河流,兩側部分通常是由拉張應力產生的巨大下降斷塊。6）威爾遜旋回板塊活動的動力來自地幔，表露於洋底。加拿大人威爾遜按照大洋盆的生命週期順序,把大洋從張開到閉合的演化過程分成六個階段，稱為威爾遜旋回。a.東非裂谷階段由大陸裂谷發展為陸間裂谷，出現了新生洋殼和擴張增生的洋中脊，中脊發育有中央裂谷和轉換斷層。以紅海、亞丁灣為代表。現在的阿拉伯半島已經完全與非洲分離,並且正在產生一個新的線性洋盆。b.紅海階段此時大洋已經發育成熟，形成包括中脊和洋盆的完整大洋，以大西洋為代表。此時仍以洋殼增生為主，未出現俯衝消減作用。c.大西洋階段大洋發育成熟之後就逐漸地進入衰退期。這一階段最典型的特點是大洋的增生和消減並存，但俯衝消減的速度要大於增生的速度。太平洋就是處於衰退期的典型大洋。雖然太平洋目前仍然是世界上最大的大洋，但比起中生代它所具有的規模來已經小得很多了。d.太平洋階段這一階段大洋已不再增生，在俯衝作用下，大洋的規模縮小，不久將要完全閉合。地中海是大洋演化終了期的典型。今天的地中海只有很少的古特提斯大洋殼的殘餘。e.地中海階段：大洋演化的最後階段就是完全閉合，兩側的大陸發生碰撞，留下一條古大洋的遺跡，結束了大洋的演化。喜馬拉雅北側的雅魯藏布江蛇綠岩帶，代表印度次大陸塊與亞洲大陸塊之間的碰撞縫合帶，它也是古特提斯大洋的遺跡。f.喜馬拉雅階段大洋底的運動，帶動板塊之間相互離開、匯合和錯動，形成洋中脊、大洋邊緣島弧海溝複雜的地貌，也造成大陸上巨大的山系。板塊構造控制了整個地球的地殼運動格局和地表形態。（3）變質作用

已經形成的岩石，在地殼內部，由於地殼運動、受高溫、高壓、及外來化學活動性流體的影響，發生一系列的變化(成分、結晶大小或礦物成分的排列)。

幾個例子：

a)

石灰岩→大理岩石灰岩由極細微的CaCO3(隱晶質,

0.1mm)組成

。在熱力烘烤作用下，原來的顆粒重結晶變成較粗大的晶粒(1－5mm),成為大理岩。b)泥質岩石的變質由粘土礦物高嶺石組成的岩石，在熱力作用下，變質形成紅柱石和石英。Al4(SiO10)(OH)8→2Al(SiO4)O+2SiO2+4H2(高嶺石)(紅柱石)(石英)（1）岩漿岩的成份岩漿岩的化學成份很複雜，幾乎包括地殼中所有元素，但它們的含量很不平衡，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等元素的含量最多，占組成岩漿岩化學元素總量的99%以上。岩漿岩的主要造岩礦物有：石英、正長石、斜長石、雲母、角閃石、輝石和橄欖石等。其中除石英外都是矽酸鹽礦物。SiO2是岩漿岩中最主要的化學組分，SiO2的含量與其礦物組合有十分密切的關係。當岩石中SiO2含量多（比如>65%）時，成分中金屬離子K，Na含量多於Fe、Mg及Ca，石英、長石等淺色礦物多，暗色礦物少；SiO2含量少(<45%)時，金屬離子中以Fe、Mg及Ca為主，淺色礦物就少、以角閃石、輝石及橄欖石等暗色礦物為主。（2）岩漿岩的產狀岩漿侵入地殼及噴出地表所形成岩體的形態和規模用產狀來描述。侵入地殼的岩漿體，一般在深部規模大，為大塊的侵入體，向淺部地表附近越來越小，常成較窄的帶狀岩體。前者稱為深成侵入岩。後者稱為淺成侵入岩。噴出地表的岩漿，常常順著地勢而流，形成帶狀的熔岩流或大面積的熔岩被，部分熔岩或碎屑在火山口附近積留形成錐形的火山錐。玄武岩熔岩流岩漿岩的產狀：深成岩：岩基，岩株。大體積岩體。淺成岩：岩床(順層侵入)，岩牆(非順層侵入，通常接近直立)，岩盆，岩盤。（3）岩漿岩的結構大規模的深成岩，冷凝過程長（結晶時間長），能充分結晶，全部形成較大的晶體；而淺成岩和噴出岩，則由於冷凝迅速，常常結晶不充分，甚至完全來不及結晶。岩漿岩的這一結晶程度的特徵稱為結構。閃長岩，全晶質結構顯晶質結構：可以通過肉眼辨認到晶體的大小及形態。這是深成侵入岩的結構。玄武岩，隱晶質結構隱晶質結構：肉眼或借助放大鏡無法辨認礦物晶體，只有在顯微鏡下才能鑒別。這是部分淺成岩和噴出岩常見的結構。玻璃質結構：未結晶，顯微鏡下也看不到結晶顆粒。這是噴出岩特有的結構。黑曜岩玻璃質結構斑狀結構：岩石中部分礦物晶體結晶較大，肉眼可以辨認，而另一部分卻結晶很差為隱晶質或玻璃質，呈現一種不均勻的結晶特徵。這是部分淺成岩和噴出岩常見的結構。顯微鏡下的斑狀結構斑狀結構，正長岩斑狀結構（4）岩漿岩的構造：岩漿岩的構造是指因岩石中不同礦物組分的分佈與排列反映出來的外貌特徵。構造不涉及礦物顆粒的大小形態，而關係到它們的排列分佈特徵。礦物組分的分佈與排列特徵分佈均勻排列定向分佈不均勻排列隨機分佈均勻排列隨機流紋狀構造流紋狀構造：岩石中不同顏色的條紋、拉長了的氣孔及長條狀礦物沿一定方向排列所形成的構造。這是噴出地表的岩漿在緩慢流動過程中迅速冷凝造成的。流紋狀構造：氣孔狀構造的玄武岩氣孔狀構造和杏仁狀構造：岩石中分布著形態不規則的的孔洞，稱為氣孔狀構造；氣孔被充填，形成了杏仁狀構造。杏仁狀構造杏仁狀構造塊狀構造：岩石中礦物分佈均勻、無定向排列。侵入岩常為這種構造。塊狀構造，閃長岩（5）岩漿岩的種類岩漿岩的分類描述方法很多，目前最實用、最直觀的是從產狀(表現為結構)和成分兩方面對其進行分組：a.產狀(結構)：根據其產狀，岩漿岩分為深成岩、淺成岩和噴出岩三大類。岩漿岩產狀與其結構之間關係非常密切。b.成分：岩漿岩中SiO2的含量決定了其礦物組合類型。根據SiO2的含量，岩漿岩分為酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩。岩漿岩分類成分分類酸性岩中性岩基性岩SiO2>65％52％-65％45％-52％主要礦物成分正長石石英正長石斜長石角閃石輝石斜長石噴出岩流紋岩粗面岩安山岩玄武岩淺成岩花崗斑岩正長斑岩閃長玢岩輝綠岩深成岩花崗岩正長岩閃長岩輝長岩目前發現三千多種不同的礦物，其中構成岩石主要礦物不過幾十種。組成岩石的主要礦物稱為造岩礦物。地殼組成礦物中最多的是矽酸鹽，如：高嶺石,Al3[Si4AlO10](OH)8長石，(K,Ca,Na)[AlSi3O8]斜長石正長石雲母，K(Mg,Fe)3[Si3AlO10](OH,F)2角閃石，(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5[Si3(Si,Al)11](OH,F)2輝石，(Ca,Mg,Fe,Al)2[(Si,Al)2O6]岩漿冷凝形成的岩石中，大部分礦物為矽酸鹽橄欖石，(Mg,Fe)2[SiO4]還有碳酸鹽，如：方解石,CaCO3，白雲石,CaMg(CO3)2；方解石白雲石硫酸鹽，如：石膏,CaSO4·2H2O，重晶石（BaSO4）。

石膏重晶石重晶石氧化物，如：石英,SiO2，剛玉,Al2O3；剛玉剛玉石英(水晶)水晶硫化物，如：黃鐵礦,FeS2，黃鐵礦黃鐵礦方鉛礦閃鋅礦方鉛礦（PbS），閃鋅礦（ZnS）；鹵素化合物，如：石鹽NaCl螢石CaF螢石螢石也有極少數單質礦物，如：自然金，Au，自然金自然金自然銀，Ag。自然銀自然銀自然銀自然銅，Cu自然硫，S，金剛石，C，石墨，C。石墨金剛石自然硫這些自然形成的礦物，具有特定的化學成分；而且絕大部分是結晶的，即其內部質點的排列是有序的。從而決定了其特定的物理性質、化學性質和外部形態。這些特性成為我們鑒定礦物的依據。礦物的肉眼鑒定特徵主要包括顏色，形態，硬度，光澤，解理等等。1.顏色由於其特定的化學成分，礦物具有特定的顏色。礦物的顏色是指其新鮮表面在自然光下的顏色。顏色礦物的顏色非常豐富多樣：白、黑、黃、紅、綠、蘭、紫、。。。白色：方解石，白雲石，斜長石，滑石，高嶺石，白雲母，石英（乳白色或透明）；方解石白雲石斜長石水晶黑色：角閃石，輝石，黑雲母，電氣石；角閃石輝石電氣石黃色：黃鐵礦(銅黃色)，自然硫(淺黃色)，自然金。黃鐵礦自然硫自然金自然金紅色：正長石(肉紅色)；剛玉(紅色的紅寶石)，辰砂(鮮紅色)，紅色電氣石；辰砂電氣石剛玉綠色：綠柱石，孔雀石，橄欖石，綠泥石(暗綠色)，磷綠鉛礦。綠柱石孔雀石磷綠鉛礦磷綠鉛礦藍色：蘭晶石，蘭銅礦；藍銅礦藍晶石紫色：水晶造岩礦物中，黑色和白色的礦物相對比較多一點。2.礦物的形態無論是從岩漿冷凝形成，還是在水中沉澱形成，絕大部分礦物都形成結晶體。晶體，是內部質點(離子)按特定空間形式排列的結構。由於結晶礦物內部微觀質點特定的空間排列結構，使其生長成特定的外部宏觀形態。結晶礦物都具有形成自己特定形態的“本能”。如結晶岩鹽（NaCl）的內部結構是由鈉離子和氯離子嚴格地按立方體格式相間排列的，所以其晶體便成立方體形態。石鹽的晶格結構和外形某些礦物的結晶結構具有單向生長的特性，常形成針狀，柱狀，纖維狀的晶體。如角閃石（針狀、柱狀），輝石（短柱狀），石綿（纖維狀）。

水晶：柱狀,長石：板條狀水晶正長石層狀結晶結構的礦物，常形成片狀，板狀的晶體。雲母：片狀綠泥石：片狀石膏：板狀高嶺石：片狀（<0.005mm）石墨：片狀雲母石膏特定的內部結晶結構還會形成很特殊的晶體形態。方解石：菱形六面體石鹽：立方體黃鐵礦：立方體。方解石黃鐵礦3.硬度礦物受到刻劃作用時，所表現出來的強度，是礦物抵抗外力刻劃的能力。可以用兩種不同的礦物相互刻劃，以比較其硬度的相對大小。德國礦物學家摩氏(F.Mohs)取自然界常見的十種礦物作為標準，將硬度分為1度到10度十個等級，即摩斯硬度標準