普通地质学课件 4

1、普通地质学,主讲人：赵德军 单 位：地球科学学院 地 点：7501 电 话基本内容,2.1 地球在太阳系中的位置（C） 2.2 地球的物理性质（A） 2.3 地球的内部圈层（A） 2.4 地球的外部圈层（C） 2.5 地球的表面形态特征（B）,2.1 地球在太阳系中的位置（C）,太阳系组成： 1个恒星、8个行星、33个卫星以及小行星带、慧星、星际物质、电磁辐射等宇宙射线 。 地球是太阳系的八大行星之一，距离太阳1.5108 km（一个天文单位）。,2.2 地球的主要物理性质（A） 2.2.1 地球的形态和大小（A） 2.2.2地球的重力 2.2.3 地球的密度 2.2

2、.4 地球的压力 2.2.5 地球内部的地震波速变化 2.2.6 地球的磁性 2.2.7 地球的导电性地电 2.2.8 地球内部的温度地热,2.2.1地球的形态和大小（A）形态：表面凹凸不平不规则的旋转三轴椭球体(近似扁球体），北凸(10m)南凹(30m)，略呈一梨形。,2.2 地球的物理性质,在太空中所见的地球,地 球 参 数（1970年）（C）赤道半径 6378.139 km两极半径 6356.755 km平均半径 6371.011 km 扁 率 1/298.25表 面 积 5.101108 km2 体 积 1.0831012 km3 质 量 5.97610 27 t,2.2.2 地球的重

3、力（A）,r,d,F,P,R,地球的重力 地球自转引起的离心力和地球引力的合力。 P = F + d F=G* M *m d=r*,R2,(G为万有引力常数（6.6710-11 米3/(千克秒2) ）， 为角速度),离心力相对很小，在赤道为万有引力的1/289 通常用单位质量所受的引力来表示重力（重力加速度 g） g = G*M/R2 (单位用伽Gal) 1 Gal =1cm/s2,重力在地表的变化(A) 重力随纬度的增加而增加，随海拔高度的增加而减小。,重力在地球内部的变化 影响重力大小的不是整个地球的总质量，而主要是所在深度以下的质量。 从地表到地下2900km的核幔界面，重力大体上是随深

4、度增加而略有增加，但有波动。 在核幔界面上，重力值达到极大(约1069伽)。 再往深处去,各个方向上的引力趋向平衡,重力值逐渐减少，直至变小为零。,重力的变化(B),地球密度曲线图,2.2.3 密度（A） 地球的平均密度：5.516g/cm3 地壳平均密度: 2.8g/cm3 地心的密度: 13g/cm3 地球内部密度随深度增加而不均匀增加，400km、600km、2900km、4600km较明显。,主要由上覆地球物质重量所产生的静压力引起，即： Phhhgh (h深度，h该深度的物质平均密度，gh该深度的重力加速度，Ph该深度的压力)。 地球内部压力是随深度加大而逐渐增高的。深度每增加km，

5、压力增加27.5 MPa（1 MPa1兆帕斯卡N / m）。地心处可达370,000 Mpa，相当于370万个大气压力。,地表,地心,100,2.2.4 压力（A）,2.2.5地球内部的波速变化（A）,地球具有弹性，允许弹性波通过，因此地震波可以在地球内部传播。地震波在地球内部的传播方式主要有三种：纵波、横波和面波。,1849年英国科学家斯托克斯(G.H.Stokes)证实地震时产生出两种弹性波： 纵波（P波）：质点振动方向与传播方向一致(固、液、气） 横波（S波）：质点振动方向与传播方向相垂直。（固） P波与S波都是在物体内部传播的，称为体波。 还有一种地震波只在地球表面传播，称为表面波，它

6、对固体地球表面的破坏作用最强。,2.2.6地球的磁场（A）,地磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度。 1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东经139.4度（南极洲）。,地磁场：地球周围存在的磁场,地磁轴,地理北极,地磁三要素：磁场强度、磁偏角、磁倾角（A）,磁场强度：为某地点单位面积上磁力大小的绝对值。矢量，一般在磁两极附近磁感应强度大（约为60T（微特拉斯）；在磁赤道附近最小（约为30 T ）（水平分量、经向分量、纬向分量、垂向分量）。 磁偏角：磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角。 磁倾角：指磁针北端与水平面

7、的交角。,某些矿物在形成时受当时地磁场影响而带有磁性，即剩余磁场。 被反演磁化率的物质，其温度必须低于居里（温度）点（一般为500-600）。,太阳辐射引起大气电离，太阳辐射变化引起地球产生交变电场，并同时放电。温度产生电流，但主要是地磁感应产生大地电流。平均密度2安培/km2。 电导率随深度增加而增加，在60-150公里，400-1000公里处有明显变化（前者熔融，后者相变）。,2.2.7 地球的电性（地电）,2.2.8 地球的温度（A）,外热层（或变温层）。 常温层（北方平均30m） 增温层 地温梯度（地热增温率）在单位深度内温度的增加量称为地热梯度。通常 30C /Km；,钻井深30m，

8、温度高达130 度，热水气喷高达30余米,西藏拉萨羊八井,2.3.1 地球内圈划分依据( B) (1)根据地震波速度与地表岩石或矿物的有关性质对比进行推测。 (2)根据各圈层的压力、温度，通过高温高 压模拟实验进行推测。 (3)根据来自地下深部的物质进行推断。 (4)与陨石研究的结果进行对比。,2.3 地球的内部圈层,主研人员：莫霍洛维奇(1909)、古登堡(1914) 、布伦(1956) 、莱曼(1936) 内圈分层：从上向下依次为地壳（A层），上地幔（B层），过渡层（C层），下地幔（D层），外核（E层），过渡带（F层）和内核（G层）。,表2-2 地球内部圈层和物理数据,地球内部结构与地震波

9、速的变化,莫霍面,古登堡面,康拉德界面,地壳 是莫霍面以上的地球表层。 厚度 变化在5-78km之间。大陆平均约为35km；大洋平均约6km；总体的平均厚度约16km。 密度 一般为2.6-2.9g/cm3。 成分 大陆地壳（上地壳）富硅铝的硅酸盐矿物，常称为硅铝层（闪长质层）； 大洋地壳（下地壳）富硅镁的硅酸盐矿物，常称为硅镁层（玄武岩质层）。,60km,250km,1000km,5100km,过渡层,过渡层,2900km,35km,大陆与大洋地壳, 康拉德面 通常作为上下地壳的界面。 上地壳：硅铝质岩石，密度2.7g/cm3，也叫闪长岩层； 下地壳：镁铁质岩石，密度3.1g/cm3，也叫玄

10、武岩层。,地幔 莫霍面与古登堡面之间的一个巨厚圈层。 其厚度约2800km。 平均密度为4.5g/cm3。 根据次级界面可分为上地幔、下地幔 和过渡层。 上地幔：莫霍面至地下400km，平均密度为3.5g/cm3，成分：超基性岩。 在上地幔的上部60-250km存在一个由柔性物质组成的圈层称为软流圈（地震波的低速带）。此软流圈之上的固态岩石圈层称为岩石圈（A）。 下地幔：1000km至古登堡面，密度5.1g/cm3，成分铁镁质的超基性岩，分解为氧化物，由离子键转为共价键，密度提高18。,莫霍面,古登堡面,康拉德界面,60km,250km,1000km,5100km,过渡层,过渡层,2900km

11、,35km,地核 古登堡面以下地心的一个球体。半径为3480km。 密度 9.9812.5g/cm3。 成分 铁镍物质为主 根据其状态可分为外核、过渡层、内核。 外核（28984640）：液态，密度10.5g/cm3，成分除铁镍外，可能还有碳、硅和硫； 过渡层（46405155）：515km，是从液态向固态过渡的区域。 内核：12.9g/cm3，物态为固态，其成分为铁镍物质。,莫霍面,古登堡面,康拉德界面,60km,250km,1000km,5100km,过渡层,过渡层,2900km,35km,2. 4地球的外部圈层（C）,在固体地球之外还存在另外三个圈层，它们是大气圈、水圈和生物圈。它们是地

12、球的重要组成部分，它们与固体地球休戚相关，共同演化，塑造着多姿多彩的地球,大气圈： 是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。气体主要集中于地表以上18km的范围内，往上气体变得极为稀薄。主要成分为氮，78.09；氧，20.94；氩，0.93%；其他，0.04。（按体积计算）。由地表往上可分为五个次级圈层：对流层、平流层、中间层、暖层、扩散层（散逸层）。,对流层：平均厚度12km，含大量水蒸气和尘埃。表现为强烈的对流。 平流层：从对流层顶到地表以上55km的范围。大气呈水平运动。几乎不含水蒸气、尘埃，无天气现象。 中间层：从平流层顶到地表以上85km的范围。大气呈对流运动。存在电离层，可反射

13、无线电波。 热成层（暖层）：从中间层顶到地表以上500km的范围。内部存在多层的电离层，也称电离层，强烈反射无线电波。 外逸层（扩散层）：从暖层顶到外层空间。物质多以原子、离子状态存在。是地球物质向宇宙空间扩散的部位。,水圈： 是指地球表层由水体构成的连续圈层。 其物态有固、液、气三种状态。水体的形式有河、湖、海、冰川（盖）水蒸气、地下水等，并形成一个包裹着地球的完整圈层。地表上直接被液态水体覆盖的区域占地表面积的3/4。,水圈的循环：在太阳能、重力的作用下，水体周而复始的运动，形成水循环。水循环的方式有：海洋与大陆间的循环；地表与地下间的循环；生物体与周围空间的循环；水圈与大气圈间的循环。大

14、洋的海水每3200年更换一次。,生物圈：是指地球表层由生物及其活动地带所构成的连续圈层。 生物活动的范围主要集中在地表附近，但高达10km的高空，深达3km的地下以及大洋底部都可有生物存在，因此生物圈厚度可达十几公里。 按生物的分类原则，包括原核生物界：它们是没有细胞核的单细胞生物；原生生物界：它们是有细胞核的单细胞生物；真菌界：它们是低等的真核生物；植物界：能进行光合作用，营自养生活的生物；动物界。,2.5 地球表面形态特征（B）,2.5.1陆地地形 2.5.2海底地形,将固体地球表面高差扩大倍的地球形态,大陆：29.2%,平均高：0.86km，珠峰：8844.43m 海洋：70.8%,平均

15、深：3.9km,马里亚纳海沟：11022m,2.5.1陆地地形（B）,按照高程和起伏特征，陆地地形可分为山地、丘陵、平原、高原、盆地和洼地等类型。,山地 海拔500米以上，地形起伏较大，相对高程大于200米的地区。 海拔500米-1000米称为低山； 1000米-3500米称为中山；大于3500米称为高山。线状分布的叫山脉。,丘陵 高低不平，相对高差在200米以下的小山丘。,平原,平原宽广平坦或略有起伏的地区。,青藏高原卫片,高原 海拔高程在500米以上表面平坦或略有起伏的地区。,美国科罗拉多高原,高原面,盆地 四周是高原或山地中央低平（平原或丘陵）的地区。,四川盆地,2.5.2海底地形,根据

16、其基本特征，大致三大部分：大陆边缘、大洋中脊、大洋盆地。,大西洋的海底地形,大陆边缘,大陆边缘又可分为活动大陆边缘和被动大陆边缘 被动大陆边缘的主要地貌单元有：大陆架、大陆坡和大陆基。 大陆架 大陆的自然延伸，一般坡度小于1，水深200m左右。与大陆坡过渡的地方有明显的弯曲。 大陆坡 平均坡度约为4.3，深度可达3000m。大陆坡被众多的水下峡谷所切割，切割深度可达1000米。 大陆基 位于大陆坡和大洋盆地之间，坡度仅为1/7001/100.是非常平缓的水下平原，常有巨厚的沉积。,活动大陆边缘的主要地貌单元（构造单元）:海沟、火山弧和弧后盆地。,西太平洋型大陆边缘,安第斯型活动陆缘示意,大洋中脊地貌 大洋中脊是位于大洋中间的规模巨大的正地形，大洋中脊一般宽1000-2000km，一般高出洋底1-2km。各大洋的中脊首尾相连，连绵不断。总长度大约65000km。 大洋中脊有以下次级主要地貌单元：中央裂谷、转换断层。,大洋盆地,大洋盆地约占海洋总面积的45%，包括深海盆地、海底高原、无震海岭、海底平顶山 深海盆地:一般在水深4000-5000米之间。最为显著的地貌单元是深海平原，其坡度只有1/1000左右。 无震海岭 大洋中