地质学基础知识介绍剖析.ppt

1、地质学基础知识介绍,秦皇岛32-6/渤中25-1作业分公司,地质学是研究地球及其演变的一门自然科学。它主要研究地球的组成、构造、发展历史和演化规律。 在当前阶段，地质学主要研究固体地球的最外层，即岩石圈（包括地壳和上地幔的上部）。因为这一部分既是与人类生活和生产密切相关的部分，同时也是容易直接观测和研究历史最久的部分。但是，随着科学技术的迅速发展，如卫星、航天、深钻技术、海洋物探、高温高压实验、电子显微镜、计算机、遥感遥测、红外摄影、激光等新技术、新手段的不断应用，地质学的研究范围也不断扩大。从地球表层向深部发展，出现了深部地质学；从大陆向海洋发展，出现了海洋地质学；从地球向外层空间发展，出现

2、了月球地质学、行星地质学、宇宙地质学。,地质学的研究对象,认识我们赖以生存的家园,地球数据,地球的结构内三圈、外三圈,地核,地幔,地壳,生物圈,水圈,大气圈,地质作用,地球自形成以来大约经历了46 亿年的历史 根据地球发展历史过程中生物演化和岩层形成的顺序，将地球历史划分为若干自然阶段，称为相对地质年代。 19 世纪初期，英国地质学家W.史密斯、C.莱伊尔等就开始利用生物地层学的方法划分地质年代。 1669 年丹麦地质学家N.斯泰诺首先提出“地层层序律”：在层状岩层的正常序列中，先形成的岩层位于下面，后形成的岩层位于上面。 1816 年W.史密斯首次提出“化石顺序律”，保存在地层中的生物化石，

3、由简单到复杂，由低级到高级，表现出清楚的不可逆性和阶段性， 实际上，化石顺序律和地层层序律是一致的，在最古老地层中找不到化石，在较老地层中可以发现低级化石，在较新地层中可以发现高级化石，这种关系称为“生物层序律”。生物的发展过程不是均一的或等速的，而是由缓慢的量变、急速的突变或大量绝灭现象交替出现,地质时代,中国地层时代表,古新世,始新世,渐新世,上新世,中新世,矿物是在各种地质作用下形成的具有相对固定化学成分和物理性质的均质物体，是组成岩石的基本单位。,岩石和矿物,矿物是人类生产资料和生活资料的重要来源之一，是构成地壳岩石的物质基础。自然界里的矿物很多，大约有3000 种，但最常见的只有五六

4、十种，至于构成岩石主要成分的只不过二三十种。组成岩石主要成分的矿物，称造岩矿物。它们共占地壳重量的99。各种矿物都具有一定的外表特征形态和物理性质，可以作为鉴别矿物的依据。,岩石矿物集合体，是构成地壳及地幔的主要物质 岩石可以分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩,岩浆形成于地壳深处或上地幔中，它主要由两部分组成：一部分是以硅酸盐熔浆为主体，一部分是挥发组分，主要是水蒸汽和其它气态物质。,岩浆岩,火成岩分类,喷出岩,喷出岩,综合报道，位于意大利南端西西里岛的著名火山埃特纳火山4日终于爆发，炽热的岩浆和浓黑的烟雾在夜晚非常耀眼。而山脚下就是当地的居民区和旅游景点。 虽然看上去似乎对当地居民十分危险，

5、但意大利当地政府部门仍然认为目前火山爆发仍不足以对当地居民的生活构成严重威胁，因此只是加强了对火山的严密监控。当地的主要机场由于火山爆发造成能见度降低而被迫关闭。此次火山喷发也吸引了大量游客慕名前来。 埃特纳火山是欧洲最大、最高、最活跃的火山，海拔3200米。主要火山口海拔 3323米。周围还有200多个较小的火山锥。据文献记载，埃特纳火山已有500多次爆发历史，被称为世界上喷发次数最多的火山。 自本月1日起，火山的活动就开始加剧。 该火山最猛烈的爆发则是在公元1669年，持续了4个月之久，熔岩喷发量达7.8亿立方米，滚滚熔岩冲入附近的卡塔尼亚市，使整个城市成为一片火海，2万人因此而丧生。18

6、世纪以来，埃特纳火山爆发更加频繁，但基本没有造成严重损失。,侵入岩岩脉（VEINS）,美感黄山,暴露在地壳表部的岩石，在地球发展过程中，遭受到各种外力作用的剥蚀破坏，然后再把破坏产物在原地或经搬运沉积下来，再经过复杂的成岩作用而形成岩石就是沉积岩。,沉积岩,沉积岩的物质主要来源于先成岩石（无论是火成岩、变质岩和先成的沉积岩）风化作用和剥蚀作用的破坏产物，包括碎屑物质、溶解物质和新生物质；除此还包括生物遗体、生物碎屑以及火山作用的产物。这些物质在低洼的地方沉积下来，总称为沉积物。 沉积岩可以分为两类，即碎屑岩类、化学岩和生物化学岩类,张家界砂岩峰林地质公园,沉积岩的分布,沉积岩在地壳表层分布甚广

7、，陆地面积的大约四分之三被沉积物（岩）所覆盖着，而海底的面积几乎全部被沉积物（岩）所覆盖。 但从体积而言，沉积岩约占岩石圈体积的5，而岩浆岩及变质岩约占95。由此可知，沉积岩主要分布在岩石圈的上部和表层部分。 至于沉积岩在地壳表层的具体厚度，则变化很大，有的地方可达几十公里，如高加索地区，仅中生代和新生代的厚度就达2030km；但有的地方则很薄，甚至没有沉积岩的分布，直接出露着岩浆岩和变质岩。 地球物理和深井钻探证实：现代和古代沉积物大量沉积的场所为大陆边缘和大陆内部的拗陷带，在这些地方可以形成巨厚的沉积岩层，其是沉积地质学的主要研究对象。 在沉积岩中蕴藏着大量矿产。根据第19届国际地质学会统

8、计资料，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、油页岩等可燃有机矿产以及盐类矿产，几乎全部是沉积成因的。铁矿的90、铅锌矿的4050、铜矿的2530、锰矿和铝矿的绝大部分以及其他许多金属和非金属矿产，也都是沉积或沉积变质成因的。,1）全面地研究沉积岩（物）的物质组分、结构、构造、分类命名、岩体产状和岩层之间的接触关系，为阐明其成因与分布规律提供依据。 2）探讨沉积岩石的形成机理，包括风化作用、搬运作用、沉积作用以及沉积后的变化等，特别是要研究沉积岩（物）及其中的有用矿产（包括有机可燃矿产中的石油和天然气等）的形成机理、富集和储存规律。 3）进行古沉积环境和沉积条件分

9、析，根据沉积岩的原生特点以及时空分布和变化特点，用以恢复沉积岩形成时的古气候条件、古地理条件、古介质条件以及大地构造条件等。 4）全面研究沉积岩的基本特征和沉积条件，可作为地层学、层序地层学、古地理学、地球化学、矿床学、储层地质学以及油气地质学的基础，并不断地为矿产资源普查和勘探提供新的科学依据和信息。 5）通过沉积岩石学的学习，增加对沉积物（岩）形成、演化、分布及其与人类生存等重大问题的了解，紧紧把握“地球科学与灾害预测”，将是沉积岩石学和沉积学发展的长远主题。,沉积岩的研究内容,随着全球人口的快速增长，伴随自然资源需求的增加。地质学在预测自然突变（洪水、海啸及风暴等），恢复不平衡的自然系统

10、（河谷、海滩等），控制和预测污染，矿产资源勘探和扩大，灾害预测，城市垃圾和有毒物质处理，以及工程地质方面将发挥重要的作用。,野外观察和描述是基础，可以初步鉴定沉积岩的岩性，描述原生沉积构造，测量岩层产状和厚度，确定岩层之间的接触关系及其成因标志，并对所观察到的内容作详细的记录，尽可能的素描、照相和编制相应的图件。根据所获的资料，对沉积岩层的成因、形成条件和含矿性作出初步判断。 在覆盖区的沉积岩研究，最直接的是岩心观察和描述，对重要沉积现象和成矿标志要进行放大素描，并选重点层段进行照相和取样。由于取心段有限，要充分利用测井、录井资料进行岩性、电性、物性和含油气性分析，综合观察和解释，编制岩性电性

11、关系综合剖面。经常使用的测井曲线是SP、微电极、感应、自然伽马、密度、声波以及地层倾角测井等。 以油气勘探为重点的室内常规研究主要是以薄片鉴定为主，再辅之一些常规分析，如铸体薄片分析、粒度分析和物性分析等；针对不同的岩类和研究目的，进一步采用扫描电镜、电子探针与能谱、X衍射、阴极发光、显微荧光、图像分析、包体分析，以及有机指标、粘土矿物和碳、氧、硫等的稳定同位素分析。 20世纪60年代以来，针对我国油气勘探的实际需要，还广泛开展现代沉积考察、室内水槽模拟实验等。20世纪90年代以来，又建立了河、湖沉积体系的大型水箱模拟实验装置，以及正在建设的成岩模拟实验装置。 这一切试验和技术的使用，都试图从

12、反演和正演两种途径再现沉积物和沉积岩形成的全过程，重溯成层岩石圈形成和成矿的历史、分布规律，从定性研究向定量研究发展。,沉积岩的研究方法野外和室内,澳大利亚西部Cliffs露头：志留系层序地层学演化剖面，从下到上，分别从海相滨岸层序演化到陆相河流沉积层序，,北海地区地震剖面：显示地下底僻构造（岩拱）形态，地下岩拱造成上覆的层变形，并改变底层沉降中心,沉积环境和沉积相,冲击扇,辫状河,曲流河,网状河,三角洲,湖泊,水上环境,水下环境,山区,平原,湖泊,（水下冲击扇、重力流）,洪积扇,辨状河,砂质辨状河（以砂岩沉积为主）,河流沉积,曲流河天津汉沽芦台,三角洲沉积平面示意图,三角洲沉积剖面示意图,黄

13、河三角洲,沉积岩,化石,门头沟山区的距今约10亿年的古代藻类化石，由小学生暑期夏令营活动无意发现。 由多个枝叶状结构组成的植物图样，大小不一、形态各异。化石上的植物印迹特别清晰，叶状脉络呈黑色，有的甚至连叶片数量都数得清。化石中最大的一块长约1米，宽约0.5米，厚约0.3米，其内部可能还有多层化石结构。” 据地质专家介绍，这几块石头叫做“白云质灰岩”，在它的表面生成有10亿年前的浅海藻化石，化石呈群体状分布。只有在剖面上可以看到。 专家介绍，目前在门头沟区永定河流域龙门涧、青龙涧、灰峪等地都曾发现古动物、海底生物、陆生植物等化石，每个时期的都有发现。这些古化石对研究北京西部地理环境变迁具有重要

14、的价值，同时对于研究地球地质、地貌、气候等也将会有很大帮助。,藻类化石北京门头沟，距今10亿年,扫描电镜图像（Scanning Electron Microscope ）：砂岩孔隙中的两种结晶矿物：右侧为六方晶系石英晶体，左侧为纤维状伊利石晶体。注意观察水与两种晶体的接触关系：润湿性，石英亲水；伊利石不亲水,伊利石,石英,沉积岩微观结构,颗粒,颗粒,孔隙,孔隙,孔隙,伊利石,高岭石,扫描电镜图像： A：显示具有连通的大孔隙的砂岩。 B：颗粒排列精紧密的小孔隙砂岩 C：砂岩中高岭石、伊利石紧密充填,铸体切片图像： A：磨圆好的松散砂岩（浅灰色为砂粒，深灰色环氧树脂）。 B：具有不规则砂粒和孔隙的

15、砂岩。（中间深灰色为孔隙）,作为石油工程师，需要掌握涉及到钻井、油藏、生产相关的矿物、矿物特征（孔隙堵塞、硬度、酸的反映）以及矿物出现形式。以下是一些最主要的： 1、燧石，黄铁矿：坚硬，难以钻穿。 2、伊利石、高岭石、绿泥石：油藏中堵塞孔隙的矿物，常造成油层伤害。 3、蒙脱石：膨胀粘土，钻井垮塌危险 4、岩盐：淡水泥浆溶解 5、方解石：预土酸溶解 6、云母、长石：具有放射性，伽马曲线上与泥岩难以分辨,无论什么岩石，当其所处的环境跟当初岩石形成时的环境有了变化，岩石的成分、结构和构造等往往也要随之变化，以便使岩石和环境之间达到新的平衡关系。这种变化总称为变质作用。由变质作用形成的岩石，就是变质岩

16、。 变质岩在我国和世界上皆有广泛分布。特别是前寒武纪地层，绝大部分都是变质岩组成的。在古生代及其以后的岩层中，在岩浆体的周围和在断裂带附近，也均有变质岩分布。变质岩中含有丰富的金属矿和非金属矿，例如全世界铁矿储量，其中70储藏于前寒武纪古老变质岩中 岩石变质的因素，主要是岩石所处环境物理条件和化学条件的改变，物理条件主要指温度和压力，化学条件主要指从岩浆中析出的气体和溶液。这些条件或者说因素的变化，主要来源于构造运动、岩浆活动和地下热流，因此，变质作用是属于内力作用的范畴。,变质岩,“新陈代谢是宇宙间普遍的永远不可抵抗的规律”。随着时代的演进，在频繁的地壳运动和岩浆活动中，老的岩石不断在转化，

17、新的岩石不断在产生，这也就是地壳岩石新陈代谢的过程。所以，任何岩石既不是自古就有的，也不是永远不变的。在一定时间和一定空间所形成的一定的岩石，都只代表地壳历史的一定阶段。任何岩石都忠实地记录了它本身有关的那一阶段的地壳历史。,三大类岩石的互相转化,矿石与矿床,无论是哪种岩石，其中都或多或少地含有有用矿物。若含量很多，达到为现代工业技术水平所能利用的程度，则这种含有用矿物的岩石就称为矿石。如四川攀枝花，在辉长岩中含有很多的钒钛磁铁矿，就作为铁矿石开采。如此看来，矿石和岩石具有相对的概念，矿石只不过是含有一定量有用矿物的岩石。还有些岩石由于它本身特有的化学成分或物理特性，具有工业或工艺价值，这样的

18、岩石也可以被看作是广义的矿石。如石灰岩、白云岩、粘土、硅藻土，它们是岩石，也是“矿石”。 所谓矿床是在一定地质作用下形成的在质量和数量上都能满足当前开采利用要求的有用矿物的富集地段。,（一）金属矿产 一般需经冶炼从中提取金属元素的矿产，其中包括钢铁基本原料金属矿产（如铁、锰、铬、镍、钛、钒等）、有色金属矿产、贵金属矿产、稀有金属矿产、分散元素矿产、放射性元素矿产。,（二）非金属矿产 经简单加工即可提出非金属原料或直接即可利用的矿产，根据用途又可分为冶金辅助原料矿产（如石灰石、白云石、萤石、耐火粘土等）、化工原料矿产（如钾石盐、石盐、重晶石、磷、硫、芒硝等）、建筑材料矿产（包括水泥、玻璃、陶瓷、

19、铸石等的原料）、美术工艺原料矿产（各种宝石、彩石等）。,矿产的分类,（三）能源矿产 主要指能够转换成为机械能、热能、电磁能和化学能的各种能量的资源，也就是能产生能量的物质。常规能源或传统能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。新能源，如地热能、核燃料、海洋能等。,构造运动,地球内力引起地壳乃至岩石圈变形、变位的作用，叫作构造运动。把概念扩大来说，海底增生（扩大）和消亡也属于构造运动。,岩层的弯曲现象称为褶皱。岩层在构造运动作用下，或者说在地应力作用下，改变了岩层的原始产状，不仅使岩层发生倾斜，而且大多数形成各式各样的弯曲。褶皱是岩层塑性变形的结果， 岩块沿着断裂面有明显位移的断裂构造称为断层。断层

20、的规模有大有小，深度有深有浅；形成的时代有老有新；有的是一次构造运动的结果，有的是多次构造运动的结果；有的已不活动，有的还在继续活动；形成断层的力学性质或张或压或剪，各不相同。,褶皱,背斜,向斜,张性断层运动形成的滚动背斜（逆牵引背斜），如果断层运动与沉积同时进行常造成上升盘地层变薄。,盐拱底僻造成构造圈闭，盐在下面是流动的，由于其密度低有向上流动趋势，盐拱是一种独特的底僻形态，在世界各地都很常见。,断层类型,Graben and Horst Structures,地嵌,地垒,Karabagli fault：断距11602100米，断层长度大于20公里,阿塞拜疆Karabagli油田断层,渤中

21、25-1/S断层发育,渤中25-1/S断层发育,渤中25-1油田,地震,大多数地震属于浅源地震，约占地震总数的72.5，所释放的能量占地震总能量的85；破坏性最大的地震震源深度多在1020km，一般不超过10km。中源地震发震次数较少，占地震总数的23.5；深源地震仅占地震总数的4。中深源地震有的尽管震级很大，但危害较小。,引起地震的原因：构造地震、火山地震和冲击地震，人类活动也可以导致发生地震，称为诱发地震，如水库地震。,1.超微震震级小于1 的地震，人们不能感觉，只能用仪器测出。 2.微震震级大于1 小于3 的地震，人们也不能感觉，只有靠仪器测出。 3.弱震又称小震，震级大于3 小于5 的

22、地震，人们可以感觉到，但一般不会造成破坏。 4.强震又称中震，震级大于5 小于7 的地震，可以造成不同程度的破坏。 5.大地震 指7 级及其以上的地震，常造成极大的破坏。,中国地震烈度表,板块构造学说,大陆漂移说、海底扩张说 1912 年，德国气象学家A.魏格纳（18801930）提出大陆漂移说，引起全世界科学界的重视。,第二次世界大战后海洋调查工作，发现或进一步弄清了大洋中脊形态、在这些新资料的基础上，产生海底扩张说。 大洋中脊，指海底纵横绵延的山脉，总长度可达65000km，是地球上最长的山脉。其中最典型的为大西洋中脊，它与两侧大陆平行延伸，略呈S 形；高出洋底20003000m，,将全球岩石圈划分成六大板块， 即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。除太平洋板块几乎完全是海洋外，其余五大板块既包括大块陆地，又包括大片海洋。 这些板块都是活动的，从太平洋东部中隆生长脊新生长出来