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第二章地殼 地殼的定義 地球硬表面以下到莫霍面之間由各類巖石構(gòu)成的殼層 地殼厚度及差異 大陸上平均厚度為35km 大洋下平均為5km 但山系地帶厚度較大 如喜馬拉雅65 70km 第一節(jié) 地殼的物質(zhì)組成 化學(xué)成份與礦物1 自然界元素構(gòu)成 108種已知化學(xué)元素中 自然界存在92種 還有300多種同位素2 地殼的主要構(gòu)成元素 O Si占74 Al Fe Ca Na K Mg占24 1924年 F W 克拉克對來自世界各地的5159個巖石樣品首次測定16Km厚度內(nèi)地殼中63種化學(xué)元素的平均重量百分比 即元素的豐度 所獲數(shù)據(jù)后來被稱為克拉克值 3 礦物定義 礦物是單個元素或若干元素在一定地質(zhì)條件下形成的具有特定理化性質(zhì)的化合物 是構(gòu)成巖石或地殼的基本單元 4 主要造巖礦物及常見礦物主要礦物 石英 鉀長石 斜長石 云母 輝石 橄欖石 角閃石 七種 常見礦物 石墨C 黃鐵礦 黃銅礦 方鉛礦 赤鐵礦 磁鐵礦 硬石膏 石膏 磷灰石 二巖漿巖 巖石定義 造巖礦物按一定結(jié)構(gòu)集合而成的地質(zhì)體巖石分類 巖漿巖 沉積巖 變質(zhì)巖巖漿主要成份 巖漿是來自上地幔的高溫熔融狀物質(zhì) 主要成分為硅酸鹽 金屬硫化物 氧化物 部分揮發(fā)物 一 巖漿巖的礦物組成 1 超基性巖SiO2含量小于45 多鐵 鎂而少鉀 鈉 2 基性巖SiO2含量為45 52 主要礦物為輝石 鈣斜長石等 3 中性巖SiO2含量52 65 主要礦物為角閃石和長石 4 酸性巖SiO2含量65 以上 多鉀 鈉而少鐵 鎂 二 巖漿巖的產(chǎn)狀 結(jié)構(gòu)和構(gòu)造當巖漿侵入地殼便成為侵入巖深成侵入巖淺成侵入巖其產(chǎn)狀 整合侵入體 巖盆 巖蓋 巖床 巖鞍等 不整合侵入體 巖株 巖榴 巖脈等 噴出地表即成為火山巖或噴出巖 三 巖漿巖類型依據(jù)化學(xué)成分與礦物成分 巖漿巖可分為酸性 中性 基性和超基性巖四類 依據(jù)其結(jié)構(gòu) 構(gòu)造與產(chǎn)狀又可分為深成巖 淺成巖和噴出巖三類 其綜合分類見P33表2 2 巖漿巖構(gòu)造 塊狀構(gòu)造斑雜構(gòu)造流紋構(gòu)造氣孔構(gòu)造杏仁構(gòu)造 沉積巖1 定義 由堆積于海洋或陸地中的碎屑 膠體和有機物質(zhì)等疏松沉積物固結(jié)而成的巖石 2 特征 有層理 富含次生礦物 有機質(zhì) 并有生物化石 具有碎屑結(jié)構(gòu) 巖層波狀起伏3 沉積巖主要類型 碎屑巖類 粘土巖類 生物化學(xué)巖類 4 沉積物類型 碎屑沉積物 礫 砂 粉砂 粘土 化學(xué)沉積物 氧化物 硅酸鹽 碳酸鹽 硫酸鹽 鹵化物 有機沉積物 泥炭 珊瑚礁等 變質(zhì)巖 地殼中原有的巖石 由于經(jīng)受構(gòu)造運動 巖漿活動或地殼內(nèi)的熱流變化等內(nèi)動力的影響 使其礦物成分和結(jié)構(gòu) 構(gòu)造發(fā)生不同程度的變化 統(tǒng)稱為變質(zhì)作用 由變質(zhì)作用形成的巖石稱為變質(zhì)巖 變質(zhì)作用類型與常見變質(zhì)巖1 動力變質(zhì)作用構(gòu)造運動引起的定向壓力使原巖碎裂 變形及一定程度的重結(jié)晶 稱為動力變質(zhì) 相應(yīng)的變質(zhì)巖 角礫巖 碎裂巖 糜棱巖等 2 接觸熱變質(zhì)作用侵入體與圍巖接觸帶 巖石 斑點板巖 角巖 大理巖 石英巖 3 接觸交代變質(zhì)作用 揮發(fā)性物質(zhì)與熱液與圍巖的交代作用 碳酸巖 矽卡巖 4 區(qū)域變質(zhì)作用區(qū)域性構(gòu)造運動導(dǎo)致的深廣范圍的變質(zhì)作用 代表性巖石 板巖 千枚巖 片巖 片麻巖等 5 混合巖化作用或超變質(zhì)作用代表性巖石 混合花崗巖 第二節(jié)構(gòu)造運動與地質(zhì)構(gòu)造 構(gòu)造運動及其基本方式 1 定義 構(gòu)造運動主要是地球內(nèi)動力引起的地殼機械運動 構(gòu)造運動使地殼發(fā)生變位或變形 形成各種地質(zhì)構(gòu)造 促進巖漿活動與變質(zhì)作用 2 特點 普遍性 永恒性 方向性 非勻速性 幅度與規(guī)模差異性3 基本方式 水平運動地殼或巖石圈塊體沿大地水準面切線方向的運動 相鄰塊體因水平運動而相互分離 分裂或相向匯聚 或側(cè)向錯位 垂直運動塊體的升降運動 地殼因上升運動而隆起形成山地與高原 因下降運動而坳陷形成盆地與平原 二 構(gòu)造運動與巖相 建造和地層接觸關(guān)系從地層的巖性 巖相 厚度與接觸關(guān)系上 都可發(fā)現(xiàn)構(gòu)造運動的痕跡 沉積巖的組分 結(jié)構(gòu) 構(gòu)造與化石特點也能綜合反映地層的巖相古地理情況 一 巖相沉積巖巖相通常分為海相 陸相和過渡相三大類 海相 深海相 淺海相 陸相 河流相 湖泊相 沼澤相 濱海相 地殼上升時 海相 陸相 沉積物粒級增大 厚度變小 形成海退層序 地殼下沉?xí)r 形成海侵層序 二 沉積建造彼此有共生關(guān)系的地層或巖相的組合 或巖性大致相同的沉積物組合 就是沉積建造 一個沉積建造相當于大地構(gòu)造旋回的一定階段 1 地槽型建造主要由海相地層組成的 厚度很大 無沉積間斷或僅有極短間斷 產(chǎn)生于強烈構(gòu)造下降區(qū)的建造 2 地臺型建造以陸相碎屑沉積為主 厚度不大 未受強烈構(gòu)造變動 地殼升降幅度均較小的地臺上的建造 3 過渡型建造兼有地槽型與地臺型建造的特征但以碎屑巖占優(yōu)勢 陸相沉積與瀉湖相沉積分布廣泛 海相沉積只見于剖面下部 三 地層的接觸關(guān)系分為整合 假整合與不整合三類 1 整合 指相鄰新老地層產(chǎn)狀一致且相互平行 時代連續(xù) 沒有沉積間斷 表明兩種地層是在構(gòu)造運動持續(xù)下降或上升而未中斷沉積的情況下形成的 2 假整合又稱平行不整合 指兩相鄰地層產(chǎn)狀平行但時代不連續(xù) 表明曾發(fā)生上升運動致使沉積作用一度中斷 而后下沉堆積了上覆新地層 3 不整合又稱角度不整合 指上下兩地層概不一致 時代也不連續(xù) 其間有地層缺失 表明老地層沉積后曾發(fā)生褶皺與隆升 沉積一度中斷而后再下沉接受新沉積 4 侵入接觸指侵入體與圍巖的接觸關(guān)系 侵入體邊緣有捕虜體 接觸帶界面不規(guī)則 圍巖有變質(zhì)現(xiàn)象 表明圍巖形成在先 巖漿活動或構(gòu)造運動在后 即圍巖老而侵入體新 5 侵入體的沉積接觸指后期沉積巖覆于前期侵入體所形成的剝蝕面之上的接觸關(guān)系 表明侵入體形成后曾因構(gòu)造上升而遭受剝蝕 而后下沉堆積了上覆新地層 上覆地層年輕而侵入體老 4 構(gòu)造運動的環(huán)境后果 滄海桑田之變3億年前喜馬拉雅山還是浩瀚的古地中海的一部分 4000萬年前開始隆升時年平均速度不過0 05cm 而1862 1932年間 上升速度增為1 82cm a 20世紀的最后30年 其上升速度又增到5cm a以上 以至世界最高峰珠穆朗瑪峰海拔8848 13m 2005年最新測量記錄 8844 43m 二 地質(zhì)構(gòu)造定義 巖層或巖體經(jīng)構(gòu)造運動而發(fā)生的變形與變位 是構(gòu)造運動的形跡 形式 水平構(gòu)造 水平巖層雖經(jīng)垂直運動而未發(fā)生褶皺 仍保持水平或近似水平產(chǎn)狀者 傾斜構(gòu)造 巖層經(jīng)構(gòu)造變動后層面與水平面成夾角時 即為傾斜構(gòu)造 褶皺構(gòu)造 巖層在側(cè)向壓應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲 斷裂構(gòu)造 巖石因所受應(yīng)力強度超過自身強度而發(fā)生破裂 使巖層連續(xù)性遭到破壞 褶皺構(gòu)造 湖北大冶鐵山 背斜和向斜構(gòu)造在平面和剖面上特征 褶皺要素 斷裂構(gòu)造 巖石因所受應(yīng)力強度超過自身強度而發(fā)生破裂 如雖破裂而破裂面兩側(cè)巖塊未發(fā)生明顯滑動者稱節(jié)理 破裂而又發(fā)生明顯位移的則稱斷層 斷層由斷裂面 斷層線 斷層盤和斷距等要素組成 斷層面 巖層或巖體發(fā)生斷裂時的破裂面 斷層線 斷層面與地面的交線 斷層盤 斷層面兩側(cè)的巖塊 其中位于傾斜斷面之上者為上盤 位于傾斜斷面之下者為下盤 斷距 兩盤相對位移的距離 斷層 節(jié)理 按照兩盤相對位移的特點進行分類 正斷層 上盤相對下降的斷層 逆斷層 上盤相對上升的斷層 其中斷面傾角大于40 為沖斷層 小于25 為逆掩斷層 平移斷層 指沿斷層走向即水平方向上發(fā)生位移的是平移斷層 若干斷層常常構(gòu)成巨大的斷裂帶 其中斷層的組合形式非常復(fù)雜 第三節(jié)大地構(gòu)造學(xué)說 一 板塊構(gòu)造學(xué) 一 大陸漂移 1915年 魏格納 A Wegener 提出 認為漂移動力是地球自轉(zhuǎn)離心力與日月引潮力 二 海底擴張說 20世紀30年代的海底考察發(fā)現(xiàn) 海洋雖歷史悠久 海底卻很年輕 海底僅有2 3億年 而整個海底3 4億年更新一次 海底擴張說要點 1 年速度為1厘米的地幔物質(zhì)對流是地殼運動的最主要動力 2 對流發(fā)生在軟流圈內(nèi) 對流產(chǎn)生的拽力并不作用于地殼底部而是作用于70 100公里的巖石層底部 3 海底為對流循環(huán)頂端 對流由發(fā)生區(qū)向外擴張 并在數(shù)千公里外匯聚流入地下 4 對流形態(tài)決定于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu) 大陸處于壓應(yīng)力作用下 而海洋處于張應(yīng)力作用下 地幔對流 5 海底及其沉積物在對流匯聚區(qū)下沉 一部分受擠壓變質(zhì)而與大陸熔接 另一部分則沉入軟流層 6 海底年齡僅有2 3億年 整個海底3 4億年即可更新一次 7 地球體積基本恒定 海洋盆地面積也基本上不變 三 板塊構(gòu)造說 地表巖石圈并非渾然一體 而是由被諸如大洋中脊 島弧 海溝 深大斷裂等構(gòu)造活動帶所割裂的幾個不連續(xù)的獨立單元 即板塊構(gòu)成的 幾大板塊的相互作用是大地構(gòu)造活動的基本原因 認為板塊的邊界有三種類型 太平洋板塊印度洋板塊亞歐板塊非洲板塊美洲板塊南極洲板塊 全球板塊構(gòu)造圖 1 擴張型邊界 是新地殼增生的地方 噴出物多為玄武巖 以張應(yīng)力產(chǎn)生的正斷層為主 地震震源較淺 烈度也不大 2 俯沖 或匯聚 型邊界兩個板塊匯聚 消減的地方 島弧海溝型邊界 地縫合線型邊界 3 轉(zhuǎn)換斷層 或次生 型邊界 板塊相撞 二 槽臺說與地洼說地槽區(qū)是地殼活動強烈的地帶 在地表呈長條狀分布 升降速度快 幅度大 接受巨厚的沉積并有復(fù)雜的巖相變化 褶皺強烈地臺區(qū)是地殼較穩(wěn)定的區(qū)域 升降速度和幅度較小 構(gòu)造變動和巖漿活動也較弱 三 地質(zhì)力學(xué)學(xué)說 地質(zhì)力學(xué)的主要觀點 1 全球地質(zhì)構(gòu)造的展布并非雜亂無章 而是具有一定的方向與方位 在地殼運動的一定動力方式的作用下 必將形成相應(yīng)形式的構(gòu)造應(yīng)力場與構(gòu)造體系 2 構(gòu)造體系是指 許多不同形態(tài) 不同性質(zhì) 不同等級和不同次序 但具有成生聯(lián)系的各項結(jié)構(gòu)要素所組成的構(gòu)造帶以及它們之間所夾的巖塊或地塊組合而成的總體 3 三種構(gòu)造體系緯向構(gòu)造體系 經(jīng)向構(gòu)造體系 扭動構(gòu)造體系 4 地球自轉(zhuǎn)及其角速度的變化所引起的地殼水平運動是推動地殼構(gòu)造變動的主導(dǎo)因素 第四節(jié)內(nèi)動力作用下的地表環(huán)境演化 一 構(gòu)造形跡變化1 水平構(gòu)造巖層雖經(jīng)垂直運動而未發(fā)生褶皺 仍保持水平或近似水平層狀者 如未受切割的高原面 平原面 平頂山 方山2 傾斜構(gòu)造巖層層面結(jié)構(gòu)經(jīng)構(gòu)造變動的與水平面成夾角 褶曲 斷層 或不均勻升降均可造成傾斜3 褶皺構(gòu)造巖層在側(cè)向壓應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲 4 斷裂構(gòu)造巖層在受壓應(yīng)力強度超過自身強度發(fā)生破裂 二 大陸漂移 中生代地球表層曾有一個統(tǒng)一大陸即聯(lián)合古陸侏羅紀后轱轆開始了分裂并各自漂移 逐漸形成今日海陸格局 中生代 距今2 3 0 7億年 三 火山與地震 火山 巖漿巖地表破裂帶噴出地表是地球內(nèi)部物質(zhì)與能量的一種快速猛烈的釋放形式 地震 當?shù)厍蚓奂膽?yīng)力超過巖層或巖體所能承受的限度時 就會使地殼發(fā)生斷裂 錯動 同時急劇地釋放出所積聚的能量 并以彈性波的形式向四周傳播 引起地表的震動 地震多發(fā)在700公里深度以內(nèi) 夏威夷火山公園 1 幾個概念 震源 地下巖石最先破裂的部位 淺源地震 深約70公里以內(nèi) 中源地震 70 300公里 和深源地震 300 700公里深 震中 震源在地面上的垂直投影位置地震波 體波 面波 橫波 縱波 震級 地震釋放能量的大小 常采用美國里克特 C F Richter 提出的標準來劃分 最大不超過8 9里氏級 地震烈度 地震對地面的影響和破壞程度 烈度通常分為12級主要地震帶 環(huán)太平洋地震帶 地中海 喜馬拉雅帶 大洋中脊帶 東非裂谷帶 2 主要地震帶 1 環(huán)太平洋地震活動帶 2 地中海 喜馬拉雅帶 3 大洋中脊帶 4 東非裂谷帶 第五節(jié)地殼的演變 一 地質(zhì)年代 一 相對年代法或古生物地層法依據(jù)地層下老上新的沉積順序 地層剖面中的整合與不整合關(guān)系 標準古生物化石與生物群體進行對比 確定某個地層或事件的相對年代 二 絕對年代法即同位素年齡測定法 通過礦物或巖石的放射性同位素的測定 并依據(jù)放射性元素蛻變規(guī)律計算其絕對年齡 三 與地球演變有關(guān)的幾種地質(zhì)年齡 1 地殼的年齡46億年格陵蘭的阿爾曹庫正片麻巖39 8 1 7億年 通過鉛 鍶等同位素蛻變規(guī)律計算 地殼約為46億年 2 最早的生物化石年齡超過30億年南非的似藍藻化石32億 33億年 澳大利亞的桿狀細菌微化石30億 31億年 3 地球形成的年齡約50億 70億年 二 地殼演化簡史 太古代 原始地殼 原始大氣圈 水圈 沉積圈和生物發(fā)生發(fā)展初期 太古代最古老而且歷時最長 陸地灼熱而荒涼 元古代 6 25億年 陸殼逐漸變厚變廣 火山活動相對減少 總之太古代與元古代 地殼固結(jié) 原始大氣與水圈向現(xiàn)代成分轉(zhuǎn)變 生命開始出現(xiàn)并走向繁榮 古生代 2 3 6億年前 古陸歷經(jīng)分合 早期生物是海洋無脊椎動物與低等植物繁榮時代 晚期植物與脊椎動物登上大陸的時代 中生代 0 7 2 3億年前 大陸分裂 裸子植物繁盛 恐龍出現(xiàn)并滅絕 新生代 0 7億年前至今 印度板塊與歐亞大陸板塊碰撞 使古地中海形成巨大褶皺 早期氣候溫暖潮濕 第四紀發(fā)生冰川 被子植物 哺乳動物空前繁盛 人類出現(xiàn) 裸子植物落葉松 冷杉 華山松 云杉等 裸子植物的胚珠和種子裸露