c第三章地殼(學)

1、13第三章 地殼第三章 地殼地殼是固體地球最外的一個圈層（位于地球表層），亦是與人類的生存和發(fā)展關系最為密切的一個圈層。地殼及上地幔是當前 地質學研究的重點，（是地球內部三大圈層中最薄的一層）故 把 地殼 作為一章講述。第一節(jié) 地殼的結構、類型圖2-1 大陸地殼和大洋地殼剖面（引自press,1961）圖中數據為地震波波速（km/s）括弧內為S波波速，未加括弧為P波地殼是不均勻的，根據組成地殼的物質成份的差異、地殼的厚度和結構的不同，將地殼劃分成：大陸地殼（陸殼）和 大洋地殼（洋殼）兩種基本類型（圖2-1、圖2-2）。陸殼、洋殼 在結構、成分、厚度及演變歷史上都有差別。一、 大陸地殼（陸殼）是

2、指大陸部分的地殼；表層大部分地區(qū)有沉積巖層。陸殼的特征是：1） 厚度較大（5-70 km），平均33 km; （25-70 km？）2） 具有雙層結構：Ø 上層是 硅鋁層（花崗巖層）Ø 下層是 硅鎂層（玄武巖層）- 其間為康拉德不連續(xù)面。3） 陸殼的形成時間較早，即陸殼較古老 （最古老巖石>40億年）。因地殼運動影響，大部分巖層已發(fā)生變形（褶皺、斷裂等）二、 大洋地殼（洋殼）是指洋盆部分的地殼；洋殼的特征：1） 厚度較小，平均512 km；平均5.6 km。2） 單層結構：即由玄武巖層組成；缺失SiAl 層。3） 形成時間較晚，洋殼較年青 （最老巖石約形成于2億年前；

3、大部分巖石則是一億年以來形成的）。表2-1 大陸地殼與大洋地殼對比項 目大陸地殼大洋地殼比例占地殼面積的40%，體積的79%，質量的63%占地殼面積的60%，體積的21%，質量的37%厚度(km)平均33，最大>60（厚）平均5.6，最大30（?。┢骄芏?.7 gcm3（輕）3.0 gcm3（重）莫霍面埋深深淺重力異常以負異常為主以正異常為主物質組成硅鋁層沉積巖層，厚010km沉積層，厚02km花崗質層，厚1040km缺失硅鎂層玄武質層，厚30km玄武巖沉積巖層0.52km概括來說，陸殼與洋殼在結構和厚度上均有差異，因此莫霍面是起伏不平的。陸殼和洋殼的形成時間有一定差別，陸殼的形成時間

4、較早，洋殼較年青。大陸地殼和大洋地殼的主要區(qū)別列于表2-1。大陸邊緣地殼 介于陸殼和洋殼之間，比較復雜。第二節(jié) 地殼均衡問題的提出：為什么不同地區(qū)地殼厚度相差較大？如：u 在大陸部分（陸殼），隨地形高程的增加，莫霍面的深度加大，布格重力異常卻降低；u 洋殼，隨著海底深度的增加，莫霍面相對隆起，布格重力異常值升高。 高山 平緩區(qū) 海 Sial 康拉德面 Sima 莫霍面 由此可以得出這樣的概念：Ø 大陸隆起部分（高山）因地形升高而增加的質量，必須由深部質量的虧損來補償（表現為莫霍面凹陷，莫霍面的深度加大，厚度變厚）；Ø 地形較平緩的地區(qū)的地殼厚度接近平均厚度，接近均衡；

5、16; 在海底深陷部分所減少的質量，則被深部質量的增加來補償（表現為莫霍面的隆起，莫霍面的深度變淺，厚度變?。? 地殼為適應重力作用，力求達到平衡的現象稱為 地殼均衡（isostasy）?！暗貧ぞ庹f”的提出有多種解釋：最著名的有兩個:1855年英國J.H. Pratt提出解釋：密度小的地方地勢高，密度大的地方地勢低。（均衡面是水平的）最小密度（密度小的地方地勢高）最大密度 （Pratt 假說）（均衡面是水平的？）1885年英國G.B. Airy認為: 地殼是由許多厚度不同，密度較小的巖塊，浮在較重的具可塑性的物質之上，并按阿基米德定律處于平衡狀態(tài)。 地表形態(tài)密度相同？ 正異常 康 Sial

6、 反山根 Sima 莫 負異常 山根 Airy 假說 （可恢復地形、地貌）,（阿基米德定律）如：l 山脈是較輕的巖塊浮在較重的介質之上，正如輪船浮在海水中一樣， 山越高，其深入下部較重介質中的深度也越大，這深入的部分通稱為“山根”。 - 厚 - 負異常。l 由于海水密度小于巖石密度，因而密度大的物質反而向上隆起，形成“反山根”。- 薄 - 正異常。真實面貌應為兩種假說相結合：Ø 地殼下面存在一個均衡剖面，這個面不是水平面，而是起伏不平的；Ø 組成地殼的物質不是均一的；地殼均衡現象是普遍存在：如大型水庫誘發(fā)地震就是一種地殼均衡調整。大型水庫建成蓄水后，在水的重壓下，使原有的平

7、衡破壞，引起鄰近地區(qū)地殼升降，甚至誘發(fā)地震。據統計，世界上凡壩高100m以上，庫容達1億m3以上的水庫附近，幾乎都發(fā)生過地震。 廣東的新豐江水庫（壩高105m，庫容10.5 億m3 ），1959年建成，1962年即發(fā)生過6.1級地震。第三節(jié) 地殼的物質組成地殼是由各種巖石組成的，而巖石又是礦物的集合體，礦物又是由各種化學元素結合而成的。 在地殼的演變過程中，各種巖石、礦物或元素的狀態(tài)也在不斷地變化：不斷有新的巖石和礦物產生；也不斷有原有的巖石、礦物遭到破壞，并可發(fā)生某些礦物或元素的分散和聚集現象，盡管其過程是極其緩慢的，但卻時刻都在不停地進行著。元素、礦物和巖石的變化也是地殼演變過程的重要內容

8、。n 元素在地殼中的分布；n 礦物（單獨一節(jié)）；n 巖石（單獨一節(jié)）。1. 元素的含量與分布各種元素在地殼中的含量相差懸殊、分布極不均勻。這種不均勻，一方面與元素的特點有關，另一方面與元素在地殼中所處的不同物理、化學條件有關，在一定的條件產生遷移、富集。-與地質作用有關。據目前資料，地殼中大約存在92種元素，其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8種主要元素占98以上，O、Si、Al、Fe四種元素占88. 31。地殼中常見的有用金屬元素（如Cu、Ph、Zn等）與主要元素的含量相差幾個數量級；2. 克拉克值許多學者為研究元素在地殼中的平均含量付出了大量心血。其中最為杰出的是美國學者F.

9、克拉克(Clark)，他在1889年的一篇關于“元素地球化學分布”論文，首次發(fā)表了元素的重量百分比的數據。經過35年的研究，在對采自全球的5159個巖石樣品的精確分析基礎上，用算術平均法求得地殼16km內的50種元素的平均含量。為紀念克拉克的功績， 把元素在地殼中的平均質量百分比稱為“克拉克值”。 （重量或質量百分比） 某一地區(qū)某種化學元素的質量百分比，稱為該元素的豐度值；由于地質作用使某些元素發(fā)生分散或聚集，所以在一些地區(qū)，某些元素的含量可高于克拉克值，在另一些地區(qū)則可能低于克拉克值。某些有用元素若其含量遠遠高于克拉克值,并可開采利用時就成為礦產。第四節(jié) 礦物上節(jié)講述 “元素在地殼中的分布”

10、。某些有用元素若其含量遠遠高于克拉克值,并可開采利用時就成為 礦產。地殼中的大多數元素以 化合物形式 產出，或者說以 礦物的形式 出現。一、礦物的定義：礦物是由各種地質作用下形成的具有相對固定化學成分和物理性質的單質或化合物，是組成巖石的基本單位。 礦物的含義：l 礦物是 地質作用形成的天然化合物或單質。l 礦物具有一定的化學成分、具有較為穩(wěn)定的物理性質。 如：金剛石成分為單質碳(C)，石英為二氧化硅(SiO2)；但天然礦物成分并不是完全純的，常含有少量雜質。l 礦物是組成巖石的基本單位；絕大多數礦物呈固態(tài) (如石英、金剛石)，但也有少數礦物可呈液態(tài) (如自然汞)；呈固態(tài)的礦物按其內部結構特點

11、可分為晶質與非晶質兩類。人工合成的稱為人工礦物或合成礦物：如人造金剛石、人造紅寶石等。自然界中的礦物有3000多種，構成巖石主要成分 的只有二三十種。把組成巖石主要成分的礦物稱為 造巖礦物。二、 晶體與非晶質體Ø 晶質體（晶體）晶質體是指礦物內部的質點（原子、離子、分子）按一定規(guī)則重復排列而成的固體。具有規(guī)則幾何形態(tài)的多面體稱為晶體 晶質體在一定的條件下生長成具有規(guī)則幾何形態(tài)的多面體稱為晶體。包圍晶體的平面稱為晶面。晶體礦物的生長需要一定的空間，若缺少生長空間，不能形成良好的晶形。各種礦物都有其獨特的晶形，它是鑒別礦物的重要依據之一。 Ø 非晶質體凡內部質點不規(guī)則排列的物體

12、稱非晶質體，如天然瀝青、火山玻璃等。 礦物手標本 - 礦物鑒定 - 礦物的形態(tài) （巖礦鑒定） 礦物的物理性質 礦物的化學性質三、 礦物形態(tài)礦物單體晶形可分為三種類型或者說具有三種結晶習性：在相同條件下形成的同種晶體常具有的形態(tài)，稱為結晶習性。三種礦物的結晶習性：i. 一向延伸型晶體沿一維方向生長，呈柱狀、針狀、纖維狀； 如石英、輝銻礦、角閃石、石棉等。ii. 二向延伸型晶體沿二維方向延展，常形成板狀、片狀、鱗片狀；如云母、正長石、石墨、輝鉬礦等。iii. 三向延伸型晶體沿三維方向生長，常呈粒狀或等軸狀；如黃鐵礦、石榴子石、磁鐵礦等。結晶習性對鑒定礦物有一定意義。2. 集合體形態(tài)自然界中的礦物多

13、數是以礦物集合體形式出現；由同種礦物的多個單體聚合在一起形成的整體稱 礦物集合體 。最典型的集合體一是雙晶。 略n 當兩個同種礦物的晶體以一定的對稱規(guī)律連生在一起，稱為 雙晶;nnnnnnnnn礦物集合體： 可分為晶質礦物集合體 和 非晶質礦物集合體。略 （1） 晶質礦物集合體- 根據(集合體中) 礦物顆粒大小: 可分為兩類：l 肉眼或放大鏡可辨認礦物顆粒界限的 顯晶集合體；l 只能在顯微鏡下辨認出礦物單體的 隱晶集合體；顯晶集合體形態(tài)多取決于礦物單體的形態(tài)和它們的集合方式。 - 根據礦物集合體的形態(tài)：（自然界中的礦物存在各種形式集合體：）1） 針狀、纖維狀、放射狀集合體一向延伸單體常集合成針

14、狀、纖維狀、放射狀集合體形態(tài)。礦物以一點為中心向四周呈放射狀排列- 放射狀。2） 片狀、鱗片狀集合體二向延長型單體常集合成片狀、鱗片狀集合體，如石墨、云母。3） 致密塊狀體由極細的礦物或隱晶礦物組成的集合體，表面致密均勻，肉眼難于分辨晶粒。4）晶簇 許多單晶體組成的簇狀集合體，稱為晶簇。一般在巖石裂隙或空洞中生長的完整的晶體群。晶簇一般叢生在共同的基底上，另一端自由發(fā)育形成良好的晶形；常見的有：石英晶簇（2） 非晶質礦物集合體1） 結核礦物溶液或膠體溶液常圍繞著細小巖屑、生物碎屑等由中心向外層層沉淀而成，稱為結核。常見的有黃鐵礦、赤鐵礦結核。- （形態(tài)顆粒較大與鮞狀區(qū)別）2） 鮞狀、豆狀集合體

15、鮞狀和豆狀集合體是由許多球粒結核體膠結而成的集合體；其中球粒小如魚卵者（形同魚子狀）稱鮞狀體，大如豆粒者稱豆狀體。如：鮞狀赤鐵礦。3） 鐘乳狀、葡萄狀、腎狀集合體是膠體礦物所具有的特點：形似葡萄者稱葡萄狀集合體；形如腎者稱為腎狀集合體如：石灰洞中由CaCO3 形成的石鐘乳、石筍等。四、 礦物的物理性質按解理裂開的難易程度及解理面的完好程度一般分為5個等級：極完全解理 礦物極易裂成薄片，解理面平整光滑，如云母、石墨；完全解理 礦物易裂成小塊或薄板，解理面光滑，如方解石、方鉛礦；中等解理 解理面不連續(xù)，不光滑，呈小階梯狀，如普通角閃石、普通輝石。不完全解理 解理程度很差，只在細小的碎塊上看到不清晰

16、的解理面，如磷灰石。極不完全解理無解理，如石英。- 斷口3. 礦物的其它性質除上述物理性質外，還有比重、磁性、電性、發(fā)光性等。Ø 比重憑經驗用手掂估礦物的輕重，將礦物的比重分為三級：輕（<2.5）、中等（2.54）、重（4）只有比重特別輕或特別重時，才有鑒定意義。如方鉛礦、重晶石的比重大，石墨比重小 。Ø 磁性磁性：指礦物可被磁體（鐵）所吸引，甚至本身能吸引鐵屑的性質。通常使用普通磁鐵測試，能被磁鐵吸引者稱磁性礦物，如磁鐵礦絕大多數礦物都是非磁性礦物 。 - 比重、磁性都為某些礦物的鑒定特征。ØØ 彈性、撓 (nao)性、脆性彈性：指礦物受外力作用

17、（彈性極限內）能發(fā)生彎曲形變，外力取消后仍能恢復原狀的性質，如云母。撓性：指礦物受外力作用能發(fā)生彎曲形變，但外力取消后不能恢復原狀的性質，如綠泥石。脆性：指礦物受外力后易破裂成碎塊的性質，如方鉛礦 。五、 礦物的化學性質除上述這些物理性質可作為鑒定礦物的標志外，還常用一些最簡單的化學方法鑒定礦物的成分。如用冷稀鹽酸測試 方解石 可起化學反應，并產生許多氣泡 。這在野外進行地質調查時非常有用。六、 礦物的化學成分與礦物類型各種性質與化學成分有關。每種礦物都有一定的化學成分。兩個重要概念。1. 礦物的類質同像類質同像是礦物中一個普遍現象；類質同像 是指在結晶格架中，性質相近的離子或原子互相替代而不

18、破壞其晶體結構的現象?；ハ嗵娲臈l件是：離子半徑相差不大，離子電荷符號相同，電價相同。如鎂橄欖石：Mg2 SiO4由于Mg2+ ，Fe2+ Ø 離子符號、電價相同，都是二價陽離子；Ø 半徑相近，分別是0.78Å和0.83Å；因此，其中Mg2+ 經常被Fe2+ 所置換：電價相等的離子間的置換；幾種離子同時置換，置換后總電價相等。置換結果并不破壞其原有的結晶格架。2. 同質多像同一化學成分的物質，在不同的外界條件（溫度、壓力、介質）下，可以（結晶成兩種或兩種以上的不同構造的晶體）形成不同的晶體結構，從而成為不同的礦物，這種現象稱為同質多像。（結晶形態(tài)與物理性

19、質不同）在礦物中，同質多像相當普遍，如：碳（C）在不同的條件下所形成的石墨和金剛石，二者成分相同，晶體形態(tài)的物理性質相差懸殊：金剛石： 等軸，八面體，透明，硬度10；石墨： 六方，片狀，不透明，硬度1 。同質多像對確定礦物的形成溫度具有一定意義，許多同質多像礦物的變體稱為礦物學溫度計。3. 常見礦物及其分類已知礦物有3000余種，按 礦物的化學成分分為 五種類型：自然元素、硫化物、氧化物和氫氧化物、含氧鹽類礦物、鹵化物。第五節(jié) 巖石一、巖石的概念巖石是地質作用形成的由 礦物 或 巖屑 組成的集合體，是組成地殼的基本單位。 集合體（礦物 或 巖屑）：礦物集合體巖石可由一種礦物組成的單礦物巖石，如

20、（大理巖？）石灰?guī)r主要由方解石組成。巖石也可以是由幾種礦物組成的復礦物巖石，如花崗巖，由巖屑集合體：巖石還可以是由巖屑（巖石碎屑）所組成的，如礫巖、砂巖等。（多為沉積巖）二、地殼中的巖石類型根據巖石的 成因，地殼中的巖石可分為：巖漿巖（火成巖）、沉積巖和變質巖三大類。1. 巖漿巖是由巖漿冷卻凝固而形成的巖石，稱為巖漿巖，又稱為火成巖。巖漿 是地殼深處或上地幔形成的、富含揮發(fā)組分的高溫的 硅酸鹽熔融體；（主要成分是SiO2 ）。1）按巖漿作用方式分類巖漿巖按巖漿作用方式，可以分成 侵入巖 和 噴出巖 兩大類：Ø 巖漿在地表以下冷凝形成的巖石稱為侵入巖；Ø 巖漿噴出地表后冷凝形

21、成的巖石稱為噴出巖；2）按SiO2的含量分類按SiO2的含量又可分成四類Ø 超基性巖 （ SiO245 ）；Ø 基性巖 （ SiO2 為4552）；Ø 中性巖 （ SiO2 在5265）；（舊66）Ø 酸性巖 （SiO2 65 ）地殼中最常見、分布最廣的巖漿巖是玄武巖（基性噴出巖）與花崗巖（酸性侵入巖）。- 與地殼的結構相聯系？2. 沉積巖沉積巖是在地表或近地表的條件下，由母巖（巖漿巖、變質巖和早期沉積巖）風化、剝蝕的產物經搬運、沉積和成巖作用形成的巖石。外動力地質作用形成的巖石。按成因可分為 碎屑巖類、化學巖和生物化學巖 兩大類（本教材）；（舊： 碎屑

22、巖類、火山碎屑巖類、粘土巖類、化學巖和生物化學巖 四大類）沉積巖最顯著的特征是具有 層理構造。沉積巖是一層一層沉積而成的；層理構造是指先后沉積下來的物質因顆粒大小、成分、顏色等的不同而顯示出的成層構造。沉積巖在地表 分布廣泛，約點地表面積的70，但主要集中在地殼表層。沉積巖中最常見、分布最廣的是 泥巖、頁巖、砂巖和碳酸鹽巖。3. 變質巖由變質作用形成的巖石，稱為變質巖。變質巖是已形成的巖石（巖漿巖、沉積巖或變質巖）由于環(huán)境的改變，在高溫、高壓及化學活動性流體的作用下，使原來巖石在固態(tài)下的物質成分、結構、構造發(fā)生改變所形成的巖石。由巖漿巖變質而成的變質巖稱 正變質巖；由沉積巖變質而成的變質巖稱 負變化巖；變質巖按成因可分為：接觸變質巖；動力變質巖；區(qū)域變質巖；混合巖。僅在變質巖中存在的礦物，稱 變質礦物；是鑒定變質巖的 標志。常見的變質礦物有：石榴子石（有時在巖漿巖中出現）、紅柱石、夕線石、蛇紋石等。三、巖石的礦物成分及結構、構造巖石鑒定的依據（標志）是什么？由于形成巖石的地質作用不同，巖石的礦物組成、組合及結構、構造也不同。巖石的礦物成分及結構、構造 又是鑒定巖石種類的主要依據。1. 巖石的礦物成分 -是巖石的鑒定標志！不同地質作用形成的巖石，由于成因不同，因而具有不同的礦物共生組合（以火成巖為例）：（不同類型的巖石往往 具有