現(xiàn)代地質(zhì)地貌學(xué)（一）課件：第二章 總論

1、1第二章 總論2水星金星地球火星木星土星天王星海王星太陽系：由中心天體太陽及其巨大引力作用下，環(huán)繞太陽運行 的行星、衛(wèi)星、小行星、慧星、流星體和行星際物質(zhì) 所組成的天體系統(tǒng)。 3太陽系天體的運行軌道金星木星土星天王星海王星小行星帶火星水星4地球的運動軌跡5一、地球的形狀和大小二、地球的物理性質(zhì)三、地球的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 地球的一般特征6一、地球的形狀和大小二、地球的物理性質(zhì)三、地球的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 地球的一般特征7理想與現(xiàn)實的區(qū)別8實線：大地水準(zhǔn)面的平均子午線剖面虛線：扁平率為1/298.28的理想旋轉(zhuǎn)橢球體地球形狀的基本特點：大地水準(zhǔn)面所代表的地球的形狀不是一個穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)橢球面，而是有的 地方隆起，有

2、的地方凹陷；地球赤道橫截面不是正圓形， 而是近似橢圓形；赤道面不是地球的對稱面，與此面 垂直的縱剖面的形狀更接近于“梨”形。9 1975年18屆國際大地測量和地球物理協(xié)會公布了修訂的地球參數(shù)如下：赤道半徑(a) 6378.137 km兩極半徑(c) 6356.752 km平均半徑(R) 6371.004 km表面積(4R2) 510, 064, 471 km2體積(4/3R3) 1, 083, 206, 900, 000 km3 10地球的外形是內(nèi)部特征的反映：地球接近旋轉(zhuǎn)橢球體，說明地球具有一定的塑性，是地球自轉(zhuǎn)離心力作用的結(jié)果。地球的實際外形與旋轉(zhuǎn)橢球體并不完全重合，說明地球內(nèi)部物質(zhì)是不均

3、勻的。11一、地球的形狀和大小二、地球的物理性質(zhì) 2.1 密度和重力 2.2 地磁 2.3 地?zé)?2.4 地球的彈性和塑性三、地球的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 地球的一般特征12地球的質(zhì)量是5.94721024t ，地球的平均密度為5.517g/cm3。地表巖石的平均密度為2.65g/cm3 ，由此推測，地球內(nèi)部的物質(zhì)應(yīng)具有更大的密度。地球的密度隨深度的增加而增大，但增長不均勻，在大約400、650、900、2900、4640km深度處變化較明顯，其中以2900km處變化最大。地核部分密度可達(dá)13g/cm3。（一）密度及其變化 13（二）重力及其異常 地球表面某點的重力是該點所受地心引力F和地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性

4、離心力C的合力。14若將地球看作理想的旋轉(zhuǎn)橢球體，而且地球內(nèi)部密度無橫向變化，地球表面任何一點的重力值可根據(jù)重力理論求出，此值稱理論重力值。由于各地海拔高度、地形、地下巖體密度等存在差異，導(dǎo)致實際重力值不同于理論值，稱重力異常。比理論值大的稱正異常，比理論值小的稱負(fù)異常。 15導(dǎo)致重力異常的原因有二：1.地球為不規(guī)則橢球體，地表各點半徑不同（海拔與地形）；2. 組成地殼的物質(zhì)密度分布不均。 此為重要原因。 物探中的重力勘探就是利用這個原理，通過尋找地殼中局部重力異常區(qū)的方法來找礦，并可幫助查明地下的地質(zhì)構(gòu)造及礦藏。 在地下由密度較大的物質(zhì)，如鐵、銅、鉛、鋅等金屬礦床，常顯示正異常。由密度較小的

5、物質(zhì)，如石油、煤、鹽、地下水等非金屬礦床，常顯示負(fù)異常。16一、地球的形狀和大小二、地球的物理性質(zhì) 2.1 密度和重力 2.2 地磁 2.3 地?zé)?2.4 地球的彈性和塑性三、地球的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 地球的一般特征17 地球是一個磁化的球體，具有兩個地磁極，在它的周圍空間都存在著磁場，叫做地磁場。 地磁場的南北兩極和地理兩極并不一致，兩者相差1280 km，地磁軸和地球自轉(zhuǎn)軸有11.5交角。18有無數(shù)條磁子午線（磁子午線方向是在地球磁場作用下，磁針在某點自由靜止時其軸線所指的方向）。通過南北地磁極，地磁子午線與地理子午線的夾角叫磁偏角D；指北針偏在地理子午線東邊者叫東偏角，用“+”表示；指北針偏在地

6、理子午線西邊者叫西偏角，用“-”表示。地磁磁力線在赤道地區(qū)是水平的，在兩極地區(qū)則是直立的；其它任何地區(qū)，地磁力線與水平面之間都有一定的夾角，這個夾角就是磁傾角I。以指北針為準(zhǔn)，下傾者為正(北半球)，上仰者為負(fù)(北半球)。在地磁場內(nèi)，某一地點磁力的大小，叫地磁強(qiáng)度。磁偏角、磁傾角和地磁強(qiáng)度是三個重要的地磁要素。19：緯度re：地球平均半徑I： 某點的磁傾角H：某點的地磁場矢量N：地理北極201945年地球磁場（磁傾角）等值線圖21地球磁場性質(zhì)不穩(wěn)定，存在三種變化：磁場強(qiáng)度變化：每天約有數(shù)十伽瑪變動，以及突發(fā)性的磁暴（由太陽耀斑引起的地球高層大氣的擾動，全球范圍內(nèi)的地磁場的急驟無規(guī)則擾動）。地磁極

7、的移動：南北地磁極在緩慢地移動，以磁北極為例：1600年位于7842N，5900W；1700年7551N，6848W；1980年7812N，10254W。地磁極極性的變化：地磁場南北兩極在地質(zhì)歷史時期存在交替變化，即磁南極變?yōu)榇疟睒O；磁北極變?yōu)榇拍蠘O。磁性地磁學(xué)22Lourens et al., 2004Brunhes(0.78-0Ma)Matuyama(2.58-0.78Ma)Gauss(3.58-2.58Ma)Gilbert(5.894-3.58Ma)Jaramillo(N)Olduvai(N)B/MMa23一、地球的形狀和大小二、地球的物理性質(zhì) 3.1 密度和重力 3.2 地磁 3.3

8、地?zé)?3.4 地球的彈性和塑性三、地球的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 地球的一般特征24外熱層：是固體地球最外表的一個溫度層，受太陽輻射 熱的影響，其溫度隨外界溫度的變化而變化， 故又稱變溫層。常溫層：溫度大致保持在當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶞囟?，常年基?不變。增溫層：在常溫層以下，地溫隨深度而增高，增溫規(guī)律 可用地溫梯度表示，即：溫度每升高1所增加 的深度，單位是m/ ；或深度每增加100m所增高的 溫度，單位為 /100m。地?zé)岬闹饕獊碓礊榈厍騼?nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生。25一、地球的形狀和大小二、地球的物理性質(zhì) 3.1 密度和重力 3.2 地磁 3.3 地?zé)?3.4 地球的彈性和塑性三、地球的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 地球的一般特征2

9、6固體地球在一定條件下表現(xiàn)為塑性。地層皺褶變形27地球還具有彈性，表現(xiàn)在以下兩個方面：固體地球和海水一樣，在日月引力作用下會產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象，這種潮汐叫固體潮；地球能傳播地震波。這些現(xiàn)象都說明地球具有彈性。28一、地球的形狀和大小二、地球的物理性質(zhì)三、地球的結(jié)構(gòu) 3.1 地球外部圈層及其主要特征 3.2 地球的內(nèi)部圈層第一節(jié) 地球的一般特征29 在地球石質(zhì)表面以上，充滿了大氣、水和生物，自然地分別形成了大氣圈、水圈和生物圈。（一）大氣圈（atmosphere） 物質(zhì)成分：氮、氧、氬、其它氣體、固體塵埃、水汽 大氣圈的分層：對流層、平流層、中間層、暖層、散逸層3031（二）水圈是地球表層的水體，是一

10、個連續(xù)而又不規(guī)則的圈 層，具有以下特點： 構(gòu)成：海水、大陸水體（河流、湖泊、沼澤、冰川、地下水）、大氣和生物中的水。 水體循環(huán)：水體互相轉(zhuǎn)換，總量不變。Hydrologic Cycle32水體循環(huán)作用產(chǎn)生了三個重要結(jié)果：源源不斷地制造淡水供給陸地；凈化了空氣和大自然；地面流水沖蝕地表，通過河流將陸地表面的松散泥沙及溶解物質(zhì)送入海洋。33 在大氣圈、水圈和巖石圈的界面上下，分布著千萬余種生物，它們相互依存和制約，構(gòu)成一個形態(tài)特殊的圈層生物圈。 總質(zhì)量：約為114800億噸； 分布范圍：可達(dá)10km的高空，深可到地表以下3km深處和深海底部； 構(gòu)成：原核生物、原生生物、真菌類、植物、動物。（三）生

11、物圈(biosphere) 34一、地球的形狀和大小二、地球的物理性質(zhì)三、地球的結(jié)構(gòu) 3.1 地球外部圈層及其主要特征 3.2 地球的內(nèi)部圈層第一節(jié) 地球的一般特征35（一）如何確定地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)？地球具有彈性，地震波可以在地球內(nèi)部傳播并穿越地球，在傳播途中遇到不同的界面會發(fā)生折射和反射，同時改變波速，來了解地球的內(nèi)部情況。36地震時產(chǎn)生出兩種彈性波：一種是質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的縱波，縱波的速度快，總是領(lǐng)先，又稱P波；一種是質(zhì)點振動方向與傳播方向相垂直的橫波。橫波滯后，又稱S波。P波與S波都是在物體內(nèi)部傳播的，因此都叫體波。地震波的傳播37P波傳播時只引起物質(zhì)疏密的變化，不要求物質(zhì)具有固定

12、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此P波在氣、液或固態(tài)物質(zhì)中都可以傳播。如果記錄表明地球的某個部位S波不能通過，說明這里的物質(zhì)不是固體。因為S波只能在固態(tài)物質(zhì)中傳播。38（二）不連續(xù)界面根據(jù)地震波在地球內(nèi)部的傳播速度及其變化情況，發(fā)現(xiàn)存在七個顯著的地震波速不連續(xù)界面，其中有兩個最明顯、最重要的地震波速變化的界面。39莫霍面：地震波穿越莫霍面時，波速突然增大，縱波由 67 km/s突增至8.0 km/s。它是地殼和地幔的分界面， 其深度在大陸上平均為33 km左右，在大洋底則為11 12 km。該界面是前南斯拉夫地震學(xué)家莫霍洛維奇于 1909年發(fā)現(xiàn)的。40古登堡面：其深度為2900 km。地震波穿越該面時，波速突然

13、降 低，其中縱波速度由13.3km/s突降為8.1km/s；橫波 速度則降為零，表明不能穿越。古登堡面是地幔和地核 的分界面。該界面是美國地球物理學(xué)家古登堡于1914年 提出來的。41 除莫霍面和古登堡面外，地球內(nèi)部還有一些次一級的地震界面，它們是進(jìn)一步劃分二級或三級圈層的依據(jù)。42（三）地球內(nèi)部圈層的特征1. 地殼（crust）基本特征 是固體地球內(nèi)圈最外的一個圈層，由各種巖石組成。下界為莫霍面。地殼的厚度在各地是不均勻的，在大陸區(qū)的平均厚度為37 km，而海洋部分平均厚度則只有約7 km。整個地殼的平均厚度為16 km，為地球半徑的1/400，體積為地球體積的0.77 ，質(zhì)量占地球質(zhì)量的0

14、.39 。43大洲的地殼的厚度4445地殼中含有化學(xué)元素周期表中所列的絕大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8種主要元素占98以上，其他元素共占2%。氧：46.30硅：28.15SiO氧和硅共占約74AlFeCaNaKMg其它鋁 8.23鐵 5.63鈣 4.15鈉 2.36鉀 2.33鎂 2.09其它21. 地殼（crust）結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成46地殼分為上、下兩層:上地殼：即A層，平均巖石成分、平均密度 (2.65 g/cm3)、波速(縱 波速度為5.66.0 km/s)都與以硅、鋁為主的花崗質(zhì)巖石一 致，將此層稱為花崗巖質(zhì)層或硅鋁層下地殼：即A”層，平均巖石成分、平均

15、密度 (2.9 g/cm3)、波速(縱 波速度為6.67.6 km/s) 都與玄武巖相當(dāng)，又將此層稱為 玄武巖質(zhì)層或硅鎂層471. 地殼（crust）類型大陸地區(qū)的地殼叫大陸地殼，簡稱陸殼，由硅鋁層和硅鎂層兩層組成，具雙層結(jié)構(gòu)；大洋地區(qū)的地殼叫大洋地殼，簡稱洋殼，僅由硅鎂層組成。48內(nèi) 容 大 陸 地 殼 大 洋 地 殼比 例 總面積的40占地殼：總體積的79 總質(zhì)量的63 總面積的60占地殼：總體積的21 總質(zhì)量的37平均厚度33 km7 km平均密度2.7 g/cm33.0 g/cm3成 分沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖，SiO260%，Mg含量低，為3.1%。幾乎全為火山巖，SiO280，含鎳量

16、為5 20。4. 地核（core） 57 根據(jù)地震波速度的變化情況，以4640 km和5155 km兩個深度為界，將地核分為外核、過渡層和內(nèi)核三個次級圈層。外核：厚度1742 km，平均密度10.5 g/cm3，縱波波速在此急劇降低，且橫波不能通過，證明外核是由液態(tài)物質(zhì)組成。過渡層：厚度為515 km，這一層波速變化復(fù)雜，并已測到速度不大的橫波，可能是由液態(tài)向固態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)變的一個過渡圈層。內(nèi)核：厚度為1216 km，平均密度13.0 g/cm3?？v波和橫波都能穿過，所測到的橫波是由縱波轉(zhuǎn)化而來。內(nèi)核是由固態(tài)物質(zhì)組成的。5859第二節(jié) 地質(zhì)作用與地質(zhì)年代 一、地質(zhì)作用 二、地質(zhì)作用的能量來源 三、

17、地質(zhì)年代60地質(zhì)作用：導(dǎo)致地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、地表形態(tài)發(fā) 生變化的作用。地質(zhì)營力：引起地質(zhì)作用的自然力。所有地質(zhì)營力來源于 能。地質(zhì)作用的分類：按能的來源不同，地質(zhì)作用分為內(nèi)力地 質(zhì)作用與外力地質(zhì)作用。內(nèi)力地質(zhì)作用是由地球內(nèi)部的能（內(nèi)能）引起，包括地內(nèi) 熱能、重力能、地球旋轉(zhuǎn)能、化學(xué)能和結(jié)晶 能等。內(nèi)力地質(zhì)作用包括：構(gòu)造運動、巖漿活動、變質(zhì)作用、地震等。一、地質(zhì)作用61外力地質(zhì)作用是由地球以外的能（外能）引起，包括太陽輻射能、潮汐能、生物能等。外力地質(zhì)作用按外營力類型劃分，包括河流的地質(zhì)作用、地下水的地質(zhì)作用、冰川的地質(zhì)作用、湖泊和沼澤的地質(zhì)作用、風(fēng)的地質(zhì)作用以及海洋的地質(zhì)作用。外力地質(zhì)

18、作用按發(fā)生的序列劃分，則包括風(fēng)化作用、剝蝕作用、搬運作用、沉積作用與成巖作用。62二、地質(zhì)作用的能量來源地內(nèi)熱能重力能地球旋轉(zhuǎn)能太陽輻射能潮汐能生物能63三、地質(zhì)年代（Geologic Time）地質(zhì)學(xué)研究的任務(wù)之一：確定地質(zhì)事件的發(fā)生時間、巖石與地層的形成時間（上下順序、新老關(guān)系） 有兩種確定年代的方法：(1) 按先后順序相對地質(zhì)年代 (2) 按距今時間絕對地質(zhì)年齡64如何確定相對地質(zhì)年代？65巖層形成的先后關(guān)系，即層序在層狀巖層的正常序列中，先形成的巖層位于下面，后形成的巖層位于上面，此稱為地層的原始順序律（僅適用于沉積巖）66硅化木化石：巖層中保存下來的生物遺體和遺跡67玄武蛙68恐龍腳

19、印69生物演化是不可逆的70生物層序律 低等高等；簡單復(fù)雜； 在最古老地層中找不到化石，在較老地層中可以發(fā)現(xiàn)低級化石，在較新地層中可以發(fā)現(xiàn)高級化石 不同時期地層中含有不同類型的化石及其組合，而同時期且在相同相通的地理環(huán)境下所形成的地層都含有相同的化石及組合71地質(zhì)年代單位與年代地層單位 年代地層單位是指在特定地質(zhì)時間間隔內(nèi)形成的巖石體。每一個年代地層單位與相應(yīng)的地質(zhì)年代單位嚴(yán)格對應(yīng)。72宙代紀(jì)顯生宙PH新生代Kz第四紀(jì)Q第三紀(jì)R中生代Mz白堊紀(jì)K侏羅紀(jì)J三疊紀(jì)T古生代Pz二疊紀(jì)P石炭紀(jì)C泥盆紀(jì)D志留紀(jì)S奧陶紀(jì)O寒武紀(jì)元古宙PT新元古宙震旦紀(jì)Z中元古宙古元古宙太古宙AR冥古宙HD宇界系顯生宇PH

20、新生界Kz第四系Q第三系R中生界Mz白堊系K侏羅系J三疊系T古生界Pz二疊系P石炭系C泥盆系D志留系S奧陶系O寒武系元古宇PT新元古界震旦系Z中元古界古元古界太古宇A(yù)R冥古宇HD地質(zhì)年代單位-時間概念年代地層單位-地層概念73新生代第四紀(jì)Quaternary(Q)全新世(Q4)Holocene更新世晚更新世(Q3)Late Pleistocene中更新世(Q2)Middle Pleistocene早更新世(Q1)Early Pleistocene第三紀(jì)Tertiary新近紀(jì)Neogene (E)上新世(N2)Pliocene中新世(N1)Miocene古近紀(jì)Paleogene (N)漸新世(E3)Oligocene始