1、第一章 绪论第一节 地球科学的研究对象 地球科学是研究地球的科学,重点研究地球表层的物质、结构与构造.1. 研究对象: 地球,地球的时、空、源 地球的结构：层圈状（ slide）地球的构造：指地球各个部分之间关系及其它们的分布规律及演化。如大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核,壳幔作用,山脉-盆地，大陆-海洋； 地球物质：各种元素-矿物-岩石-矿床- 地层,它们的分布及其迁移富集规律 地质事件：地壳运动在地表反映.如地震、火山、海啸、褶皱、断裂等； 预测和预防将来发生的地质事件2.克拉克值:中上地壳中 50 种元素的平均含量.美国科学家克拉克采集了世界各地的样品 5159 个；用取得的化学分析数据
2、,求出了 16 公里厚的地壳内 50 种元素的平均百分重量,后人称克拉克值.国际通用.3. 晶体 (Crystal)定义：内部原子或离子在三维空间呈周期性平移重复排列的固体. 或晶体是具有晶格构造的固体.这种固态物质称结晶质(晶质);晶质构成的物体即晶体.习惯上，将具有几何多面体外形的物体称为晶体;这是原子有规律排列的外观表象。将不具几何多面体外形的晶体称为晶粒。非晶质体：内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体.如火山玻璃，超冷液体。自然界极少。在一定条件下，非晶质体可向晶质体转化。如火山玻璃玉髓。准晶体定义：是一种其内部结构由多级呈相似的配位多面体在三维空间作长程定向有序分布的固体
3、。quasicrystal 为一种新的凝聚态固体，但其内部原子既不像非晶质体那样成完全无序的分布，又不具有像晶体那样的三维周期性排列有序。目前尚未发现天然产出的准晶体。4 矿物定义：由天然产出且具有特定的（但一般并非固定的）化学成分和内部结构构造的均匀固体. 自然界广泛。准矿物 Mineraloid: 在产出状态、成因和化学组成等方面均具有与矿物相同的特征，但不具有结晶构造的均匀固体. 主要有 A 型蛋白石、水铝英石。自然界极少。5 矿物的 6 项基本特征特征 1. 绝大多数矿物都是晶体。特征 2. 矿物随处可见.现已发现矿物 3300 余种，绝大部分（ 99%）分布于地壳中。特征 3. 矿物
4、的化学成分基本稳定,但可有杂质。特征 4. 矿物可分为三大类 自然元素矿物: Au,Cu,S,C( 金钢石,石墨).自然界很少. 分子化合物（分硫化物，卤(氟与氯)化物，氧化物三种）: 如 SiO2-石英,NaCl-石盐,FeS2-黄铁矿.自然界常见 . 复杂分子团矿物:主要是硅酸盐矿物.种类多,含量高 ,分布广,占地壳总重量 75%.如 K(Mg,Fe)3SiO3AlO10(OH,F)2 ,黑云母 特征 5. 水,石油,天然气不是矿物 (非固体)；煤也不是 (排列无序)；花岗岩不是矿物(岩石） . 特征 6. 矿物具有同质多象现象。同质多象定义:化学成分相同、但质点的排列方式不同（结构不同）
5、的现象。将形成不同的矿物。如：C 金刚石（高压）-石墨（常压）6. 五类矿物1 自然元素:金,自然铜,石墨,金刚石 2 硫化物:FeS2 黄铁矿3 卤(氟与氯) 化物: CaF2 萤石, NaCl 石盐 4 氧化物:SiO2 石英, Al2O3 刚玉 氢氧化物:Mg(OH)2 水镁石 5 含氧盐(复杂分子团矿物). 主要包括四种:硫酸盐:CaSO4 硬石膏 磷酸盐: Ce,La)PO4 独居石碳酸盐:CaCO3 方解石, MgCO3 白云石 硅酸盐:KAl2Si3AlO10(OH)2 白云母7.岩石:由一种以上矿物构成的集合固体. 按形成方式，岩石可分三大类： 火成岩: 占地壳岩石体积 64.
6、7%; 沉积岩: 占地壳岩石体积 7.9%，地表面积 75%; 变质岩:占地壳岩石体积 27.4%.1.2 集合体(Aggregate): 矿物微粒聚集体.一向的呈纤维状,如石棉; 二向的呈鳞片状,绢云母; 三向的呈粒状,橄榄石1.3 特殊集合体: 放射状,如硅灰石 CaSiO3;钟乳状 ,如钟乳石; 晶族状,如石英; 鲕状、葡萄状、肾状,如赤铁矿.2 光学性质(Optical)2.1 透明度(Transparency):矿物薄片(厚 0.03mm)能透过光线者,称透明矿物,如石英,云母,长石,方解石等.不透光者,称不透明矿物.所有金属矿物都是不透明矿物.2.2 光泽(Luster): 矿物的
7、反光能力金属光泽: 反射很强,所有金属矿物均此光泽.非金属光泽:反射较弱，透明矿物的光泽.可细分金刚光泽 (金刚石),玻璃光泽(长石),油脂光泽(石英断口), 丝绢光泽(绢云母), 珍珠光泽(白云母),土状光泽( 高岭石) 6 种2.3 颜色(Color) 与条痕(Streak)颜色:白,蓝,红,黑,浅绿,紫红等自色(Diochromatic): 被化学成分和内部结构所决定的矿物本色. 如方铅矿的铅灰色.他色(Allochromatic):混入杂质后的矿物颜色.如石英(无色),紫晶(紫色,Fe 多),蔷薇石英(Fe 少), 烟水晶(含 Mn)假色:表面氧化或吸附他物后的颜色.如褐色黄铁矿 .条
8、痕色: 矿物粉末的颜色。用瓷板划之,紫红的赤铁矿呈樱红色,黄铜的黄铜矿呈墨绿色3 力学性质(Mechanical):在外力下的表现3.1 硬度(Hardness): 抵抗外力的强度记牢 10 种不同硬度的矿物摩氏硬度记:1 滑石,2 石膏 ,3 方解石,4 萤石,5 磷灰石,6长石,7 石英,8 黄晶 9 刚玉 10 金刚石 硬度大的可刻动小的. 指甲为 2-2.5,小刀为 5-5.5,玻璃 63.2 解理(Cleavage): 外力下矿物按质点结合力最弱的网面定向开裂 极完全解理(云母) 完全(方解石) 中等(角闪石 ) 不完全(橄榄石) 极不完全(石英) 3.3 断口: 解理不发育矿物在外
9、力下的不规则裂开.贝壳状(石英), 锯齿状( 石膏), 参差状(黄铁矿), 平坦状(高岭土)3.4 弹性:受力后能恢复原状的.如云母.3.5 挠性:受力后不能恢复原状的,又称范性变形,如蛭石3.6 延展性:可用外力任意改变其形状的. 延:一维; 展: 二维(黄金)第三节 矿物的鉴定肉眼鉴定：看(外形,色,光泽)-掂( 比重)-敲(硬度)仪器鉴定：偏光显微镜,化学成分分析, SEM, TEM (Scan (Transmission) Electric Microscope), 激光探针第四节常见矿物1 常见的：方解石 CaCO3, 石英 SiO2, 长石。云母2 贵重的：金刚石 C, 金 Au,
10、 银 Ag3 工艺品：玛瑙 SiO2 红宝石 ,蓝宝石 Al2O3（刚玉）4 工业原料：赤铁矿 Fe2O3, 磁铁矿 Fe3O4, 黄铜矿 CuFeS25 药用：辰砂 HgS, 雄黄 As4S46 环境示踪矿物HP/LT：蓝闪石、多硅白云母、红帘石(俯冲碰撞带 )UHP：柯石英、金刚石(陆内深俯冲,100 公里深度 )7 偏光镜下常见的:长石,石英,云母,辉石,角闪石,方解石 第三章 岩浆作用（Magmatism）与火成岩(Igneous rock)火山（Volcano）,常伴有地震 ,是一种严重危害人类生存的地质灾害 . 第一节 喷出作用(Extrusion，Eruption) 与喷出岩1.
11、火成岩占地壳岩石体积的 64.7% 2.岩浆（MAGMA）：形成于地下深处的、具有较大粘性的高温熔融流体物质. 成分:硅酸盐+1-8% 以水为主的挥发物质;源区:地表之下 50-200 公里；条件:温度 800-1200C；压力 10 千巴大气压（ 40 公里）3.岩浆作用：岩浆发育、运动、固结成火成岩的作用. 岩浆喷出地表的过程,称火山作用.早期爆炸喷出,晚期地表溢流.未到达地壳而在地下某深处冷凝结晶固结的过程,称为侵入作用.由于岩浆高温、高压，具有潜在的活动能量，能沿早先地壳活动中形成的薄弱带（如断层带）向低压方向运动。4.二类火成岩 侵入岩：地下深处冷凝结晶的岩浆岩. 火山岩：岩浆喷到地
12、表、气体逃逸、冷凝而成的岩石. 又分火山碎屑岩（喷到空中炸碎的岩浆与围岩碎块,落下堆积而成和熔岩(地表溢流而冷凝)两种.5.喷出作用 喷出与否与地壳的活动有关。有地壳活动才能打破岩浆的平衡,地壳产生断裂岩浆才能顺之上涌 喷出强度与岩浆的粘性有关(viscosity) 岩浆由二部分构成：硅氧四面体或硅铝氧化物和金属阳离子. SiO4-4、AlSi3O8- + K，Na，Ca，Mg，Fe，前者含量高，则岩浆粘性大,呈酸性,难流动,故多为爆发相;反之,粘性小,呈基性,易流动, 多表现为喷溢相. 火山喷发物质的构成 a.气体：水汽、二氧化碳、硫化物等.b固体: 围岩及早先冷凝的岩浆岩，被岩浆喷出,脱离
13、地表在空中炸碎后冷凝成固结体,称火山碎屑岩.火山灰50mm 火山灰胶结 火山集块岩火山渣 数十厘米 快速冷凝的岩浆块 浮岩火山弹50mm 喷出炸碎后冷凝固结的岩浆块tuff:凝灰岩, Lava:熔岩, volcanic breccia:火山角砾岩,volcanic agglomerate:火山集块岩c熔融体：熔岩（熔岩流、熔岩被;多面形分布）表面具柱状节理（冷凝收缩而成的六边形柱体） ，总与流面垂直。 6 喷发方式裂隙式喷发：岩浆沿断裂溢出，固体喷发物较少.中心式喷发：形成盾形火山锥,坡度小（2-4 度,小于 150）7 喷发强度a.强烈爆发b.宁静喷溢:地中海斯特龙特利火山(天然的“海上灯塔
14、 ”） 8 火山通道：岩浆流出的地方. 在近地面冷凝的岩浆形成火山颈，岩石称次火山岩. 可确定火山作用的时间、空间、成因. 复式火山锥：火山碎屑与熔岩互层.9 熔岩类型及其特征 按 SiO2 含量% 的分类(国际通用)超基性:65% 10 各类代表性熔岩介绍10.1 超镁铁熔岩(ultramafic):科马提岩(komatiite)分布于南非和澳大利亚 具鬣刺结构:快速冷凝而成的长条状橄榄石骸晶集合体 ,常充填于橄榄岩或辉石岩裂隙中. 10.2 基性熔岩(basic): 玄武岩(basalt) 黑色,致密,比重大,粘性小,有柱状节理.喷发宁静（气体易溢出）. 海底喷发形成枕状构造（Pillow
15、 lava）,顶突底平. 著名产地：印度德干高原，厚 3000 米，面积 100 万平方公里.我国峨眉山玄武岩（P）. 矿产：Cu、Fe、铸石材料.10.3 中性岩浆:粘性较大、爆炸喷发,多形成复式火山锥 .安山岩（Andesite ）：浅色、有气孔(vesicular,泡)、杏仁体(amygdaloid) 分布：南美安第斯山 著名矿产：墨西哥银矿、台湾金瓜石金矿、山西五台龙须沟铜矿,日本黑矿10.4 酸性岩浆:粘性大,强烈爆炸喷发,形成复式火山锥 .流纹岩（rhyolite ）:浅色,具流纹构造 (冷却慢) 分布：浙江、福建、广东沿海,宁镇地区 矿产：Au,Ag,Cu,U,W,Sn,Mo 等
16、，浙江青田玉、鸡血石（印章） 、熔结凝灰岩（蟾石）11 火山喷发的阶段性火山喷发是断断续续的，有的一、二次（南京方山） ，有的若干次（圣海仑斯）.不同喷发期岩浆的成分要改变 一般演化规律：基性-中性-酸性喷发后期常下陷，形成破火山口(火山湖)活火山指人类历史时期有过活动，否则称死火山.12.世界火山岩主要分布在板块构造的边界 洋脊火山带：太平洋、大西洋、印度洋洋脊 环太平洋火山带：主要是中酸性火山岩，多为安山岩.安山岩线：环太平洋大陆及岛屿为安山岩，大洋内部为玄武岩，二者界线称为安山岩线 地中海-印尼火山带 红海与东非有 22 座活火山:均在地壳裂谷处第二节 侵入作用与侵入岩1.侵入作用(in
17、trusion) 侵入岩（侵入体）:岩浆在向上运动的侵入过程中逐渐冷凝结晶形成的岩石.可分为：深成侵入岩(深成岩):5 公里深处形成、浅成侵入岩(浅成岩):围岩混染：岩浆体积不够大,不足以完全吞噬围岩,导致围岩对岩浆的明显化学反应,改变岩浆的成分俘虏体：边部围岩碎块掉进岩浆，岩浆快速冷凝后尚未被完全“吞噬”或同化.1.2 结晶分异作用定义:岩浆在冷凝过程上，按一定规律依次结晶出不同矿物的过程 .熔点高比重大的矿物先结晶，导致岩浆成分不断改变.1.3 鲍温反应系列：美国岩石学家鲍温根据结晶分异原理，用富含橄榄石的玄武岩实验得出的结晶规律. 分为:(1) 连续反应系列：化学成分连续变化；内部结构无
18、根本变化；为浅色矿物所独有.(高温的 )基性斜长石 (拉长石,培长石,钙长石 CaAl2Si2O8)中性斜长石(中长石)酸性斜长石( 钠长石 NaAlSi3O8,更长石)钾长石白云母(低温)石英. 端员成分为钠长石与钙长石,二者能以任何比例混溶.(2)不连续反应系列：化学成分有差异；内部结构有显著变化；为暗色矿物或铁镁矿物所独有. (高温的 )橄榄石 辉石角闪石黑云母钾长石白云母(低温的)石英. 鲍温反应系列只适用于侵入作用与侵入岩矿物结晶顺序只适用于封闭的温压环境 1.3.3 岩浆结晶出的岩石顺序超镁铁岩(橄榄岩) 镁铁岩(辉长岩) 中性岩( 闪长岩)酸性岩( 花岗岩)伟晶岩1.3.4 伟晶
19、岩：残余岩浆结晶而成 温度 500 度到 800 度 挥发分高，主要是长英质 结晶缓慢，形成粗大晶体 富含成矿物质：Au,Ag,Cu,W,Zn,Mo,U1.3.5 单一原始岩浆的观点是不正确的鲍温反应系列的核心是“单一原始岩浆的观点”.据此,100 分原始岩浆只可结晶出 5-10 分花岗岩，但是，陆地上的花岗岩玄武岩；而大洋中只有玄武岩而无花岗岩.因此，鲍温实验得出的结晶顺序规律是对的,而单一原始岩浆的观点是错的. 2.侵入岩的产状:侵入岩的形态、大小、与围岩的关系 (1)岩体：分岩株与岩基二种. 岩株(stock):出露面积在 10-100 km2.岩基(batholith):出露面积大于
20、100 km2. (2)岩脉(dyke)：分岩墙与岩床二种.岩墙(dyke)- 与地层层理垂直，岩浆沿围岩的裂缝挤入.岩床(sill)-与地层层理平行，岩浆沿层间的空隙挤入.第三节 火成岩的结构与构造 1.火成岩的结构(texture): 指矿物的结晶程度、晶粒大小、晶体形态和晶粒间的相互关系 (1) 按结晶程度：全晶质（花岗岩） 、玻璃质（黑曜岩） 、半晶质（浅成岩） (2) 按晶粒大小：粗粒结构 晶体粒径 5mm中粒结构 晶体粒径 5-1mm细粒结构 晶体粒径 1-0.1mm(肉眼可辨 0。1-0。2mm)微粒结构 晶体粒径 0.1mm（3）按晶体的完整程度： 自形:缓慢结晶，晶形规则;它
21、形:速冷，晶形不规则; 半自形 （4）按晶体的相对大小：等粒结构,不等粒结构 似斑状结构 porphyroid（侵入岩）:基质为显晶质,成分与斑晶相同.反应稳定、缓慢结晶的环境。 斑晶（phenocryst）：粗大的晶体 ; 基质 （matrix）: 斑晶周围细小的颗粒 . 以石英大小为标准，分粗、中细和显晶质、隐晶质和玻璃质等 斑状结构 （porphyritic）：基质为隐晶或玻璃质. （火山岩的典型结构） 2. 火成岩的构造(structure):指矿物集合体的形态、大小、空间分布 . 能反映其形成条件. 气孔构造、杏仁状构造 流动构造(flow):柱状、片状矿物或俘虏体定向排列 流纹岩的
22、流纹构造(rhyotaxitic)：不同的矿物成分、不同的颜色、拉长的气孔相互线状或弯曲状平行排列. 晶洞构造：岩浆冷凝收缩形成的浑圆状空洞,内常生长有晶族.不同于气孔.为不均质的碱性花岗岩(A 型)典型构造. 球状构造：由不同矿物组成的同心圆壳围绕中心分布而成. 特征：各圈中的矿物呈放射状分布. 成因：岩浆中的某些组分脉动式过饱和结晶而形成. 层状构造(bedded): 熔岩-沉积夹层- 熔岩平行排列. 块状构造(massive structure)：宏观上各向同性；矿物排列无规律；岩石呈均匀块体.火成岩所特有. 第四节 火成岩的主要类型（分类表） 分类标准：色率、结构、构造 色率：岩石中暗
23、色矿物的含量 结构构造：喷出岩-气孔、杏仁体、流动、枕状；浅成岩 -斑状、隐晶深成岩-似斑状、全晶质 重点：超镁铁岩中无石英等；岩石名称鉴定主要是鉴定特征矿物. 中SiO2中 %中65中Eruptive中Komatie中Baslt 中 中Andasite Trachyte 中Phyolite中Hypabysal中Kimberlit 中Diabse 中 中Diorite porhyr Syenit porhyr 中Granite P.中Plutonic中Peridotie中Gabro 中 中Diorite Syenit 中Granite中Minerals中中中中 中中中中 中中中 中中中 中中中
24、中第五节 岩浆的形成与地球内热岩浆的形成 1物质来源：地壳岩石和地幔顶部的物质. 2物理因素：与温度、压力（小，利熔） 、水分（高，有利熔）有关 3不同岩浆的成因 超镁铁岩与镁铁岩: 地幔顶部岩浆分熔（分异） 中酸性岩: a. 同超镁铁岩(岩浆分熔) b. 地壳部分熔融 . 4。地热及其成因 地热：来自地下的热流 （1）表现方式：a. 深部为对流方式； b.浅部通过岩石传导. 称“大地热流” Heat Flow，单位为 HFU:微卡 /cm2秒 （微卡，百万分之一千卡） 洋底：1。47（HFU） ，平均：1。47（平均热流值） 常温层，地表下 10 多米，与当地年平均气温相当；与海拔、纬度有关
25、 增温层，平均 3C/百米，称地热增温率；按此计算地心温度 19 万度！ 太阳中心温度：1500 万度。 压力：2500 亿个大气压 （2）地热分布：a. 沿水平方向分布有差异； b.地热高的地方，低温梯度也高；c. 地下深处，由于压力高，密度极大，物质不会全部熔化 （3）意义:有助于研究石油等的生成；有助于寻找地热（温泉、热泉、沸泉）5. 地热成因 余热：炽热的星云物质聚集-收缩（地球由热-冷放热） 重力分异：地球内部物质按比重分异，位能转成热能；（地球由冷-热,产生热）放射热：放射性物质衰变产生热（地球由冷-热放射性物质主要在地壳中，可解释增温率变化原因 撞击热：行星与地球撞击产生热（地球
26、由冷-热）地球究竟由冷-热，还是由热-冷，尚是探索的课题第四章 外动力作用与沉积岩 地球动力学：分外动力与内动力二种 a.外动力：风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩 意义：说明地质发展史，寻找沉积矿产(煤、石油、铁等) b.内动力：火山、地震、构造运动产生的变形等 意义：解释构造运动学、地球动力学 第一节 大气圈、水圈、生物圈、岩石圈 1.大气圈：无明确的上界;大气N2+O2+Ar+CO2,地表最稠密 从地面到高处:对流层平流层中间层热成层 外逸层 对流层:顶面距地面高度 10-16 公里,每上升 1 公里降温 6.5 度(oC)；温度来自地面辐射的太阳能。 平流层:顶面距地面高度 55 公里。顶部
27、为臭氧层。温度随高度增加而增加；可至 0 度以上。不受地表热辐射或对流大气的影响。 此高度之下的地质作用最重要。大气的流动：全球范围的有大气环流（有一定路线与型式) 局部产生东、南、西、北风及龙卷风。 大气的地质作用 a.氧、二氧化碳等是进行地球化学作用的重要物质 b.大气是生命的保护层（臭氧层能吸收紫外线） c.使地球表面具有适宜的温度；产生各种气候现象，导致外动力地质作用的发生 d.运动的大气（风）是塑造地面形态的动力 e.环境污染已开始破坏人类生存的保护层 直接的有飞沙走石，如内蒙-北京-东北的春天沙尘暴 间接的为大气温室效应（工业二氧化碳排放使大气升温） 、臭氧层空洞（臭氧层的保护作用
28、受到严重破坏，紫外线的长驱直入将使人类健康每况愈下)2.1 科里奥利效应 由于地球自转，而使地表运动物体改向的力（取决于不同的纬度和线速度）. 顺着物体运动方向看，科氏力作用向右。 大气、河流均受此影响. N 半球:物体向北运动；顺着运动方向看，作用力向右；物体向南运动；顺着运动方向看，作用力向右. S 半球:物体向南运动；顺着运动方向看，作用力向左；物体向北运动；顺着运动方向看，作用力向左. 2.2 水圈的作用 a.破坏岩石： 机械破坏(干寒带 )、化学破坏（CO2）(温湿带) b.搬运岩石：通过水的循环过程完成3.生物圈 a.破坏岩石： 机械破坏（根劈） 、化学破坏（生物有机酸分解矿物）
29、b.本身成矿:石油、煤;形成生物岩(有机地化研究领域） 4.岩石圈 岩石圈=地壳 +上地幔 顶部的刚体部分是地球科学家研究的主要内容 5.沉积环境 6.外动力作用与三大类岩石之间的演化关系 第二节 沉积岩的特性 一.沉积质来源、主要特性、搬运与固结 沉积物来源：母岩风化物、生物、火山物质、宇宙物质. 沉积岩主要特性：层理、含化石 沉积物的搬运:(1) 滚动方式沿水流底部搬运 :2mm,砾岩; (2)跳跃搬运 :2-0.05mm,砂岩 ; (3) 悬浮状态搬运:0.05-0.005 mm,粉砂岩;(4) 凝聚态搬运:2mm 、砂 2-0.05mm、粉砂 0.05-0.005mm、泥1m、厚层 1
30、-0.5m、中厚 0.5-0.1、薄层 0.1-0.01m、微层10mm 为巨砾) 砾石成分：石英岩、砂岩、髓石岩、石灰岩、火成岩、变质岩 2.砂岩 Sandstone 粒径：粗砂岩 2-0.5mm、中砂岩 0.5-0.25mm、细砂岩 0.25-0.05mm 成分：石英长石居多 3.粉砂岩 Siltstone 粒径：0.05-0.005mm 成分：石英、长石、云母 二.化学岩 1.硅质岩 Silliceous rock 成分：SiO2 成因：生物骨骼堆积而成（如：硅藻土） ；火山作用或风化作用使 SiO2 凝聚. Sio2 结晶：水晶 (宋代:此乃千年老冰)乳石英（气泡） 、紫石英（Fe 多
31、） 、蔷薇石英（Fe 少） 、烟水晶（Mn） 隐晶：玉髓、蛋白石、碧玉（西湖葛岭山保叔塔含 Fe2O3,呈暗红） 不同色的隐晶 SiO2 若具同心圆构造称为玛瑙 Agate；其中水胆玛瑙极珍贵！ 珍贵的蛋白石，95%产于澳洲，称 Opa1 澳泊( 欧泊、澳宝) 2.石灰岩 Limestone a.非碎屑结构的石灰岩 :方解石颗粒，很致密;方解石由化学作用形成 B.碎屑结构的石灰岩（福克分类;P.46-48）灰岩中碎屑及来源 (1)内碎屑:已沉积的 CaCO3 被海水冲击破碎(内碎屑灰岩 ). (2)生物碎屑: 动物的骨骼( 珊瑚礁灰岩) (3)CaCO3 凝聚 :海水中的 CaCO3 围绕质点
32、凝聚 (鲕粒、球粒、团块灰岩) (4)填隙物(基质):亮晶,粒径0.01mm，常是透明的方解石颗粒 (5)泥晶:粒径 10 km。 变质三要素:T,P,流体, 温度最重要。但陨石撞击及高压变质，主导因素则是压力。 热源主要来自地球内部（岩浆热能与放射热能） 通过变质作用形成的岩石叫变质岩。 正、副变质岩 原岩为火成岩的叫正变质岩；原岩为沉积岩的叫副变质岩。 二.变质作用的三大因素 1.温度 变质温度:150C-900C 。低于 150C 为常温，高于 900C 则地壳岩石熔化 温度的作用：非晶体结晶体;结晶体重结晶 ; 物质与结构重组，一种矿物另一种矿物 变质温度四来源：地热增温（1C/33m
33、） 、构造运动热、岩浆热、放射热 2.压力 静压力(垂或侧): 由上复岩石重量引起，随深度增加而增加 流体压力:封闭系统的流体压力等于上复岩石的静压值； 开放系统的流体压力等于流体本身的重量. 流体是物质成分进行交换的自由市场。 蓝片岩，蓝闪石+钠长石,产在地壳上部，但压力很大,为 LT/HP 产物，为古俯冲-碰撞带的重要标志。 榴辉岩,镁铝榴石+绿辉石,产在地下 40km深,压力为 10Kb=10 吨/cm2!（参见P.124, Hamblin;10Kb=109Pa=107 克/cm2） 超高压岩，含柯石英、金刚石的榴辉岩,压力更大,埋藏更深（30Kb,100km);全世界只有中国大别山、法
34、意边境西阿尔卑斯极少数地区被保存。诞生了大陆深俯冲的科学新理论。定向压力可形成片理:矿物定向排列.应区别纯剪 (同轴)与简单剪切(非同轴) 3.具化学活动性的流体 a.成分:以 H2O、CO2 为主，并含其它易挥发和易流动物质 b.流体分布:存在于岩石粒间或裂隙中的主要是 H2O；矿物结构中的是H2O、CO2；从岩浆分逸出来的是 K, Na,S,F,H2O,CO2,SiO2 等. C.岩浆流体 :深部岩浆上升至浅部,T、P 降低,分逸出易挥发和易流动的物质K、Na、S、F、H2O、CO2、SiO2 等 第二节 变质作用中原岩的变化 一.化学成分的变化 1. T、P 变化时 岩石通过释放或获得某
35、些挥发分而达到平衡，形成新的矿物.如 高岭土( 吸热)红柱石+石英 +水（高岭土脱水） 方解石+石英 (吸热)硅灰石（放射状）+CO2(脱碳酸） 体积大、密度小的矿物变为体积小、密度大的矿物。 (1)橄榄石 + 钙长石石榴子石 (2)石英（ 30Kbar）柯石英 (120Kbar) 斯石英 2.65 2.93 4.35 (比重) 2.交代作用：固态下，岩石中物质成分进出的交换作用。 例:中酸性岩浆侵入冷的灰岩时,其 SiO2、Al2O3 等热流体就会进入灰岩,并从灰岩中将 CaO、MgO 带出,于是在接触带形成矽卡岩 3.重结晶作用 Recystalization 定义：小晶体在温度升高的情况
36、下长成更大晶体的作用。 石灰岩 CaCO3大理岩 CaCO3（质纯、洁白的称汉白玉） 石英砂岩(加温) 石英岩4.变质分异：岩石从均匀构造到不均匀条带构造的变质。 5.韧性剪切作用：发生在地壳中深部位较高温度和定向应力条件下的一种变质变形作用。 其结果是矿物在被软化的塑性状态下发生不对称旋转和剪切,形成新的岩石和组构。其岩石称糜棱岩。 最终可形成大型韧性剪切带，盛产大中型糜棱岩型金矿。 韧性剪切带定义：由高度应变过的岩石构成的线性变质变形带。从该带一侧进入另一侧,岩石被扭曲,两侧岩块发生了明显剪切位移,但无明显断面。透入性构造贯穿全带(拉伸线理、剪切面理、组构)。 二. 矿物的变化 片理和变质
37、矿物是变质岩的两大重要特征！ 变质矿物：在变质作用过程中形成的独有矿物. 主要有: 兰闪石、红帘石、红柱石、蓝晶石、矽线石、十字石、堇青石、硅灰石、柯石英、金刚石(罕见)三.变质岩的结构 指矿物、变斑晶自身特征、形态、大小,与邻近颗粒的关系 1.变晶结构：原岩发生重结晶或交代作用而形成新矿物的结构 （前者有大理岩;后者有石榴石片岩(有新生矿物石榴石） 2.变余结构：尚残留部分原岩结构者称之，为浅变质结构（如板岩特有的变余泥质结构、砂质结构） 四.变质岩的构造：指矿物之间的关系、空间展布方式 1变成构造：原岩构造（如层理）消失，形成变质岩特有的构造.如片理、片麻理等 随变质程度加深: 斑点状(s
38、potted)板状构造(slate)千枚状构造（phyllite）片状构造（schist）片麻状构造（gneiss）块状构造 (quartzite， 矿物无明显定向）2.变余构造：变质岩中残留有原岩的构造。如变余层状、气孔、条带构造等 第三节 变质作用类型及其代表性岩石 （类型：接触交代、区域、动力、混合岩化） 一.接触变质（包括接触交代、接触热变质） 定义：火成岩侵入围岩而造成的变质作用,形成新岩石。 如砂岩石英岩;石灰岩大理岩; 泥岩角岩（Hornstone,灰黑坚硬致密;苏州灵山） 矽卡岩：发生在中酸性岩浆与冷围岩之间,通过流体交代、物质成分的交换而形成的变质岩。 变质矿物: 硅灰石、石
39、榴石、黄铜矿、闪锌矿、白钨矿 外带：碳酸钙高,有方解石；内带：二氧化硅高,有石英二.区域变质 1定义:在 T、P、流体的综合作用下,区域范围内发生的变质 2.代表性岩石：板岩（赣北浙西瓦板岩）千枚岩片岩 斜长角闪岩片麻岩麻粒岩榴辉岩 3. 代表性矿物： 超高压、高温: C金刚石 diamond 高压、低温:角闪石、钠长石兰闪石 glaucophane 高温、低压:黏土矿物红柱石(Al2SiO5 )Andalousite 高温、高压:黏土矿物矽线石(Al2SiO5 )Sillimanite 中温、中压:黏土矿物兰晶石(Al2SiO5 )Disthene 4.变质程度：不同的变质岩，原岩可能是同一
40、个,称等化学系 如 黏土岩或页岩板岩千枚岩片岩片麻岩 (世界著名的巴罗变质带)三.混合岩化作用 migmatization and migmatite 定义:区域高级变质岩进一步变质，发生高温部分熔融（酸化）现象，形成基体+脉体的特殊变质岩石（混合岩） 基体：变质岩(暗色) ；脉体：熔融体（长石,石英，浅色） 原岩经彻底改造花岗岩(称混合花岗岩),具复杂扭曲构造 如闽北蒲城县，新疆青河县, 极其典型 如交代不彻底：基体脉体肠状、条带状； 脉体基体浅色 深色,混合岩化花岗岩 四.韧性剪切变形-动力变质岩：80 年代形成的科学新理论 定义: 伴随构造活动而产生的变质作用(构造角砾岩不是动力变质岩）
41、 ，以韧性剪切变质变形为代表。 糜棱岩 Mylonite：韧性剪切变形条件下形成的变质岩。本质是位错。 片理发育，强波状消光，细粒化、核幔构造，不对称组构、亚颗粒（矿物边界发生迁移而成，而非研磨粉碎） 。第一节 相对年代的确定1. 基本概念岩层:成层的岩石. 层序:岩层形成的先后关系.地层:一定时期内形成的岩层的总称.具时间概念 . 古生物：文字记载前（12000 年)就已生活在地球上的生物. 古生物化石：岩层中已经被石化的古生物遗体和遗迹; 猛犸象于 1710 年在西伯利亚冻土中被发现. 生物演化规律：低等高等；简单复杂；不可逆！2.层序建立的三原则： 地层由下而上形成；原始产状是水平的；岩
42、层形成后只经历过整体上下运动,岩层倾斜必须10%的塑性变形,发生在中、下地壳。 刚性：岩石不易变形弯曲的性质。粘性：岩石容易流动变形的性质。 4.空间位置由岩层的走向、倾向、倾角(产状三要素)所确定 a.走向 strike：层面与假想水平面的交线方向。 b.倾向 dip：倾斜线在水平面上的投影；倾斜线即层面上与走向垂直的线（指向下方） 。 c.倾角 dip angle：层面与假想水平面的最大夹角(真倾角)。视倾角小于真倾角。5.岩层厚度 thickness：岩层顶底面之间的垂直距离(真厚度); 非垂直距离为假厚度（大于真厚度） 。 倾斜岩层才有走向、倾向、倾角。 水平岩层的走向、倾向、倾角均为
43、零。 垂直岩层无倾向,用走向描述。 火成岩：层状侵入体有走向、倾向、倾角；厚度即二边界之间的距离（无所谓顶底） 。 非层状火成岩形态复杂,其产状据其延伸方向确定。二.褶皱 fold 1 定义: 在应力作用下岩层发生各种形态的弯曲现象。 上凸的叫背斜 anticline,下凹的叫向斜 syncline。 2 褶皱的几何要素（93 页，图 8-5） a.翼 limb：褶皱的二坡。 b.核 core：褶皱的中心（分布最老或最新时代的地层） 。 c.轴面 axial plane：褶皱二翼近视的对称面。 d.枢纽 hinge：褶皱轴面与层面的交线。或,沿单个褶皱走向， 由一系列最大转折点（弧尖）构成的连
44、线。 e.弧尖 crest:褶皱横切面与枢纽的交线(横切面上最大转折点 ) f.轴线 axial line：轴面与地面的交线。 g.轴迹 axial track :枢纽在地面的垂直投影。 几何关系：每个褶皱横切面上可确定-弧尖,弧尖的连线为枢纽,若干枢纽组成轴面。3 褶皱分类(93 页) （1）根据轴面划分：直立，倾斜，倒转，平卧（躺）褶皱 （2）根据剖面形态划分 a 箱形褶皱：轴部开阔、二翼陡立。 b.扇形褶皱：轴部开阔、二翼倒转。 c.单斜：岩层向同一个方向倾斜，它可以是同斜倒转。 （3）根据枢纽产状划分 a.水平褶皱：枢纽水平、层面露头线平行。 b.倾伏褶皱：枢纽倾伏、层面露头线形成弧状
45、合围。 （4） 根据褶曲的长宽比例 a.线状褶皱 : 长/宽10:1 b.短轴褶皱: 长/宽 3:1-10:1 c.穹盆褶皱 : 长/宽断层 地层147HFU。洋脊也是地震带，特点是震级低、震源浅、地震频繁。 b.古生物：三叠纪一种小的浅水爬虫中龙，本身不能远涉重洋；但同种化石却在相距 6000 公里的非洲和南美同时出现。 二叠纪的热带植物化石舌羊齿，现在出露在寒带和非洲、南美、澳大利亚等地。 推理：上述不同地区原先是连在一起的。 c.构造： 挪威-苏格兰的加里东期造山带,越过大西洋后，在西岸的北美加拿大和美国再次出现。 特征相似的二叠系，同时在南非的开普顿山和南美布宜诺斯艾利斯出现。 推理：
46、在大西洋形成之前，它们是连在一起的地质体。d.冰川：石炭纪、二叠纪高寒带的冰川遗迹, 现在却分布在温带和热带的印度、澳大利亚、非洲、南美、南极等地。 推理：这些不同地区原先是连在一起的。 因此，1912 年魏格纳提出大陆漂移说。 引伸 1：联合古陆 Pangaea 2 亿年前的超大陆 根据植物化石和冰川分布，认为 2 亿年前时有两个古大陆。 劳亚古陆（北半球）Laurasia Land；冈瓦纳古陆（南半球）Gondwana Land; 特提斯海 Tethys ：位于两个古陆之间、开口朝东、呈平躺 V 字型的古大洋。引伸 2：海底扩张 地幔物质从洋中脊涌出，推动原来的物质向二侧对称运移（Wils
47、on, 1965)。 主要特征： 1.洋底扩张速度平均 2cm/年，二亿年洋底更新一次，所以洋底无中生代以前的岩石。 2.洋底沉积物最厚处 600 米，相当于一亿年中堆积的厚度。 3.存在一连串的海底平顶山。 平顶山成因：地幔物质上涌到岩石圈底部，然后分熔成中基性岩浆喷出，形成海底火山；热点的位置固定，而板块在移动，所以可形成一连串的火山；火山开始时位置较高，山头容易被波浪削平，最后成为海底平顶山。3）地球物理证据 a洋中脊二侧 ,海底岩石的正、负磁异常条带对称分布。 洋中脊处形成的岩石，冷却时被磁化，记录了当时的磁场方向。由于地磁南北极的多次转向,导致海底岩石对称的正、逆向磁异常条带。 现在
48、-69 万年为布容正向,69 万年-243 万年为松山反向,242 万年-332 万年为高斯正向,332 万年前为吉尔伯特反向。b.地热、重力 放射热的不均匀聚集,使地幔下层物质受热上升（形成脊推力）,海沟处冷的致密物质下沉,形成消减带，组成循环系统，驱使板块运动。 部分陆壳物质被带到俯冲带，受热熔化，上升喷发成安山岩；另外一些物质被带到 100 公里以下，形成含金刚石榴辉岩,尔后折返到浅部地壳。 海沟处，部分陆壳物质被铲刮拼贴在大陆边缘，形成俯冲型增生楔。 c.地震 根据浅源、中源、深源地震集中分布在环太平洋边缘带,证明海洋板块与大陆板块在不同深度的摩擦与破裂作用是有规律的。4).深海钻探（
49、包括深潜器） 证实了洋底确切地貌、洋中脊高热流、枕状熔岩的存在。 发现蛇绿岩套 Ophiolite，完善了洋壳剖面。 A 沉积岩 - B 枕状熔岩 - C 席状岩脉 - D 辉长岩 - E 橄榄岩 海洋地质调查表明,海底没有比中生代更早的岩石，海底岩石以洋中脊为中心向二侧依次对称变老。 5).转换断层 : 相邻板块剪切错动，但不产生增生与消亡的一种特殊海底断层。 只有 bc 产生剪切 ,有地震。过 bc,无剪切,与洋脊错开同向。 bc 断层动向与洋脊错开方向相反。 扩张速度相同，bc 不会变大。 洋脊的错开是由扩张速率差异造成。 板块理论建立的三大支柱： 海底磁异常条带 转换断层 地幔对流（板块驱动力）:霍尔姆斯最早提出。三.板块的边界类型 1. 板块只有大陆板
