1、普 通 地 质 学 Physical Geology,Lecturer：吴 堑 虹Mobel :13873199992 E-mail: ,Grading Policies： Attendent 10% Home work 20% Final Exam 70% Asking, answer questions and discuss = Extra points,参考书目,普通地质学，吴泰然，何国琦等编著，北京大学出版社国内相关大学的精品课程,参考书目,国外教材 Physical Geology: The Science of EarthFletcher, Charles， John Wiley
2、 & Sons Inc (2014-04) Physical Geology（fourteenth edition ）Charles C. Plummer, Diane H. Carlson, Lisa Hammersley, McGraw Hill Higher Education (2012) More From Library From Internet From Book Store,http:/ CORE的英文全称是“China Open Resources for Education“，中文名称是“中国开放式教育资源共享协会“。CORE 以推动全球高校、教育机构的紧密合作与资源共享
3、为使命，并相信这是世界教育发展的大势所趋。 CORE致力于为中国高校获取免费、便捷的全球开放式教育资源拓宽渠道,课前准备-Preparation for the course,查阅参考资料-Look for reference ,学习建议与要求,课前阅读，提出问题；思考听课；提问完成作业 请不要迟到、早退、缺课，有事请假(keep honour, please)；,Why Study Geology?,Mitigating（减灾） Geologic Hazards Earthquakes Volcanoes Supplying Things We Need Metals Minerals P
4、etroleum,Why Study Geology?,Protecting the Environment Water cycle Global Change: Sea level rise Understanding Our Surroundings The Earths relationship to other planets Geological Time,第一章 绪论,1.地质学的研究对象 2.地质学的任务 3.地质学的研究内容 4.地质作用及研究方法,1.地质学的研究对象,地质学的研究对象 地球 物质组成 结构构造 形成与演化 地球中的各种作用,1.地质学的研究对象,物质组成 宏
5、观物质圈层、地层、断层、矿产。 “中等”物质岩石、矿物 “微观”物质元素、同位素 “超微观”物原子、离子.,1.地质学的研究对象,物质组成-下图为宏观的物质组成观？,Earth Structure,convection in the mantle,models,observed heat flowwarm: near ridgescold: over cratons,from: http:/www.geo.lsa.umich.edu/crlb/COURSES/270,from: http:/www-personal.umich.edu/vdpluijm/gs205.html,“中等”物质矿物,
6、From: http:/ Hand Specimen,“中等”物质岩石,石英矿物的原子组成 SiO2硅酸盐类矿物的原子组成 SiO2-4,“超微观”物质矿物,1.地质学的研究对象,结构构造 结构物质的物理状态特点 地球为椭圆，地壳为圈层状 构造物质间的物理状态 地球内部各层为圈层状。,1.地质学的研究对象,常见地球椭球体的主要参数一览表,结构构造 地球的形状和大小,面 积： 5.1108 Km2 最高点： 8848.13 m 珠峰 最低点：11033 m 马里亚纳海沟,在太空中所见的地球,1.地质学的研究对象,结构构造 地球的形状和大小结论 偏椭圆 大小 极半径 赤道半径,1.地质学的研究对象
7、,地球的结构构造,1.地质学的研究对象,地球的结构构造,1.地质学的研究对象,Questions 这些圈层的差别？ 人们如何知道这些差别？ 各位同学准备回答（文档或ppt），下节课请几位同学演示。,1.地质学的研究对象,地球内部的压力 静压力 由上覆地球物质的重量所产生的压力。Ph=hdhgh dh该深度以上平均密度，gh该深度以上平均加速度。 10km处压力为3000atm 地心350万atm 深度越大，压力越大,二、地球的压力,地球内部压力随深度加大而逐渐增高的。 深度每增加km，压力增加27.5 MPa（1 MPa1兆帕斯卡10N / m）。静岩压力在莫霍面附近约1200 MPa，古登堡
8、面附近约135,200 MPa，地心处可达361,700 Mpa，相当于360万个大气压力。,地表,地心,认识地球的圈层密度：地球内部密度随深度的变化曲线图深部岩石密度的加大,1.地质学的研究对象,地球压力-深度图,在地球表层、地壳和接近地心附近时压力增长较平稳，在下地幔和外核部分增长得较快。,地球的重力,重力异常 各地测定的重力值不同于理论值时的现象 正异常：实测值大于理论值 负异常：实测值小于理论值 区域重力异常-大范围内的重力异常 据此了解地球内部结构； 局部重力异常-小范围内的重力异常 应用于探矿 进行小面积重力测量时，以区域重力异常值作为标准值(背景值),重力异常,利用重力异常可判断
9、地下密度的变化指导找矿。 正异常：G实测 G理论 密度大如：Fe, Cu, Pb等金属矿床 负异常： G实测 G理论 密度小 如：煤、石油、盐类等矿床,重力勘探方法发现局部重力异常，进行找矿和勘查地下地质构造,重力正异常,重力负异常,地球的重力,重力异常的原因 测点地下物质组成不同 测点地下物质分布不均匀,地球的重力,重力在地球内部的分布格局 在2900km内，随深度增大 2900km以下，随深度减小 地心为零,地球的重力,地球内部重力分布变化的原因 深度增加使半径减小，重力增大； 但深度增加，球内的质量减少，重力变小 地球内部，重力究竟是变大或变小，取决于质量或距离的主导地位。,地球的重力,
10、地球的上部 地球物质的密度较小，引起的质量变化要小于半径变化造成的影响，故重力随着深度的增加而缓慢增大 2891km（古登堡面）附近达到极大值,地球的重力,地球的下部 越过2891km界面 地球物质的密度变化造成的影响大于半径引起的变化 地球的重力急剧减小 地心处的重力递变为零,1.地质学的研究对象,形成与演化 地球形成？-暂无确切解 地质学重点关注地球组成体（宏观）及地质事件的形成 不同岩石的形成、矿产的形成 地震事件的形成,地震的形成(南加洲),Northridge (94),San Fernando (71),Sierra Madre (91),Whitter Narrorws (87)
11、,Long Beach (33),From: http:/www.scecdc.scec.org/labasin.html,Northridge CA earthquake Jan. 17, 1994,1.地质学的研究对象,地质学认识地震的两大步骤 认识地震 除了破坏性 地质学更关注其地理位置与地质体的空间及成因关系 研究及形成 与断层带(板块边界)关系 断层活动性关系,Los Angeles Basin,Northridge Earthquake,Earthquake Distribution,Convergent Boundary Earthquakes,1.地质学的研究对象,演化 地质体
12、或地质事件的发生过程 地震前(鸡飞狗跳),中(震动),后(余震)三阶段中地震的状态以及岩石、水等的状态 发生过程的控制因素 断层的运动速度。,1.地质学的研究对象,演化 控制因素如何影响地震？ 比较思考 地质学关注地震的东西 一般民众关注地震的东西 由此理解地质学的任务,1.地质学的研究对象,地球中的各种作用 第四节详述,2.地质学的任务,研究和确定资源分布及成因 研究和确定地质灾害的分布及成因 研究和确定地质环境与人类健康的关系 总体：认识地球，了解地球与人类的关系，为人类社会服务 对个人而言：局限与以上的某一切入点,2.地质学的任务,研究和确定的资源的分布 石油在那里？ 中东、俄罗斯、中国
13、大庆 含油岩层、成藏构造 具体在那里？ 为什么在那里？,北美石油资源分布,2.地质学的任务,对个人而言：局限与以上的某一切入点 中南大学地质系的主要任务 有色金属矿产资源的分布 矿床学 地球化学 构造地质学 地球信息学,3.地质学的研究内容,组成地球的物质 物质的组成方式、形成、演化及分布 地球的历史 地质学的应用 地质学的研究方法和技术 综合研究,3.地质学的研究内容,组成地球的物质研究内容 物质类型 物质的特征 物质的形成条件 物质的分布规律 物质的应用 。 相关学科：结晶学、矿物学、岩石学、矿床学、地球化学等,3.地质学的研究内容,物质类型 局限的空间-地球浅表（地壳和上地幔） 原因-无
14、法获得地球深部的样品 思考-获得地球深部样品的途径？ 直接方法 间接方法,3.地质学的研究内容,物质的类型 局限的对象-岩石、资源、矿物、元素 物质的特征 物理特征 化学特征 空间特征 经济或社会特征,3.地质学的研究内容,物理特征 硬度 石膏的硬度为 (2.5) 用指甲可以划出刻迹（Scratches Gypsum） 硬度会变化吗？ 为什么？,3.地质学的研究内容,物理特征-角闪石的解理,3.地质学的研究内容,物理特征- 为什么会有解理,3.地质学的研究内容,物质的化学特征 矿物的分子式 岩石的化学成分 地壳的主要化学成分,3.地质学的研究内容,物质的化学特征 矿物的分子式 请查找石英、白云
15、母、钻石的分子式,Positive ion,3.地质学的研究内容,物质的化学特征 岩石的化学（矿物）成分,3.地质学的研究内容,物质的化学特征 地壳的主要化学成分（Oxide Percent） SiO2 60.6 Al2O3 15.9 CaO 6.4 MgO 4.7 Na2O 3.1 Fe as FeO 6.7 K2O 1.8 TiO2 0.7 P2O5 0.1,3.地质学的研究内容,物质的空间特征 矿床的分带规律认识 侵入岩有关的有色矿的垂直分带-上银、铅，中铜锌、下钨锡 岩浆岩体矿物空间特征 浅部矿物粒径小，深部矿物粒径粗,3.地质学的研究内容,岩浆岩体矿物空间特征 浅部矿物粒径小，深部矿
16、物粒径粗,Granite Hand Specimen,Rhyolite Hand Specimen,3.地质学的研究内容,物质的经济或社会特征 兰色绿柱石，价值：$32,500,3.地质学的研究内容,物质的形成条件 如此美艳的宝石如何形成？ 富铍的热液存在 宽泛和稳定的结晶空间 温泉的形成条件？ 岩浆热 深部地热（增温率）-断层温泉,3.地质学的研究内容,物质的分布规律 你知道在那里可能找到钨矿？ 南岭地区 你知道为何智利富铜、中国富煤少铜、中东富石油。？ 分布规律是什么以？,3.地质学的研究内容,物质的应用 扩大物质应用领域，提高资源的价值 最初，高岭石用作陶瓷原料 后来，高岭石用作造纸原料
17、,3.地质学的研究内容,物质的组成方式、形成、演化及分布 不同尺度地质体系的结构、构造、分布特征 其及形成 其及演化 如地球圈层及分布特征 如金矿床的叠加成矿,3.地质学的研究内容,物质的组成方式、形成、演化及分布 相关学科：构造地质学、地域地质学、地球物理学。,3.地质学的研究内容,地球的历史 形成于约46亿年-如何知道？ 最老的岩石年龄亿年 地质年代的记时单位是百万年 地质事件演化过程的长期性（以百万年为计）,3.地质学的研究内容,地球的历史 不同的演化阶段-如何知道的？ 何时有生物 何时有恐龙 人类出现约在二百万年前 人类出现时地球环境与恐龙时代有何差异？,3.地质学的研究内容,地球的历
18、史 相关学科：古生物学、地史学、岩相古地理学、第四纪地质学等,3.地质学的研究内容,地质学的应用 资源领域-指导资源的发现和开采 工程领域-保证工程的顺利施工、工程的稳定 防灾领域-地震、滑坡、泥石流的预报、 环境和健康领域-地方病问题 。 要使地质学得到人们的认可-最大限度地扩大为人类服务的领域,3.地质学的研究内容,地质学的研究方法和技术 观察方法和技术-认识对象 野外调查-地质填图、地球化学、地球物理调查 室内分析-地质体的成分、物性分析 技术 测试技术、遥感技术、GIS技术。 计算技术、模拟实验技术。,3.地质学的研究内容,填图,3.地质学的研究内容,地球化学、地球物理 调查,3.地质
19、学的研究内容,地质体的成分分析,3.地质学的研究内容,N种测试技术 稳定同位素 同位素定年 红外光谱 X-射线衍射 微束分析 。,3.地质学的研究内容,X-射线衍射,Thermal Ionization Mass Spectrometer,From: http:/www.es.ucsc.edu/images/vgms_c.jpg,3.地质学的研究内容,遥感技术,3.地质学的研究内容,地质学的研究方法和技术 类比法 类比各地区各种地质现象间的差异 归纳不同类別 分析其产生差异的原因 将今论古法 以现今地质现象，解释及推测过去地质时代中的地质现象所发生的原因、过程及机制,3.地质学的研究内容,地质
20、学的研究方法和技术 类比法 类比各地区各种地质现象间的差异 归纳不同类別 分析其产生差异的原因 将今论古法 以现今地质现象，解释及推测过去地质时代中的地质现象所发生的原因、过程及机制,今论古法-Mud Cracks,今论古法-Preserved mud cracks,3.地质学的研究内容,地质学的研究方法和技术 动态分析法 基于地质对象随时间、空间变化的动态分析 相关分析法 地质体或事件的相关性： 如断层活动与地震的相关性 成矿与蚀变的相关性,地震与俯冲带的空间相关性,all from: http:/www.pmel.noaa.gov/vents/coax/coax.html,3.地质学的研究
21、内容,地质学的研究方法和技术 抽象法假想法 无法观察到地质事件的过程 对过程的描述均是基于现有认识的假想 。,抽象法-US National Seismic Hazard Map,Source: USGS NEHRP,假想法：浅源vs.深源俯冲带地震模型,Continent-continent collision zones have broad areas of of relatively shallow seismicity,Ocean-continent convergent margins have earthquakes foci that extend to great depth
22、s. Mechanism tend to change from extension to compression downdip.,3.地质学的研究内容,综合研究 地质体或事件与 空间的综合 时间的综合 不同地质体或事件间的综合 上述方面的综合,3.地质学的研究内容,综合研究 基于观察到的地质事实 基于地质体或事件与其它因素的相关性 借助数学、化学、物理、地球科学等方法和技术,4.地质作用及研究方法,地质作用定义 形成或改变地球特征的自然作用 地质作用的分类 内力-地球内部的热及动力作用所致 外力-地球外部的动力作用所致,4.地质作用及研究方法,内力地质作用类型 岩浆、构造、变质、地震、圈层
23、相互作用 外力地质作用类型 风化、重力滑动、剥蚀、搬运、沉积、成岩作用,4.地质作用及研究方法,地质作用特点比较表,4.地质作用及研究方法,地质作用的特点 地域性 空间差异性，使地质学没有统一定律 现象复杂性 没有相同的地质现象， 现象基于观察角度的差异而表现差异 要求多学科知识 漫长性 地质作用主要以万年或佰万年为计时单位 无法观察过程,地域性：Calcite Precipitation and Formation of Travertine Terraces in Yellowstone,地域性：九寨沟Calcite Precipitation,现象复杂性,不同角度看到不同的东西-如果用X
24、-衍射看到谱线？,为什么要学习地质学,为求新知,为下步其它课程学习打基础 为地质学的应用 工程应用地下水农业军事 . 服务经济 寻找矿产资源:煤石油金属地下水资源,为什么要学习地质学,为求新知、为下步学习打基础 对生活的地球，应深切了解 专业人士要深入研究地球 民众对地球及海洋、土壤、地震及火山等的了解，避免破坏及危害地球，同时也尽可能避免自然灾害。 该课程是其它地学课程的基础,为地质学的应用 矿产 工程 重大的工程如隧道、蓄水、筑坝、建筑及石材开采等，均需地质学的知识 地下水资源 地下水源位置、分布、储量等与地层性质、结构、构造相关,为什么要学习地质学,为什么要学习地质学,减灾防灾 查明地震
25、、火山爆发、滑坡、泥石流形成规律 环境保护 地方性疾病，常与该地区岩石/土壤/水中某些元素的缺乏或过多有关,为什么要学习地质学,强身健体 诗意人生 找一份工作作准备,军事应用： 战壕、隧道之位置 军用矿产如核矿、铁矿 基于区域构造地质 作战的军事地质图及地形图,为什么要学习地质学,农业应用： 地质背景影响土壤性质及成份 地质学是土壤研究的基础。 造林、池塘的挖掘及灌溉基本设施等，均与地质有不可分的关系 种植规划。,为什么要学习地质学,交通应用 铁路、公路选址 路基及山洞的稳定性勘定 地质岩性坚硬的岩层 避免经过断层带,为什么要学习地质学,国土开发应用 国土开发规划需地质图,为什么要学习地质学,人类文明需要 衣 石油石化产品 食： 食用盐、饮用地下水、矿泉水等，需赖以地质知识来寻找和开采 住 天然石料的直接利用 加工后的石棉亦为主要的防火材料之一,为什么要学习地质学,作业一 找到一种测试技术的结果表或图 标明技术名称 给表或图取一题目,
