煤矿地质学教案 4.22

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1、1绪论绪论一、一、 地质学概念：地质学概念：GeologyGeology研究地球的科学（气象学、生物学、地理学）研究地球（地壳）的物质成分，内部构造，表面特征及地球演化历史的科学。地球是人类赖以生存之本，地质学的产生是人类在长期的生活、生产实践中逐步了解和认识的结果。最早的地质思想的萌芽，可以追溯到二千多年前，但地质学成为一门系统的科学，只有200 多年的历史。地质学的发展分可为：1 1 地质思想萌芽时期（公元前十八世纪中叶）地质思想萌芽时期（公元前十八世纪中叶）公元前我国山海经 （前 374287 年）记载了 73 种矿物，古希腊石头志记载了 13种，这个阶段对自然界地质现象的认识是朴素、直

2、观、零散的，分析问题带有极大的猜测性。2 2 近代（经典）地质学时期（十八世纪中叶二十世纪初）近代（经典）地质学时期（十八世纪中叶二十世纪初）人们开始将地球上孤立的自然现象纳入一个系统的理论体系，即地质科学。这时期地质学诞生、发展并涌现了一批著名的地质学家，确立了地质学的基本原理和方法，建立了地质年代表，使这一科学体系不断完善成熟。史密斯、菜伊尔、赫屯3 3 现代地质学时期（二十世纪初现代）现代地质学时期（二十世纪初现代）随着科技手段的更新，发展，同时人类自身探索资源的需要，收集到了更广泛的地质资料（洋底）建立了以大陆漂移海底扩张板块构造学说为标志的系统的新的地质学理论、观念、方法。同时这一时

3、期，地质应用学科得到了很大发展。 （勘探地质学、工程地质学、石油地质学、煤田地质学等）地质量学理论至今仍在不断发展、完善。二、二、 地质学与其它学科的联系及分支地质学与其它学科的联系及分支自然科学的六大基础学科包括数学、物理学、化学、生物学、天文学、地学。地质学在自身的研究工作中必须充分利用其它学科的成果手段，近些年来学科间相互渗透产生了交叉学科：地质学自身的分地支学科（椐研究方向划分）：地质学自身的分地支学科（椐研究方向划分）：研究地球物质成分：研究地球物质成分：结晶学、矿物学、岩石学。地地 学学数学（数学地质学）数学（数学地质学）物理（地球物理学）物理（地球物理学）化学（地球化学）化学（地

4、球化学）生物学（古生物学）生物学（古生物学）天文学（行星地质天文学（行星地质）2研究地壳运动及变形的：研究地壳运动及变形的：构造地质学、大地构造学、 地震地质学。 研究地壳演化研究地壳演化历史古生物学、地史学、岩相古地理学。研究地表特征的：研究地表特征的：冰川地质学、海洋地质学。地质应用学科：地质应用学科：（）（） 与开发资源相关的：与开发资源相关的：煤田地质学、石油地质学、冶金地质学、矿床学、水文地质学。（）（） 与环境科学相关的：与环境科学相关的：工程地质学、环境地质学、城市地质学、旅游地质学三、三、 地质学的特点及研究方法地质学的特点及研究方法（一）特点（一）特点1 1时间漫长：时间漫长

5、：地球年龄亿年，自地球形成起无时无刻不发生地质作 用，地质学问题涉及时间长。最老的岩石年龄亿年。一些地质作用过程持续时间长，如海陆变迁，山脉隆起，矿物、岩石的形成、煤、石油资源的形成等。地质年代的记时单位是百万年（MY） 。3.3. 现象复杂现象复杂性质上：性质上：包括物理的（崩塌、泥石流） 、化学的（钟乳、滴石） 、生物的（煤、石油形成）等各种变化。规模上：规模上：小到原子、分子的微观过程（矿物形成、化石形成） ，大到整个地球乃至太阳系形成的宏观现象。范围上：范围上：从无机到有机界、有机界与无相界的相互转化。环境上：环境上：常温、常压到高温高压，地表环境、地下深处环境。4.4.无法再现无法再

6、现：众多地质现象对人类来说是无法再现阶段，生物演化，海陆变迁、煤、石油形成过程（非再生资源） 。针对以上地质学特点有其相适应的研究方法（二）研究方法（二）研究方法1 1理论与实践相结合：理论与实践相结合：地质学是一门实践性很强的学科。实践实践：（：（1 1）到自然界去观察，取得最基础的资料。）到自然界去观察，取得最基础的资料。2 空空间间广广阔阔横向：遍布全球每个角落（南极、北极、赤道、山地、平原、陆地、海洋）。 纵向：大气圈上地幔（整个岩石圈）。3（2 2）实验室进行模拟实验。）实验室进行模拟实验。一些地质现象（火山爆发、海底扩张、风化现象）只有在野外直接观察（可借助仪器，但必须到实地）否则

7、无法全面了解。 同时，有些现象，我们需要模拟实验，在实验室重复过程，进行深入细致的分析、研究。辟如，河流沉积作用中，砂是在流动的水中 沉积下来的，我们可以在室内水槽中透明的水体里观察，砂的沉积过程，沉积的层时的类型、沉积颗粒的大小与水流速的关系等。利用分析的结果，结合地层中河流沉积的地层来推测古河流（地史中）的状况。2 2室内与野外相结合室内与野外相结合（从 1 可理解此）不应过度偏重某一方面。3 3局部与整体相结合局部与整体相结合有些地质现象，涉及空间大，人们无法得到全部的空间资料，这时，对整体的现象了解必须与局部相结合，如地质勘探探明地下矿藏的分布：点线面体。4 4 宏观与微观相结合宏观与

8、微观相结合如，火山喷发是极其宏观的现象，但熔浆冷凝过程中矿物的形成又是结晶的微观过程。5 5 定性与定量相结合定性与定量相结合6 6 原始手段与新技术、新装置相结合原始手段与新技术、新装置相结合在当今先进的技术条件下， “地质三大件” （锤子、罗盘、放大镜）仍不能放弃7 7 “将今论古将今论古”是地质研究的指导方法是地质研究的指导方法“ PresentPresent isis thethe keykey toto thethe Past”Past”四、四、 地质学基础地质学基础的学习的学习（一）（一） 学习目的及内容学习目的及内容本课程是与地学有关专业的必修课，其目的在于使学生掌握最基本的地质

9、学原理，分析问题的方法，内容上包括了地质学主要分支学科的核心内容（动力地质学、矿物学、岩石学、古生物地史学、构造地质学）总计 90 学时，分两学期讲授，教材仅为参考书，章节安排：（二）学习方法（二）学习方法这是一门专业基础课，基本上属于阐述性、叙述性讲授，内容也不是中学、数理化一类有严格的数学推导，许多问题是定性讲叙。方法上，学生应调节自己，适应课程特点阅读。大量阅读，认真理解、总结归纳、要求：要求：课堂作笔记，课后阅读参考书，消化当天内容。因同学们第一次接触专业课，同时课程特点与中学差别较大，应在学习中注意培养自己专业课学习的良好的习惯和方法。4第一章第一章 地质学基础地质学基础第一节第一节

10、 地球概述（自读）地球概述（自读）第二节第二节 地球的圈层构造地球的圈层构造地球的圈层构造，是指地球组成物质在空间的分布和彼此之间的关系。以地壳表面为界，大致可分为地球的内部圈层和地球的外部圈层。一、地球外部圈层的划分及其主要特征地球外部圈层的划分及其主要特征地球的外部圈层（外圈） ，是指包围固体地球表层的地球组成部分，根据其物理性质和状态不通分为大气圈、水圈、生物圈。（一）大气圈是包围固体地球最外部的气体层。位于地面与星际空间之间，是多种气体的混合体。主要成分 N、O2、CO2、H2O。对流层大气发生对流，是产生风、云、雨、雪、冰雹等各种气象变化的主要原因。空气的温度湿度，是气候的主要标志，

11、不同气候条件一，外动力地质作用的方式不同。同时空气的流动风是直接的外动力。（二） 水圈是指连续包围地球表层的水体。包括海洋、湖泊、河流、冰川、沼泽等地表水和地下水（咸水、淡水） 。水圈是地球区别于其它行星的最重要特征之一，蕴育了生命，在外动力地质作用中起了重要的作用。陆地、海洋中的水由太阳蒸发至空中，再经降水回地表。称为水的循环。（三）（三） 生物圈生物圈是指地球表层的生物（动物、植物和微生物）组成的一个封闭圈层。在大气圈的 10KM 和深海的海底均有生物生存。生物的出现在水、气圈形成之后（地球年龄亿年，大量动物亿年） 。二、地球内部圈层的划分及其主要特征地球内部圈层的划分及其主要特征在地球内

12、部分层的依据是地震波（纵波和横波）在地球内部传播的速度有变化。根据地震800KM 以上（散逸层） 90800KM(暖层) 5090KM（中间层） 1059KM(平流层臭氧层) 010KM (对流层)1. 范范围围：包围着固体地球的外部5波在地球内部的传播速度的变化，发现有两处明显的界面。一个在地深平均 33KM 处，称莫霍面（地壳与地幔的分界）（地壳与地幔的分界） ，1909 年南斯拉夫学者提出。第二是在 2891KM 处，又称古登堡面（地（地幔与地壳的分界）幔与地壳的分界） ，1914 年美国学者提出。这两个界面将地球内部分为地壳、地幔、地核三个圈层。（一） 、地壳地壳-位于莫霍面以上由固体

13、岩石组成的地球最外层称为地壳。地壳是目前地质学研究的对象。地壳厚度各地不一，陆地较厚，海洋较薄。大陆区（陆壳） 厚 2080 公里 平均 35km 大洋区（洋壳） 厚 510 公厘 平均 7km 陆地平原区地壳厚 30 公里，高原高山地区地壳厚 6080 公里，海洋的地方地壳薄只有58 公里，地壳的平均厚度 33 公里。大陆区（陆壳）分为两层，上层（硅铝层） ，下层（硅镁层） ；大洋区（洋壳）主要由硅镁层组成，有的地方有很薄的硅铝层或缺失硅铝层。硅铝层，又称花岗岩质层，是地壳上部成不连续分布的一层。在陆地上较厚，在海洋地较薄或缺失，平均厚 10 公里。化学成分以硅（Si） 、铝（Al）为主，密

14、度小（约为 2.7g/cm3） ，压力小，放射性元素含量较高；硅镁层，又称玄武岩质层，位于硅铝层下面成连续分布的一层，它以莫霍面为下限。深度自地表以 2070 公里，各地不等。化学成分以硅（Si） 、镁（Mg）为主，密度较大，约为 2.9g/cm3，压力较大。温度较高，温度在 10000C 以上。（二） 、地幔位于莫霍面以下至 2900 公里深处，介于地壳与地核之间。平均厚 2865 公里。根据地震波在地幔中传播速度特征，可将地幔分为：上地幔、下地幔。上地幔：深度在 400 公里以上的称上地幔。物质平均密度 3.8g/cm3，压力达1.21.35GPa，温度 40030000C。岩石组成超基性

15、岩即橄榄岩或榴辉岩。从莫霍面到 50 公里深处，由结晶质固体岩石组成，其与地壳构成地球表层的岩石圈。自 60 公里到 400 公里之间， （地震波传播速度显著降低） 。推测这一带物质呈熔融状，故称软流层。它在地质上相当重要，许多重要地质作用与软流层有关，其物质层分主要为镁铁的硅酸盐。过渡层：400670 公里之间的部分。下地幔：从 6702891 公里之间。下地幔中物质成分除硅酸盐外，铁镍成分显著增加，物质全非结晶的固体，塑性很大；平均密度为 5.7g/cm3,温度可达 185044000C，压力可达 135 GPa。6（三） 、地核 地核是古登堡面至地心（28916371 公里） ，一般认为

16、地核主要由铁镍物质组成。密度 9.717g/cm3，温度 200050000C。压力可达 135362GPa。目前，人们对地球内部物质状态和化学组成了解得还不算多。许多问题的结论还有待于进一步证实，但是可以确信，随着科学技术的发展，人们对自己居住的地球也将逐步深入了解。从而有助于我们更好的认识地球的形成和发展历史。查明引起地壳运动、火山爆发和地震的原因，以及各种矿产的形成和分布规律。第三节第三节 地球的物理性质地球的物理性质人们在生产实践和科学研究中逐渐积累了有关地球物理性质的知识，包括密度、压力、重力、地磁、地电、放射性、地热和弹性。一、一、 密度密度 单位体积的质量称为密度。地球的平均密度为 5.52 克/cm3。地表岩石的密度 1.53.3 克/cm3,平均密度为 2.7