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1、基础地质学（ 3） 教案（参考学时： 50 学时）授课对象：资源环境与城乡规划管理专业珠宝首饰与材料工艺学专业土木工程专业（岩土方向）1 前言一、课程的性质、目的和任务基础地质学 （3） 是资源环境与城乡规划管理专业、珠宝首饰与材料工艺学专业、土木工程专业 （岩土方向）的专业基础课。该课程的目的和任务是使学生明确地质学的研究对象、内容、任务和研究方法，掌握现代地质学的一些基本理论和基本知识，了解现代地质学的主要成就，初步具备分析和推断地质问题的思维能力，为进一步学习后续专业课程打下良好的基础。二、课程的主要教学内容课程的主要内容是：介绍地球的圈层构造以及各圈层的主要特征，地壳的物质组成,常见的
2、矿物和岩石，各种内、外力地质作用的基本原理、过程及产物特征,岩石圈的运动规律。课程的基本理论是：地球，特别是岩石圈发展演化的基本规律，各种地质作用的基本原理和它们的相互关系。课程的基本知识是：各种基本概念，地质现象，地质作用产物以及有关地球的基本论述。三、课程的教学方法和教学手段教学方法 ：理论联系实际，采用启发式教学，并贯穿“将今论古”的原则。培养学生综合归纳、分析推理的能力。教学手段 ：课程计划通过讲课和实习两个教学环节来完成，配合电化教学和多媒体教学（包括幻灯、录像、图片展览和地质博物馆参观等）以及野外现场教学，增强学生的感性认识，提高理论教学深度。2 NO:1 绪论一、地质学研究的对象
3、和内容地质学研究的对象：地球，研究重点是地壳。地质学研究的内容：固体地球的物质组成结构、构造及其形成和演变的历史。 二、地质学的分科1、研究地球（固体地球的外层岩石圈）物质组成的学科结晶矿物学、岩石学。2、研究地壳运动、形变及地表形态特征的学科构造地质学、大地构造学、地貌学等。3、研究地壳的演变历史和古代（地质历史时期）自然面貌的学科古生物学、地史学、古地理学等。4、研究矿产资源的形成和分布规律，以及为寻找和勘探矿产的理论和方法的科学矿 床学、找矿勘探地质学等。5、研究各种工程建筑地基的地质条件和勘查理论方面的学科工程地质学等。6、研究地下水的运动规律和分布规律的学科水文地质学。7、研究防范自
4、然灾害、保护和利用自然环境方面的学科环境地质学、地震地质学、旅游地质学等。 三、地质学在国民经济建设中的意义 我国“四个现代化”建设需要大量的地下矿产资源，寻找各种矿产资源需要地质工作；工农业生产和人民生活用水需要进行水文地质调查工作；各种大型工程建设需要进行工程地质勘察；为防止地质灾害和环境污染，也需要做环境地质工作。总之，地质工作涉及到社会建设的各个行业。 四、地质学的特点和研究方法（一）地质学的特点1、空间广泛地球是一个庞大的物体，地壳是地质学研究的重点。目前人类只能观察到地壳的上部，对地球深部只能根据地球物理信息加以推断。另外，地质作用所涉及的范围和规模都很大。2、时间漫长（地球发展过
5、程漫长）地球已有46 亿年的演变历史。在漫长的地质历史时期，曾发生过许多重要的地质事件，现在人们所看到的地质现象只是最后一次地质事件的综合结果，人们只能通过一些地质记录（记录在岩石中的各种现象）去推断过去某些地质事件的主要特点和周围环境的主要特征。地质历史中各种地质事件的发生过程多少是缓慢的，许多地质现象都经过漫长时间后才形成的，所以，地质学用以度量时间的基本单位为百万年。3、区域差异性 地球虽然有其共同的发展规律，但在不同地区的物质组成、结构构造均有差异，例如，中国东部和西部地区地壳的物质组成、构造线方向等差异较大。4、地质过程的复杂性地球是个复杂的物体。地球的物质运动有机界和无机界的物质运
6、动。运动方式有化学、物理、生物等多种运动方式。地球各个圈层的物理状态复杂变化例如地表与地球内部在温度、压力、物质状态等差异很大。（二）地质学的研究方法1.将今论古法利用现代所观察到的地质作用过程去推论地质时期同类事物的发展状况，也称为现实主义原则。例如现代河流地质作用，现代火山、地震作用等。2.实践出真知通过野外考察，调查研究，收集第一手资料，然后归纳、综合整理、推论。3 五、本课程的内容和学习方法（一）主要内容：1、内、外力地质作用的一般规律及其产物。2、地壳发展和演变的一般规律及有关学说。3、宇宙地质学、环境地质学的基础知识（二）学习方法：1、掌握各种地质概念的涵义；掌握地质学的一般基础理
7、论和基本知识；初步具备地质学的分析思维能力，初步了解地质学的一般工作方法。2、重视实践环节地质学是实践性很强的学科，很多理论概念要通过实验来检验和深化。因此，本课程50 学时，除了讲授理论课外（30 学时） ，还有 9 次实验，观察常见的矿物，岩石标本。4 小时录象，最后还进行野外实习（2 个星期）。4 第一篇动力地质作用的物质基础地球和地壳第一章地球教学基本要求：掌握地球的物理性质和地球的结构。 第一节 地球在宇宙中的位置宇宙 我们周围的物质世界。地球是太阳系中的一颗行星，所以地球的属性是天体。太阳系是个大家族，太阳是太阳系中一颗恒星（它本身会发光发热的星球），太阳系中有九大行星，从内到外分
8、别是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。太阳所在的星系叫银河系，银河系由1500 亿颗恒星组成的庞大恒星系统。银河系比太阳系大 1 亿倍。银河系之外还有各种形状的河外星系组成更为庞大的天体系统总星系。可见，宇宙是无边无际的，也没有中心的物质世界。地球在宇宙的位置沧海一粟 第二节 地球的形状和大小 一、地球的形状根据人造卫星资料，地球的形状更近似一个扁率不大的三轴椭球体，即地球赤道不是正园形，而是呈椭圆形；同时北半球稍尖而凸出，南半球稍肥而凹入；从整体看，好象一个“梨”的形状（见地球形状示意图）。 二、地球的大小据 1975 年第十六届国际大地测量和地球物理学会（UYG
9、G）决议采用的数值列出：赤道半径（a）6378.140公里两极半径（ c）6356.779 公里平均半径（）6371.012 公里扁率（ d=a-c/c）1/298.275 赤道周长40075.24公里子午线周长40008.08 公里表面积 5.1007108平方公里体积 1.08321012立方公里地球质量（ M） （5.9742 土 0.0006） 1024kg NO：2 第三节 地球的主要物理性质 一、地球的密度和压力1.地球的质量和平均密度地球的质量：5.9741021吨（ T）地球的平均密度：5.516g/cm3岩石类型平均密度花岗岩2.67g/cm3 玄武岩2.85g/cm3 石灰
10、岩、砂页岩2.6g/cm3 从上可知，地球表面岩石的平均密度仅相当于地球平均密度的1/2，可见，地球内部物质的密度应大于地球表面岩石的平均密度。2.地球内部的压力 地球内部的压力随着深度的增加而增大，而压力增加的速度都因深度而不同。大约在400km、600km、2900km 和 4640km 深度有明显的变化，而以2900km 深度变化最大。 二、地球的重力地球重力：地心引力和离心力的合力为地球上某处的重力。5 地球上的重力基本上决定于地球的引力，地面重力场的变化是随纬度增加而增加，而随高度增加而减少。正常重力值（理论值） ：若把地球看作一个表面光滑的均质体，从理论上计算出地球各处的重力值，称
11、为正常重力值。重力异常：各地实测的重力值（实测值）经校正后与理论值不符合的情况，这种现象叫重力异常。正异常：实测值大于理论值（正常重力值或标准值）。负异常：实测值小于理论值。重力勘探：利用重力来探测地下的矿产、构造等。 三、地磁场（一）地磁场和地磁要素地磁场：地球是个磁化球体，地球周围空间存在着磁场，称为地磁场（见图地球的磁场）。地磁场三要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度。磁偏角：地磁极与地理极不相吻合，地磁子午线与地理子午线之间的夹角，称为磁偏角。东偏角以指北针为准，偏在地理子午线东边者，称为东偏角。西偏角以指北针为准，偏在地理子午线西边者，称为西偏角。我国疆域内地磁偏角为西偏角。磁倾角：总磁场
12、强度方向与水平面的夹角称为磁倾角。或磁针与水平面间的夹角称为磁倾角。（二）地磁异常正常值（正常磁场） ：在全世界范围内选择若干个地磁测站，测得该处的基本地磁要素数据，然后再以推算出全世界的基本地磁场数据，称为正常值。磁异常：实测地磁要素数值与正常明显不一致，这种现象叫地磁异常（简称磁异常）。地磁正异常实测地磁要素大于正常值叫正异常。地磁负异常实测地磁要素小于正常值叫负异常。古地磁：是指地质历史时期的地磁场。岩石在形成过程中，因受古地磁场的影响而获得磁性（剩余磁性），这种磁性与古地磁场的方向是协调的，其磁场方向不受后来外界磁场的影响。我们测量某地质时代岩石中的剩余磁性，即可了解某地质历史时期的地
13、磁场情况。 四、地热地热：地球内部的热能。地球内部的热能的主要来源是放射性元素衰变过程中释放的热能，其次是地球的转动能、重力能以及化学反应能、结晶能等。地球内部热力分层：外热层（变温层）、常温层和内热层。1、外热层（变温层） ：为地球的表层，其热量绝大部来自太阳。年变化影响深度一般为1020 米。2、常温层：指外热层的下界与内热层的上界范围内。该带的地温大致保持在当地地面年平均温度左右。其深度大约在地表以下1530 米。3、内热层（增温层） ：指常温层以下的地球内部。其特点是地温随深度的增加而逐渐增高。地热增温率（或地温梯度）：指深度每增加100 米时所升高的温度，以表示。地球的平均地温梯度为
14、3。地温增加的情形各地不同，与各地岩石的密度导热率、离热源的远近及所处的地质构造条件有关。 五、地球的弹塑性地球具有弹性地震波能在地球内部传播是地球具有弹性的表现，因为地震波是弹性波。另外，地球自转的惯性离心力能使赤道半径加大而成椭球体，也表现具有弹性。地球又具有塑性在野外常可看到某些脆性岩石发生复杂的弯曲而未破裂，显然是塑性变形的产物。 第四节 地球的圈层构造 一、地球内部的圈层构造（一）地震波在地球内部的传播对地球内部物质状况和结构、构造特征的认识，只能依靠各种间接的线索，例如地震波的传播、地球的，以及6 对陨石的研究。尤以地震波的传播是主要的线索。地震波按传播方式分为体波和面波。体波又可
15、分为纵波和横波。地震波的传播速度总体上是随深度而变化的，相同的深度，就有相同的地震波波速。据实测，地内有两个明显的波速不连续面（界面）。第一个界面位于56km 深处，大陆部分平均33km，大洋地区较浅， 平均为 1112km。这个界面叫 “莫霍面”。第二个界面位于2885km（近似 2900km）深处，称为“古登堡面”。（二）圈层构造根据地震波波速的研究，以“莫霍面”与“古登堡面”为主要界面，将地球内部分为三个圈层，三个圈中又细分为七层，即地球内部有“七层三圈两个界面”。圈层地壳（圈）硅铝层（花岗岩质岩）硅镁层（玄武岩质岩）莫霍面岩石圈（地壳+上地幔B层）地幔（圈）上地幔（B、 C 层）下地幔
16、（ D 层）古登堡面地核（圈）外核（E 层）过渡层（ F 层）内核（ G 层）各圈层的特征：1、地壳为固体地球最外的一个圈层，由固体岩层组成，下界为莫霍面。地壳厚度在全球各处不均匀，在大陆区，地壳的平均厚度为33km，在大洋区平均厚度1112km。地壳可细分为上部的硅铝层和下部的硅镁层，上下层的分界面称康拉德面。2、地幔从“莫霍面”到“古登堡面”间的圈层称为地幔。根据地震波速资料，可分为上地幔（B层、C层）和下地幔。（ 1）上地幔 （B 层、 C 层） ：为含 Fe、Mg 较高，含Si 较少的超基性岩，称为地幔岩。低速带（软流圈）： 在上地幔内， 深度在 60250km 处存在着地震低速带， 地震波发生强烈衰减Vp 为 7.7 8.1km/秒， Vs 为 4.04.2km/秒。组成低速带的岩石有较大的塑性，并称之为“软流圈”或“软流层”。一般认为，“软流层”是岩浆作用的发源地。软流圈物质可
