地质学基础知识介绍

澳大利亚西部Cliffs露头：志留系层序地层学演化剖面，从 下到上，分别从海相滨岸层序演化到陆相河流沉积层序，
北海地区地震剖面：显示地下底僻构造（岩拱）形态， 地下岩拱造成上覆的层变形，并改变底层沉降中心
沉积环境和沉积相
冲击扇 辫状河 平原 曲流河 水上环境 水下环境 网状河 三角洲 湖泊 山区
变质岩
无论什么岩石，当其所处的环境跟当初岩石形成时的环境有 了变化，岩石的成分、结构和构造等往往也要随之变化，以便使岩 石和环境之间达到新的平衡关系。这种变化总称为变质作用。由变 质作用形成的岩石，就是变质岩。 变质岩在我国和世界上皆有广泛分布。特别是前寒武纪地层， 绝大部分都是变质岩组成的。在古生代及其以后的岩层中，在岩浆 体的周围和在断裂带附近，也均有变质岩分布。变质岩中含有丰富 的金属矿和非金属矿，例如全世界铁矿储量，其中70％储藏于前寒 武纪古老变质岩中
高岭石
孔隙
伊利石
铸体切片图像：
A：磨圆好的松散砂岩 （浅灰色为砂粒，深灰 色环氧树脂）。 B：具有不规则砂粒和孔 隙的砂岩。（中间深灰 色为孔隙）
作为石油工程师，需要掌握涉及到钻井、油藏、生产相关的矿物、 矿物特征（孔隙堵塞、硬度、酸的反映）以及矿物出现形式。以下是一 些最主要的： 1、燧石，黄铁矿：坚硬，难以钻穿。 2、伊利石、高岭石、绿泥石：油藏中堵塞孔隙的矿物，常造成油层伤 害。 3、蒙脱石：膨胀粘土，钻井垮塌危险 4、岩盐：淡水泥浆溶解 5、方解石：预土酸溶解 6、云母、长石：具有放射性，伽马曲线上与泥岩难以分辨
中国地层时代表
上 新 世 中 新 世
渐 新 世
始 新 世
古 新 世
岩石和矿物
岩石——矿物集合体，是构成地壳及地幔的主要物质 岩石可以分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩
矿物是在各种地质作用下形成的具有相对固定化学成 分和物理性质的均质物体，是组成岩石的基本单位。 矿物是人类生产资料和生活资料的重要来源之一，是 构成地壳岩石的物质基础。自然界里的矿物很多，大约有 3000 种，但最常见的只有五六十种，至于构成岩石主要 成分的只不过二三十种。组成岩石主要成分的矿物，称造 岩矿物。它们共占地壳重量的99％。各种矿物都具有一定 的外表特征——形态和物理性质，可以作为鉴别矿物的依 据。
沉积岩的研究内容
1）全面地研究沉积岩（物）的物质组分、结构、构造、分类命名、岩体产 状和岩层之间的接触关系，为阐明其成因与分布规律提供依据。 2）探讨沉积岩石的形成机理，包括风化作用、搬运作用、沉积作用以及沉 积后的变化等，特别是要研究沉积岩（物）及其中的有用矿产（包括有机可燃 矿产中的石油和天然气等）的形成机理、富集和储存规律。 3）进行古沉积环境和沉积条件分析，根据沉积岩的原生特点以及时空分布 和变化特点，用以恢复沉积岩形成时的古气候条件、古地理条件、古介质条件 以及大地构造条件等。 4）全面研究沉积岩的基本特征和沉积条件，可作为地层学、层序地层学、 古地理学、地球化学、矿床学、储层地质学以及油气地质学的基础，并不断地 为矿产资源普查和勘探提供新的科学依据和信息。 5）通过沉积岩石学的学习，增加对沉积物（岩）形成、演化、分布及其与 人类生存等重大问题的了解，紧紧把握“地球科学与灾害预测”，将是沉积岩 石学和沉积学发展的长远主题。
岩石变质的因素，主要是岩石所处环境物理条件和 化学条件的改变，物理条件主要指温度和压力，化学条 件主要指从岩浆中析出的气体和溶液。这些条件或者说 因素的变化，主要来源于构造运动、岩浆活动和地下热 流，因此，变质作用是属于内力作用的范畴。
三大类岩石的互相转化
“新陈代谢是宇宙间普遍的永远不可抵抗的规律”。 随着时代的演进，在频繁的地壳运动和岩浆活动中，老的 岩石不断在转化，新的岩石不断在产生，这也就是地壳岩 石新陈代谢的过程。所以，任何岩石既不是自古就有的， 也不是永远不变的。在一定时间和一定空间所形成的一定 的岩石，都只代表地壳历史的一定阶段。任何岩石都忠实 地记录了它本身有关的那一阶段的地壳历史。
随着全球人口的快速增长，伴随自然资源需求的增加。地质学在预 测自然突变（洪水、海啸及风暴等），恢复不平衡的自然系统（河谷、 海滩等），控制和预测污染，矿产资源勘探和扩大，灾害预测，城市垃 圾和有毒物质处理，以及工程地质方面将发挥重要的作用。
沉积岩的研究方法——野外和室内
野外观察和描述是基础，可以初步鉴定沉积岩的岩性，描述原生沉积构造， 测量岩层产状和厚度，确定岩层之间的接触关系及其成因标志，并对所观察到的 内容作详细的记录，尽可能的素描、照相和编制相应的图件。根据所获的资料， 对沉积岩层的成因、形成条件和含矿性作出初步判断。 在覆盖区的沉积岩研究，最直接的是岩心观察和描述，对重要沉积现象和成 矿标志要进行放大素描，并选重点层段进行照相和取样。由于取心段有限，要充 分利用测井、录井资料进行岩性、电性、物性和含油气性分析，综合观察和解释， 编制岩性—电性关系综合剖面。经常使用的测井曲线是SP、微电极、感应、自然 伽马、密度、声波以及地层倾角测井等。 以油气勘探为重点的室内常规研究主要是以薄片鉴定为主，再辅之一些常规 分析，如铸体薄片分析、粒度分析和物性分析等；针对不同的岩类和研究目的， 进一步采用扫描电镜、电子探针与能谱、X衍射、阴极发光、显微荧光、图像分 析、包体分析，以及有机指标、粘土矿物和碳、氧、硫等的稳定同位素分析。 20世纪60年代以来，针对我国油气勘探的实际需要，还广泛开展现代沉积考 察、室内水槽模拟实验等。20世纪90年代以来，又建立了河、湖沉积体系的大型 水箱模拟实验装置，以及正在建设的成岩模拟实验装置。 这一切试验和技术的使用，都试图从反演和正演两种途径再现沉积物和沉积 岩形成的全过程，重溯成层岩石圈形成和成矿的历史、分布规律，从定性研究向 定量研究发展。
沉积岩微观结构
扫描电镜图像（Scanning Electron Microscope ）：砂岩孔隙中的两种结晶 矿物：右侧为六方晶系石英晶体，左侧为纤维状伊利石晶体。注意 观察水与两种晶体的接触关系：润湿性，石英亲水；伊利石不亲水
伊利石
石英
颗粒
孔隙
孔隙
颗粒
扫描电镜图像： A：显示具有连通的大 孔隙的砂岩。 B：颗粒排列精紧密的 小孔隙砂岩 C：砂岩中高岭石、伊 利石紧密充填
侵入岩——岩脉（VEINS）
美感黄山——
沉积岩
暴露在地壳表部的岩石，在地球 发展过程中，遭受到各种外力作用的 剥蚀破坏，然后再把破坏产物在原地 或经搬运沉积下来，再经过复杂的成 岩作用而形成岩石就是沉积岩。 沉积岩的物质主要来源于先成岩 石（无论是火成岩、变质岩和先成的 沉积岩）风化作用和剥蚀作用的破坏 产物，包括碎屑物质、溶解物质和新 生物质；除此还包括生物遗体、生物 碎屑以及火山作用的产物。这些物质 在低洼的地方沉积下来，总称为沉积 物。 沉积岩可以分为两类，即碎屑岩 类、化学岩和生物化学岩类
（水下冲击扇、重力流） 湖泊
洪积扇
辨状河
砂质辨状河（以砂岩沉积为主）
河流沉积
曲流河——天津汉沽芦台
三角洲沉积平面示意图
三角洲沉积剖面示意图
黄河三角洲
沉积岩
化石
藻类化石——
北京门头沟，距今 10亿年
门头沟山区的距今约10亿年的古代藻类化石，由小学生暑期夏令营活动无意发现。 由多个枝叶状结构组成的植物图样，大小不一、形态各异。化石上的植物印迹特别清晰， 叶状脉络呈黑色，有的甚至连叶片数量都数得清。化石中最大的一块长约1米，宽约0.5米，厚 约0.3米，其内部可能还有多层化石结构。” 据地质专家介绍，这几块石头叫做“白云质灰岩”，在它的表面生成有10亿年前的浅海藻 化石，化石呈群体状分布。只有在剖面上可以看到。 专家介绍，目前在门头沟区永定河流域龙门涧、青龙涧、灰峪等地都曾发现古动物、海底 生物、陆生植物等化石，每个时期的都有发现。这些古化石对研究北京西部地理环境变迁具有 重要的价值，同时对于研究地球地质、地貌、气候等也将会有很大帮助。
认识我们赖以生存的家园
地球数据
地球的结构——内三圈、外三圈
地 核
地 幔
生 地 物 壳 圈
水 圈大 气 圈来自地质作用地质时代
地球自形成以来大约经历了46 亿年的历史 根据地球发展历史过程中生物演化和岩层形成的顺序，将地球历 史划分为若干自然阶段，称为相对地质年代。 19 世纪初期，英国地质学家W.史密斯、C.莱伊尔等就开始利用生 物地层学的方法划分地质年代。 1669 年丹麦地质学家N.斯泰诺首先提出“地层层序律”：在层状 岩层的正常序列中，先形成的岩层位于下面，后形成的岩层位于上面。 1816 年W.史密斯首次提出“化石顺序律”，保存在地层中的生物 化石，由简单到复杂，由低级到高级，表现出清楚的不可逆性和阶段 性， 实际上，化石顺序律和地层层序律是一致的，在最古老地层中找 不到化石，在较老地层中可以发现低级化石，在较新地层中可以发现 高级化石，这种关系称为“生物层序律”。生物的发展过程不是均一 的或等速的，而是由缓慢的量变、急速的突变或大量绝灭现象交替出 现
张家界砂岩峰林地质公园
沉积岩的分布
沉积岩在地壳表层分布甚广，陆地面积的大约四分之三被沉积物（岩） 所覆盖着，而海底的面积几乎全部被沉积物（岩）所覆盖。 但从体积而言，沉积岩约占岩石圈体积的5％，而岩浆岩及变质岩约 占95％。由此可知，沉积岩主要分布在岩石圈的上部和表层部分。 至于沉积岩在地壳表层的具体厚度，则变化很大，有的地方可达几十 公里，如高加索地区，仅中生代和新生代的厚度就达20～30km；但有的地 方则很薄，甚至没有沉积岩的分布，直接出露着岩浆岩和变质岩。 地球物理和深井钻探证实：现代和古代沉积物大量沉积的场所为大陆 边缘和大陆内部的拗陷带，在这些地方可以形成巨厚的沉积岩层，其是沉 积地质学的主要研究对象。 在沉积岩中蕴藏着大量矿产。根据第19届国际地质学会统计资料，世 界资源总储量的75％－85％是沉积和沉积变质成因的。 石油、天然气、煤、油页岩等可燃有机矿产以及盐类矿产，几乎全部 是沉积成因的。铁矿的90％、铅锌矿的40％－50％、铜矿的25％－30％、 锰矿和铝矿的绝大部分以及其他许多金属和非金属矿产，也都是沉积或沉 积变质成因的。