地质学基础(精)

地热流量或地热 流值（Q） Q=K× （dT/dZ） K—岩石导热率； dT/dZ—垂直地 热梯度 T代表温度 Z代表深度。
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第二节 地球的结构
Section 2 The Construction Division of Earth
地球是一个由不同状态与不同物质的同 心圈层所组成的球体。
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• （二）水圈(Hydrosphere) 按存在状态：气（雨云）、液、固 （冰川）； 按存在区域：海洋、江河、湖泊、 冰川、地下水 水圈形成一个连续而不规则的圈层。 水圈的质量占地 球总质量0.024％，比大 气圈的质量大得多。 水圈是独立存在的，但又是和其他圈层 互相渗透的。
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地球大气圈成分是随着时间而变化的。当 初大气中的二氧化碳可能达到百分之几十， 大约在3亿年前（石炭纪C），由于植物大规 模繁盛，才演化成接近现今的大气成分，目 前大气中的二氧化碳只有万分之4.6。 大约在1亿年前（白垩纪K），大气的温 度才接近现今的温度。
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地球磁性离子体的照 片,橙白色是显示气 体 比较浓厚的地方，而 红色是显示气体密度
比较低的地方。
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（4）关于地球磁场形成的原因 地核的外核部分为液态的金属铁镍 物质，是一种导电流体，在地球旋转过程 中，产生感应自激，形成地球磁场。
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• 根据万有引力定律F=Gm1m2/r2，地表各地重 力并不相等，且随海拔和纬度的不同而发生 变化。据计算：在两极，重力比赤道地区大 0.53％，也就是说把在两极重100kg的物体搬 到赤道地区时，则变成99.47kg。通常用单位 质量所受的重力，即重力加速度（g）来表示 各地的重力大小。如在赤道的重力为 978.0318Gal，在两极为983.2177Gal。
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• 如果把地球看作一个理想的扁球体 （旋转椭球体），并且内部密度无 横向变化，所计算出的重力值，称 理论重力值。 重力异常 正异常：比理论值大； 负异常：比理论值小。
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自由空气异常
布格重力异常
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（二） 地磁Geomagnetic
从地史发展来看，二氧化碳的多少是影 响地表温度的一个重要因素。若二氧化碳 增多，地球的温度将会增高。根据有关资 料，自工业革命以来，二氧化碳的含量已 增加13％，因此人们推测地球的大气温度 将会越来越高——温室效应。
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大气圈是地球的重要组成部分，并有重要的作用： （1）供给地球上生物生活所必须的碳、氢、氧、氮 等元素，尤其是动物需要的氧气。 （2）保护生物生长，使其免受到宇宙射线危害。 （3）防止地球表面温度剧变和水分散失。 （4）天气的变化，如风、雨、雪、雹等都发生在大 气圈中。 （5）大气是地质作用的重要因素，如风动力作用。 （6）大气与人类的生存和发展关系密切。大气环境 的质量直接关系着人类健康。
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地球磁场
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地理北极
地极与磁极
地理南极
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• 图中θ角称磁偏角，α称磁倾角。
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• 磁偏角也就是地磁子午线与地理子午 线的夹角，以指北针为准，偏东为正， 偏西为负。
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地球类似一只倒放着的大鸭梨。它 的赤道部分鼓起，是它的“梨身”；北 极有点尖，像个“梨蒂”；南极有点凹 进去，像个“梨脐”，整个地球像个梨 形的旋转体，因此人们称它为“梨形地 球” 。确切地说，地球是个三轴椭球 体。
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• 其实，地球的这些不规则部分 对地球来说是微不足道的。从 人造地球卫星拍摄的地球照片 来看，它更像是一个标准的圆 球。
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• 通常主要利用地震波的传播变化来研究地球内部构 造情况。地震波分为纵波（P）和横波（S）。纵波 可以通过固体和流体，速度较快；横波只能通过固 体，速度较慢。因此地震波实际上对地球起到“透 视”的作用。当然，也可以借助宇宙地质（特别是 陨石的成分）来判断地球内部的成分。
地质学基础
Original Geology
课件制作：张庆辉
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绪言(Preface) 一、地质学(Geology)的研究对象 • 地质学是研究地球及其演变的一 门自然科学。它主要研究地球的 组成、构造、发展历史和演化规 律。
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• 地球(Earth ) 具有四大圈层： 岩石圈(Lithosphere) 大气圈(Atmosphere) 水 圈(Hydrosphere) 生物圈(Biosphere)
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（三）地质学研究中坚持的原则 见微知著 将今及古 以古证今
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第一章 总论 Chapter One Introduction
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第一节 地球概况
Section 1 The Earth Overview
• 一、地球的形状和大小 • （一）对地球形状、大小的认识 • 第一级近似：圆球形。 • 第二级近似：极轴方向扁缩的椭球 。 • 第三级近似：大地水准体 。
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• 地质学在当前阶段，地质学主 要研究固体地球的最外层，即 岩石圈（包括地壳和上地幔的 上部）。 • 地质学科分科简表：
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本课件的地质学科构成
• • • • • • 总论——第一章 矿物学——第二章 岩石学——第三章至第五章 经济地质学——第六章 区域大地构造学—第七章至第九章 地史学——第十章至第十五章
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• （二）地球的形状和大小的最新数 据 地球赤道半经（α）： 6378137m* 地球极半经（с）：6356752m* 赤道标准重力加速度（γe）： （978032±1）×10-5m/s2 （三）地球的其它数据
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• 二、地球的物理性质 （一）地球的密度和重力 • 地球的平均密度是5.517g/cm3，而 地壳上部的岩石平均密度是 2.65g/cm3。 • 地球密度是随着深度的加深而增大 的，并且在地下若干深度处密度呈 跳跃式变化，推测地核部分密度可 达13g/cm3左右。
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（1）大地水准面不是一个稳定的旋转椭球面，而 是有地方隆起，有地方凹陷，相差可达100m以 上；（2）地球赤道横截面不是正圆形，而是近 似椭圆形，长轴指向西经20°和东经160°方向， 长短轴之差为430m；（3）赤道面不是地球的 对称面，从包含南北极的垂直于赤道平面的纵 剖面来看，其形状与标准椭球体相比较，位于 南极的南极大陆比基准面凹进24m；而位于北 极的没有大陆的北冰洋却高出基准面14m。同 时，从赤道到南纬60°之间高出基准面，而从 赤道到北纬45°之间低于基准面。
又因在地球转动过程中，流体地核比 固体地幔略有滞后，因此产生地球磁场 逐渐向西漂移。但这些假说有待于继续 研究证实。
ห้องสมุดไป่ตู้
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• 0°经线也 叫本初子午 线．
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（三）地热(Geothermal) 地热是地球内部储存的热能。在年常温 层以下，地温随深度而增加。 地热增温级是在年常温层以下，温度每 升高1℃时所增加的深度，单位是m/℃，地 热增温级的倒数叫地热梯度，即每深100m 所增加的温度，单位是℃/100m。 地热梯度的平均数值是3℃/100m。
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• 一、地球的外部圈层 （一）大气圈(Atmosphere) 从地表（包括地下相当深度的岩石裂隙中的 气体）到16000km高空都存在气体或基本粒 子，总质量达5×1015t，占地球总质量的 0.00009％。 主要成分氮占78％；氧占21％；其他是二氧 化碳、水汽、惰性气体、尘埃等占1%。地球 的表面为什么形成大气圈，这是与地球的形 成和演化分不开的。地球在其形成和演化的 过程中，总是要分异出一些较轻的物质，轻 的物质上升，积少成多形成大气圈。
• 磁倾角即磁针与 各处水平面的夹 角，常随纬度而 变化，在两磁极α 角为90°，在磁 赤道则为0°.
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• 磁倾角以指北针为准，下倾者为正，上仰者 为负。
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• 概括而言，地磁 具有以下特点： （1）地磁南北极 和地理南北极的 位置不一致，并 且磁极的位置逐 年都有变化，磁 极有向西缓慢移 动的趋势。
北极
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（2）地面上每一点都可从理论上计算出它的 磁偏角和磁倾角。如磁偏角和磁倾角与理 论值不符时，叫做地磁异常。
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（3）由于太阳风的影响，地球的磁场被压缩在 一个固定区域内，这个区域叫磁层。
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磁层像一个头朝太阳的彗星，磁层顶部朝向太 阳，距离地球有10个地球半径远，而尾部可以 拖到几百个地球半径那么远。磁层可以使地球 上生物免受宇宙射线和粒子袭击的危害。
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地热的主要来源：
1、由放射性元素衰变而产生的，如铀 （U238，U235）、钍（Th232）、 钾（K40）等。 2、由构造变动的机械能、化学能、重 力能和地球旋转能等转换而来的。 3、还有人认为地热是地球形成时的残 余热。
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• 地球上的原生水，是地球物质分异的产物。 目前火山喷发常有大量水汽从地下喷出便 是证明。 • 水圈是地球构成有机界的组成部分，对地 球的发展和人类生存有很重要的作用： （1）水圈是生命的起源地，没有水也就没有 生命。 （2）水是多种物质的储藏床——载体。 （3）水是改造与塑造地球面貌的重要动力。 （4）水是最重要的物质资源与能量资源，水 资源的多寡和水质的优劣直接关系着经济 发展与人类生存。
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• 二、地质学的特点、 研究方法及原则 • （一）地质学的特点 第一、时间悠久——46亿年；空间广阔— 壳、幔、核、大陆和海洋 第二、多因素相互制约的复杂性 第三、源于实践以服务于实践
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（二）地质学的研究方法 • 野外调查 • 室外实验与模拟实验 • 历史比较法（现实类比法）
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• 二、地球的内部圈层 • 地球内部圈层指从地面往下直到地球中心的 各个圈层，包括地壳、地幔和地核。
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• 为彻底搞清楚地球内 部状况，但目前世界 上深井记录为12262m （俄罗斯科拉半岛一 口深钻，施工期为 1970年至1986年）， 只占地球半径的1/530， 所以还不能用直接观 察的方法来研究地球 内部构造。
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（三）生物圈(Biosphere) 生物圈是指地球表面有生物存在并感受生命 活动影响的特殊圈层。 • 生物圈包括大气圈的下层，岩石圈的上层和 整个水圈，最大厚度可达数万米。 • 生物圈的核心部分为地表以上100m，水下 100m，也就是说大气与地面、大气与水面 的交接部位是生物最活跃的区域，其厚度约 为200m左右，因为在这个范围内具有适于 生物生存的温度、水分和阳光等最好的条件。
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大地水准体是指由平均海面所封闭的球 体形状。海面上的重力位各处都是相等的， 即海面在重力作用下是一个等位面，把这 个等位面延伸通过大陆，就形成一个封闭 曲面，这个曲面叫大地水准面。由于地球 表面有71％为海洋所占据，所以在一定程 度上讲，大地水准面代表了地球的形状， 而且这个面是一个实际存在的面。但它仍 然是介于旋转椭球体和地球真实形状之间 的一个中间形态。