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土力学与地基基础. 主讲 : 李椋京. 第一章 地质基础知识. 第一节 地球层圈构造和地表形态. 第一节 地球层圈构造和地表形态. 一、 地球外部层圈及其主要特征. 46 亿年。地球大致以地壳表层为界限分为地球内部层圈和地球外部层圈。内、外部层圈又进一步分成 6 个不同的层圈。 （一） 大气圈 大气圈是地球的最外圈。根据气温垂直变化，从下而上将大气圈进一步分为对流层、平流层（同温层）、中间层、暖层（电离层）、散逸层。
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土力学与地基基础 主讲:李椋京
第一节 地球层圈构造和地表形态 第一节 地球层圈构造和地表形态
一、 地球外部层圈及其主要特征 • 46亿年。地球大致以地壳表层为界限分为地球内部层圈和地球外部层圈。内、外部层圈又进一步分成6个不同的层圈。 • （一）大气圈 • 大气圈是地球的最外圈。根据气温垂直变化，从下而上将大气圈进一步分为对流层、平流层（同温层）、中间层、暖层（电离层）、散逸层。 • 1、对流层是大气圈的最低层，下界为地表，上界为平流层底，厚约9－17公里，两极最薄，赤道最厚，在气候变化中起着重要的作用。对流层的大气就是空气。 • 2、平流层是对流层顶部至大约50公里高空的大气层，它的特点是大气以水平运动为主，其温度基本上不受地面温度的影响，平流层中存在大量的臭氧，成为地球生物的天然保护层，使生物免受紫外线的伤害。
（二）水圈 • 固体地球表面包围着一层水体即水圈。它大部分汇聚于海洋里，其它部分分布于大陆上的湖泊、河流、冰川、土壤和浅部岩石的孔隙中，构成一个不甚规整而基本连续的水圈。海水占97.2％，其它大陆水体占2.8％。在大陆水体中，极地和高山的冰雪约占其体积的78.6％，其余不足1／4的水为地下水、湖泊水和河流水体。 • 地球上的水以气、液、固三相态的形式赋存于大气、地表和地下，它不断地蒸发、凝结、降水、径流等方式交替移动，形成水分循环系统，这种循环在塑造地表形态的作用中起极其重要的作用。
（三）生物圈 • 生物圈是由地球表层生命物质即生物——动物、植物和微生物组成的一个封闭的层圈，也就是有机体的分布和活动的地球外圈，包括了近地表的大气圈和地壳表层，以生物生存的最大高度（约10公里）和最大深度（约3公里）为其上下界线。出现于33亿年前，现在大约有100多万种动物、30多万种植物和数十万种微生物。
二 地球内部层圈及其主要特征 （一）地壳（Crust） （二）地幔（Mantle) （三）地核（Core）
（一）地壳（Crust） • 固体地球在莫霍面以上的部分称为地壳，它厚约33公里（大陆）或7公里（深海），总平均厚度16公里，大致为地球半径的1／400，仅是地球表层的一层薄壳。大陆地壳可分为上下两层，上层为花岗岩质层或硅铝层；下层为玄武岩质层或硅镁层。
（二）地幔（Mantle） • 地幔即中间层，该层上界为莫崔面，下界为古腾堡面，厚约2900公里，按体积比约占整个地球的82.3％，按质量比则占67.8％，因此它是地球的主体部分，且基本上由固态物质组成，密度大于3.5，从莫霍面以下到大约1000公里深处，称上地幔，1000－2900公里深处称下地幔。上地幔上部约90－400公里处存在一个软流层，为低速，将其上固态岩石上地幔上部和地壳统称为岩石圈。
（三）地核（Core） • 地核是以古腾堡面为顶界面直到地心的地球中心部分，其厚度约3473公里，占地球总体积16.3％，占总质量约l／3。根据地震波速度变化情况可将地核分为外核、过渡层和内核三部分。其物质组成推测为铁、镍为主，并含少量硫、硅元素。
三、地球形状和地表形态特征 • 地球形状大小的主要数据如下： • 赤道半径（A）6378.16公里 • 两极半径（C）6356.755公里 • 扁率（A － C）／A =1／298.25 • 赤道周长40075.24公里 • 子午线周长40008.08公里 • 表面积510070100平方公里 • 体积1083157900000立方公里
（二）固体地球表面的一般特征 • （1）山地 • 山地是指绝对海拔高程较高（大于500米）、地形起伏较大、相对高程在200米以上的地区。一般海拔500－1000米为低山，1000－3500米为中山，大于3500米者为高山。山体呈线状分布的山地称山脉，如福建的武夷山脉、新疆的天山山脉。
（2）丘陵 • 丘陵指有一定起伏的低矮地区，一般海拔在500米之下，相对高差不超过200米，地形特征介于山地和平原之间。如福建大部分地区属于丘陵地形。
（3）平原 • 平原指面积较大、地势平坦或略有起伏的地区。其海拔小于200米，内部相对起伏（高差）不超过数十米。如我国华北平原、长江中下游平原。典型的平原多为冲积平原，；还有一些少数不很典型的平原，其上面松散沉积物层较薄，许多基岩直接出露，这些地区不像冲积平原那样平，常有低丘，如福建沿海小平原。
（4）高原 • 高原是海拔高度较大（大于600米）、表面较为平坦或略有一定的起伏的广阔地区。世界著名的有青藏高原、蒙古高原、巴西高原等。
（5）裂谷系统 • 大陆上有些宏伟的线状低洼谷地，这是地壳上被拉张而裂开的地区。平面呈近90或更大角度的“之”字型曲折延伸，且常有分枝、合并的现象。这类谷地称为裂谷或裂谷系统。它宽30－50公里或更宽，两壁或一壁多为陡峭的断崖，中间为低凹下陷的谷地。世界最著名的裂谷是东非大裂谷。
2、海底表面的形态特征 • 海底面积占地表71％，它具有比大陆更广阔更年轻的平原，也有更为险峻更宏伟的的山脊和海沟。根据海底地形的基本单元特征，可以将海底分为海岭、海沟、大洋盆地、大陆边缘等地形单元。
2、海底表面的形态特征 • （1）海岭（Range） • （2）海沟（Trench） • （3）大洋盆地（Oceon Basin） • （4）海山（Seamount） • （5）大陆边缘 • （6）大陆架（Continental Shelf） • （7）大陆坡（Continental Slope） • （8）大陆基（Continental Rise）
第二节 地质作用概述 • 一、地质作用概念 • 二、地质作用的动力能及来源 • 三、地质作用基本类型
—、地质作用概念 • 在自然界所发生的一切可以改变固体地球物质组成、构造和地表形态的作用，统称为地质作用。 • 猛烈的地质作用地震、火山喷发、山洪和泥石流；缓慢的地质作用岩石风化、海陆变迁、山脉隆起、地面下陷等。
二、地质作用的动力能及来源 • （一）内部能 内部能来自地球本身的能，包括重力能、地热能、旋转能等。 • （二）外部能 外部能主要是来自地球以外的太阳辐射能和日、月引力能。
三、地质作用基本类型 • 根据地质作用的动力能来源和作用的主要部位，可分为内动力地质作用（简称内力地质作用或内力作用）和外动力地质作用（简称外力地质作用或外力作用）两大类型（表1－2－l）。
（—）内动力地质作用 • 内动力地质作用即以地球内部能为动力能而产生的地质作用，它主要在地下深处进行，并波及地表，主要包括构造运动、地震作用、岩浆作用和变质作用等。
（二）外动力地质作用 • 以外部能为主要能源，并在地表或地表不太深的部位（即近地表）进行的地质作用，称为外动力地质作用。
第四节 岩石 • 岩石（Rock）是矿物的集合体，它是在地壳和上地幔由各种地质作用形成的，由一种和多种矿物或玻璃质等组成的，具有稳定外形的固态集合体。它不包括元定形的泥、砂等松散物及各种气、液体。
一、岩浆岩（Magmatic Rock） • 1、岩浆岩，也称火成岩。 • 根据对现代火山直接观测表明，地下深处有炽热的硅酸盐熔融体，即岩浆；岩浆在巨大的压力作用下，总是向地壳薄弱的地带或断裂处这些压力小的地方流动，并循裂隙侵入地壳，甚至力图冲出地表；在岩浆侵入地壳的过程中，岩浆本身的温度、压力在降低变小，其物质成分也不断地结晶和分异。当岩浆侵入到地壳而未达到地表就冷凝成岩的作用，称为侵入作用，其形成的岩石称侵入岩；若岩浆喷出地表（火山喷发）后冷凝成岩的作用，称为喷出作用或火山作用，其形成的岩石称喷出岩（狭义的火山岩）。
（l）花岗岩 该岩石颜色较浅，一般浅肉红色、灰白色，中粗粒半自形粒状结构（又称花岗结构），少数似斑状结构，块状构造为主。主要矿物为石英（大于20％）、碱性长石（含量一般占长石总量2／3及以上）、中酸性斜长石；次要矿物有黑云母、角闪石等，含量一般小于5％；副矿物有锆石、磷灰石、榍石等。该类岩石在福建沿海广布，属酸性侵人岩。 （2）流纹岩 该岩石颜色多为浅色，如浅灰、灰红、粉红、黄白色等，少数为深灰或砖红色；斑状结构、隐晶质结构或玻璃质结构，流纹构造、块状构造或气孔构造。新鲜的流纹岩常具瓷状断口或贝壳状断口。它属于酸性喷出岩。除流纹岩外，其它酸性喷出岩还有英安岩、黑曜岩、珍珠岩、松脂岩等常见，在福建均有分布。 （三）常见岩浆岩类型及岩石学特征
（3）辉长岩 该岩石颜色以灰黑、深绿色为主，中粗粒半自形粒状结构（又称辉长结构），块状构造、条带状构造，属基性侵人岩。 辉绿岩在福建多以脉状浅成侵人于中生代火山岩中。 （4）玄武岩 该岩石颜色总体上较深，以黑、绿、灰绿、暗紫色等为主，矿物成分同辉长岩，以辉石和基性斜长石为主。其结构以斑状结构或无斑隐晶结构为主，也有半晶质和玻璃质结构（较少），常见的斑晶为橄榄石（常蚀变变成伊丁石）、斜长石、辉石等，基质多为隐晶质；气孔构造及杏仁构造普遍发育，有时枕状构造、块状构造，有的厚层状玄武岩还有十分发育的柱状节理（如福建龙海牛头山火山口的玄武岩具典型的柱状节理，现已开发为国家级地质公园）。
二、沉积岩 • 沉积岩是在地表或地表以下不太深的部位形成的地质体。它是在常温常压下，由母岩的风化产物或由生物作用和某些火山作用所形成的物质，经过搬运、沉积、沉积成岩等地质作用而形成的层状岩石。如砂岩、粉砂岩、泥岩、石灰岩等都是常见的沉积岩。
(六) 常见沉积岩岩石类型及主要鉴定特征 • （1）砾岩 • （2）砂岩 • （3）粉砂岩 • 粉砂岩分布很广，我国很多杂色岩层、红层均为粉砂岩层。它是在水动力条件较弱、沉积速度缓慢、环境较安定的情况下形成的，多产于河漫滩、三角洲、泻湖及湖海较深处。 • （4）粘土岩 • （5）石灰岩福建石灰岩主要分布于西部地区石炭、二叠系地层中。 • 沉积岩石除上述典型类型外，常常有过渡性的岩石，如砂质泥岩、砂质砾岩等。 • （6）火山碎屑岩
三、变质岩 • （—）变质岩及变质作用概述 • 变质岩是由变质作用形成的岩石。它是地壳中已形成的岩石，在特定的物理化学条件下，其矿物成分和结构构造发生转变而形成新的岩石类型。这种由地球内力作用引起的，原岩产生变化和再造的地质作用，称为变质作用。 • 变质作用不同于岩浆作用，因为变质作用形成过程一般是在温度和压力升高的条件下进行的，岩石的一切变化和再造基本上是在固态下进行的；而岩浆作用则是由硅酸盐高温熔融体经冷凝或结晶转变成固态岩石的过程。 • 变质作用也不同于风化作用，因为风化作用发生于地表或近地表的环境，以及在常温、常压的条件下的一种外力地质作用，而变质作用则是在地表以下较深的地带，通常是在高温高压等条件下进行的，而且它不包括成岩阶段中岩石的一切变化。 • 中国北方有大量的变质岩分布，福建变质岩仅见于闽西、闽北地区晚元古代至奥陶纪一些地层及沿海动力变质带中，且少量分布。
（二）变质岩化学成分 • 变质岩化学成分与原岩密切相关，在没有其它组分参与的条件下，完全取决于原岩成分。总体上说，主要由Sj、Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、P等氧化物及组成，但在不同变质岩中成分变化很大。 • 科学研究表明，具有相同的化学成分的原岩，在不同的变质条件下所形成的一系列不同的变质岩，称等化学系列；而化学成分不同的原岩，在相同的变质条件下，形成各种不同的变质岩，称等物理系列。
（五）变质岩分类及常见变质岩的特征 • 变质岩分类很复杂，一般先根据变质作用的类型，将变质岩分为接触变质岩、气液变质岩、动力变质岩、区域变质岩、混合岩等大类，每大类又分为许多类型。就全球分布来讲，区域变质岩最多，如板岩、千枚岩、片岩、片麻岩（见表1—4－13）。 • 常见的主要变质岩：
1、角岩 2、大理岩 3、石英岩 4、板岩 5、千枚岩 6、片岩 7、片麻岩 8、混合花岗岩 变质岩分类
第五节 地质年代 • —、相对地质年代 • 二、绝对地质年代
