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1、地质地貌基础第1页，本讲稿共66页地磁地球的电性大地电流地球的放射性放射性矿床核能有巨大的威力，1公斤铀原子核全部裂变释放出的能量，约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。一座100万千瓦的核电站，每年只需2530吨低浓度铀核燃料，而相同功率的煤电站，每年则需要有300多万吨原煤，这些核燃料只需10辆卡车就能运到现场，而运输300多万吨煤炭，则需要1000列火车。核聚变反应释放的能量更可贵。有人作过生动的比喻：1公斤煤只能使一列火车开动8米，1公斤铀可使一列火车开动4万公里；而1公斤氚化锂和氘比锂的混合物，可使一列火车从地球开到月球，行程40万公里。在汪洋大海里，蕴藏着二十万亿吨氘，它们的
2、聚变能可顶几万亿亿吨煤，可满足人类百亿年的能源需求。第2页，本讲稿共66页地热温泉、火山、岩浆、太阳辐射地核温度竟高达5000以上，火山爆发时，地球内部从几十公里深处喷射出来的岩浆，经过了长途跋涉来到地面，仍有1000以上高温，就是一个证明。地球内部蕴藏着难以想象的巨大能量。据估计，仅地壳最外层10公里范围内，就拥有1254亿亿亿焦热量，相当于全世界现产煤炭总发热量的2000倍。如果计算地热能的总量，则相当于煤炭总储量的1.7亿倍。有人估计，地热资源要比水力发电的潜力大100倍。可供利用的地热能即使按1计算，仅地下3公里以内可开发的热能，就相当于2.9万亿吨煤的能量。地球的弹性地震中传播地震波
3、，利用人工地震，了解地下的地质情况第3页，本讲稿共66页地质作用地壳自形成以来，一直是在不断的运动、变化和发展的，促使地壳的物质成分、构造和地面形态发生运动、变化和发展的各种作用，称为地质作用。地球的地质作用包括内动力地质作用和外动力地质作用。一切地质作用都以能量为基础，没有能量地质作用就不可能发生。由能量转化而成的，能够导致地质作用发生的力称为营力。第4页，本讲稿共66页来源于地球内部的能量称为地球的内能（放射能、重力能等）。以内能作为营力的地质作用称为内动力地质作用。内动力地质作用主要作用于地球的内圈并最终反映到地壳。来源于地球外部的能量成为外能，其相应的地质作用称为外动力地质作用。外动力
4、地质作用主要作用于地球的外圈和地球的表层系统。第5页，本讲稿共66页地质作用的主要形式地质作用内动力地质作用外动力地质作用地壳运动岩浆作用变质作用地震作用风化作用侵蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用第6页，本讲稿共66页内动力地质作用内动力地质作用是由地球内部的能量如地球的旋转能、重力能和放射性元素蜕变产生的热能所引起的，包括：地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震作用。1.地壳运动：地壳运动是指由地球内动力所引起的地壳岩石发生变形、变位（如弯曲、错断等）的机械运动。残留在岩层中的这些变形、变位现象叫做地质构造。在一定意义上又把地壳运动称为构造运动。第7页，本讲稿共66页地壳运动按其运动方向可以分为水
5、平运动和垂直运动两种形式。水平运动是指地壳或岩石圈块体沿水平方向移动，如相邻块体分离、相聚和错开，它使岩石产生褶皱、断裂，形成裂谷、盆地及褶皱山系。垂直运动指地壳或岩石圈相邻块体或同一块体的不同部分作差异性上升或下降，使某些地区上升形成山岳、高原，另一些地区下降，形成湖、河、盆地。第8页，本讲稿共66页第9页，本讲稿共66页第10页，本讲稿共66页第11页，本讲稿共66页第12页，本讲稿共66页第13页，本讲稿共66页第14页，本讲稿共66页2.岩浆作用地壳内部的岩浆，在地壳运动的影响下，向外部压力减小的方向移动，上升侵入地壳或喷出地面，冷却凝固成为岩石的全过程，称为岩浆作用。岩浆作用形成岩浆
6、岩，并使围岩发生变质现象，同时引起地形改变。第15页，本讲稿共66页3.变质作用由于地壳运动、岩浆作用等引起物理和化学条件发生变化，促使岩石在固体状态下改变其成分、结构和构造的作用，称为变质作用。变质作用形成各种不同的变质岩。4.地震作用由于地壳运动引起地球内部能量的长期积累，达到一定的限度而突然释放时，导致地壳一定范围的快速颤动。第16页，本讲稿共66页各种内动力地质作用相互关联，地壳运动可以在地壳中形成断裂，引发地震，并为岩浆活动创造通道。而地壳运动和岩浆运动都可能引起变质作用。由此可见，地壳运动在内动力地质作用中常起主导作用。第17页，本讲稿共66页外动力地质作用外动力地质作用可分为风化
7、作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。外动力地质作用主要发生在地表，它使地表原有的形态和物质组成不断遭受破坏，又不断形成新的地表形态和物质组成。外动力作用的方式一般按风化-剥蚀-搬运-沉积-硬结成岩的程序进行。第18页，本讲稿共66页1.风化作用风化作用是在温度变化、气体、水及生物等因素的综合影响下，促使地壳表层的岩石在原地发生破碎、分解的一种破坏作用。风化作用使岩石强度和稳定性大为降低并形成风化带。2.剥蚀作用剥蚀作用是将岩石风化破坏的产物从原地剥离下来的作用。它和风化作用是有区别的，它是指各种地质营力在运动过程中对地表岩石产生破坏，并把破碎分解了的产物剥离原地。第19页，本讲稿共6
8、6页3.搬运作用岩石经风化、剥离破坏的产物，被流水、风等介质搬运到其它地方的作用。它和剥蚀作用是同时进行的。4.沉积作用被搬运的物质，由于搬运介质的搬运能力减弱，搬运介质的物理化学条件发生变化，或由于生物的作用，从搬运介质中分离出来，形成沉积物的过程。地表的许多场所都可以发生沉积作用，如山坡脚、河谷、盆地、湖泊和海洋等都是沉积物发育的地方。其中，海洋是最广阔和稳定的沉积场所。第20页，本讲稿共66页5.成岩作用沉积下来的各种松散堆积物，在一定条件下，由于压力增大、温度升高以及收到某些化学溶液的影响，发生压密、胶结及重结晶等物理化学变化过程，使之固结称为坚硬岩石的作用，称为成岩作用。第21页，本
9、讲稿共66页外动力地质作用，一方面通过风化和剥蚀作用不断地破坏露出地面的岩石；另一方面又把高处剥蚀下来的风化产物通过流水等介质，搬运到低洼地方沉积下来重新形成新的岩石。外动力地质作用总的趋势是切削地壳表面隆起的部分，填平地壳表面低洼的部分，不断使地壳的面貌发生变化。第22页，本讲稿共66页外动力地质作用主要影响因素是气候和地形。潮湿气候区由于水量充足，风化作用进行的很彻底；干旱气候区则以物理风化和风的地质作用为主；冰冻气候区占统治地位的是冰川的地质作用。大陆以剥蚀作用为主，而海洋则以沉积作用为主。山区地形陡，地面流水的流速大，剥蚀作用强烈，而在平原则以沉积作用为主。第23页，本讲稿共66页内动
10、力地质作用总的趋势是形成地壳表层的基本构造形态和地壳表面大型的高低起伏，而外动力地质作用则是破坏内动力地质作用形成的产物，总是“削高填低”，形成新的沉积物，同时又进一步塑造了地表形态。地壳上升时，遭受剥蚀。地壳下降时，接受沉积。第24页，本讲稿共66页内动力地质作用与外动力地质作用紧密关联、相互影响，二者始终处于对立统一的发展过程中，成为促使地壳不断运动、变化和发展的基本力量。第25页，本讲稿共66页矿物与岩石岩石是天然产出的由一种或多种矿物按一定规律组成的自然集合体。（矿物集合体）是构成地壳和上地幔的物质基础。在工程上，岩石通常作为建筑物或构筑物的基础持力层，其物理学性质对这些工程建筑起着至
11、关重要的作用。地壳深部的液态岩浆沿地壳裂缝缓慢上升，在地壳深部形成的称为深成岩浆岩，在地壳浅部形成的称为浅成岩浆岩，岩浆喷出地表冷凝形成的称为喷出岩浆岩。火山灰沉积以及岩石风化以后经搬运沉积成岩作用形成的称为沉积岩。岩浆岩或沉积岩经过变质作用形成的称为变质岩第26页，本讲稿共66页地壳深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。从地表向下16公里范围内火成岩和变质岩的体积占95%。地壳表面以沉积岩为主，它们约占大陆面积的75%，洋底几乎全部为沉积物所覆盖。加拿大北部的变质岩阿卡斯卡片麻岩是保存完好的古老地球表面的一部分。放射性年代测定表明阿卡斯卡片麻岩有将近40亿年的年龄。最近，科学家在澳大利
12、亚西南部发现了一批最古老的岩石，它们的“年龄”约为43亿至44亿岁，是迄今发现的地球上最古老的岩石样本。目前在中国发现的最古老岩石是冀东地区的花岗片麻岩，其中包体的岩石年龄约为35亿年。第27页，本讲稿共66页第28页，本讲稿共66页1.岩浆岩岩浆岩亦称火成岩，它是由炽热的岩浆在地下或喷出地表后冷凝形成的岩石。岩浆的化学成分中，以氧最多，约占总重量的58%-65%，其次是硅。岩浆中含SiO2最富。岩浆岩中的化学成分直接影响岩浆岩的性质。按SiO2的含量可将岩浆岩划分为：酸性岩、中性岩、基性岩、超基性岩四类。第29页，本讲稿共66页岩浆岩的产状图第30页，本讲稿共66页第31页，本讲稿共66页岩
13、浆岩的结构岩浆岩的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状以及它们相互组合关系。岩浆岩的结构特征，是岩浆成分和岩浆冷凝时物理环境的综合反映。直接影响岩石的强度。1.按岩石中矿物结晶程度划分：全晶质结构：矿石全部由结晶质矿物组成，多见于深成岩和浅成岩中，如花岗石。半晶质结构：岩石由结晶质矿物和非结晶质矿物组成，多见于浅成岩和喷出岩，如流纹石。非晶质结构：岩石全部由非晶质矿物组成，又称玻璃质结构。为喷出岩所特有的结构。第32页，本讲稿共66页第33页，本讲稿共66页第34页，本讲稿共66页第35页，本讲稿共66页第36页，本讲稿共66页2.按岩石中矿物颗粒的绝对大小划分：显晶质结构：全部由结晶
14、颗粒较大的矿物组成，用肉眼或放大镜可以辨认。按矿物颗粒的粒径大小又可分为：粗粒结构：颗粒粒径大于5mm中粒结构：颗粒粒经15mm细粒结构：颗粒粒径0.11mm微粒结构：颗粒粒径小于0.1mm隐晶质结构：岩石全部由结晶微小的矿物组成，只有在显微镜下可识别，是浅成侵入岩和喷出岩中常有的一种结构。玻璃质结构：岩石全部由非晶质组成，均匀致密似玻璃，是喷出岩的结构。第37页，本讲稿共66页3.按岩石中矿物颗粒的相对大小划分：等粒结构：岩石中的矿物全部是显晶质颗粒，同种主要矿物结晶颗粒大小大致相等。等粒结构是深成岩特有的结构。不等粒结构：岩石中主要矿物的颗粒大小不等，且粒度大小成连续变化系列。斑状结构和似
15、斑状结构：岩石由两组直径相差甚大的矿物颗粒组成，其大晶粒散布在细小晶粒中，大的叫斑晶，细小的叫基质。基质为隐晶质及玻璃质的，称为斑状结构；基质为显晶质的，则称为似晶质结构。为浅成岩及部分喷出岩特有的结构。第38页，本讲稿共66页岩浆岩种类繁多，现有的岩浆岩名称已达1100多种。建筑材料中的花岗岩即为岩浆岩的一种。全晶质粒状结构，块状构造。是酸性深成岩，结构均匀，质地坚硬。抗压强度根据石材品种和产地不同而异，约为1000-3000公斤厘米。花岗岩不易风化，颜色美观，外观色泽可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨损，除了用作高级建筑装饰工程、大厅地面外，还是露天雕刻的首选之材。为良好的建筑地基及天然建
16、筑材料。第39页，本讲稿共66页2.沉积岩沉积岩是在地表和地下不太深的地方形成的地质体，它是在常温常压下，由风化作用、生物作用和某些火山作用所形成的松散沉积层，经过成岩作用形成的。沉积岩有以下特点：a)沉积岩是地质体，是在地质历史发展过程中形成的，在空间分布上有一定的位置和规律。b)沉积岩是在地表地质条件下形成的，因而与岩浆岩和变质岩有显著区别。c)沉积岩是松散沉积层经成岩作用方能成岩，松散沉积层与沉积岩有质的区别。沉积岩按体积约占岩石圈（16km厚）的5%，但在地表的分布面积很广，约占地球表面积的75%，是地表常见的岩石。第40页，本讲稿共66页沉积岩的形成沉积岩的形成一般经过了先成岩石（岩
17、浆岩、沉积岩、变质岩）遭受风化、剥蚀破坏，破坏产物被搬运至一定场所沉积下来，再固结成岩的过程。具体经过风化作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用四个阶段。1.风化作用：物理风化作用，机械破坏作用，不改变岩石的化学成分。热胀冷缩等化学风化作用，不但破坏岩石，还使岩石的化学成分发生变化。生物风化作用，表层岩石遭受生物活动影响的破坏。三种风化互相联系和影响，但在一定条件下以某一种为主，如寒冷地区主要由物理风化，潮湿炎热地区以化学风化为主。第41页，本讲稿共66页第42页，本讲稿共66页2.搬运作用流动的水体、风、冰川和重力等外力，把风化和剥蚀产物转移离开原地的作用称为搬运作用。拖曳搬运（粗粒）、悬浮搬运
18、（细颗粒）、溶液搬运。3.沉积作用机械沉积、化学沉积、生物和生物化学沉积。4.成岩作用使松散的沉积物转变为固结的沉积岩的过程称为成岩作用。第43页，本讲稿共66页成岩作用主要表现在以下几个方面：压固作用：指松散的沉积物在上覆沉积物及水体的重力下，水分大量排出，空隙度和体积减小逐渐被压实，发生固结，最终转变为沉积岩的过程。胶结作用：由充填在沉积物颗粒间空隙中的细矿物质将分散的颗粒黏结在一起，称为胶结作用。脱水作用：松散含水的沉积物随着上覆沉积物的增厚，所处环境的温度和压力在逐渐增高。在不断增高的温度和压力下，沉积物不仅会排出颗粒之间的附着水，而且胶体矿物和含水矿物也会失水而变成新的矿物，这种现象
19、称为脱水作用。重结晶作用：受温度和压力的作用，使某些矿物重结晶的过程。第44页，本讲稿共66页重结晶作用的结果，沉积物的空隙减少，密度增大，从而转变为坚硬的岩石。是固结成岩的主要方式。沉积岩的化学成分和岩浆岩很接近。沉积岩的层理结构。从总体上看，沉积岩的强度一般均低于火成岩。第45页，本讲稿共66页第46页，本讲稿共66页第47页，本讲稿共66页常见沉积岩类型砾岩：砾岩是由大小不等、性质不同、并且磨圆度较好的乱世堆积胶结而成的岩石。第48页，本讲稿共66页砂岩：砂岩是由各种成分的沙粒（直径在20.05mm之间）被胶结而成的岩石。砂岩的强度高，但遇水浸泡后强度则会大大降低。第49页，本讲稿共66
20、页粉砂岩：直径为0.050.005mm的颗粒第50页，本讲稿共66页3.变质岩由原先存在的岩石（火成岩、沉积岩或早期变质岩），在温度、压力、应力发生改变以及物质组分加入或带出的情况下，发生矿物成分、结构构造改变而形成的岩石即为变质岩。高温，增强元素的活力，引起矿物重新结晶。高温热源：岩浆侵入带来的热源；地下深处的热源；放射性元素蜕变的热源。高压,上覆岩层重力产生的静压力；构造运动引起的挤压力。使岩石变得更加致密坚硬。化学活动体流体。第51页，本讲稿共66页主要变质岩的特征板岩：具板状构造的浅变质岩。由黏土岩、粉砂岩经轻微变质所成。外表呈致密隐晶质，矿物颗粒很细，肉眼难以辨别。可作为房瓦、铺路等
21、建筑材料。第52页，本讲稿共66页大理岩：大理岩一般呈白色，如含有不同的杂质，则可呈现不同的颜色和花纹，磨光后非常美观。其中结构均匀，质地致密的白色细粒大理石，称为汉白玉。大理岩硬度不大，属于中硬度石材，易于开采加工。板材磨光后呈现出装饰性图案或色彩纹理，非常美观，可作室内外装饰材料。第53页，本讲稿共66页第54页，本讲稿共66页第55页，本讲稿共66页第56页，本讲稿共66页第57页，本讲稿共66页第58页，本讲稿共66页第59页，本讲稿共66页岩石的工程性状岩石作为建筑物地基或岩体和建筑材料，在应用时，必须注意影响其物理力学性质变化的因素。影响的因素是多方面的，主要有两方面：一是形成岩石
22、的组成成分、结构与构造及其成因等；二是风化和水等外部因素的影响。1.矿物成分：组成岩石的矿物是直接影响岩石基本性质的主要因素。对于岩浆岩来说，其由结晶良好、晶粒较粗的岩基和侵入体组成，具有较高的强度特性；细粗晶或非晶质喷发岩类强度较低；由基性矿物组成的岩石比酸性矿物的相对密度大；含白云母、黑云母、角闪石等成分的岩石，容易风化，强度相对较低。第60页，本讲稿共66页沉积岩则与组成掩饰的颗粒成分及胶结物的强度有关，由石英和硅胶结的砂岩远比细颗粒黏土矿物和泥质胶结的页岩的强度大。变质岩的强度则与原岩的成分有关。2.结构岩石的结构特征大致分为两类：一类是结晶联结的岩石；另一类是胶结联结的岩石。晶结类联
23、结力强，孔隙率小，重度大，吸水率变化范围小，具有较高的强度。第61页，本讲稿共66页各类岩石的工程地质性质1.岩浆岩深成岩具结晶联结，晶粒粗大均匀，力学强度高，裂隙率小、一般透水性较弱、抗水性强。岩体大、整体稳定性好，故一般是良好的建筑物地基和天然建筑石材。浅成岩也是较好的建筑地基，但次于深成岩。喷出岩其力学强度也高，但多气孔，透水性高，切岩体厚度小，对地基的均一性和整体稳定性有一定影响。第62页，本讲稿共66页加工好的成品饰面石材，其质量好坏可以从以下三方面来鉴别：一观，即肉眼观察石材的表面结构。一般说来均匀的细料结构的石材具有细腻的质感，为石材之佳品；粗粒及不等粒结构的石材其外观效果较差，
24、力学性能也不均匀，质量稍差。另外天然石材中由于地质作用的影响，常在其中产生一些细脉和微裂隙，石材最易沿这些部位发生破裂，应注意剔除。至于缺棱少角更是影响美观，选择时尤应注意。二听，即听石材的敲击声音。一般而言质量好的、内部致密均匀且无显微裂隙的石材，其敲击声清脆悦耳；相反若石材内部存在显微裂隙或细脉，或因风化导致颗粒间接触变松，则敲击声粗哑。三试，即用简单的试验方法来检验石材质量好坏。通常在石材的背面滴上一小滴墨水，如墨水很快四处分散浸出，即表示石材内部颗粒较松或存在显微裂隙，石材质量不好；反之则说明石材致密，质地好。多数石材是有等级之分的。花岗岩石材没有彩色条纹，多数只有彩色斑点，还有的是纯色。其中矿物颗粒越细越好。第63页，本讲稿共66页第64页，本讲稿共66页2.沉积岩的工程地质性质沉积岩按其结构特征可分为碎屑岩、泥质岩及生物化学岩。火山碎屑岩的类型复杂，其中粗粒碎屑岩的工程地质性好，接近于岩浆岩。细粒的由细小火山灰组成，质软，水理性质甚差，为软弱岩层。沉积碎屑岩的工程地质性质一般较好。黏土岩和页岩的性质相似，抗压强度低，受力后变形大，浸水后易软化和泥化。第65页，本讲稿共66页3.变质岩的工程地质性质其工程性质与原岩有密切关系。第66页，本讲稿共66页