放射性地質(zhì)試驗(yàn)教學(xué)示范中心

1、放射性地質(zhì)試驗(yàn)教學(xué)示范中心地球是這樣的偉大，它幾乎是茫茫宇宙中唯一孕育高級(jí)生命的星體；地球是這樣的復(fù)雜，對(duì)她的研究要用到集中人類最高智慧的新科技手段，所以有“入地比上天還難”之說(shuō)。 一、太陽(yáng)系概況 太陽(yáng)系形成至今至少有46億年，這一點(diǎn)已被公認(rèn)。然而，太陽(yáng)系的成因尚屬探討中的問(wèn)題。太陽(yáng)系由何而來(lái)？至今已有五十多種不同的學(xué)說(shuō)或假設(shè)，但就其實(shí)質(zhì)而言，大致可歸結(jié)為兩大陣壘-災(zāi)變說(shuō)和星云說(shuō)。 災(zāi)變說(shuō)的實(shí)質(zhì)是認(rèn)為太陽(yáng)系大體是在一次突然的巨大的劇變中產(chǎn)生的，太陽(yáng)先于行星和衛(wèi)星形成； 星云說(shuō)則主張整個(gè)太陽(yáng)系包括太陽(yáng)都是由同一塊星云物質(zhì)凝聚而成的。 第一節(jié) 地球概況（1）康德-拉普拉斯星云說(shuō) 太陽(yáng)系星球物質(zhì)，初

2、時(shí)都是大量基本微粒，充滿整個(gè)宇宙空間。由于萬(wàn)有引力作用，使這些原始彌漫的星云物質(zhì)逐漸分別凝聚，從而形成包括地球在內(nèi)的太陽(yáng)系各天體。 （2）斯密特俘獲說(shuō) 原始太陽(yáng)隨銀河系公轉(zhuǎn)，在經(jīng)過(guò)有大量星際物質(zhì)彌漫的空間時(shí)，將它們吸引在周圍，成為行星的物質(zhì)來(lái)源，逐漸形成包括地球在內(nèi)的九大行星。 （3）布逢碰撞說(shuō) 銀河系中一顆快速運(yùn)動(dòng)的恒星撞擊原始太陽(yáng)，濺起大量物質(zhì)，成為行星的物質(zhì)來(lái)源，積聚形成包括地球在內(nèi)的九大行星。 （4） 金斯潮汐說(shuō) 在另一顆恒星經(jīng)過(guò)太陽(yáng)旁邊時(shí)，把太陽(yáng)物質(zhì)吸引出來(lái)形成一條狀星云，后來(lái)此條狀星云在環(huán)繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)中，分裂凝聚增大密度而成行星。外來(lái)星太陽(yáng)太陽(yáng) 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可能揭開(kāi)宇宙起源之謎 位

3、于瑞士日內(nèi)瓦近郊?xì)W洲粒子物理研究中心，由34國(guó)超過(guò)兩千位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室共同出資合建。 包含一個(gè)圓周為27km的圓形隧道，位于地下50至150m之間。隧道直徑3m，位于同一平面上，貫穿瑞士與法國(guó)邊境。 一旦大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，大約7000 塊磁鐵被液氦冷卻到絕對(duì)溫標(biāo)以下，維持在超導(dǎo)狀態(tài)運(yùn)行，引導(dǎo)并聚焦著兩個(gè)質(zhì)子束流。質(zhì)子束流的速度可達(dá)光速的99.9999991%。每個(gè)質(zhì)子攜帶的能量將達(dá)到7萬(wàn)億電子伏特，相當(dāng)于質(zhì)子靜止質(zhì)量所含能量的7000倍（參照愛(ài)因斯坦質(zhì)能公式E= mc2）。 空中俯瞰歐洲核子研究中心太陽(yáng)系(solar system):太陽(yáng)、8(9)顆行星、66顆衛(wèi)星及無(wú)數(shù)的小

4、行星、彗星及隕星組成行星: 水星（mercury）、金星（venus）、地球（earth）、火星（mars）、木星(jupiter)、土星（saturn）、天王星（uranus）、海王星（neptune）和冥王星（pluto?）類地行星(terrestrial planets): g/cm3），體積小，自轉(zhuǎn)慢，衛(wèi)星少，內(nèi)部成分主要為硅酸鹽（silicate），具有固體外殼。類木行星(jovian planets): 離太陽(yáng)較遠(yuǎn)的木星、土星、天王星、海王星及冥王星，它們都有很厚的大氣圈，其表面特征很難了解，一般推斷，它們都具有與類地行星相似的固體內(nèi)核。小行星（asteroid）：在火星與木星之間

5、有100000個(gè)以上的小行星（即由巖石組成的不規(guī)則的小星體），推測(cè)它們可能是由位置界于火星與木星之間的某一顆行星碎裂而成的，或者是一些未能聚積成為統(tǒng)一行星的石質(zhì)碎塊。隕星：存在于行星之間，成分是石質(zhì)或者鐵質(zhì)。 太陽(yáng)系主要天體特征 1. 對(duì)地球的認(rèn)識(shí)地球人在地球上生存、繁衍了許多萬(wàn)年，但地球人只是最近才看到作為行星的地球。自1961“太空麥哲倫”加加林（Gagarin）的首次環(huán)球飛行之后，在1969年人類才得以在電視屏幕上目睹從月球上拍攝的地球。 二、地球的形狀和大小地球的形狀指大地水準(zhǔn)面所圈閉的形狀。所謂大地水準(zhǔn)面是指由平均海平面所構(gòu)成并延伸通過(guò)陸地的封閉曲面。地球的整體形狀十分接近于一個(gè)扁率

6、非常小的旋轉(zhuǎn)橢球體（即扁球體）。其實(shí)，地球的真實(shí)形狀與上述扁球體稍有出入。其南半球略粗、短、南極向內(nèi)下凹約30m；北半球略細(xì)、長(zhǎng)，北極約向上凸出10m?？鋸埖卣f(shuō)，地球的真實(shí)形狀略呈梨形。（1975年9月第十六屆國(guó)際大地測(cè)量和地球物理學(xué)會(huì)（UYGG）推薦和1980年公布的部分大地測(cè)量常數(shù)值） 赤道半徑（a）兩極半徑（c）公里平均半徑（a2c）公里扁率（d=a-c/c）赤道周長(zhǎng)公里子午線周長(zhǎng)公里表面積5.1007108平方公里體積1.08321012立方公里地球質(zhì)量（M）（土）1024kg2. 地球形狀和大小的最新數(shù)據(jù)平均密度: e = 5.515 克/厘米3太陽(yáng)與地球質(zhì)量比: 太陽(yáng)與地月系質(zhì)量比

7、: 回歸年長(zhǎng)度: T = 365.2422 天離太陽(yáng)平均距離: A = 1.49597870 1011 米逃逸速度: v = 11.19 公里/秒表面溫度: t = - 30 +45表面大氣壓: 毫巴三、地殼的表面特征（一）宏觀特征 總面積 占地球表面積 海洋： 億km2 70.9%陸地： 億km2 29.1%地球表面（地球固體外殼表面）高低不平海洋底的平均深度3795m大陸的平均高度825m大洋最深處在西太平洋的馬利亞納海溝11034m大陸上最高點(diǎn)在我國(guó)的珠穆朗瑪峰（二）大陸地形單元 1.山地 海拔高度在500米以上的正地形。 山地高程分類表2. 平原：相對(duì)高差低于100米的平坦地區(qū)。3.

8、高原：海拔大于600米，表面較平坦或略有起伏的廣闊地區(qū)，如青藏高原。4. 盆地：四周是山地或高原，中央地形低平或呈丘陵?duì)畹牡貐^(qū)，外形似盆狀的地形，如四川盆地、塔里木盆地。. 裂谷系：伸延上千公里，寬僅3050km的線形低地，兩壁或一壁多為斷崖，如東非裂谷系，我國(guó)汾渭裂谷。（三）海底地形單元按深度和形態(tài)分為三大單元：大陸邊緣 大洋盆地 洋中脊 大陸邊緣1. 大陸架（陸棚）：海面以下-200米深的海底平原，坡度一般小于0.1。2. 大陸坡：是大陸架外緣傾斜明顯變陡的地帶，平均坡度為4.3，最大坡度超過(guò)20，最大深度3200米，大陸坡上常發(fā)現(xiàn)呈“V”字形的海底峽谷，峽谷通向大洋盆地，多發(fā)育有巨大的水

9、下沖積扇。3. 大陸基：是大陸坡與大洋盆地之間的平緩地帶，平均深度約3700米。這地帶多是濁流和滑塌作用帶來(lái)的碎屑物質(zhì)的主要堆積場(chǎng)所。有海溝發(fā)育的地帶就沒(méi)有大陸基。4. 海溝：海底的帶狀深淵。5. 島?。撼驶⌒窝由旌荛L(zhǎng)的火山列島。 可進(jìn)一步分為深海平原、海山和海嶺。大洋盆地屹立在大洋底上的巨大“山脈”，有的地段露出海面而成帶狀分布的島嶼。 例如：著名的大西洋中脊，由北極冰島印度洋，總長(zhǎng)度約65000公里，洋中脊底部平均寬度約1500公里，其上部由平行山脊組成一個(gè)高中心帶，中央有一條裂谷（大西洋洋中脊典型橫剖面圖），裂谷寬約20公里，深度約10002000米。洋中脊（四）我國(guó)地形特點(diǎn)我國(guó)為多山多

10、高原國(guó)家，地形復(fù)雜，地勢(shì)特點(diǎn)是西高東低。從西東可分三個(gè)臺(tái)階： 第一臺(tái)階：青藏高原 第二臺(tái)階：大興安嶺太行山雪峰山一線以西地區(qū)，由 高原高山、山間盆地組成。 第三臺(tái)階：大興安嶺太行山雪峰山一線以東地區(qū)，主要由平原，盆地，低山丘陵組成。四、地球的物理性質(zhì)（一）地球的密度和重力 地球的質(zhì)量是根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的，用地球的質(zhì)量除以地球的體積，便可得出g/cm3，而g/cm3，由此推測(cè)地球內(nèi)部必有密度更大的物質(zhì)。 地球的重力一般是指地球?qū)Φ乇砗偷貎?nèi)物質(zhì)的引力，主要由于萬(wàn)有引力造成 。重力值是地心引力與離心力的合力 若把地球物質(zhì)密度看作是橫向均一的話，就可得出，赤道附近距離最大引力最小，離心最大，重

11、力值最小；兩極附近距離最小，引力最大，離心最小，重力值最大。因此，地表重力值，隨緯度增加而增大，隨地表高度的增加而減小。據(jù)計(jì)算：在兩極，重力比赤道地區(qū)大0.53，也就是說(shuō)把在兩極重100kgkg。 理論值變化范圍厘米/秒2 重力異常：當(dāng)實(shí)測(cè)重力值與理論計(jì)算的重力值不一致時(shí)，稱重力異常。 重力勘探：利用重力來(lái)探測(cè)地下的礦產(chǎn)、構(gòu)造等。正異常：g實(shí)測(cè)g理論 密度大 如 ：Fe、u、b等金屬礦床負(fù)異常：g實(shí)測(cè)g理論 密度小 如 ：煤、石油、鹽類等礦床 1. 地磁場(chǎng)和地磁要素地磁場(chǎng)：地球周圍空間存在的磁場(chǎng)稱為地磁場(chǎng)。地磁場(chǎng)三要素：磁偏角、磁傾角、磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁偏角：地磁極與地理極不相吻合，地磁子午線與地理

12、子午線之間的夾角，稱為磁偏角。 東偏角以指北針為準(zhǔn)，偏在地理子午線東邊者，稱為東偏角。 西偏角以指北針為準(zhǔn)，偏在地理子午線西邊者，稱為西偏角。我國(guó)疆域內(nèi)地磁偏角為西偏角。磁傾角：總磁場(chǎng)強(qiáng)度方向與水平面的夾角稱為磁傾角?；虼裴樑c水平面間的夾角稱為磁傾角。 （二）地磁2. 地磁異常正常值（正常磁場(chǎng)）：在全世界范圍內(nèi)選擇若干個(gè)地磁測(cè)站，測(cè)得該處的基本地磁要素?cái)?shù)據(jù)，然后再據(jù)以推算出全世界的基本地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，稱為正常值。磁異常：實(shí)測(cè)地磁要素?cái)?shù)值與正常值明顯不一致，這種現(xiàn)象叫地磁異常（簡(jiǎn)稱磁異常）。 地磁正異常：實(shí)測(cè)地磁要素大于正常值叫正異常。 地磁負(fù)異常：實(shí)測(cè)地磁要素小于正常值叫負(fù)異常。古地磁：是指地質(zhì)歷

13、史時(shí)期的地磁場(chǎng)。（三）地?zé)?地?zé)幔旱厍騼?nèi)部的熱能。地球內(nèi)部的熱能的主要來(lái)源是放射性元素衰變過(guò)程中釋放的熱能，其次是地球的轉(zhuǎn)動(dòng)能、重力能以及化學(xué)反應(yīng)能、結(jié)晶能等。地球內(nèi)部熱力分層：外熱層（變溫層）、常溫層和內(nèi)熱層。外熱層（變溫層）：為地球的表層，其熱量絕大部來(lái)自太陽(yáng)，年變化影響深度一般為1020米。常溫層：指外熱層的下界與內(nèi)熱層的上界范圍內(nèi)，該帶的地溫大致保持在當(dāng)?shù)氐孛婺昶骄鶞囟茸笥?，其深度大約在地表以下1530米。內(nèi)熱層（增溫層）：指常溫層以下的地球內(nèi)部，其特點(diǎn)是地溫隨深度的增加而逐漸增高。 地?zé)嵩鰷芈剩ɑ虻販靥荻龋褐干疃让吭黾?00米時(shí)所升高的溫度，以表示，地球的平均地溫梯度為3。地?zé)嵩鰷?/p>

14、的規(guī)律只適用于地殼部分或巖石圈，據(jù)地球物理資料推斷，整個(gè)地球的平均溫度約為2000。彈性表現(xiàn)： .固體潮（球體形狀一段時(shí)期變化，另一段時(shí)期恢復(fù)原狀）塑性表現(xiàn)： 1.地球正固體橢球體，長(zhǎng)軸與旋轉(zhuǎn)軸垂直 2.巖層褶皺、柔皺、蠕變 作用速度快，持續(xù)時(shí)間短，表現(xiàn)為彈性。 作用速度緩慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，表現(xiàn)為塑性。 （五）地球的彈和塑性 地球是一個(gè)由不同狀態(tài)與不同物質(zhì)的同心圈層所組成的球體。這些圈層可以分成內(nèi)部圈層與外部圈層，即內(nèi)三圈與外三圈。 外三圈包括大氣圈、水圈和生物圈；內(nèi)三圈包括地殼、地幔和地核。第二節(jié) 地球的圈層結(jié)構(gòu)地球各圈層質(zhì)量一、地球的外部圈層 大氣圈、水圈、生物圈 （Atmosphere、H

15、ydrosphere、Biosphere） （一）大氣圈Atmosphere 大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，它包圍著海洋和陸地。 大氣圈沒(méi)有確切的上界，在200016000 公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子。在地下，土壤和某些巖石中也會(huì)有少量空氣，它們也可認(rèn)為是大氣圈的一個(gè)組成部分。 地球大氣圈氣體的總質(zhì)量約為5.1361021克，相當(dāng)于地球總質(zhì)量的百萬(wàn)分之0.86。由于地心引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度范圍內(nèi)，其中75的大氣又集中在地面至10公里高度的對(duì)流層范圍內(nèi)。1. 分層：根據(jù)氣溫的垂直變化和密度狀況，把大氣圈自下而上分為五層，與我們關(guān)系最密切的是對(duì)流層，其次

16、是平流層。 2. 成分：地球大氣的主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04比例的微量氣體。（1）供給地球上生物生活所必須的碳、氫、氧、氮等元素。（2）保護(hù)生物的生長(zhǎng)，使其避免受到宇宙射線的危害。（3）防止地球表面溫度發(fā)生劇烈的變化和水分的散失，如若沒(méi)有大氣圈，地球上將不會(huì)存在水分。（4）一切天氣的變化，如風(fēng)、雨、雪、雹等都發(fā)生在大氣圈中。（5）是地質(zhì)作用的重要因素。（6）與人類的生存和發(fā)展關(guān)系密切。大氣容易遭受污染，大氣環(huán)境的質(zhì)量直接關(guān)系著人類健康。 3. 作用（二）水圈Hydrosphere水圈：地球表面連續(xù)而不規(guī)則的水體稱為水圈。自然界的水以氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)三種形式存在于大氣圈、生物圈

17、、海洋與大陸表層之中。其中，海洋水約占，大陸表面水約占，地下水為，大氣水占。地球表面的水蒸發(fā)到大氣圈，大氣圈內(nèi)的水氣凝聚成雨、雪降落到地表，補(bǔ)給地表水及地下水，構(gòu)成水圈的大循環(huán)。產(chǎn)生三個(gè)重要結(jié)果： 1. 源源不斷地制造淡水供給陸地； 2. 凈化了空氣和大自然； 3. 通過(guò)河流將陸地表層及溶解物質(zhì)送入海洋。地球上的水循環(huán)（三）生物圈 Biosphere生物圈：是由生物及其生命活動(dòng)的地帶所構(gòu)成的連續(xù)圈層。即地球表層由生命物質(zhì)的一圈。在大氣圈、水圈和地殼表層的土壤和巖石里，都有生物存在。自從地球上出現(xiàn)生物以來(lái)，生物的活動(dòng)特別是人類的活動(dòng)，對(duì)地球表面的改造十分明顯。 10公里高空、3公里深處，水圈中都

18、有生物，界線不截然。 生物的出現(xiàn)在水、氣圈形成之后。由于存在地球大氣圈、地球水圈和地表的礦物，在地球上這個(gè)合適的溫度條件下，形成了適合于生物生存的自然環(huán)境。 生物是外動(dòng)力地質(zhì)作用中比較活躍的因素。一方面自身作為動(dòng)力參于，另一方面間接改變環(huán)境2、CO2含量，影響外動(dòng)力地質(zhì)作用。 地殼、地幔和地核 （Earth Crust, Mantle, Earth Core） 目前最深的鉆10km相對(duì)于6371km半徑來(lái)說(shuō)微乎其微，對(duì)地球內(nèi)部了解主要借助于地震波研究成果及對(duì)隕石研究等。 地震波的傳播速度總體上是隨深度而變化的，相同的深度，就有相同的地震波波速。 據(jù)實(shí)測(cè)，地內(nèi)有兩個(gè)明顯的波速不連續(xù)面（界面）：莫

19、霍面、古登堡面，稱為不連續(xù)面，據(jù)此劃分地殼、地慢、地核。 二、地球的內(nèi)部圈層莫霍界面：地殼與地幔的分界，1909年南斯拉夫?qū)W者提出。古登堡界面：地幔與地核的分界，1914年美國(guó)學(xué)者提出。 (1) 莫霍面是地殼與地幔分界，厚度在大洋區(qū)和大陸區(qū)不同 大陸區(qū) 陸殼 厚20-70公里 平均33km 大洋區(qū) 洋殼 厚 5-10公厘 平均7km (2) 康拉德界面：僅存在于陸殼中（1925年發(fā)現(xiàn)），是次一級(jí)界面，深約10km。 界面之上，巖石平均密度2.67,花崗巖質(zhì)，稱Si-Al層 界面之下，巖石平均密度2.9, 玄武巖質(zhì),稱Si-Mg層(3) 陸殼與洋殼的區(qū)別 厚度不同，陸殼33km，洋殼7km； 陸

20、殼的物質(zhì)組成為上部硅鋁層，下部硅鎂層；洋殼的物質(zhì)組成只有硅鎂層 1. 地殼 莫霍面以下到古登堡面以上的圈層。深度為從地殼底界到2900km,厚約2860km,占地球體積的82%，質(zhì)量為4.051021t，g/cm3g/cm3，即在地幔下部接近于地球的平均密度。 基本上為固態(tài)，超基性巖。以1000公里為界，分上地幔、下地幔,上地幔密度3.5，下地幔5.1 。 在上地幔 60-400公里范圍內(nèi)，有一個(gè)地震波低速帶，推測(cè)屬熔融狀態(tài)，液態(tài)，可以蠕動(dòng)變形而緩慢流動(dòng),稱軟流圈。軟圈上、下界線是漸變的、起伏的。 軟流圈以上，上地幔的剛性頂蓋和地殼一起合稱巖石圈。 2. 地幔 巖石圈 對(duì)于地球巖石圈，除表面形態(tài)外，是無(wú)法直接觀測(cè)到的。主要由地球的地殼和地幔圈中上地幔的頂部組成，從固體地球表面向下穿過(guò)地震波在近33公里處所顯示的第一個(gè)不連續(xù)面（莫霍面），一直延伸到軟流圈