地質(zhì)地貌學(xué)教程講稿

1、緒 論說(shuō)起地球，大家都比較熟悉和親切，但是地球是如何形成的？地球由哪些物質(zhì)組成？地震、山崩、山體滑坡、沙塵暴等一些地質(zhì)現(xiàn)象是如何形成的？這些問(wèn)題同學(xué)們未必能準(zhǔn)確回答。那么，要解決這些問(wèn)題，就要對(duì)地球進(jìn)行研究。地學(xué)是以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的科學(xué)，它是自然科學(xué)六大基礎(chǔ)科學(xué)（數(shù)、理、化、天、地、生）之一。地質(zhì)學(xué)是地學(xué)的主要學(xué)科。除地質(zhì)學(xué)外，與地球科學(xué)有關(guān)的還有地理學(xué)、氣象學(xué)、生物學(xué)和天文學(xué)。地球包括固體地球及其外部大氣。地質(zhì)學(xué)著重研究地下，主要是固體地球表層幾十公里厚的巖石圈；地理學(xué)重點(diǎn)研究地球表面；氣象學(xué)則主要研究地球的大氣圈；生物學(xué)重點(diǎn)研究地表的有機(jī)界；天文學(xué)則著重研究天體，并從天體的角度研究地球及地

2、球的起源。本書(shū)中主要涉及地質(zhì)學(xué)及地理學(xué)中的地貌學(xué)部分。地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)的出現(xiàn)都與人類(lèi)的生產(chǎn)、生活需要分不開(kāi)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，地球被逐步認(rèn)識(shí)，并形成了地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)。地質(zhì)學(xué)（geology）是研究地球及其演變的一門(mén)自然科學(xué)，主要研究巖石圈的物質(zhì)組成、構(gòu)造、形成及其變化和發(fā)展歷史以及古生物變化歷史。地貌學(xué)（geomorphology）則是研究地球表面的形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)及其發(fā)生、發(fā)展和分布規(guī)律，并利用這些規(guī)律來(lái)認(rèn)識(shí)、利用和改造自然的科學(xué)。一、地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容 隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要，地質(zhì)學(xué)的任務(wù)需要分出專(zhuān)門(mén)學(xué)科分別承擔(dān)，由于人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，使各分科日益成熟，成為各獨(dú)立的學(xué)科。地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)

3、容主要有：1研究地球的物質(zhì)組成 研究這方面的學(xué)科有結(jié)晶學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)、地球化學(xué)等。我們要學(xué)的地質(zhì)學(xué)將幾門(mén)學(xué)科綜合起來(lái)，概括研究地球的物質(zhì)組成特點(diǎn)。2研究地殼和地球的構(gòu)造特征 即研究地球中的巖石受到各種應(yīng)力后的變形特點(diǎn)。研究這方面的學(xué)科有構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、區(qū)域地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)等。3研究地球的形成歷史和演化規(guī)律以及古生物演化特征 研究這方面的學(xué)科有古生物學(xué)、地史學(xué)、地層學(xué)、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)等。 4研究地質(zhì)學(xué)的研究方法與手段 如遙感地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)等、同位素地質(zhì)學(xué)。5研究地質(zhì)學(xué)的應(yīng)用問(wèn)題 如水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、煤田地質(zhì)學(xué)等。 6綜合性研究 新的地學(xué)思維是

4、科學(xué)的整體思維，其促進(jìn)了對(duì)地球的綜合性研究。地質(zhì)學(xué)一方面與其它的地球科學(xué)如氣象、天文、生物等相結(jié)合，把地球作為一個(gè)整體而進(jìn)行綜合性研究；另一方面地質(zhì)學(xué)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科互相滲透，對(duì)解決現(xiàn)代科學(xué)的某些問(wèn)題起著不可估量的作用。二、地貌學(xué)的研究?jī)?nèi)容針對(duì)不同的研究?jī)?nèi)容，我國(guó)的地貌學(xué)出現(xiàn)了一些新的分支學(xué)科：.1氣候地貌學(xué) 研究不同氣候區(qū)的地貌形成、演變規(guī)律和地貌組合特征。2構(gòu)造地貌學(xué) 研究構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的各種地貌（如構(gòu)造運(yùn)動(dòng)隆起形成的山地），以及地質(zhì)構(gòu)造受外力作用后形成的各種地貌類(lèi)型（如背斜山、向斜谷、背斜谷、向斜山等）。3巖石地貌學(xué) 研究不同類(lèi)型的巖石在外力剝蝕作用下形成的各種地貌形態(tài)。具有

5、不同結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物成分的不同巖石，以及在不同外力條件下的同種巖石，都可形成不同的地貌特征。4動(dòng)力地貌學(xué) 運(yùn)用河流動(dòng)力學(xué)、海洋動(dòng)力學(xué)、冰川動(dòng)力學(xué)和風(fēng)沙動(dòng)力學(xué)的原理，研究河流地貌的演變、海岸地貌的形成發(fā)展、冰川地貌的成因以及沙丘的形成和移動(dòng)規(guī)律。5沉積地貌學(xué) 根據(jù)沉積物的成因和結(jié)構(gòu)來(lái)研究地貌的形成和發(fā)展。6歷史地貌學(xué) 研究不同階段的地貌發(fā)育歷史及地貌組合特征，并聯(lián)系古自然環(huán)境對(duì)地貌發(fā)育的影響。7研究地貌學(xué)的應(yīng)用問(wèn)題 分支學(xué)科有農(nóng)業(yè)地貌學(xué)、工程地貌學(xué)、石油天然氣地貌學(xué)等。三、地質(zhì)作用的特點(diǎn)和研究方法地質(zhì)作用（geological process）是指在自然界所發(fā)生的一切引起地球的物質(zhì)組成，地表形態(tài)

6、和內(nèi)部構(gòu)造發(fā)生改變的作用。這個(gè)引起變化的力，稱(chēng)為地質(zhì)營(yíng)力。地質(zhì)作用在自然界普遍存在，有短暫而猛烈的，如地震、火山、海嘯等，也有長(zhǎng)期持續(xù)緩慢進(jìn)行的，如巖石風(fēng)化、海陸變遷、山脈隆起等。前者易于察覺(jué)，后者難于發(fā)現(xiàn)。按引起地質(zhì)作用的能源的不同，地質(zhì)作用可分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。內(nèi)力地質(zhì)作用的能源來(lái)自地球內(nèi)部，如地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能、放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱能等，主要在地下深處進(jìn)行，并可波及地表。外力地質(zhì)作用的能源來(lái)自地球以外，如太陽(yáng)能、日月引力能，在地表或地表附近進(jìn)行。幾乎所有外力作用都有重力能參加，并起著重要作用。（一）地質(zhì)作用的特點(diǎn)1地區(qū)特色 地質(zhì)作用的發(fā)生和發(fā)展具有共同規(guī)律，但不同地方的地

7、質(zhì)作用是不同的，而且同一類(lèi)地質(zhì)作用在不同地方也具有其特殊性。2現(xiàn)象復(fù)雜 地質(zhì)作用包括從原子和離子的自然行為，到礦物、巖石的形成和變化，直到地殼各部分的活動(dòng)以及山川的形成等。控制和影響這些變化和反應(yīng)的因素是極其復(fù)雜多樣的，有光、熱等各種能量的相互作用和轉(zhuǎn)化，有地球本身的特性，也有宇宙因素的影響等等。3作用時(shí)間長(zhǎng) 地球約有46億年發(fā)展歷史。許多地質(zhì)作用過(guò)程是人們不能親眼看到的。地質(zhì)作用發(fā)生和延續(xù)的時(shí)間一般很長(zhǎng)，海陸變遷、海底擴(kuò)張等過(guò)程，一般以百萬(wàn)年為單位計(jì)算。有些地質(zhì)作用看起來(lái)其表現(xiàn)時(shí)間很短，如地震、火山，但其發(fā)生之前能量的聚集過(guò)程卻相當(dāng)長(zhǎng)。（二）地質(zhì)作用的研究方法根據(jù)地質(zhì)作用的特點(diǎn)，它的研究方法

8、有： 1野外調(diào)查 這是最基本、最重要的一點(diǎn)，因?yàn)榈刭|(zhì)現(xiàn)象就是地質(zhì)作用的結(jié)果或產(chǎn)物。要了解一個(gè)地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布情況，除收集和研究前人資料外，必須到野外細(xì)心觀(guān)察各種地質(zhì)地貌現(xiàn)象，取得翔實(shí)的第一手資料，從而找出地質(zhì)作用的特點(diǎn)與規(guī)律。 2室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、分析 通過(guò)野外的觀(guān)察，取得第一手資料后，可以用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法以提高對(duì)物質(zhì)的鑒定能力、穿透能力。 3提出假說(shuō) 這是建立在豐富的地質(zhì)事實(shí)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，在分析研究的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行的推論，是一個(gè)由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的過(guò)程，是運(yùn)用地質(zhì)學(xué)知識(shí)和原理去分析問(wèn)題、研究問(wèn)題的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中要進(jìn)行地質(zhì)思維，并運(yùn)用“將今論古”這個(gè)傳統(tǒng)的思

9、維方法。 英國(guó)地質(zhì)學(xué)家萊伊爾(CLyell，17971875)在他的著作地質(zhì)學(xué)原理一書(shū)中提出：“The present is the key of the past .”直譯為“現(xiàn)在是了解過(guò)去的鑰匙”，即“將今論古”的思想。這種思維方法的提出大大推動(dòng)了地質(zhì)學(xué)的研究。“將今論古”的思想是：發(fā)生在地質(zhì)歷史時(shí)期的地質(zhì)作用及其結(jié)果，與現(xiàn)在正在進(jìn)行的地質(zhì)作用及其產(chǎn)物有相似之處，所以從研究現(xiàn)代地質(zhì)作用過(guò)程和產(chǎn)物中總結(jié)的規(guī)律，可以用來(lái)分析和推斷發(fā)生在古代的地質(zhì)作用過(guò)程和當(dāng)時(shí)的古地理環(huán)境。如我們知道煤是在濕熱氣候條件下植物被埋藏經(jīng)化學(xué)分解而成；珊瑚在溫暖潔凈的平靜海水中才能繁殖等等。如果我們現(xiàn)在看到煤層，表明

10、當(dāng)時(shí)是濕熱氣候并且有大量植物被埋藏；珊瑚則表明當(dāng)時(shí)處于溫暖平靜的海洋。這樣便恢復(fù)了古地理環(huán)境。 此外，“以古論今，論未來(lái)”是地質(zhì)思維中另一個(gè)重要的方法論。因?yàn)槿藗兘裉炷軌蛑苯蛹右杂^(guān)察的地質(zhì)作用往往只是漫長(zhǎng)的地質(zhì)記錄中的一個(gè)片段，而在過(guò)去的地質(zhì)記錄中卻往往保留了地質(zhì)作用的全部過(guò)程。故認(rèn)識(shí)了過(guò)去就能夠幫助我們更好的了解現(xiàn)在并預(yù)測(cè)未來(lái)。四、地質(zhì)學(xué)與地貌學(xué)的關(guān)系（一）地貌形成的內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)學(xué)從某種程度上說(shuō)就是研究各種地質(zhì)作用及其結(jié)果。地貌學(xué)則以研究地球表面的形態(tài)特征結(jié)構(gòu)為主。因而地質(zhì)作用是連接地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)的紐帶。地質(zhì)作用包括內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用，正是這些內(nèi)力及外力地質(zhì)作用，或明或暗，或急或緩

11、地作用于地球并改變著地球的面貌。（二）地貌形成的物質(zhì)基礎(chǔ)地貌形成的物質(zhì)基礎(chǔ)是巖性和地質(zhì)構(gòu)造，而巖性和地質(zhì)構(gòu)造又是地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容。組成地殼的巖石有三大類(lèi)：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。它們的顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不同，因而抵抗外力剝蝕的能力也不相同，形成的地貌類(lèi)型就有區(qū)別。五、地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及展望（一）地質(zhì)學(xué)發(fā)展歷史在歐洲，地質(zhì)科學(xué)資料的系統(tǒng)搜集始于18世紀(jì)中期。地質(zhì)學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了原始時(shí)期（18世紀(jì)中期以前）、近代時(shí)期（18世紀(jì)中期20世紀(jì)初）和現(xiàn)代時(shí)期（始于20世紀(jì)初）。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：萌芽階段（18721911），近代階段（19111949），現(xiàn)代階段（

12、1949至今）。（二）地貌學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史地貌學(xué)主要是近百多來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和自然資源開(kāi)發(fā)的需要，使它從其它學(xué)科中分化出來(lái)，成為一門(mén)獨(dú)立的科學(xué)。 我國(guó)的地貌學(xué)思想在公元5世紀(jì)就已有萌芽，但作為科學(xué)的地貌學(xué)是19世紀(jì)至20世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的。建國(guó)以來(lái)我國(guó)的地貌學(xué)得到了飛速發(fā)展，在許多方面取得了許多成績(jī)，如系統(tǒng)地研究黃河下游游蕩河流的成因、多沙河流的河床演變特征和長(zhǎng)江三峽的河流地貌等，為水利建設(shè)提供了許多重要資料。（三）地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)的現(xiàn)狀1新技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 如計(jì)算機(jī)技術(shù)，遙感技術(shù)的應(yīng)用等等；2分析、研究定量化 近20年來(lái)，遙感、地質(zhì)和地貌年代測(cè)定技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等在地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué)研

13、究中的廣泛應(yīng)用，使定量研究更進(jìn)一步。3所研究的地球表面的廣度和地球內(nèi)部的深度有所增加；4研究的范圍已擴(kuò)展到了其他星球5環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題越來(lái)越得到重視 人類(lèi)的生存環(huán)境就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)是地球表面的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境，它包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈四個(gè)相互聯(lián)系和制約的整體，離開(kāi)了地質(zhì)環(huán)境就無(wú)法完整地研究人類(lèi)賴(lài)以生存的周?chē)h(huán)境。6數(shù)字地球概念的提出 “數(shù)字地球”概念于1998年初被提出。此概念的提出，掀起了繼1992年信息高速公路之后的人類(lèi)又一偉大壯舉，即建設(shè)“數(shù)字地球”的空間信息革命。數(shù)字地球是解決空間信息共享的一門(mén)技術(shù)，它從空間數(shù)據(jù)的組織、管理和位置查詢(xún)方面為不同的地學(xué)應(yīng)用提供了保證，并可滿(mǎn)足空間數(shù)據(jù)的采集

14、、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、檢索、處理、分析、產(chǎn)生和顯示等要求，是一種特殊的信息系統(tǒng)。數(shù)字地球的提出，使全球性地共享資源成為可能，人們可以在一個(gè)地方看到幾千里以外的地貌三維圖，而且通過(guò)定量的科學(xué)計(jì)算將可以對(duì)地震、火山、暴雨、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害進(jìn)行模擬，以達(dá)到減災(zāi)防災(zāi)的作用。（四）地學(xué)展望為了可持續(xù)發(fā)展，求實(shí)的、定位正確的地球科學(xué)將介入到許多發(fā)展方面，如水、土壤、減少貧困、城市化、廢物處理、能源、礦產(chǎn)、減災(zāi)和教育等。1地質(zhì)科學(xué)可以確定新的、深部的遙遠(yuǎn)的淡水層，預(yù)報(bào)地下水污染的途徑，并且提出防止地下水被進(jìn)一步污染的有效措施。2地學(xué)家們可以評(píng)價(jià)哪些肥沃土地可能被洪水或海岸侵蝕，造成遺棄和鹽堿化，并應(yīng)用演化模型

15、來(lái)減緩或避免土壤的繼續(xù)流失。3地球科學(xué)在減少貧困方面也能發(fā)揮極大的作用 貧困是土地退化的驅(qū)動(dòng)力，貧困可以由提供給窮人更多基本需求而得到緩解，如安全蔽身處、飲用水和良好食物，安全蔽身處意味著他們將能防護(hù)自然和人為的災(zāi)害，如洪水、海嘯、火山噴發(fā)、地震、地面沉降和不穩(wěn)定地基等。由于這些災(zāi)害的大部分具有由地球作用控制的自然原因，地球科學(xué)家有能力預(yù)報(bào)、防止或減輕這類(lèi)災(zāi)害。4城市土地將被更加集中地利用，構(gòu)筑更多的地下基礎(chǔ)設(shè)施、地下工廠(chǎng)和存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)；在海岸帶將改造更多的土地、控制城市中的水管理和城市防洪等。而這些都要通過(guò)地球科學(xué)的參與才能圓滿(mǎn)地解決。5地質(zhì)學(xué)可以很好地解決廢物處置問(wèn)題 可持續(xù)的廢物處理是建立在

16、“多屏障”原則之上的，要考慮不可滲透或弱滲透基礎(chǔ)，如厚粘土體、頁(yè)巖等作為滲濾進(jìn)入生物圈之前的最后屏障。6不可更新的能源如石油、天然氣正在逐漸而無(wú)可挽回地枯竭 地球科學(xué)可以協(xié)助以最適宜的方式開(kāi)發(fā)緊缺的能源資源。7地質(zhì)學(xué)可以協(xié)助進(jìn)行環(huán)境可持續(xù)且經(jīng)濟(jì)有效益的礦業(yè)。8環(huán)境地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容之一就是防治和減輕地質(zhì)災(zāi)害 此外，以極大努力開(kāi)發(fā)的全球氣候模型，如果沒(méi)有提供地質(zhì)數(shù)據(jù)并依靠其進(jìn)行評(píng)價(jià)，將是無(wú)效的。六、地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用（一）地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)為農(nóng)業(yè)問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù) 在進(jìn)行各種農(nóng)業(yè)規(guī)劃、土地規(guī)劃、土壤區(qū)劃、農(nóng)田基本建設(shè)時(shí)，往往要考慮各地區(qū)的自然條件。而地質(zhì)、地貌是自然條件的基本內(nèi)容之一。有的農(nóng)

17、業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題直接就與地質(zhì)問(wèn)題有關(guān)。比如燕山板栗適于生長(zhǎng)在酸性巖石發(fā)育的土壤上，到石灰性土壤上就不能正常生長(zhǎng)。山區(qū)開(kāi)墾梯田，如果坡度大于15，就易造成水土流失。（二）土壤的形成發(fā)育土壤的形成是各種成土因素綜合作用的結(jié)果，在成土因素中，母質(zhì)是形成土壤的基礎(chǔ)物質(zhì)，是土壤的骨架，是最重要的影響因素。所謂母質(zhì)是指與土壤直接發(fā)生聯(lián)系的巖體母巖的風(fēng)化產(chǎn)物。故地球上的土壤都是地殼中的巖石經(jīng)風(fēng)化作用和成土作用形成的，母巖所含礦質(zhì)元素的多少就會(huì)影響到土壤的肥沃與貧瘠，母巖特性的各異勢(shì)必影響到土壤的性質(zhì)。如花崗巖發(fā)育形成的土壤砂粒多，玄武巖發(fā)育形成的土壤較粘重。另外，地表形態(tài)影響著地區(qū)的水、熱、氣、生物等條件，從而影

18、響土壤類(lèi)型的分布。（三）巖礦與農(nóng)業(yè)資源 礦質(zhì)肥料對(duì)農(nóng)作物的增產(chǎn)，有顯著的效果。大多數(shù)化肥所用礦石，如鉀礦石、磷礦石、泥炭等，制造農(nóng)藥的硫磺、雌黃、雄黃等和改良土壤用的沸石、石灰石等都是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，它們都是很有價(jià)值的農(nóng)業(yè)資源，在地殼內(nèi)有一定的分布規(guī)律，掌握其分布規(guī)律，就能開(kāi)發(fā)這些天然礦產(chǎn)為農(nóng)業(yè)服務(wù)。（四）水與農(nóng)業(yè)資源 合理用水，作物可獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，如果控制不好，可使土壤產(chǎn)生鹽漬化、沼澤化，以致土壤肥力下降。因此，只有了解地面水和地下水的各種地質(zhì)作用規(guī)律，根據(jù)地質(zhì)條件興修水利工程，才能更好地利用和控制地下水和地面水，以改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。（五）地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)與土地科學(xué)地質(zhì)學(xué)、地貌

19、學(xué)與土地科學(xué)的關(guān)系非常密切，不論對(duì)土地資源，還是土地利用規(guī)劃，都有非常重要的作用。土地資源的構(gòu)成要素之一是地學(xué)要素，包括地形地貌、巖性特征等。地貌類(lèi)型可決定土地資源的性質(zhì)和利用方向。如在做建設(shè)用地、水利工程用地規(guī)劃時(shí)，應(yīng)考慮所選場(chǎng)址的地質(zhì)構(gòu)造和巖性等特征，根據(jù)土地的承壓強(qiáng)度而合理安排建筑物的布局和市政設(shè)施。（六）地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)與農(nóng)業(yè)環(huán)境環(huán)境地質(zhì)學(xué)的任務(wù)就是要減輕自然災(zāi)害給人類(lèi)帶來(lái)的災(zāi)難，減輕人類(lèi)自身經(jīng)濟(jì)技術(shù)給人類(lèi)生存環(huán)境帶來(lái)的破壞。因此，針對(duì)地震、火山、滑坡、泥石流等自然因素引發(fā)的農(nóng)業(yè)地質(zhì)災(zāi)害，以及土地沙漠化、地面沉降、地下水污染等人為因素造成的災(zāi)害，地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)就有責(zé)無(wú)旁貸的義務(wù)，預(yù)報(bào)、治

20、理這些地質(zhì)災(zāi)害將是地學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。此外，在農(nóng)田污染和低產(chǎn)田方面，也可根據(jù)農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景及地貌調(diào)查找到原因加以改善、治理，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。七、本課程的學(xué)習(xí)要求本課程主要介紹各種內(nèi)力、外力地質(zhì)作用及其產(chǎn)生的結(jié)果，即內(nèi)力地質(zhì)作用形成的礦物、巖石、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和各種地質(zhì)構(gòu)造；內(nèi)力和外力地質(zhì)作用形成的各種地貌類(lèi)型、以及與各種地貌類(lèi)型相關(guān)的沉積物。重點(diǎn)是三大類(lèi)巖石的特征及其風(fēng)化特點(diǎn)，各種地下水類(lèi)型的特征，各種地貌的形成原理、形態(tài)特征及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求初步建立正確的地學(xué)時(shí)空觀(guān)；能鑒定常見(jiàn)的造巖礦物和巖石；識(shí)別一般的地質(zhì)構(gòu)造；掌握各種地貌類(lèi)型的特點(diǎn)及與人類(lèi)生活、生產(chǎn)的關(guān)系；能閱讀一般的地質(zhì)圖；掌

21、握一般的野外工作方法；對(duì)地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)在土地資源、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、生態(tài)學(xué)、資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃、信息管理、環(huán)境工程、水土保持與荒漠化防治等方面的應(yīng)用有所了解，并能與專(zhuān)業(yè)有機(jī)結(jié)合而為其服務(wù)。礦 物第一節(jié) 礦物的概念一、礦物的定義 地球的最外圈是地殼，它是地質(zhì)學(xué)最直接的研究對(duì)象。地殼由巖石組成，巖石由礦物組成。礦物(mineral)是天然形成的單質(zhì)或化合物，具有相對(duì)固定的化學(xué)成分，絕大多數(shù)為晶質(zhì)固態(tài)的無(wú)機(jī)物，穩(wěn)定于一定的物理化學(xué)條件。 對(duì)于礦物的定義，我們可以從以下幾方面來(lái)理解。1礦物是自然界各種地質(zhì)作用形成的天然產(chǎn)物 礦物是天然產(chǎn)出的，是各種地質(zhì)作用的產(chǎn)物；人造金剛石，常稱(chēng)為人造礦物，不屬于地質(zhì)學(xué)

22、中的礦物。2礦物是具有一定化學(xué)成分的單質(zhì)或化合物 礦物具有一定化學(xué)成分，且絕大多數(shù)為化合物，如石英SiO2，鉀長(zhǎng)石KAlSi3O8等，少數(shù)為單質(zhì)元素，如石墨C、金剛石C等。3大多數(shù)礦物為結(jié)晶質(zhì)固態(tài)，極少數(shù)為非晶質(zhì)、非固態(tài)絕大多數(shù)礦物是結(jié)晶質(zhì)固態(tài)無(wú)機(jī)物，即晶體，也有很少的礦物為氣體、液體和有機(jī)物，如自然汞、天然氣，琥珀等。所謂結(jié)晶質(zhì)，是指組成礦物的物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)（離子、原子、分子）按一定方式規(guī)則地排列成空間格子狀構(gòu)造，晶體的這種構(gòu)造叫晶格。如巖鹽晶體是氯離子（Cl）和鈉離子（Na+）在空間以立方格子形式排列而成。由于各種礦物的化學(xué)成分不同，從而晶體構(gòu)造也不同，但它們的共同點(diǎn)是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間作周期排

23、列。空間格子的最小單位是平行六面體，稱(chēng)為晶胞。故一個(gè)晶體可視為晶胞在三維空間平行的、毫無(wú)間隙地重復(fù)疊置。晶胞的形狀由棱長(zhǎng)、棱之間的夾角確定，棱長(zhǎng)a、b、c及其夾角、稱(chēng)為晶胞參數(shù)。按晶胞參數(shù)的不同把晶體劃分為7個(gè)晶系，從而使得數(shù)目繁多的礦物能歸類(lèi)研究。 自然界除了結(jié)晶質(zhì)礦物外，還有一部分非晶質(zhì)的膠體礦物。非晶質(zhì)體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)是無(wú)規(guī)律排列的，因而不具有規(guī)則的幾何外形。4礦物具有一定的物理性質(zhì)，對(duì)于結(jié)晶礦物，還具有一定的形態(tài) 由于礦物具有比較一定的化學(xué)成分和晶體構(gòu)造，就決定了它們具有一定的形態(tài)和物理性質(zhì)。每種晶質(zhì)礦物都有一定的晶體構(gòu)造，反映在外形上均具有一定晶體形狀，即晶形。理想的晶體為規(guī)則的幾何多面

24、體，但在巖石中，礦物的晶形常因晶體生長(zhǎng)時(shí)互相阻擋，不能很好的顯示出來(lái)，最后都成為不規(guī)則的粒狀。如果不同礦物結(jié)晶有先后，則先結(jié)晶的礦物晶形較好，稱(chēng)為“自形”，后結(jié)晶的礦物只能“充填”在先結(jié)晶礦物晶體間的空隙中，稱(chēng)為“它形”。常用來(lái)鑒別和認(rèn)識(shí)不同種類(lèi)的礦物。5礦物穩(wěn)定于一定的物理化學(xué)條件礦物只是在一定的物理化學(xué)條件下才是穩(wěn)定的，當(dāng)外界條件改變至一定程度時(shí)，其成分、結(jié)構(gòu)就要發(fā)生變化，同時(shí)生成適應(yīng)新環(huán)境的新礦物。如鉀長(zhǎng)石KAlSi3O8風(fēng)化后形成高嶺石Al4Si4O10(OH)8。綜上所述，礦物又可定義為：是天然產(chǎn)出的自然元素的單質(zhì)和化合物，具有一定的化學(xué)成分，通常具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出規(guī)則的

25、形態(tài)和特定的物理、化學(xué)性質(zhì)，在一定的物理、化學(xué)條件范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的自然物體，是巖石的基本組成單位。二、形成礦物的地質(zhì)作用目前已發(fā)現(xiàn)的礦物有3000種左右，常見(jiàn)的約200種，這些礦物都是由不同的地質(zhì)作用形成的。形成礦物的地質(zhì)作用，可按其演化歷程分為三類(lèi)：1內(nèi)生作用 由于巖漿的冷卻、分異，其中的物質(zhì)通過(guò)各種物理化學(xué)反應(yīng)形成的作用，稱(chēng)為內(nèi)生作用。由內(nèi)生作用形成的礦物叫原生礦物或巖漿礦物，如石英、長(zhǎng)石、云母等。2外生作用 在地表或近地表處，與太陽(yáng)能、大氣和水等有關(guān)的作用，稱(chēng)為外生作用。由外生作用形成的礦物叫次生礦物或表生礦物。3變質(zhì)作用 已形成的礦物，受到構(gòu)造變動(dòng)或巖漿活動(dòng)的高溫、高壓以及新成分的加入

26、而受到改變的作用，稱(chēng)為變質(zhì)作用。經(jīng)變質(zhì)作用形成的礦物叫變質(zhì)礦物，如硅灰石、蛇紋石、紅柱石等。第二節(jié) 礦物的化學(xué)成分 礦物的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造決定礦物的本質(zhì)?；瘜W(xué)成分不同，可形成不同的晶體構(gòu)造；化學(xué)成分直接或間接決定礦物的物理性質(zhì)。一、礦物的化學(xué)成分決定其晶格和外部性狀（一）礦物的化學(xué)成分決定它的晶格1礦物的晶格主要由化學(xué)成分決定 因?yàn)榛瘜W(xué)成分不同，可形成不同的晶體構(gòu)造；化學(xué)成分直接或間接決定礦物的物理性質(zhì)。2礦物的晶格受制于外界條件晶體形成時(shí)的外界條件有：溫度、壓力、濃度、pH值等，對(duì)晶體構(gòu)造產(chǎn)生影響，如同質(zhì)多（異）象。即化學(xué)成分相同的物質(zhì)，在不同的環(huán)境條件下，形成構(gòu)造和性質(zhì)完全不同的晶體現(xiàn)象

27、，如金剛石和石墨。（二）礦物的化學(xué)成分也決定其外部性狀礦物的外部性狀包括其形態(tài)及物理性質(zhì)。如巖鹽晶體呈立方體，而磁鐵礦晶體是八面體。以及礦物的顏色、比重等性質(zhì)都是由于其化學(xué)成分決定的。二、引起礦物化學(xué)成分變化的主要因素自然界的礦物都有較固定的化學(xué)成分，但可以在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化。引起礦物化學(xué)成分變化的主要因素有：（一）類(lèi)質(zhì)同象（同晶置換）礦物晶體在形成過(guò)程中，晶體結(jié)構(gòu)中本應(yīng)由某種質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、絡(luò)陰離子或分子）所占的晶位被晶體化學(xué)性質(zhì)相似的其他質(zhì)點(diǎn)所置換，只引起晶胞參數(shù)及理化性質(zhì)的規(guī)律性變化，而晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象（結(jié)晶結(jié)構(gòu)類(lèi)型和化學(xué)鍵不發(fā)生根本性的變化），稱(chēng)為“類(lèi)質(zhì)同象（或同晶置換）”

28、。如菱鎂礦MgCO3中Mg2+被Fe2+置換，類(lèi)質(zhì)同象在礦物中是一種普遍現(xiàn)象。（二）膠體吸附作用非結(jié)晶質(zhì)的膠體礦物，在表生作用及熱液作用下，一些難溶于水的成分，經(jīng)機(jī)械及化學(xué)作用后，使之成為微細(xì)質(zhì)點(diǎn)分散在水中成為水膠溶體。膠體質(zhì)點(diǎn)常常帶電荷，具選擇性吸附作用，如正膠體有Al(OH)3、Fe(OH)3等，負(fù)膠體有SiO2、腐殖質(zhì)、MnO2等。一種膠體只吸附一定的異號(hào)離子。吸附作用是引起非晶質(zhì)礦物化學(xué)成分變化的主要因素。（三）機(jī)械混入物 在礦物的形成過(guò)程中有一些其它礦物的細(xì)小顆粒混入。機(jī)械混入物與礦物本身的化學(xué)成分無(wú)關(guān)，混入的種類(lèi)和數(shù)量也沒(méi)規(guī)律。三、礦物中的水水不僅是形成礦物的一種重要介質(zhì)，也是礦物

29、本身的一種成分。水在礦物中存在的形式，直接影響到礦物的性質(zhì)。按其存在形式，可分為：不加入晶格的吸附水、自由水和加入晶格的結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水等。1結(jié)構(gòu)水 以O(shè)H、H+、（H3O）+的形式存在于礦物中的水，在晶格中占有一定的位置。結(jié)構(gòu)水是礦物中結(jié)合最牢的一種水，因此只有在很高的溫度條件下，水才會(huì)逸出而破壞晶格。2結(jié)晶水 在礦物的晶格中呈水分子狀態(tài)，在晶格中有一定位置，水分子的數(shù)量與礦物中其它成分成簡(jiǎn)單整數(shù)比。如石膏為CaSO42H2O。含結(jié)晶水的礦物失水溫度是一定的，隨著失水，礦物的晶格開(kāi)始被破壞。結(jié)晶水的失水溫度比結(jié)構(gòu)水低，一般在500C以下。3層間水 在一些層狀結(jié)構(gòu)的礦物（如某些粘土礦物）中，層間

30、常有水分子進(jìn)入。4沸石水 在一些礦物（主要是沸石族礦物）的晶格中，有相當(dāng)大的內(nèi)外相通的孔道，水分子可以進(jìn)入孔道。沸石水的表示方法與層間水相同。5吸附水 是指機(jī)械地吸附于礦物中的水，沒(méi)有參加晶格，含量不等，隨溫度而變化。當(dāng)加熱時(shí)，這種水就從礦物中逐漸失去，溫度升至110C時(shí)，吸附水就全部逸出。第三節(jié) 礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)礦物的形態(tài)與物理性質(zhì)是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的外在反映，是可直接觀(guān)察或用簡(jiǎn)單方法測(cè)出的礦物的基本屬性，是肉眼鑒定礦物的主要依據(jù)。一、礦物的形態(tài)按礦物的發(fā)育情況及出現(xiàn)方式，礦物的形態(tài)可分為：?jiǎn)误w形態(tài)、雙晶及集合體形態(tài)。（一）單體形態(tài) 以單個(gè)晶體產(chǎn)出或存在。當(dāng)外界條件適宜時(shí)，晶胞就可以

31、重復(fù)“堆砌”、生長(zhǎng)，形成面平、棱直的規(guī)則幾何多面體外形，稱(chēng)為單體（單晶）。如食鹽是立方體、磁鐵礦是八面體。 在相同條件下，同種礦物的晶胞總是趨向于形成某種特定形態(tài)的習(xí)性，稱(chēng)為結(jié)晶習(xí)性。根據(jù)晶體在三維空間發(fā)育的程度不同，可將結(jié)晶習(xí)性分為三類(lèi)：一向延長(zhǎng)型：晶體沿一個(gè)方向特別發(fā)育，其余兩個(gè)方向發(fā)育差，呈柱狀、針狀、纖維狀。如角閃石、電氣石；二向延長(zhǎng)型：晶體沿兩個(gè)方向特別發(fā)育，而第三個(gè)方向不發(fā)育或發(fā)育差，呈片狀、板狀。如板狀石膏、云母；三向延長(zhǎng)型：晶體沿三個(gè)方向發(fā)育大致均等，呈粒狀。如橄欖石、石榴子石等。（二）雙晶 同種物質(zhì)的晶體有規(guī)則的連生在一起，叫雙晶。雙晶可以是兩個(gè)晶體，也可以是兩個(gè)以上的晶體平

32、行連生。按照雙晶個(gè)體之間結(jié)合方式的不同，分為兩種類(lèi)型： （1）接觸雙晶：雙晶兩個(gè)體之間以簡(jiǎn)單的平面相接觸。此外，由多個(gè)晶體以接觸雙晶的關(guān)系多次重復(fù)，接合面相互平行，這種雙晶稱(chēng)聚片雙晶。如斜長(zhǎng)石聚片雙晶。（2）穿插雙晶：構(gòu)成雙晶的兩個(gè)體之間互相穿插，單晶體間不具有明顯而規(guī)則的接合面。如正長(zhǎng)石的卡式雙晶。 （三）集合體形態(tài)礦物常常由許多較小的單體聚集成集合體。按結(jié)晶程度可分為：1顯晶質(zhì)集合體 其單體界限大都可以用肉眼分辯，其形態(tài)以礦物單體形態(tài)為基礎(chǔ)，可進(jìn)一步分為：（1）纖維狀、放射狀集合體：由針狀、柱狀礦物平行排列成纖維狀（如石膏）或由一點(diǎn)向外呈放射狀排列（如陽(yáng)起石）；（2）片狀、板狀、鱗片狀集合

33、體：由片狀晶體集合而成，如云母；（3）粒狀集合體：由粒狀晶體集合而成，如方解石、橄欖石；（4）晶簇：叢生于同一基壁上的礦物晶體，如石英晶簇、螢石晶簇；（5）樹(shù)枝狀集合體：因晶體在某些方向上迅速生長(zhǎng)而成。如氯化錳的樹(shù)枝狀集合體等。2隱晶及膠狀集合體 這類(lèi)集合體的個(gè)體，肉眼難于分辨，主要是根據(jù)其外表形態(tài)而進(jìn)一步劃分的：（1）分泌體：這是由結(jié)晶質(zhì)或膠狀礦物充填于球狀或不規(guī)則的空洞中，自外而內(nèi)生長(zhǎng)而成，特點(diǎn)是其組成物質(zhì)多具同心層構(gòu)造，如瑪瑙；（2）結(jié)核體：它是圍繞某一中心自?xún)?nèi)向外生長(zhǎng)成的瘤狀體，如鈣質(zhì)結(jié)核；（3）鮞狀及豆?fàn)睿河芍睆叫∮?毫米的圓球群組成的叫鮞狀集合體，直徑25毫米的圓球群叫豆?fàn)罴象w，

34、如赤鐵礦、菱鐵礦等。（4）鐘乳狀體：大多為水凝膠凝結(jié)而成。徐徐流動(dòng)的膠體溶液流到巖石表面或洞壁后，因蒸發(fā)失水而形成葡萄狀、腎狀、鐘乳狀的礦物集合體，這些集合體常具同心層構(gòu)造，如石鐘乳；（5）土狀集合體：是巖石礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化而呈現(xiàn)殼狀或土狀，如褐鐵礦等。二、礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)也是鑒定礦物的重要依據(jù)。主要包括光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、放射性等，重點(diǎn)介紹肉眼能觀(guān)察到的物理性質(zhì)。（一）顏色和條痕礦物的顏色，主要是礦物對(duì)光線(xiàn)中不同波長(zhǎng)的光波的均勻吸收或選擇性吸收所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)。根據(jù)發(fā)生的原因不同，礦物的顏色可分為自色、他色和假色三種，其中以自色最為重要。自色是礦物的成

35、分和構(gòu)造所決定的顏色。一般較為固定，具有重要的鑒定意義。自色產(chǎn)生的原因最主要是礦物成分中含有色素離子。常見(jiàn)的色素離子有Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Ti。自色形成的另一原因，是礦物的晶體構(gòu)造的均一性受到破壞。如受放射性射線(xiàn)的刺激可使石英變黑等。他色是由外來(lái)帶色雜質(zhì)、氣泡包裹體所引起，無(wú)鑒定意義。假色是由于礦物內(nèi)部裂縫、解理面及表面的氧化膜引起光波的干涉作用而產(chǎn)生的顏色。條痕是礦物粉末的顏色。透明礦物粉末多近白色，鑒定意義不大。對(duì)于不透明礦物而言，條痕更具有鑒定意義。如赤鐵礦塊體，表面可以是赤紅，鋼灰和鐵黑色，但條痕總是櫻紅色。（二）透明度和光澤透明度指礦物透光的能力，它是相對(duì)的。以透過(guò)規(guī)

36、定厚度（0.03mm）的礦物薄片辨認(rèn)物像的清晰度表示，分為透明、半透明和不透明。光澤是指礦物表面反射光的強(qiáng)弱。一般按反射率的大小分為四級(jí)：金屬光澤（呈明顯的金屬樣光澤）、半金屬光澤（呈弱金屬狀光澤）、金剛光澤（呈鉆石狀明亮反光）、玻璃光澤（呈平板玻璃樣反光）。（三）相對(duì)密度是指純凈礦物在空氣中的重量與同體積純水的重量比（4時(shí)）。一般鑒定意義不大。（四）硬度礦物抵抗外來(lái)機(jī)械作用（如刻劃、壓力、研磨）的能力稱(chēng)為硬度。硬度大小取決于礦物晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。礦物硬度比較固定，在鑒定上有重大意義。一般采用摩氏硬度計(jì)來(lái)確定礦物的相對(duì)硬度。摩氏硬度計(jì)包括十種礦物，按硬度由小到大排列分為十級(jí)，前面的礦物可以被后面的

37、礦物刻劃，它們之間的等級(jí)不是成倍數(shù)和比例關(guān)系的。在野外，可用下列工具粗略確定：指甲22.5，銅具3，小刀55.5，鋼挫67。（五）解理與斷口礦物受力后沿一定結(jié)晶方向裂開(kāi)成光滑面的性質(zhì)稱(chēng)為解理。此平面稱(chēng)解理面。礦物的解理發(fā)生在晶體構(gòu)造中垂直于鍵力最弱的方向。礦物的解理直接決定于礦物內(nèi)部構(gòu)造，是礦物的主要鑒定特征。按礦物受力時(shí)解理裂開(kāi)的難易程度、解理片之厚薄、大小與平整光滑的程度，將解理分為五級(jí)：1極完全解理 如云母，極易分裂成薄片，解理面平整光滑；2完全解理 如方解石，當(dāng)以小錘輕擊時(shí)，很易裂成平滑小塊或薄板，解理面比較光滑；3中等解理 如角閃石，解理的完善程度較差，很少出現(xiàn)大的光滑平面，但在礦物

38、碎塊上能清楚看到解理面；4不完全解理 如磷灰石，解理不顯著，解理面不清楚而且較難發(fā)現(xiàn)；5極不完全解理 如石英，實(shí)際上是沒(méi)有解理，而有斷口。斷口是指單體礦物受力后，不沿一定結(jié)晶方向破裂而形成的斷開(kāi)面。常見(jiàn)的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口、鋸齒狀斷口和平坦?fàn)顢嗫?。解理的發(fā)育程度和斷口的發(fā)育程度互為消長(zhǎng)關(guān)系，具完全解理的礦物在解理方向常不出現(xiàn)斷口。具不完全解理或無(wú)解理的礦物碎塊上常見(jiàn)斷口。（六）礦物的其它物理性質(zhì)礦物的其他物理性質(zhì)對(duì)于常見(jiàn)礦物的鑒定意義不大，只對(duì)某些特殊礦物有鑒定意義。第四節(jié) 礦物的分類(lèi)和常見(jiàn)礦物一、礦物的分類(lèi)由于礦物的成分和內(nèi)部構(gòu)造是決定礦物性質(zhì)的最基本因素，于是以礦物成分和構(gòu)造為基

39、礎(chǔ)的晶體化學(xué)分類(lèi)法就成為礦物學(xué)上較合理的分類(lèi)方法而被采用。按晶體化學(xué)分類(lèi)法，把礦物分為五大類(lèi)十二種類(lèi)型。1含氧鹽：種類(lèi)最多的一大類(lèi)，約占礦物總數(shù)的一半，又分為硅酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等類(lèi)別。2氧化物及氫氧化物：由金屬、非金屬陽(yáng)離子與陰離子氧或氫氧根結(jié)合成的化合物。如剛玉Al2O3、赤鐵礦Fe2O3等。3鹵化物：以鹵族元素氟、氯、溴、碘為唯一陰離子或主要陰離子，與金屬陽(yáng)離子相結(jié)合形成的礦物。如螢石CaF2、食鹽NaCl。4硫化物：金屬陽(yáng)離子與S化合而成的化合物。如方鉛礦PbS、閃鋅礦ZnS。5自然元素：指礦物組成元素以中性狀態(tài)存在。如石墨C、金銀礦（Ag、Au）。二、常見(jiàn)礦物已知礦

40、物有3000種左右，絕大多數(shù)分布極其分散，數(shù)量極少。對(duì)于形成巖石有普遍意義的礦物，即主要的造巖礦物不過(guò)20、30種。現(xiàn)把常見(jiàn)的主要礦物簡(jiǎn)介如下：（一）硅酸鹽礦物硅酸鹽類(lèi)礦物占已知礦物種類(lèi)的三分之一，占構(gòu)成地殼總重的87%以上，是巖石的主要造巖礦物，也是土壤礦物質(zhì)部分的主要組成，因此有必要了解硅酸鹽礦物的化學(xué)成分、內(nèi)部構(gòu)造、形態(tài)及物理性質(zhì)。硅酸鹽是金屬陽(yáng)離子與硅酸根化合而成的鹽類(lèi)礦物，這類(lèi)礦物均含氧化硅，以及一種或幾種金屬離子。其結(jié)構(gòu)中每個(gè)硅離子被四個(gè)氧包圍，氧分布于四面體的四個(gè)角頂，每個(gè)氧以1價(jià)與Si結(jié)合，1價(jià)與另外陽(yáng)離子結(jié)合（也可是另一四面體中的硅），也就是說(shuō)硅氧四面體既可孤立存在，也可以共

41、用氧的方式相互連接成各種復(fù)雜的絡(luò)陰離子。根據(jù)硅氧四面體是否連接以及聯(lián)結(jié)方式不同，主要形成以下五種構(gòu)造形式。1島狀構(gòu)造硅酸鹽骨架 硅氧四面體孤立存在SiO44-，或以一個(gè)角頂?shù)难跸噙B組成雙四面體，其絡(luò)陰離子根Si2O76-，負(fù)電荷由金屬陽(yáng)離子中和。如鎂橄欖石Mg2SiO42環(huán)狀構(gòu)造硅酸鹽 骨架分別由三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)四面體以?xún)蓚€(gè)角頂?shù)难踹B接而成環(huán)狀硅氧骨架，其中以六方環(huán)最常見(jiàn)，環(huán)與環(huán)之間由金屬陽(yáng)離子聯(lián)結(jié)。如綠柱石、電氣石。3鏈狀構(gòu)造硅酸鹽 硅氧四面體彼此以2個(gè)角頂相連，沿一定空間作無(wú)限延伸而形成鏈狀骨架。其中又分單鏈和雙鏈。單鏈以輝石族礦物為主，硅氧骨架用Si2O6-4表示，如透輝石CaMgSi2

42、O6；雙鏈以角閃石礦物為主。鏈與鏈之間是通過(guò)陽(yáng)離子相互聯(lián)系。具此種構(gòu)造的硅酸鹽礦物單體常呈柱狀、針狀。4層狀構(gòu)造硅酸鹽骨架 硅氧四面體彼此以三個(gè)角頂相聯(lián)，組成無(wú)限延展的平面層，硅氧骨架可用Si4O10 4-表示，層與層之間通過(guò)陽(yáng)離子聯(lián)系，具此種構(gòu)造的硅酸鹽礦物常呈層狀、板狀等。如滑石、云母。5架狀構(gòu)造硅酸鹽 每個(gè)硅氧四面體均以四個(gè)角頂?shù)难跖c相鄰的四個(gè)硅氧四面體連接，組成三度空間中無(wú)限擴(kuò)展的骨架，電性全部中和。如石英SiO2。（二）其它常見(jiàn)礦物第五節(jié) 礦物與農(nóng)業(yè)資源環(huán)境一、礦物與土壤土壤礦物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，對(duì)土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生物及生物化學(xué)性質(zhì)都有深刻的影響。土壤礦物構(gòu)成了土壤的“骨

43、骼”，一般占土壤固相部分總重量的9598%左右，其中包括原生礦物和次生礦物。原生礦物以硅酸鹽為主，常見(jiàn)的有長(zhǎng)石、石英、云母、輝石、角閃石、橄欖石及其它硅酸鹽類(lèi)，主要分布在土壤的砂粒和粉粒中。原生礦物已在前面討論了，下面著重討論次生粘土礦物。（一）粘土礦物的類(lèi)型粘土礦物是次生礦物，是蝕變巖石經(jīng)交代作用、原生礦物在地表經(jīng)風(fēng)化淋濾作用以及沉積作用的產(chǎn)物，形成并穩(wěn)定于地表特定水熱條件。粘土礦物多數(shù)為結(jié)晶質(zhì)，是層狀的鋁硅酸鹽和次生的硅、鋁、鐵氧化物。粘土礦物通常顆粒細(xì)小（一般小于2微米），因而具有較大的比表面積和化學(xué)活性，能吸附水分和極性溶液，具有可塑性，粘性，有的還有脹縮性。1層狀鋁硅酸鹽粘土礦物（1

44、）構(gòu)造特點(diǎn)此類(lèi)粘土礦物大多不溶于水。從外部形態(tài)看，都是一些微細(xì)的結(jié)晶物質(zhì)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由兩種基本結(jié)構(gòu)單位組成，并都含結(jié)晶水。 基本結(jié)構(gòu)單位層狀鋁硅酸鹽礦物都是由硅氧四面體晶片和鋁氧八面體晶片兩個(gè)基本單位組合而成。四面體為SiO4-4，八面體為AlO6-9。它們?cè)谛纬射X硅酸鹽化合物時(shí)，第一步先是四面體和八面體分別聚合，形成硅氧層及鋁氧層。粘土礦物的晶架就是由這些硅氧層和鋁氧層重疊而成的。由于鋁氧層上下都帶負(fù)電荷，硅氧層頂層的氧也帶一個(gè)負(fù)電荷，這種氧叫活性氧。Al2O66-、Si2O52-要通過(guò)重疊、化合形成晶架，當(dāng)這些硅氧層和鋁氧層的根團(tuán)與陽(yáng)離子化合后形成一種礦物。不同比例的硅氧層和鋁氧層相互重疊

45、就形成不同的鋁硅酸鹽礦物。如果由一個(gè)硅氧層和一個(gè)鋁氧層重疊，則組成1：1型礦物，如高嶺石類(lèi)；如果由兩個(gè)硅氧層間夾一個(gè)鋁氧層，則組合而成2：1型礦物，如蒙脫石類(lèi)、水云母類(lèi)。 粘土礦物晶架內(nèi)的同晶置換（類(lèi)質(zhì)同象）在硅氧層中，常常Al3+代替Si4+；在鋁氧層中，常常Mg2+代替Al3+，F(xiàn)e3+代替Al3+。由于同晶置換常以低價(jià)代替高價(jià)的金屬離子，所以產(chǎn)生的電荷以負(fù)為主。能吸附陽(yáng)離子。粘土礦物對(duì)陽(yáng)離子的吸附性是土壤中一個(gè)極重要的特性，與土壤肥力關(guān)系密切，尤其可使土壤增加一定的礦質(zhì)元素。（2）粘土礦物的主要種類(lèi)及其特性 土壤中的粘土礦物種類(lèi)很多，據(jù)其性質(zhì)歸為以下幾類(lèi)： 蒙脫石組，又叫2: 1型脹縮型

46、礦物 包括蒙脫石（又叫膨潤(rùn)土）、綠脫石和拜來(lái)石。其特點(diǎn)為：a由二層硅氧層和一層鋁氧層重疊而成晶架。b其晶架內(nèi)普遍存在同晶置換現(xiàn)象。一般在硅氧層中，Al3+替代Si4+；在鋁氧層中Mg2+替代Al3+。替代的結(jié)果，使蒙脫石類(lèi)礦物帶負(fù)電，剩余負(fù)電荷由吸附在晶層上的交換性陽(yáng)離子平衡，故這類(lèi)礦物都有較高的吸附陽(yáng)離子能力。土壤中含這類(lèi)粘土礦物較多時(shí)，其保肥能力較強(qiáng)，能吸附較多的營(yíng)養(yǎng)性陽(yáng)離子。c脹縮性大，吸濕能力強(qiáng)。因晶層頂、底層都由硅氧層構(gòu)成，故當(dāng)兩層重疊時(shí)，相互間無(wú)吸引力，結(jié)果是兩個(gè)基面間有相當(dāng)大的脹縮性，因晶層間有水化度高的Ca+、Mg+、Na+交換性陽(yáng)離子，晶層間吸附水分子或極性分子，引起晶層間沿

47、c軸膨脹，脫水收縮。d形態(tài)呈片狀，而且顆粒細(xì)小。含蒙脫石多的土壤，其粘結(jié)性、可塑性都特別顯著，不利于耕作。e蒙脫石類(lèi)礦物主要分布在東北的黑鈣土和華北的栗鈣土中，華北地區(qū)的褐土和西北地區(qū)的灰鈣土中都含有此類(lèi)礦物。 高嶺石組，又叫1: 1型礦物，包括高嶺石、埃洛石和迪開(kāi)石。a該類(lèi)礦物晶架由一層硅氧層和一層鋁氧層構(gòu)成。b. 晶架內(nèi)同晶置換少。晶架內(nèi)部鋁氧片和硅氧片中沒(méi)有或極少有同晶置換現(xiàn)象。故其陽(yáng)離子吸附能力不如蒙脫石為主的土壤，其保肥能力弱。c. 晶層間由氫鍵連接，故其吸濕能力不如蒙脫石類(lèi)礦物。由于構(gòu)成晶架基面的底層與頂層性質(zhì)不同，當(dāng)晶架重疊時(shí)，其相鄰的兩個(gè)表面，一面是水鋁片上的OH-，另一面是硅

48、氧片上的O組成，使得一個(gè)晶架的頂層和另一晶架的底層產(chǎn)生H+的氫鍵聯(lián)系，這種氫鍵足以使晶架之間的距離牢固而不易象蒙脫石類(lèi)礦物那樣易膨脹。d. 外形也呈片狀，顆粒較蒙脫石粗，故粘著力、可塑性較弱。e. 高嶺石粘土礦物是南方熱帶、亞熱帶土壤中普遍由于強(qiáng)烈的脫硅富鋁化的強(qiáng)烈風(fēng)化而大量存在的粘土礦物，在華北、東北、西北及西藏高原的土壤中較少。 水云母組，又叫2: 1型非脹縮型礦物。包括伊利石、水白云母、蛭石。a. 此類(lèi)礦物由二層硅氧層及一層鋁氧層水鋁片組成。b. 晶架內(nèi)同晶置換現(xiàn)象主要發(fā)生在四面體內(nèi)，主要以Al3+代替Si4+，使晶架產(chǎn)生負(fù)電荷，有一定的吸附陽(yáng)離子的能力，主要吸附K+、Ca2+、Mg2+

49、、H+，故含伊利石較多的土壤，鉀素養(yǎng)料也較豐富。c. 晶層間由K+緊密相聯(lián)。由于四面體晶片層間距離比八面體晶片大，因而四面體內(nèi)同晶置換產(chǎn)生的負(fù)電荷對(duì)層間吸附的陽(yáng)離子有較強(qiáng)的束縛力。水云母晶層間正是由于這種非交換性K+存在，使晶層間彼此緊密聯(lián)系。吸附于晶架之間的K+，半陷在由晶層表面六個(gè)氧離子所構(gòu)成的晶穴中，它同時(shí)受到相鄰兩晶架陰離子的吸附，故使相鄰晶架產(chǎn)生鍵力，從而使伊利石組礦物不易膨脹。d. 保肥和吸濕力介于蒙脫石和高嶺石之間。e. 分布較廣，華北干旱土壤中較高，南方土壤中較少。2氧化物組 構(gòu)造簡(jiǎn)單，包括水化程度不同的鐵、鋁、硅的次生氧化物，是原生的硅酸鹽礦物在地表經(jīng)強(qiáng)烈風(fēng)化所產(chǎn)生Fe(OH

50、)3、Al(OH)3及SiO2的水膠凝體礦物，以及由于膠體老化而形成的結(jié)晶質(zhì)礦物。（二）粘土礦物的分布粘土礦物是由巖石、氣候等因素綜合作用下形成的，所以在自然界中呈地帶性分布。由表可知，我國(guó)熱帶、亞熱帶紅壤中含高嶺石較多，磚紅壤細(xì)粒中水鋁石較多，干旱地區(qū)石灰性土壤中伊利石最多。二、農(nóng)用礦物有的礦物就是天然的農(nóng)業(yè)資源，可用于生產(chǎn)某些肥料或農(nóng)藥，有的礦物可以作為土壤的改良劑。下面是幾種常見(jiàn)的農(nóng)用礦物。1磷灰石 磷灰石是分布最廣的礦物之一，是提取磷的主要礦物原料，農(nóng)業(yè)上主要用作磷素肥料和有機(jī)磷農(nóng)藥原料。我國(guó)土壤全磷量有明顯的地域分布趨勢(shì)，從南向北逐漸增加。磚紅壤的全磷量最低。2鉀長(zhǎng)石 可為土壤提供天

51、然鉀(K)元素，主要有正長(zhǎng)石、透長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石；3沸石 改良土壤和提取鉀（K）。由于沸石的架狀構(gòu)造中具有寬闊的孔道，其間可含水。4雄黃、雌黃 雄黃和雌黃為巖漿活動(dòng)后期低溫?zé)嵋旱V物，二者常共生，雄黃在地表不穩(wěn)定，常部分轉(zhuǎn)變?yōu)榇泣S，雄黃與雌黃為提取砷和As2O3的重要原料，可制作農(nóng)藥。三、礦物與農(nóng)業(yè)環(huán)境礦物與農(nóng)業(yè)環(huán)境的關(guān)系也非常大。因而了解有關(guān)礦石的礦物成分及其特性，并采取相應(yīng)的措施，對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的保護(hù)無(wú)疑是很有意義的。第二章 巖 石巖石是地殼中由地質(zhì)作用形成的固態(tài)物質(zhì)，是礦物或巖屑的集合體，有一定的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和變化規(guī)律。自然界中巖石種類(lèi)雖然名目繁多，但根據(jù)其成因可分為巖漿巖或火成巖（igneous

52、rock）、沉積巖(sedimentary rock)或水成巖、變質(zhì)巖(metamorphic rock)三大類(lèi)。巖漿巖是三大類(lèi)巖石的主體，占地殼巖石體積的64.7%，它由巖漿冷凝形成，是巖漿作用的最終產(chǎn)物；沉積巖是外力地質(zhì)作用的結(jié)果；而變質(zhì)巖則是由變質(zhì)作用形成的。巖漿作用與巖漿巖一、巖漿作用與巖漿巖的概念（一）巖漿作用1巖漿的概念 巖漿是位于地殼深處和上地幔中含有揮發(fā)性成分的硅酸鹽熔融體。一般位于地下幾公里至幾十公里處，溫度很高，壓力很大。（1）巖漿的成分 巖漿的化學(xué)成分主要是兩部分，一部分是硅和部分鋁的氧化物，它們構(gòu)成巖漿中的絡(luò)陰離子，其基本形式為SiO44-和AlSi3O8-；另一部分是

53、鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等金屬離子構(gòu)成的陽(yáng)離子。（2）巖漿的溫度 巖漿的溫度一般為8001200，可以低到650，也可以高達(dá)1400，隨巖漿成分的不同有所差異。巖漿作用指巖漿的發(fā)育、運(yùn)動(dòng)及其固結(jié)成巖的作用，包括噴出作用和侵入作用。2噴出作用 巖漿噴出地表的作用稱(chēng)噴出作用，又稱(chēng)火山作用。它伴隨著地下大量物質(zhì)在很短時(shí)間內(nèi)釋放出來(lái)。噴出物有氣體、固體和液體三類(lèi)。（1）氣體噴發(fā)物 氣體以水蒸汽為主，其含量常達(dá)60%以上。此外還有CO2、H2S、S，以及少量CO、H2、HCl、NH3、NH4Cl、HF等?；鹕絿姲l(fā)的氣體量往往很大。（2）固體噴發(fā)物 氣體的膨脹力、沖擊力與噴射力將地下已經(jīng)冷凝或半冷凝的巖漿物質(zhì)炸

54、碎并拋射出來(lái)；未冷凝的巖漿則成為團(tuán)塊、細(xì)滴被濺出來(lái)，在空中冷凝成為固體；此外，周?chē)鷰r石也可以被炸碎并拋出來(lái)。所有這三類(lèi)物質(zhì)就成了火山爆發(fā)的固體產(chǎn)物，統(tǒng)稱(chēng)火山碎屑物?；鹕剿樾嘉锇雌湫再|(zhì)與大小，可以分為：火山灰：粒徑50mm，由噴出的巖漿滴在空中冷凝而成。外形多樣?；鹕綇椡鈿ひ蚩焖倮淠湛s常有裂紋，內(nèi)部多孔洞?；鹕綁K：粒徑50mm，常為棱角狀。由各種火山碎屑物堆積并固結(jié)而成的巖石，稱(chēng)為火山碎屑巖。其中，由火山灰組成者稱(chēng)為凝灰?guī)r；由火山礫及火山渣組成者稱(chēng)為火山角礫巖；由火山塊組成者稱(chēng)為集塊巖。（3）液體噴發(fā)物 液體噴發(fā)物稱(chēng)為熔巖（lava），它是噴出地面而喪失了氣體的巖漿。它可以沿地面斜坡或山谷流動(dòng)

55、，其前端呈舌狀，稱(chēng)為熔巖流。熔巖因粘性不同其流動(dòng)能力不等。分布面積寬廣的熔巖流稱(chēng)熔巖被。熔巖在流動(dòng)過(guò)程中如遇陡坎，也能形成熔巖瀑布。3侵入作用 深部巖漿向上運(yùn)移，侵入周?chē)鷰r石而未到達(dá)地表，稱(chēng)為侵入作用。巖漿在侵入過(guò)程中變冷、結(jié)晶而形成的巖石叫侵入巖，又稱(chēng)侵入體。包圍侵入體的原有巖石稱(chēng)圍巖。侵入體形成的深度不一。形成深度在地表以下3km者，稱(chēng)為深成侵入體，其規(guī)模較大；形成深度在地表以下3km者，稱(chēng)為淺成侵入體，其規(guī)模較小。由于地殼隆起，上覆巖石被風(fēng)化、剝蝕，侵入體便暴露于地表。巖漿是高溫物質(zhì)，圍巖是低溫物質(zhì)，在侵入過(guò)程中巖漿與圍巖之間必然要發(fā)生許多變化，這里介紹兩個(gè)主要的作用。（1）同化作用與混

56、染作用 巖漿熔解圍巖，將圍巖改變成為巖漿的一部分，稱(chēng)為同化作用?；烊霂r漿中的圍巖碎塊可以部分或全部被熔化。部分未熔化的碎塊稱(chēng)為捕虜體。巖漿因同化圍巖而改變自己原有的成分稱(chēng)混染作用。同化作用與混染作用是相伴而生的，由于同化和混染作用的存在，原始巖漿的種類(lèi)只有幾種，卻可能形成多種不同成分的巖石。（2）結(jié)晶分異作用 一種成分的巖漿按礦物熔點(diǎn)的高低可依次結(jié)晶出不同成分的礦物，并依次形成不同種類(lèi)的巖石，這種作用稱(chēng)結(jié)晶分異作用。當(dāng)巖漿緩慢冷卻時(shí)，熔點(diǎn)高、比重大的礦物首先結(jié)晶。其中一部分晶體因比重大而沉入巖漿底部，或因其它原因從巖漿中分離出來(lái)，聚集成為熔點(diǎn)較高的巖石。另一部分未能沉入底部或從巖漿中分離出來(lái)，

57、則同剩余巖漿發(fā)生反應(yīng)，巖漿的成分因而發(fā)生部分變化。當(dāng)巖漿繼續(xù)冷卻到適當(dāng)溫度時(shí)，又有相應(yīng)熔點(diǎn)的礦物結(jié)晶并分離出來(lái)，形成熔點(diǎn)較低的巖石，類(lèi)似的作用多次發(fā)生，從而完成結(jié)晶分異過(guò)程。二十世紀(jì)二十年代初，美國(guó)巖石學(xué)家鮑文（NLBowen）根據(jù)人工硅酸鹽熔漿實(shí)驗(yàn)證明了上述結(jié)晶分異過(guò)程，他提出了一個(gè)表示巖漿結(jié)晶過(guò)程的鮑文反應(yīng)系列，這個(gè)反應(yīng)系列一般稱(chēng)之為反應(yīng)原理，即早期析出的晶體與巖漿反應(yīng)可形成新的晶體。在巖漿結(jié)晶分異過(guò)程中，礦物是按兩個(gè)系列結(jié)晶出來(lái)的。一個(gè)是連續(xù)反應(yīng)系列；另一個(gè)是不連續(xù)反應(yīng)系列。在連續(xù)反應(yīng)系列中，通過(guò)反應(yīng)，即部分先結(jié)晶出來(lái)的礦物同剩余巖漿之間發(fā)生作用，形成在化學(xué)成分上存在連續(xù)變化，而其內(nèi)部結(jié)

58、構(gòu)無(wú)根本改變的一系列礦物，這就是鈣長(zhǎng)石、培長(zhǎng)石、拉長(zhǎng)石、中長(zhǎng)石、更長(zhǎng)石及鈉長(zhǎng)石系列。在不連續(xù)反應(yīng)系列中，通過(guò)反應(yīng)既有化學(xué)成分差異，也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯著改變的一系列礦物，這就是橄欖石、輝石、角閃石及黑云母系列。最后，上述兩個(gè)系列又聯(lián)合起來(lái)形成一個(gè)不連續(xù)的反應(yīng)系列，依次結(jié)晶出鉀長(zhǎng)石、白云母和石英。（二）巖漿巖的概念由巖漿冷凝固結(jié)而成的巖石稱(chēng)為巖漿巖。由于在巖漿冷凝和結(jié)晶過(guò)程中失去了大量揮發(fā)組分，所以巖漿巖的成分與巖漿的成分是不完全相同的。巖漿主要通過(guò)地殼變動(dòng)，并沿地殼薄弱地帶上升逐漸冷卻而凝結(jié)。由巖漿的侵入作用形成的巖漿巖稱(chēng)為侵入巖。侵入巖又根據(jù)侵入深度不同分為深成巖和淺成巖。由巖漿的噴出作用形成的巖

59、漿巖稱(chēng)為火山巖?；鹕綆r可分為兩種類(lèi)型：一種是從火山噴發(fā)溢流出的熔漿冷凝而成的巖石叫熔巖或噴出巖；另一種是火山噴出的各種碎屑物質(zhì)經(jīng)固結(jié)而成的巖石叫火山碎屑巖。由于熔漿在地表?xiàng)l件下冷卻較快，所以噴出巖結(jié)晶都比較細(xì)，甚至完全是玻璃質(zhì)的。二、巖漿巖的物質(zhì)成分 巖漿巖的物質(zhì)成分包括其化學(xué)成分和礦物成分。研究物質(zhì)成分不僅有助于了解各類(lèi)巖漿巖的內(nèi)在聯(lián)系、成因及次生變化，而且可作為巖漿巖分類(lèi)的主要依據(jù)。 （一）巖漿巖的化學(xué)成分巖漿巖中含量最多的元素是O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti，它們約占巖漿巖總成分的99.25%，其他的元素則不足1%。巖漿巖中的化學(xué)成分常用氧化物來(lái)表示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，巖漿巖中各

60、主要氧化物的平均含量如表2-1所示。1巖漿巖主要是由SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、H2O等九種氧化物組成，它們共占氧化物總重量的99.3%以上，其中又以SiO2含量最多，約占三分之二，Al2O3次之。因此，常常根據(jù)巖漿巖中SiO2的百分含量將巖漿巖分類(lèi)。2巖漿巖中除了上述的主要造巖元素之外，還含有很多分布廣而量微的元素，如Ba、Sr、Li、Be、Ga、Pb、Zn、W、Mo、Sn、Rb、Nb、Ta、Y、Pt等，這些元素雖然量少，但很有意義。一是它們可以富集成礦；二是可以靈敏地反映巖漿巖的形成過(guò)程，所以很受人們的注意。3結(jié)合表2-2和圖2-7