工程地質(zhì)與水文(1-1)

1、第一篇 工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識地球的演化主要造巖礦物與巖石地質(zhì)構(gòu)造與閱讀地質(zhì)圖地貌第一章 地球的演化本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：目的：對地球有一個(gè)基礎(chǔ)地正確地認(rèn)識， 能夠描述地球演化史； 描述地質(zhì)年代表，并論述巖石風(fēng)化程度； 掌握地球內(nèi)、外地質(zhì)作用及其分類。重點(diǎn)：描述地球演化史、地質(zhì)年代表，理解地球地質(zhì)作用。難點(diǎn)：地質(zhì)年代表內(nèi)容：1.地球概況 2.地質(zhì)年代與地層單位 3.地質(zhì)作用第一節(jié)地球的概述地球的地位：地球是太陽系九大行星中較小的一顆行星。太陽在銀河系里只是 1. 6 X 1011顆恒星之一；銀河系也僅僅是總星系的一個(gè)成員；而總星系還只是宇宙的一部分。一、地球的圈層構(gòu)造：二、地球的形狀和大?。喝?、地球的物理性

2、質(zhì)：地球內(nèi)部圈層示意圖一、地球的圈層構(gòu)造：1.地球的外部圈層 水圈大氣圈生物圈2.地球的內(nèi)部圈層 地殼、地幔和地核三個(gè)主要圈層。 軟流層：（又稱低速帶）40-250 km處，地震波波速低，溫度接近巖石熔點(diǎn)，塑性較大，利于巖石活動(dòng)。某些區(qū)域內(nèi)不能傳播橫波-巖石可能已為液態(tài)。軟流圈以上的地幔和地殼合稱巖石圈。宏觀圈層結(jié)構(gòu)外部圈層內(nèi)部圈層大氣圈水圈生物圈地殼地幔地核巖石圈ONPOARRABCD二、地球的形狀和大小：第一級近似圓球形第二級近似旋轉(zhuǎn)橢球體第三級近似大地水準(zhǔn)體(Geoid)大地水準(zhǔn)面海面上的重力位各處都是相等的，即海面在重力作用下是一個(gè)等位面，把這個(gè)等位面延伸通過大陸，就形成一個(gè)封閉曲面。

3、 二、地球的形狀和大?。捍蟮厮疁?zhǔn)體大地水準(zhǔn)體大地水準(zhǔn)面（平均海面）所封閉的球體形狀 。不是一個(gè)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)橢球面，有地方隆起，有地方凹陷，相差可達(dá)100m以上；赤道橫截面不是正圓形，是近似橢圓形，長軸指向西經(jīng)20和東經(jīng)160方向，長短軸之差為430m；赤道面不是地球的對稱面，與標(biāo)準(zhǔn)橢球體相比，南極大陸比基準(zhǔn)面凹進(jìn)24m；北冰洋卻高出基準(zhǔn)面14m。赤道南緯60之間高出基準(zhǔn)面，而從赤道到北緯45之間低于基準(zhǔn)面。二、地球的形狀和大?。旱厍?yàn)橐焕鏍钊S旋轉(zhuǎn)橢球體。赤道一帶稍微凸出，南北半球也不對稱，加上表面凹凸不平.赤道半徑（a） 6378. 1724km 赤道周長40075. 696km兩極半徑（b）

4、 6356. 7986km 子午線周長40008. 6km平均半徑 6371. 229km 表面積5. 1007*108km2扁率（a-b）/a） 1：298341 體積10832 *1012km2有關(guān)地球的常數(shù)地球赤道半經(jīng)（）：6378137m*地球極半經(jīng)（）：6356752m*赤道標(biāo)準(zhǔn)重力加速度（e）：（9780321）10-5m/s2 地球的其它數(shù)據(jù)地球平均半經(jīng)：6371km 子午線周長：40008.08km赤道周長：40075.24km 地球的面積：51000萬km2*海洋面積：36100萬km2，占地球總面積的70.8陸地面積：14900萬km2，占地球總面積的29.2地球的體積：1

5、0830億km3* 地球的質(zhì)量：5.9761027g*地球的平均密度：5.517g/cm3物體脫離的臨界速度：11.2km/s 赤道上點(diǎn)的線速度：465m/s地球沿軌道運(yùn)動(dòng)的平均速度：29.78km/s大陸最高山峰（珠穆朗瑪峰）：8846.27m大陸平均高度：825m海洋最深海溝：-11034m 海洋平均深度：-3800m大陸和海洋的平均高度：-2448m（即全球表面無起伏，將被2448m厚的海水所覆蓋） 三、地球的物理性質(zhì)：地球的平均密度是5.517g/cm3。地殼上部巖石平均密度是2.65g/cm3。推測地球內(nèi)部必有密度更大的物質(zhì)。地球密度隨深度而增大。在地下若干深度處密度呈跳躍式變化，推

6、測地核部分密度可達(dá)13g/cm3左右。地球的平均密度和水星（5.4）相差不多。月球（3.341）和火星（3.95）的密度都比地球小，其它行星的密度更小。 1地球的密度1 陸地地形山地 丘陵 高原 平原 盆地 洼地 裂谷2 海洋地形2、地球的壓力地球內(nèi)部壓力是隨深度加大而逐漸增高的。深度每增加km，壓力增加27.5 MPa（1 MPa1兆帕斯卡N / m）。深部隨著巖石密度的加大，靜巖壓力增加得更快些。靜巖壓力在莫霍面附近約1200 MPa，古登堡面附近約135,200 MPa，地心處可達(dá)361,700 Mpa，相當(dāng)于360萬個(gè)大氣壓力地表地心3、地球的重力地球的重力 地球自轉(zhuǎn)引起的離心力和地球

7、引力的合力。 P = F + dF=GMm/R2 d=r(G為萬有引力常數(shù)， 為角速度) 因?yàn)殡x心力相對很小，即使在赤道也只有萬有引力的1/289，所以重力基本上就等于萬有引力，方向也基本上指向地心。為了便于比較，通常用單位質(zhì)量所受的引力來表示重力（重力加速度 g） g = GM/R2 (單位用伽Gal) 1 Gal =1cm/s2地球的重力地球?qū)Φ乇砗偷貎?nèi)物質(zhì)的引力。據(jù)萬有引力定律：F=GMm/r2地球赤道處重力加速度g=9.780318 (m/s2) 地球兩極處重力加速度g=983.2177 (m/s2)兩極，重力比赤道處大0.53，也就是說把在兩極重100kg的物體搬到赤道地區(qū)時(shí)，則變成

8、99.47kg。 地球上重力的變化重力隨緯度的增加增加。重力隨海拔高度的增加減小。重力隨深度的增加先增加，然后減小，到地心趨向于零。重力異常重力異常理論重力值：把地球看作一個(gè)理想的旋轉(zhuǎn)橢球體，且內(nèi)部密度無橫向變化，所計(jì)算出的重力值。重力正異常實(shí)測重力值理論重力值0 重力正異常實(shí)測重力值理論重力值0 重力異常的地質(zhì)意義：重力正異常此處地下往往有密度較大的物質(zhì)，可能是鐵、銅、鉛、鋅等礦區(qū)。重力正異常此處地下往往有密度較小的物質(zhì)，可能有石油、煤、鹽類以及大量地下水等 存在。 看教材，想一想：重力的自由空氣校正？自由空氣異常？重力的布格校正？布格重力異常？看圖1-3了解我國大陸部分地區(qū)布格重力異常。重

9、力的變化 重力在地表的變化 重力隨緯度的增加而增加，隨海拔高度的增加而減小。若將地球視為均質(zhì)體，以海平面為基準(zhǔn)可計(jì)算出不同緯度的標(biāo)準(zhǔn)重力值。g=987.032(1+5.3*10-3*sin2-5.9*10-6 *sin22) g 為重力（伽），為緯度 重力在地球內(nèi)部的變化 影響重力大小的不是整個(gè)地球的總質(zhì)量，而主要是所在深度以下的質(zhì)量。 由于地殼與地幔的密度都比較小，從地表到地下2900km的核幔界面，重力大體上是隨深度增加而略有增加，但有波動(dòng)。在核幔界面上，重力值達(dá)到極大(約1069伽)，再往深處去,各個(gè)方向上的引力趨向平衡,重力值逐漸減少，直至變小為零。重力異常 實(shí)際測得的重力值與理論重力

10、值之間的差值，稱重力異常。 當(dāng)實(shí)測重力值 理論重力值,稱正異常 當(dāng)實(shí)測重力值 理論重力值,稱負(fù)異常 在埋藏有密度較小物質(zhì)（如石油、煤、鹽等非金屬礦產(chǎn)）的地區(qū)，常顯示負(fù)異常；而埋藏有密度大物質(zhì)（如鐵、銅、鉛、鋅等金屬礦產(chǎn)）的地區(qū)，就顯示正異常。所以人們就可以通過重力測量，來圈定重力異常的區(qū)域，尋找那些引起重力異常的非金屬和金屬礦產(chǎn)。這就是地質(zhì)勘查中常用的重力探勘方法1.1.2.4 地?zé)岬責(zé)岬厍騼?nèi)部儲存的熱能。有關(guān)地?zé)岬幕靖拍畛貙樱旱乇硐蛳乱欢ǖ纳疃鹊貧け韺拥臏囟炔辉匐S外界溫度而變化，這一 深 度 叫常溫層。其因地而異，我國北方約為30m。地?zé)嵩鰷丶墸剩涸诔貙右韵?，溫度每升?時(shí)所增加的

11、深度，單位是m/。其平均值為：33 m/。地?zé)崽荻龋荷疃让吭黾?00m，地溫增加值。平均：3 /100m。地?zé)嵩鰷氐囊?guī)律只適用于地殼部分或巖石圈。 地?zé)豳Y源地?zé)崮芤欢ǖ刭|(zhì)條件下，地?zé)岣患饋硇纬傻責(zé)崮堋５責(zé)崃髦?HFU，一般被認(rèn)為是良好地?zé)豳Y源的地區(qū)。中生代褶皺帶（相當(dāng)于環(huán)太平洋帶）、新生代喜馬拉雅褶皺帶（相當(dāng)于地中海-喜馬拉雅帶）是著名的地?zé)釒Вǖ卣饚Ш突鹕交顒?dòng)帶）。我國東部沿海（包括臺灣在內(nèi)）和西藏、云南等地，處于世界的兩條地?zé)釒Х懂爟?nèi)，地?zé)豳Y源豐富。 地球物理性質(zhì)地球的溫度 外熱層 常溫層 內(nèi)熱層地球的磁性 磁場強(qiáng)度 磁傾角 磁偏角彈性和塑性4、地球的磁場地磁場：地球周圍存在的磁場 磁北

12、極位于地理北極附近，磁南極位于地理南極附近，但不重合，地磁軸與地球自轉(zhuǎn)軸的夾角現(xiàn)在約為11.5度，1980年實(shí)測的磁北極位于北緯78.2度、西經(jīng)102.9度（加拿大北部），磁南極位于南緯65.5度，東經(jīng)139.4度（南極洲）。 地理北極、地磁北極和磁北極區(qū)別？地磁軸地理軸1.1.2.3 地磁地磁磁場同置于地球中心的一個(gè)大條形磁鐵（條形磁鐵與地軸呈11.5相交）所產(chǎn)生的偶極磁場相類似。 地磁三要素磁場強(qiáng)度：地表任意一點(diǎn)地磁的大小。單位奧斯特Oe，指向北磁極。磁偏角：地磁子午線與地理子午線之間的夾角。 其中，以指北針為準(zhǔn)，東偏為“”；西偏為“”。磁傾角：磁針與各處水平面的夾角。 依指北針，下傾為“

13、”；上仰為“”。 兩磁極為90；赤道為0。地磁的特點(diǎn)地磁的特點(diǎn)（1）地磁南北極和地理南北極的位置不一致，并且磁極的位置逐年都有變化（如表1-1），磁極有向西緩慢移動(dòng)的趨勢。（2）地面上每一點(diǎn)都可從理論上計(jì)算出它的磁偏角和磁傾角。如磁偏角和磁傾角與理論值不符時(shí)，叫做地磁異常。（3）地球磁場的磁力線受太陽風(fēng)的影響，被壓縮在一個(gè)固定區(qū)域內(nèi)， 這個(gè)區(qū)域叫磁層。地磁三要素：磁場強(qiáng)度、磁偏角、磁傾角磁場強(qiáng)度：為某地點(diǎn)單位面積上磁力大小的絕對值。它是一個(gè)具有方向（磁力線方向）和大小的矢量，一般在磁兩極附近磁感應(yīng)強(qiáng)度大（約為60T（微特拉斯）；在磁赤道附近最?。s為30 T ）。磁偏角：磁偏角是指磁針靜止時(shí)，

14、所指的北方與真正北方的夾角。磁子午線與地理子午線之間的夾角。磁偏角的大小各處都不相同。指南針、磁羅盤是測定磁偏角最簡單的裝置，所以磁偏角的發(fā)現(xiàn)和測定的歷史也很早。根據(jù)規(guī)定，磁針指北極N向東偏則磁偏角為正，也稱東偏；向西偏則磁偏角為負(fù)，也稱西偏。磁傾角：指磁針北端與水平面的交角。通常以磁針北端向下為正值，向上為負(fù)值。地球表面磁傾角為零度的各點(diǎn)的連線稱為地磁赤道；磁感線？磁傾角的變化 由地磁赤道到地磁北極，磁傾角由0逐漸變?yōu)?90；由地磁赤道到地磁南極，磁傾角由0變成-90。 我國在北半球，羅盤南針要綁銅線，為什么？地磁軸地理軸5、地球的溫度地溫人們可以從火山和溫泉意識到地下深處是熱的，地球的溫度

15、總體上是從地表向地內(nèi)逐漸增高的。在地表附近，由于太陽幅射熱的影響，溫度有晝夜變化、季節(jié)變化和多年周期的變化這一表層可叫外熱層（或變溫層）。外熱層的深度一般在十幾米在其下界面附近，地溫常年保持不變，等于或略高于當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，該處稱為常溫層。常溫層以下，受到地球內(nèi)部熱量的影響，溫度逐漸升高。一般把在常溫層以下，每向下加深100所升高的溫度稱為地?zé)嵩鰷芈驶虻販靥荻?。這是由于地球內(nèi)部熱量通過向上熱傳導(dǎo)而造成的。世界上不同地區(qū)，地溫梯度都不相同，地球表層的平均地溫梯度為。海底的地溫梯度一般為，大陸為.大陸的地溫梯度一般來說是顯著低于海底的6、地球的彈塑性彈塑性 地球具有彈性，表現(xiàn)在地球內(nèi)部能傳播地震波，因?yàn)榈卣鸩?/p>