理學(xué)地球科學(xué)概論：緒論

太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院地球科學(xué)與工程系地球科學(xué)概論緒

論地質(zhì)學(xué)（Geology）的概念

-------研究地球（地殼）的物質(zhì)成分、內(nèi)

部構(gòu)造、表面特征及地球演化歷史的科學(xué)。地球是人類賴以生存之本，地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生是人類在長期的生活、生產(chǎn)實踐中逐步了解和認識的結(jié)果地質(zhì)學(xué)成為一門系統(tǒng)的科學(xué)，只有200多年的歷史一、地質(zhì)學(xué)的發(fā)展階段(公元前～

18世紀中葉）對自然界地質(zhì)現(xiàn)象的認識是樸素、直觀、零散的，分析問題帶有極大的猜測性。近代（經(jīng)典）地質(zhì)學(xué)時期(18世紀中葉～

20世紀初）地質(zhì)學(xué)誕生、發(fā)展并涌現(xiàn)了一批著名的地質(zhì)學(xué)家，確立了地質(zhì)學(xué)的基本原理和方法，建立了地質(zhì)年代表，使這一科學(xué)體系不斷完善成熟現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)時期（20世紀初～現(xiàn)代）建立了以板塊構(gòu)造學(xué)說為標(biāo)志的系統(tǒng)的新的地質(zhì)學(xué)理論、觀念、方法。地質(zhì)應(yīng)用學(xué)科得到了很大發(fā)展?1

．地質(zhì)思想萌芽時期朱熹

(1130-1200)嘗見高山有螺蚌殼，或生石中，此石即水中之物。下者卻變而為高，柔者變而為剛。此事思之至深，有可驗者。意大利學(xué)者達·芬奇(1452-1519)¨亞平寧山脈上發(fā)現(xiàn)的海生介殼化石，本是生活在海濱的生物，是河流帶來泥土把它們掩埋，并且滲入了它們的內(nèi)部?！普?，后來這里的地勢升高，所以這些海洋生物的遺體就會出現(xiàn)在山上。地質(zhì)學(xué)誕生、發(fā)展并涌現(xiàn)了一批著名的地質(zhì)學(xué)家，確立了地質(zhì)學(xué)的基本原理和方法，建立了地質(zhì)年代表，使這一科學(xué)體系不斷完善成熟一、地質(zhì)學(xué)的發(fā)展階段1．地質(zhì)思想萌芽時期(公元前～

18世紀中葉）3．現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)時期（20世紀初～現(xiàn)代）建立了以板塊構(gòu)造學(xué)說為標(biāo)志的系統(tǒng)的新的地質(zhì)學(xué)理論、觀念、方法。地質(zhì)應(yīng)用學(xué)科得到了很大發(fā)展?對自然界地質(zhì)現(xiàn)象的認識是樸素、直觀、零散的，分析問題帶有極大的猜測性。2．近代（經(jīng)典）地質(zhì)學(xué)時期(18世紀中葉～

20世紀初）郝頓(英國)James

Hutton1726-1797¨根據(jù)自己在野外考察的實際經(jīng)驗和

前人的認識，把時

空統(tǒng)一的地質(zhì)思維，形象地表述為“在地球現(xiàn)在的構(gòu)造中，可以看到舊世界的廢墟”¨(地球論,1785)萊伊爾Charles

Lyell(1797

-

1875)“均變論”的代表人物¨用豐富的事實論證和闡明了被概括為“將今論古”，或稱

現(xiàn)實主義原理¨Present

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past¨他的巨著《地質(zhì)學(xué)原理》使地質(zhì)學(xué)真正成為一門科學(xué)“均變論”的誕生被稱作地質(zhì)學(xué)發(fā)展史上的第一次革命,它奠定了地球科學(xué)的思想理論基礎(chǔ)，也開始了以“固定論”作為其哲學(xué)基礎(chǔ)的“地槽論”長達一百多年的統(tǒng)治。英國史密斯(William

Smith,1769-1832)化石層序律¨在開鑿運河的過程中獲得了大批化石，經(jīng)過他的整

理研究發(fā)現(xiàn)每一地層各有其特定的化石,

據(jù)此制訂出世界上第一張系統(tǒng)的地層表法國古生物學(xué)家

居維葉(D.G.Cuvier,1769-1832)器官相關(guān)律¨在研究了大量動物器官的構(gòu)造與機能以後，發(fā)現(xiàn)每一種形態(tài)的動物機體都是一個統(tǒng)一的體系，這個體系的每個局部在構(gòu)造和機能上都是互相適應(yīng)的，因此了解局部就能推知其整體。法國古生物學(xué)家居維葉(D.G.Cuvier,1769-1832)器官相關(guān)律在研究了大量動物器官的構(gòu)造與機能以後，發(fā)現(xiàn)每一種形態(tài)的動物機體都是一個統(tǒng)一的體系，這個體系的每局部在構(gòu)造和機能上都是互相適應(yīng)的，因此了解局部就推知其整體。一、地質(zhì)學(xué)的發(fā)展階段1．地質(zhì)思想萌芽時期(公元前～

18世紀中葉）對自然界地質(zhì)現(xiàn)象的認識是樸素、直觀、零散的，分析問題帶有極大的猜測性。2．近代（經(jīng)典）地質(zhì)學(xué)時期(18世紀中葉～

20世紀初）地質(zhì)學(xué)誕生、發(fā)展并涌現(xiàn)了一批著名的地質(zhì)學(xué)家，確立了地質(zhì)學(xué)的基本原理和方法，建立了地質(zhì)年代表，使這一科學(xué)體系不斷完善成熟3．現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)時期（20世紀初～現(xiàn)代）建立了以板塊構(gòu)造學(xué)說為標(biāo)志的系統(tǒng)的新的地質(zhì)學(xué)理論、觀念、方法。地質(zhì)應(yīng)用學(xué)科得到了很大發(fā)展?¨魏格納（A.F.Wegner,1880-1930）¨

1912年大陸漂移學(xué)說的提出標(biāo)志著現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)發(fā)展時期的開始¨魏格納（A.L.Wegner,1880-1930）¨

1912年大陸漂移學(xué)說的提出標(biāo)志著現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)發(fā)展時期的開始阿爾弗雷迪·魏格納(Alfred

Wegener)隨著科技手段的更新，發(fā)展，同時人類自身探索資源的需要，收集到了更廣泛的地質(zhì)資料（洋底）建立了以大陸漂移——海底擴張——板塊構(gòu)造學(xué)說為標(biāo)志的系統(tǒng)的新的地質(zhì)學(xué)理論、觀念、方法。同時這一時期，地質(zhì)應(yīng)用學(xué)科得到了很大發(fā)展。地質(zhì)學(xué)理論至今仍在不斷發(fā)展、完善?！按箨懫?--板塊構(gòu)造”理論的提出被稱為地質(zhì)學(xué)發(fā)展史上的第二次革命.是海陸統(tǒng)一的新地球觀對以陸地為基礎(chǔ)的狹隘地球觀的勝利，標(biāo)志著人類觀察地球的視野從局部擴展到全球?！鞍鍓K理論”的興起，決不意味著人類對地球認識的終結(jié)。人類還必須從更大的參照系統(tǒng)來研究作為行星的地球，以及地球本身作為一個物質(zhì)系統(tǒng)的運動和發(fā)展。二、地質(zhì)學(xué)與其它學(xué)科的聯(lián)系及分支數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)數(shù)學(xué)物理

地球物理學(xué)化學(xué)

地球化學(xué)生物學(xué)

古生物學(xué)天文學(xué)

行星地質(zhì)學(xué)地學(xué)研究地球物質(zhì)成分：結(jié)晶學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)研究地殼運動及變形的：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)研究地殼演化歷史：古生物學(xué)、地史學(xué)、古地理學(xué)研究地表特征的：冰川地質(zhì)學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)地質(zhì)應(yīng)用學(xué)科：開發(fā)資源：煤田地質(zhì)學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、冶金地質(zhì)學(xué)、礦床學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)環(huán)境：

工程地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、城市地質(zhì)學(xué)、旅游地質(zhì)學(xué)特點:橫向：遍布全球每個角落（南極、北極赤道、山地、平原、陸地、海洋）縱向：大氣圈——上地幔（整個巖石圈）?空間廣闊三、地質(zhì)學(xué)的特點及研究方法三、地質(zhì)學(xué)的特點及研究方法特點:時間漫長地球年齡４６億年地質(zhì)記時單位是百萬年（Ma）。?自地球形成起無時無刻不發(fā)生地質(zhì)作用，地質(zhì)學(xué)問題涉及時間長。最老的巖石年齡３８－４２億年。一些地質(zhì)作用過程持續(xù)時間長，如海陸變遷，山脈隆起，礦物、巖石的形成、煤、石油資源的形成等。１５０Ｍａ以來的板塊運動過程只能在模擬的電腦中再現(xiàn)特點:現(xiàn)

象

復(fù)

雜三、地質(zhì)學(xué)的特點及研究方法?規(guī)模上：小到原子、分子的微觀過程（礦物形成、化石形成……），大到整個地球乃至太陽系形成的宏觀現(xiàn)象。特點:現(xiàn)

象

復(fù)

雜三、地質(zhì)學(xué)的特點及研究方法?性質(zhì)上：物理變化的化學(xué)變化的生物變化的（崩塌、泥石流）、（鐘乳、滴石、礦物的形成）、（煤、石油形成）等等。現(xiàn)

象

復(fù)

雜三、地質(zhì)學(xué)的特點及研究方法特點:?范圍上：從無機界到有機界、有機界與無機界的相互轉(zhuǎn)化。環(huán)境上：常溫、常壓的地表環(huán)境到高溫高壓的地下深處環(huán)境。特點:無法再現(xiàn)三、地質(zhì)學(xué)的特點及研究方法?眾多地質(zhì)現(xiàn)象對人類來說是無法再現(xiàn)的：生物演化，海陸變遷、煤、石油形成過程等（非再生）。研究方法1．理論與實踐相結(jié)合地質(zhì)學(xué)是一門實踐性很強的學(xué)科，地質(zhì)學(xué)的理論最初來自對自然界的觀察?

到自然界去觀察，取得最基礎(chǔ)的資料。?

實驗室進而模擬實驗。實踐：¨２．室內(nèi)與野外相結(jié)合¨¨一些地質(zhì)現(xiàn)象（火山爆發(fā)、海底擴張、風(fēng)化現(xiàn)象）只有在野外直接觀察（可借助儀器，但必須到實地）否則無法全面了解?！瑫r，有些現(xiàn)象，我們需要模擬實驗，在實驗室重復(fù)過程，進行深入細致的分析、研究。實驗室無法再現(xiàn)的火山噴發(fā)航片顯示的

Ｓａｎ

Ａｎｄｒｅａｓ

大斷層(形象的比喻為地表的“大拉鏈”)褶皺巖層天體撞擊的隕石坑(亞利桑那)山

岳

冰壯

觀

的

火野外觀測獲取野外第一手的資料是地球科學(xué)研究的起點，也是基礎(chǔ)?！щ娮佑嬎銠C技術(shù)¨

數(shù)據(jù)庫¨

迅速編繪反映動態(tài)變化的圖件¨

模擬演化過程¨

數(shù)字地球(Digital

Earth)計算計進行的大西洋兩岸915米等深線邊界的拼接誤差小于1個經(jīng)度計算機模擬的大陸漂移與板塊運動研究方法3．局部與整體相結(jié)合有些地質(zhì)現(xiàn)象，涉及空間大，人們無法得到全部的空間資料，這時，對整體的現(xiàn)象了解必須與局部相結(jié)合，如地質(zhì)勘探探明地下礦藏的分布：點線面體變研究方法4．

宏觀與微觀相結(jié)合火山噴發(fā)是極其宏觀的現(xiàn)象，但熔漿冷凝過程中礦物的形成又是結(jié)晶的微觀現(xiàn)象。研究方法定性與定量相結(jié)合原始手段與新技術(shù)、新裝置相結(jié)合在當(dāng)今先進的科技條件下，“地質(zhì)三大件”（錘子、羅盤、放大鏡）仍不能放棄利用衛(wèi)星進行的地球定位系統(tǒng)

儀器測定各種化學(xué)成分(常量元素、微量元素或同位素)及其動態(tài)變化

物理儀器測定地球上的溫度、壓力、運動速度，進行電磁場、重力場、幅射場以及地震波速的觀測

生物生活性狀觀測并進而進行生物化學(xué)、生物分子學(xué)和生物遺傳學(xué)的觀測科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進的儀器裝備開闊了人類認識地球的視野增強了探索地球的能力使地質(zhì)學(xué)的研究深入到更廣闊的領(lǐng)域和空間海洋豐富的資源誘惑著人類對海洋的探索深海鉆探計劃

------

大洋鉆探計劃------

整合大洋鉆探計劃DSDP

ODP

IODP··Deep

Sea

Drilling

ProjectOcean

Drilling

ProgramDSDP:ODP:IODP:Integrate

Ocean

Drilling

Program格洛瑪號（Glomar

challenger）深海鉆探計劃(DSDP)科學(xué)考察船決心號JOIDES.Resolution國際大洋鉆探計劃（ＯＤＰ）科學(xué)考察船決心號JOIDES.ResolutionDSDP和ODP的站位DSDP和ODP洋底鉆探示意圖海底礦產(chǎn)資源天然氣體水合物

methane

gas

hydrate俗稱可燃冰–遠景資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在已知全球天然氣資源總量的50倍；是全球已知石油、煤炭能源總和(包括已消耗的)的2倍.二十一世紀的新型潔凈能源天然氣體水合物由天然氣和水分子組成的固體結(jié)晶物質(zhì)，是水和以甲烷等為主的有機氣體構(gòu)成的可燃性物質(zhì)。

俗稱“可燃冰”1立方米的水合物晶體在常溫、常壓下可釋放

164立方米的甲烷氣體燃燒中的氣體水合物研究方法７．“將今論古”是地質(zhì)學(xué)研究的指導(dǎo)方法Present

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thePast四、《地球科學(xué)概論》的學(xué)習(xí)內(nèi)容本課程是地學(xué)有關(guān)專業(yè)的必修課，其目的在于使學(xué)生掌握最基本的地質(zhì)學(xué)原理和分析問題的方法，內(nèi)容上包括了地質(zhì)學(xué)主要分支學(xué)科的核心內(nèi)容（動力地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)、古生物地史學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)）課程學(xué)習(xí)目的了解基本理論和獲得必要知識掌握一些基本概念建立地質(zhì)科學(xué)的思維方法學(xué)習(xí)一些實際技能增強探索自然的興趣提高素養(yǎng)、關(guān)愛地球?qū)W習(xí)方法這是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)上大多為闡述性、敘述性講授，不同于中