2-地殼與地質(zhì)作用.ppt

1、土木工程地質(zhì)講義,第一編 動力地質(zhì)作用與不良地質(zhì)現(xiàn)象第一章 地殼與地質(zhì)作用第二章 活斷層與地震第三章 滑坡與泥石流第四章 巖溶第五章 滲透變形與地面沉降第六章 河流侵蝕與淤積第七章 地裂縫與采空區(qū)塌陷,（1） 地球的形態(tài)與圈層結(jié)構(gòu) （2） 地球的內(nèi)部圈層構(gòu)造與內(nèi)動力地質(zhì)作用 （3） 地殼結(jié)構(gòu)與地殼均衡學(xué)說 （4） 地球的外部圈層構(gòu)造與外動力地質(zhì)作用 （5） 內(nèi)外地質(zhì)作用對地殼的改變 （6） 地層年代 （7） 地質(zhì)構(gòu)造,地殼與地質(zhì)作用,地球的外部形態(tài) 地球形狀是指大地水準(zhǔn)面所圈閉的形狀。地球形狀為扁率不大的梨狀橢球體。由于地球橢球體的扁率很小，故在一般計算時，常以地球為一圓球體，取其平均半徑為6

2、371km。（赤道半徑6378km） 地球并不是一個均質(zhì)體，而具有圈層結(jié)構(gòu)。 地球是由不同狀態(tài)和不同物質(zhì)組成的非均質(zhì)圈層構(gòu)造的橢球體。以地表為界分為內(nèi)圈和外圈。它們又可再分為幾個圈層， 所以必須了解它們的整體特征，才能更深刻地理解動力地質(zhì)作用的原理。,EXIT,地殼,地幔,地核,A,B,C,D,E,F,G,地震波在巖體中的傳播受物質(zhì)密度及固液狀態(tài)的影響。 對地震資料的研究發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)部在兩個深度有兩個波速變化最明顯的界面，反映出地球內(nèi)部物質(zhì)以這兩個深度作為分界面，上下有顯著的不同。第一個界面深度很不一致，在大陸區(qū)較深，最深可達(dá)60公里以上，在大洋區(qū)較淺，最淺不足不足5公里，這個界面是南斯拉夫地

3、球物理學(xué)家莫霍羅維契奇于1909年發(fā)現(xiàn)的，所以叫莫霍羅維契奇不整合面，簡稱莫霍面(moho)。第二個界面深度在地表下約2900公里處，是由美國地球物理學(xué)家古滕堡于1914年提出的，所以叫古滕堡不連續(xù)面簡稱古滕堡面。根據(jù)這兩個分界面，目前把地球內(nèi)部構(gòu)造分為地殼、地幔和地核三個層圈地球內(nèi)部。再根據(jù)次一級界面把地幔分為上地幔和下地幔，把地核分為外核、過渡帶和內(nèi)核，并分別給以代號A、B、C、D、E、F、G,地殼指地球外表的一層薄殼，平均厚度為33km，主要由固體巖石組成。,地幔是地球的莫霍面以下、古登堡面以上部分，其體積約占地球總體積的83，質(zhì)量占1，是地球的主體部分，主要由固態(tài)物質(zhì)組成。以984km

4、處為界分上地幔和下地幔兩個次級圈層，上地幔的平均密度為35gm3，頂部Vp為80kms，與地殼有明顯差別。通過對地幔中地震波傳播特征的研究發(fā)現(xiàn)，在40250km處存在“低速帶”，尤其是100150km深度處波速降低得最多。又據(jù)低速帶內(nèi)有些區(qū)域不傳播橫波，推斷這些區(qū)域的溫度已超過巖石熔點形成液態(tài)區(qū)。 由于低速帶距地表很近，這些液態(tài)區(qū)很可能是巖漿的發(fā)源地。鑒于低速帶的塑性較大，它為上部固態(tài)巖石的活動動創(chuàng)造了有利的條件，故在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中稱其為軟流圈。而將軟流圈以上的上地幔和地殼合稱為巖石圈。,地幔下界至地心部分稱為地核，它占地球總體積的16，占總質(zhì)量的31.5。按地震波分布，分為外核、過渡層和內(nèi)核三

5、層。根據(jù)橫波不能通過外核的事實，推斷外核是由液態(tài)物質(zhì)組成的。分布于中間的過渡層，波速變化復(fù)雜，可能是由液態(tài)開始向固態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)變的一個圈層。內(nèi)核一般認(rèn)為由以鐵、鎳等成分為主的固態(tài)物質(zhì)組成。,地質(zhì)作用分類：按照能源和作用部位的不同，地質(zhì)作用分為內(nèi)動力地質(zhì)作用和外動力地質(zhì)作用。 內(nèi)動力地質(zhì)作用由內(nèi)能引起整個巖石圈物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造、地表形態(tài)發(fā)生變化的作用稱為內(nèi)動力地質(zhì)作用。 包括構(gòu)造運動、地震作用、巖漿作用和變質(zhì)作用。,構(gòu)造運動使巖石圈發(fā)生變形、變位以及使洋底增生和消亡的地質(zhì)作用。 地震作用由地震引起的巖石圈物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)和地表形態(tài)變化的地質(zhì)作用。 巖漿作用指巖漿的形成、演化直至冷凝成巖石的全部地質(zhì)過

6、程。按其作用部位分為侵人作用和噴出作用（火山作用）。 變質(zhì)作用地表以下一定壞境中巖石在固態(tài)下發(fā)生結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或物質(zhì)成分的變化而形成新巖石的地質(zhì)過程。按變質(zhì)作用的因素和所處的部位分為接觸變質(zhì)作用、碎裂變質(zhì)作風(fēng)、區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用。此外，尚有洋底變質(zhì)作用,EXIT,思考題1,地殼是固體地球最外的一圈。地殼表面在陸地上直接暴露出來，有水體的地方特則是海洋區(qū)則被水圈覆蓋。地殼的厚度變化很大，大洋地殼較薄，平均厚6公里，最厚約8公里。大陸地殼較厚，平均厚35公里，最厚處可達(dá)70公里（如青藏高原）。說明地殼下界是起伏不平的。整個地殼平均厚度約16公里，只有地球半徑的1400，體積只有地球體積的0.8

7、，質(zhì)量為241024克，約占地球質(zhì)量的0.4%。地殼由上下兩層組成，其間有一個次一級的界面叫康拉德面。這個界面并不到處都存在。上地殼叫硅鋁層，主要成分是氧、硅、鋁等輕元素，平均密度2.7克/厘米2，主要巖石為酸性的巖漿巖和變質(zhì)巖，如花崗巖、片麻巖等，故也叫花崗質(zhì)層。這一層只有大陸殼才有，大洋殼缺少此層，因此呈不連續(xù)分布。平均厚度約10公里。下地殼叫硅鎂層，主要成分是氧、硅、鐵和鎂，主要巖石為基性巖，又稱為玄武質(zhì)層。,高山,高原,平原,淺海,200米,海平面,硅 鋁 層 （密度約2.7）,莫,霍,面,密度約3.5,大,洋,底,硅,鎂,層,（密度約3.0）,高原和山岳地區(qū)下面密度較小的硅鋁層較厚，

8、它一方面向上隆起， 具有較高的高度，另一方面又向下楔入密度較大的硅鎂層中，具 有較大的深度。因此，地殼下面存在著一個均衡面，這個面不是 水平而是起伏不平的，組成地殼的物質(zhì)是不均一的。高原和山岳 上部的質(zhì)量剩余就被下部質(zhì)量的不足所抵消，大洋中直接出露硅 鎂層，深部地幔也向上凸入地殼內(nèi)，下部質(zhì)量的剩余就足以補(bǔ)償 上部（水體部分）質(zhì)量的不足，從而保持地區(qū)之間重力上的均衡。這就是地殼均衡現(xiàn)象。結(jié)果在一定的補(bǔ)償基面以上，沿鉛垂方向 的質(zhì)量到處趨于一致。,地殼均衡學(xué)說示意圖,地殼表層長期與大氣和水接觸，遭受各種外動力地質(zhì)作用的改造，形成了一層沉積層。,EXIT,外部圈層 1大氣圈 大氣包圍著固體地球，形成

9、地球最外一個層圈，稱為大氣圈(atmosphere)。大氣圈是環(huán)繞地球的空氣層，大氣圈按物理性質(zhì)自下而上分為四層：對流層、平流層、電離層、擴(kuò)散層。 2水圈 地球表面上的海洋面積占70.78，通常人們把地球表面的海洋、河流、湖泊及地下水等看成是包圍地球表面的閉合圈。在自然界水分的循環(huán)過程中，大陸降水量只占總降水量的20.6，然而這一水量卻是改變地貌的強(qiáng)大動力因素。河流、冰川、地下水等水體在其流動過程中，不斷改造地表，塑造出各種地表形態(tài)。同時水圈對生命的生存、演化提供了必不可少的條件，因此水圈是外動力地質(zhì)作用的主要動力來源。 3生物圈 地球表面凡是有生命活動的范圍稱為生物圈。生物在其生命活動過程中

10、，通過光合作用、新陳代謝等方式，形成一系列生物地質(zhì)作用，從而改變地殼表層的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)。生物活動成為改造大自然的一個積極因素，同時生物的繁殖活動和生物遺體的堆積，為形成有用礦產(chǎn)提供物質(zhì)基礎(chǔ),外動力地質(zhì)作用：主要由外能引起地表形態(tài)和物質(zhì)成分變化的 地質(zhì)作用稱為外動力地質(zhì)作用。,風(fēng)化作用在地表或近地表條件下，巖石、礦物在原地發(fā)生物理 破壞的作用，并把破碎分解了的產(chǎn)物搬離原地。按動力來源分為 風(fēng)的吹蝕作用、流水的侵蝕作用、地下水的潛蝕作用、冰川的刨 蝕作用和海水湖水的沖蝕作用等。 搬運作用風(fēng)化剝蝕后的產(chǎn)物被遷移到它處的作用。由于介質(zhì)和 環(huán)境的不同分為風(fēng)的搬運作用、流水的搬運作用、地下水的搬運 作用

11、、冰川的搬運作用和海水、湖水的搬運作用等。 沉積作用當(dāng)搬運介質(zhì)的動能減少、搬運介質(zhì)的物理化學(xué)條件發(fā) 生變化或者在生物的作用下，被搬運的物質(zhì)在新的環(huán)境下堆積起 來的作用。按沉積方式分為機(jī)械沉積作用、化學(xué)沉積作用和生物 沉積作用。由于動力性質(zhì)和環(huán)境的不同，又可分為風(fēng)的沉積作用、 地面流水的沉積作用、地下水的沉積作用、冰川的沉積作用和海、 湖水的沉積作用。 負(fù)荷地質(zhì)作用松散堆積物、巖塊等由于自身的重量并在其它動 力地質(zhì)作用觸發(fā)下產(chǎn)坐位移和變化的作用。按其運動方式可分為 崩落作用、潛移作用、滑動作用和流動作用。 硬結(jié)成巖作用使松散堆積物轉(zhuǎn)變成沉積巖的過程，按方式的不 同分為膠結(jié)作用、壓實作用和結(jié)晶作用

12、。,EXIT,思考題2,地質(zhì)作用,內(nèi)動力地質(zhì)作用,外動力地質(zhì)作用,內(nèi)動力地質(zhì)作用,外動力地質(zhì)作用,構(gòu)造運動,水平運動,升降運動,地震作用,震前,震后,巖漿作用,噴出作用 （火山作用）,侵入作用,變質(zhì)作用,接觸變質(zhì)作用,碎裂變質(zhì)作用,區(qū)域變質(zhì)作用,混合巖化作用,風(fēng)化作用,剝蝕作用,搬運作用,沉積作用,負(fù)荷地質(zhì)作用,硬結(jié)成巖作用,物理風(fēng)化作用 化學(xué)風(fēng)化作用 生物風(fēng)化作用,風(fēng)的吹蝕作用 地下水潛蝕作用 湖水、海水沖蝕作用 冰川刨蝕作用,風(fēng)的搬運作用 地面流水搬運作用 地下水搬運作用 湖水、海水搬運作用 冰川搬運作用,風(fēng)的機(jī)械沉積作用 地面流水的機(jī)械沉積作用 地下水機(jī)械、化學(xué)沉積作用 湖水、海水的機(jī)械

13、、化學(xué)、 生物沉積作用 冰川機(jī)械沉積作用,崩落作用 潛移作用 滑動作用 流動作用,膠結(jié)作用 壓實作用 結(jié)晶作用,內(nèi)動力地質(zhì)作用對地殼的改造表現(xiàn)為內(nèi)動力地質(zhì)作用引起地表地形的變化。 內(nèi)動力對于地表地形的形成與改造作用遠(yuǎn)比外動力巨大，而且是決定性的。地表地形的總輪廓是內(nèi)動力地質(zhì)作用的結(jié)果。 因為內(nèi)動力在促使地殼深部物質(zhì)運動的同時，必輪波及地表，并在地表地形上反映出來。 地殼表面大的地形單元大陸和海洋、高山和平原等都是不同性質(zhì)、不同強(qiáng)度的構(gòu)造運動對不同地殼結(jié)構(gòu)和在不同演變歷史階段的反映。 地球表面的地勢起伏在地質(zhì)歷史上經(jīng)歷了復(fù)雜的演變，現(xiàn)代的地形輪廓只是新生化以來地質(zhì)歷史時期內(nèi)、外動力地質(zhì)作用的反映

14、。 由此可見，內(nèi)動力地質(zhì)作用時控制地表各種主要地形以及促使地形發(fā)生演變得主要因素。,外動力地質(zhì)作用引起地殼的變化。各種外動力地質(zhì)作用以自己獨特的方式刻蝕著地表，塑造出各式各樣的地貌。同時把剝蝕下來的物質(zhì)搬運到名處堆積成各種地貌，這些物質(zhì)經(jīng)過成巖作用轉(zhuǎn)變?yōu)閳杂驳某练e巖。各種外動力又改造它們。,內(nèi)、外動力地質(zhì)作用的相互關(guān)系，自地殼形成以來，在時間和 空間兩個方面內(nèi)動力和外動力地質(zhì)作用都是一個連續(xù)的作用過 程。雖然它們此起彼伏，時強(qiáng)時弱。有時這種作用占主導(dǎo)，有 時另一種作用占主導(dǎo)，但始終是連續(xù)不斷地進(jìn)行著。其共同作 用可以從地殼上升與剝蝕作用、地殼下降與沉積作用、地殼長 期穩(wěn)定與準(zhǔn)平原的形成、沉積巖

15、、巖漿巖和變質(zhì)巖的相互轉(zhuǎn)化 等方面表現(xiàn)出來。,小結(jié) 外力地質(zhì)作用，一方面通過風(fēng)化和剝蝕作用不斷地破壞出露地面的巖石；另一方面又把高處剝蝕下來的風(fēng)化產(chǎn)物通過流水等介質(zhì)搬運到低洼的地方沉積下來重新形成新的巖石。外力作用總的趨勢是切削地殼表面隆起的部分，填平地殼表面低洼的部分，不斷使地殼的面貌發(fā)生變化。 內(nèi)力作用總的趨勢是形成地殼表層的基本構(gòu)造形態(tài)和地殼表面大型的高低起伏，而外力作用則是破壞內(nèi)力作用形成的地形或產(chǎn)物?？偟内厔菔窍鞲哐a(bǔ)低，形成新的沉積物，并進(jìn)一步塑造了地表形態(tài)。內(nèi)、外力地質(zhì)作用在漫長地質(zhì)年代里是使地殼發(fā)生不斷演變的強(qiáng)大動力因素，研究各種地質(zhì)作用的運動規(guī)律是地質(zhì)學(xué)的主要任務(wù)之一。,EXI

16、T,思考題3,相對年代及其確定：把各個地質(zhì)歷史時期形成的巖石，結(jié)合埋藏在 巖石中能反映生物演化程序的化石和地質(zhì)構(gòu)造，按先后順序確定下 來，展示巖石的新老關(guān)系，這就是相對年代。 地質(zhì)時代單位和地層單位：根據(jù)地層相對年齡，對全世界地層進(jìn) 行對比研究，綜合考慮地層形成順序、生物演化階段、構(gòu)造運動 及古地理特征等因素，把地質(zhì)歷史時期分為兩大階段，由老到新 命名為隱生宙、顯生宙。宙以下分為代，隱生宙分為太古代和元 古代，顯生宙分為古生代、中生代和新生代。代以下分為紀(jì)，如 中生代分為三疊紀(jì)、供羅紀(jì)、白堊紀(jì)。紀(jì)以下分為世。每個時代 單位有相應(yīng)的地層單位，分別為：宇、界、系、統(tǒng)。 此外，由于化石稀少或化石采集

17、研究不夠，不能定出正式地層單 位，只好按照巖性特征劃分地層單位，按照級別大小分別稱為群、 組、段。 同位素年齡及其測定：自然界中某些物質(zhì)的蛻變現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以后， 地質(zhì)學(xué)家們就利用放射性同位素的蛻變規(guī)律來計算礦物或巖石的 年齡，稱為同位素年齡或絕對年齡。,地質(zhì)年代表：通過對全球各個地區(qū)地層剖面的劃分與對比，以及對各種巖石進(jìn)行同位素年齡測定所積累的資料，綜合成地質(zhì)年代表。,EXIT,地質(zhì)構(gòu)造,組成地殼的巖層或巖體受力而發(fā)生的變位、變形留下的形跡稱 為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造的基個類型有：水平構(gòu)造、傾斜構(gòu)造、 褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。,巖層的產(chǎn)狀是指巖層在空間的位置。用走向、傾向和傾角來確 定巖層的空間位置。這

18、三者稱為巖層的產(chǎn)狀要素。,原始沉積物特別是海洋中的沉積物大多是水平或近于水平的層 狀堆積物，按沉積順序先后，先沉積的在下面，后沉積的覆蓋 在上面，一層層疊置起來，經(jīng)過壓實膠結(jié)成堅硬的層狀巖石， 稱為巖層。每個巖層具有相互平行的兩個層面頂面和底面。,走向巖層的層面與水平面相交線的延伸方向叫走向，其交線叫 走向線。走向表示巖層在空間的水平延伸方向。 傾向巖層向下傾斜的最大傾斜線在水平面上的投影所指的方向， 它與走向正交。 傾角巖層層面與水平面之間所夾的平面角，即最大傾斜線與其 在水平面上投影之間所夾的角。,思考題4,思考題5,水平構(gòu)造 傾斜構(gòu)造 褶皺構(gòu)造 斷裂構(gòu)造,走向,傾向,傾角,水平構(gòu)造：巖層

19、產(chǎn)狀近于水平的構(gòu)造稱為水平構(gòu)造。絕對水平 的巖層是沒有。水平構(gòu)造出現(xiàn)在構(gòu)造運動影響校輕微的地區(qū)或 大范圍內(nèi)均勻上升或下降的地區(qū)，巖層未發(fā)生明顯的變形。其 特點是不同地點在同一高程上，出現(xiàn)的是同一巖層。 傾斜構(gòu)造：巖層層面與水平面之間有一定夾角時稱為傾斜構(gòu)造。 傾斜構(gòu)造常常是褶曲的一翼或斷層的一盤；也可以是大區(qū)域內(nèi) 的不均勻抬升或下降所形成的。具有傾斜構(gòu)造的巖層，不同地 區(qū)在同一高程上出現(xiàn)不同時代的巖層，這與水平構(gòu)造有區(qū)別。 巖層形成以后，經(jīng)受構(gòu)造運動產(chǎn)生變位、變形，改變了原始沉 積時的狀態(tài)，但仍然保持頂面在上，底面在下，層序是下老上 新，稱為正常層序。倘若巖層受到強(qiáng)烈變位，使巖層傾角近于 90

20、0時,稱直立巖層。當(dāng)巖層頂面在下，底面在上時，巖層發(fā)生 了倒轉(zhuǎn)，稱為倒轉(zhuǎn)層序。,正常層序 與 倒轉(zhuǎn)層序,EXIT,褶皺構(gòu)造：褶皺是巖層受力產(chǎn)生一系列連續(xù)的彎曲。巖層的連續(xù)完 整性沒有遭到破壞，是巖層塑性變形的表現(xiàn)。褶皺的基本類型有兩 種：背斜和向斜。,背斜是巖層向上彎曲，形成中心部分為較老巖層，兩側(cè)巖層依次 變新。向斜是巖層向下彎曲，中心部分是較新巖層，兩側(cè)部分依 次變老。如巖層未被剝蝕，剛背斜成山，向斜成谷，地表僅見到 時代最新的地層。遭受風(fēng)化剝蝕后，背斜山被削低，整個地形往 往變得比較平坦。甚至向斜成山背斜成谷。,思考題6,褶皺的主要類型： 按軸面的產(chǎn)狀可分為： 直立褶皺軸面直立，兩翼巖層

21、傾向相反，傾角大致相等。 傾斜褶皺軸面傾斜，兩翼巖層傾向相反，傾角不等。 倒轉(zhuǎn)褶皺軸面傾斜，兩翼巖層傾向相同，一翼巖層正 常， 另一翼巖層倒轉(zhuǎn)。 平臥褶皺軸面近于水平，兩翼巖層產(chǎn)狀近于水平，一翼 巖層正常，另一翼巖層倒轉(zhuǎn)。 按樞紐的產(chǎn)狀可分為： 水平褶皺樞紐水平。褶皺經(jīng)風(fēng)化剝蝕后，兩翼巖層的露 頭線平行延伸。 傾覆褶皺樞紐傾斜。褶皺經(jīng)風(fēng)化剝蝕后，兩翼巖層的露 頭線不平行延伸，或成“之”字形分布。,組成褶皺各個部分的單元叫褶皺要素。 核：褶皺的中心部分。這里指褶皺巖層受風(fēng)化剝蝕后，出露在地面上的中心部分。翼：褶皺核部兩側(cè)對稱出露的巖層。 軸面：指平分褶皺的一個假想面。這個面可以是平面，也可以是是一個曲面。樞紐：指軸面與巖層面的交線，樞紐司以是傾斜的、水平的、直立的或呈波狀起伏的。,思考題7,思考題8,各種褶皺,平臥褶皺,翼,軸面,傾斜褶