《地壳与地质作用》PPT课件.ppt
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1、土木工程地质讲义土木工程地质讲义第一编第一编 动力地质作用与不良地质现象动力地质作用与不良地质现象第一章第一章 地壳与地质作用地壳与地质作用第二章第二章 活断层与地震活断层与地震第三章第三章 滑坡与泥石流滑坡与泥石流第四章第四章 岩溶岩溶第五章第五章 渗透变形与地面沉降渗透变形与地面沉降第六章第六章 河流侵蚀与淤积河流侵蚀与淤积第七章第七章 地裂缝与采空区塌陷地裂缝与采空区塌陷(1)地球的形态与圈层结构地球的形态与圈层结构(2)地球的内部圈层构造与内动力地质作用地球的内部圈层构造与内动力地质作用(3)地壳结构与地壳均衡学说地壳结构与地壳均衡学说(4)地球的外部圈层构造与外动力地质作用地球的外部
2、圈层构造与外动力地质作用(5)内外地质作用对地壳的改变内外地质作用对地壳的改变(6)地层年代地层年代(7)地质构造地质构造地壳与地质作用地壳与地质作用地球的外部形态地球的外部形态地球形状是指大地水准面所圈闭的形状。地球形状为扁率不大的地球形状是指大地水准面所圈闭的形状。地球形状为扁率不大的梨状椭球体。由于地球椭球体的扁率很小,故在一般计算时,常梨状椭球体。由于地球椭球体的扁率很小,故在一般计算时,常以地球为一圆球体,取其平均半径为以地球为一圆球体,取其平均半径为6371km。(赤道半径。(赤道半径6378km)地球并不是一个均质体,而具有地球并不是一个均质体,而具有圈层结构圈层结构。地球是由不
3、同状态和不同物质组成的非均质圈层构造的椭球体。地球是由不同状态和不同物质组成的非均质圈层构造的椭球体。以地表为界分为以地表为界分为内圈和外圈内圈和外圈。它们又可再分为几个圈层,。它们又可再分为几个圈层,所以必须了解它们的整体特征,才能更深刻地理解动力地质作用所以必须了解它们的整体特征,才能更深刻地理解动力地质作用的原理。的原理。EXIT地壳地壳地幔地核A600040002000BCDE FG地震波在岩体中的传播受物质密度及固液状态的影响。地震波在岩体中的传播受物质密度及固液状态的影响。对地震资料的研究发现,地球内部在两个深度有两个波速变化最明对地震资料的研究发现,地球内部在两个深度有两个波速变
4、化最明显的界面,反映出地球内部物质以这两个深度作为分界面,上下有显的界面,反映出地球内部物质以这两个深度作为分界面,上下有显著的不同。第一个界面深度很不一致,在大陆区较深,最深可达显著的不同。第一个界面深度很不一致,在大陆区较深,最深可达60公里以上,在大洋区较浅,最浅不足不足公里以上,在大洋区较浅,最浅不足不足5公里,这个界面是南公里,这个界面是南斯拉夫地球物理学家莫霍罗维契奇于斯拉夫地球物理学家莫霍罗维契奇于1909年发现的,所以叫年发现的,所以叫莫霍罗莫霍罗维契奇不整合面,简称莫霍面维契奇不整合面,简称莫霍面(moho)。第二个界面深度在地表下约。第二个界面深度在地表下约2900公里处,
5、是由美国地球物理学家古滕堡于公里处,是由美国地球物理学家古滕堡于1914年提出的,所以年提出的,所以叫叫古滕堡不连续面简称古滕堡面古滕堡不连续面简称古滕堡面。根据这两个分界面,目前把地球。根据这两个分界面,目前把地球内部构造分为地壳、地幔和地核三个层圈地球内部。再根据次一级内部构造分为地壳、地幔和地核三个层圈地球内部。再根据次一级界面把地幔分为上地幔和下地幔,把地核分为外核、过渡带和内核,界面把地幔分为上地幔和下地幔,把地核分为外核、过渡带和内核,并分别给以代号并分别给以代号A、B、C、D、E、F、G地壳地壳指地球外表的一层薄壳,平均厚度为指地球外表的一层薄壳,平均厚度为33km,主要由固体岩
6、石,主要由固体岩石组成。组成。地幔地幔是地球的莫霍面以下、古登堡面以上部分,其体积约占地球是地球的莫霍面以下、古登堡面以上部分,其体积约占地球总体积的总体积的83,质量占,质量占1,是地球的主体部分,主要由固态物质,是地球的主体部分,主要由固态物质组成。以组成。以984km处为界分上地幔和下地幔两个次级圈层,上地幔的处为界分上地幔和下地幔两个次级圈层,上地幔的平均密度为平均密度为35gm3,顶部,顶部Vp为为80kms,与地壳有明显差别。,与地壳有明显差别。通过对地幔中地震波传播特征的研究发现,在通过对地幔中地震波传播特征的研究发现,在40250km处存在处存在“低速带低速带”,尤其是,尤其是
7、100150km深度处波速降低得最多。又据低速深度处波速降低得最多。又据低速带内有些区域不传播横波,推断这些区域的温度已超过岩石熔点带内有些区域不传播横波,推断这些区域的温度已超过岩石熔点形成液态区。形成液态区。由于低速带距地表很近,这些液态区很可能是岩浆的发源地。鉴由于低速带距地表很近,这些液态区很可能是岩浆的发源地。鉴于低速带的塑性较大,它为上部固态岩石的活动动创造了有利的于低速带的塑性较大,它为上部固态岩石的活动动创造了有利的条件,故在构造地质学中称其为软流圈。而将软流圈以上的上地条件,故在构造地质学中称其为软流圈。而将软流圈以上的上地幔和地壳合称为岩石圈。幔和地壳合称为岩石圈。地幔下界
8、至地心部分称为地幔下界至地心部分称为地核地核,它占地球总体积的,它占地球总体积的16,占总质量,占总质量的。按地震波分布,分为外核、过渡层和内核三层。根据横波不的。按地震波分布,分为外核、过渡层和内核三层。根据横波不能通过外核的事实,推断外核是由液态物质组成的。分布于中间的能通过外核的事实,推断外核是由液态物质组成的。分布于中间的过渡层,波速变化复杂,可能是由液态开始向固态物质转变的一个过渡层,波速变化复杂,可能是由液态开始向固态物质转变的一个圈层。内核一般认为由以铁、镍等成分为主的固态物质组成。圈层。内核一般认为由以铁、镍等成分为主的固态物质组成。地质作用分类:按照能源和作用部位的不同,地质
9、作用分为内动地质作用分类:按照能源和作用部位的不同,地质作用分为内动力地质作用和外动力地质作用。力地质作用和外动力地质作用。内动力地质作用内动力地质作用由内能引起整个岩石圈物质成分、内部构造、由内能引起整个岩石圈物质成分、内部构造、地表形态发生变化的作用称为内动力地质作用。地表形态发生变化的作用称为内动力地质作用。包括包括构造运动、地震作用、岩浆作用和变质作用构造运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。构构造造运运动动使使岩岩石石圈圈发发生生变变形形、变变位位以以及及使使洋洋底底增增生生和和消消亡亡的的地质作用。地质作用。地地震震作作用用由由地地震震引引起起的的岩岩石石圈圈物物质质成成分分、结结构
10、构和和地地表表形形态态变变化的地质作用。化的地质作用。岩岩浆浆作作用用指指岩岩浆浆的的形形成成、演演化化直直至至冷冷凝凝成成岩岩石石的的全全部部地地质质过过程。按其作用部位分为侵人作用和喷出作用(火山作用)。程。按其作用部位分为侵人作用和喷出作用(火山作用)。变变质质作作用用地地表表以以下下一一定定坏坏境境中中岩岩石石在在固固态态下下发发生生结结构构、构构造造或或物物质质成成分分的的变变化化而而形形成成新新岩岩石石的的地地质质过过程程。按按变变质质作作用用的的因因素素和和所所处处的的部部位位分分为为接接触触变变质质作作用用、碎碎裂裂变变质质作作风风、区区域域变变质质作作用用和混合岩化作用。此外
11、,尚有洋底变质作用和混合岩化作用。此外,尚有洋底变质作用EXIT思考题1地壳是固体地球最外的一圈。地壳表面在陆地上直接暴露出来,有水地壳是固体地球最外的一圈。地壳表面在陆地上直接暴露出来,有水体的地方特则是海洋区则被水圈覆盖。地壳的厚度变化很大,大洋地体的地方特则是海洋区则被水圈覆盖。地壳的厚度变化很大,大洋地壳较薄,平均厚壳较薄,平均厚6公里,最厚约公里,最厚约8公里。大陆地壳较厚,平均厚公里。大陆地壳较厚,平均厚35公里,公里,最厚处可达最厚处可达70公里(如青藏高原)。说明地壳下界是起伏不平的。整公里(如青藏高原)。说明地壳下界是起伏不平的。整个地壳平均厚度约个地壳平均厚度约16公里,只
12、有地球半径的公里,只有地球半径的1400,体积只有地球体,体积只有地球体积的,质量为积的,质量为241024克,约占地球质量的克,约占地球质量的0.4%。地壳由上下两层。地壳由上下两层组成,其间有一个组成,其间有一个次一级的界面叫康拉德面次一级的界面叫康拉德面。这个界面并不到处都存。这个界面并不到处都存在。上地壳叫在。上地壳叫硅铝层硅铝层,主要成分是氧、硅、铝等轻元素,平均密度克,主要成分是氧、硅、铝等轻元素,平均密度克/厘米厘米2,主要岩石为酸性的岩浆岩和变质岩,如花岗岩、片麻岩等,主要岩石为酸性的岩浆岩和变质岩,如花岗岩、片麻岩等,故也叫故也叫花岗质层花岗质层。这一层只有大陆壳才有,大洋壳
13、缺少此层,因此呈。这一层只有大陆壳才有,大洋壳缺少此层,因此呈不连续分布。平均厚度约不连续分布。平均厚度约10公里。下地壳叫公里。下地壳叫硅镁层硅镁层,主要成分是氧、,主要成分是氧、硅、铁和镁,主要岩石为基性岩,又称为硅、铁和镁,主要岩石为基性岩,又称为玄武质层玄武质层。高山高山高原高原平原平原浅海浅海200米米海平面海平面硅硅铝铝层层(密度约)(密度约)莫莫霍霍面面密度约密度约大大洋洋底底硅硅镁镁层层(密度约)(密度约)高原和山岳地区下面密度较小的硅铝层较厚,它一方面向上隆起,高原和山岳地区下面密度较小的硅铝层较厚,它一方面向上隆起,具有较高的高度,另一方面又向下楔入密度较大的硅镁层中,具具
14、有较高的高度,另一方面又向下楔入密度较大的硅镁层中,具有较大的深度。因此,地壳下面存在着一个有较大的深度。因此,地壳下面存在着一个均衡面均衡面,这个面不是,这个面不是水平而是水平而是起伏不平的起伏不平的,组成地壳的物质是不均一的。高原和山岳,组成地壳的物质是不均一的。高原和山岳上部的质量剩余就被下部质量的不足所抵消,大洋中直接出露硅上部的质量剩余就被下部质量的不足所抵消,大洋中直接出露硅镁层,深部地幔也向上凸入地壳内,下部质量的剩余就足以补偿镁层,深部地幔也向上凸入地壳内,下部质量的剩余就足以补偿上部(水体部分)质量的不足,从而保持地区之间重力上的均衡。上部(水体部分)质量的不足,从而保持地区
15、之间重力上的均衡。这就是这就是地壳均衡现象地壳均衡现象。结果在一定的补偿基面以上,沿铅垂方向。结果在一定的补偿基面以上,沿铅垂方向的质量到处趋于一致。的质量到处趋于一致。地壳均衡学说示意图地壳表层长期与大气和水接触,遭受各种外动力地质作用的改造,地壳表层长期与大气和水接触,遭受各种外动力地质作用的改造,形成了一层沉积层。形成了一层沉积层。EXIT外部圈层外部圈层1大气圈大气圈大气包围着固体地球,形成地球最外一个层圈,称为大气圈大气包围着固体地球,形成地球最外一个层圈,称为大气圈(atmosphere)。大气圈是环绕地球的空气层,大气圈按物理性质自。大气圈是环绕地球的空气层,大气圈按物理性质自下
16、而上分为四层:对流层、平流层、电离层、扩散层。下而上分为四层:对流层、平流层、电离层、扩散层。2水圈水圈地球表面上的海洋面积占,通常人们把地球表面的海洋、河流、地球表面上的海洋面积占,通常人们把地球表面的海洋、河流、湖泊及地下水等看成是包围地球表面的闭合圈。在自然界水分的循湖泊及地下水等看成是包围地球表面的闭合圈。在自然界水分的循环过程中,大陆降水量只占总降水量的,然而这一水量却是改变环过程中,大陆降水量只占总降水量的,然而这一水量却是改变地貌的强大动力因素。河流、冰川、地下水等水体在其流动过程中,地貌的强大动力因素。河流、冰川、地下水等水体在其流动过程中,不断改造地表,塑造出各种地表形态。同
17、时水圈对生命的生存、演不断改造地表,塑造出各种地表形态。同时水圈对生命的生存、演化提供了必不可少的条件,因此水圈是外动力地质作用的主要动力化提供了必不可少的条件,因此水圈是外动力地质作用的主要动力来源。来源。3生物圈生物圈地球表面凡是有生命活动的范围称为生物圈。生物在其生命活动地球表面凡是有生命活动的范围称为生物圈。生物在其生命活动过程中,通过光合作用、新陈代谢等方式,形成一系列生物地质作过程中,通过光合作用、新陈代谢等方式,形成一系列生物地质作用,从而改变地壳表层的物质成分和结构。生物活动成为改造大自用,从而改变地壳表层的物质成分和结构。生物活动成为改造大自然的一个积极因素,同时生物的繁殖活
18、动和生物遗体的堆积,为形然的一个积极因素,同时生物的繁殖活动和生物遗体的堆积,为形成有用矿产提供物质基础成有用矿产提供物质基础 外动力地质作用:主要由外能引起地表形态和物质成分变化的外动力地质作用:主要由外能引起地表形态和物质成分变化的地质作用称为外动力地质作用。地质作用称为外动力地质作用。风化作用风化作用在地表或近地表条件下,岩石、矿物在原地发生物理在地表或近地表条件下,岩石、矿物在原地发生物理破坏的作用,并把破碎分解了的产物搬离原地。按动力来源分为破坏的作用,并把破碎分解了的产物搬离原地。按动力来源分为风的吹蚀作用、流水的侵蚀作用、地下水的潜蚀作用、冰川的刨风的吹蚀作用、流水的侵蚀作用、地
19、下水的潜蚀作用、冰川的刨蚀作用和海水湖水的冲蚀作用等。蚀作用和海水湖水的冲蚀作用等。搬运作用搬运作用风化剥蚀后的产物被迁移到它处的作用。由于介质和风化剥蚀后的产物被迁移到它处的作用。由于介质和环境的不同分为风的搬运作用、流水的搬运作用、地下水的搬运环境的不同分为风的搬运作用、流水的搬运作用、地下水的搬运作用、冰川的搬运作用和海水、湖水的搬运作用等。作用、冰川的搬运作用和海水、湖水的搬运作用等。沉积作用沉积作用当搬运介质的动能减少、搬运介质的物理化学条件发当搬运介质的动能减少、搬运介质的物理化学条件发生变化或者在生物的作用下,被搬运的物质在新的环境下堆积起生变化或者在生物的作用下,被搬运的物质在
20、新的环境下堆积起来的作用。按沉积方式分为机械沉积作用、化学沉积作用和生物来的作用。按沉积方式分为机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用。由于动力性质和环境的不同,又可分为风的沉积作用、沉积作用。由于动力性质和环境的不同,又可分为风的沉积作用、地面流水的沉积作用、地下水的沉积作用、冰川的沉积作用和海、地面流水的沉积作用、地下水的沉积作用、冰川的沉积作用和海、湖水的沉积作用。湖水的沉积作用。负荷地质作用负荷地质作用松散堆积物、岩块等由于自身的重量并在其它动松散堆积物、岩块等由于自身的重量并在其它动力地质作用触发下产坐位移和变化的作用。按其运动方式可分为力地质作用触发下产坐位移和变化的作用。按其运
21、动方式可分为崩落作用、潜移作用、滑动作用和流动作用。崩落作用、潜移作用、滑动作用和流动作用。硬结成岩作用硬结成岩作用使松散堆积物转变成沉积岩的过程,按方式的不使松散堆积物转变成沉积岩的过程,按方式的不同分为胶结作用、压实作用和结晶作用。同分为胶结作用、压实作用和结晶作用。EXIT思考题2地地质质作作用用内动力地质作用内动力地质作用外动力地质作用外动力地质作用内内动动力力地地质质作作用用外外动动力力地地质质作作用用构造运动构造运动水平运动水平运动升降运动升降运动地震作用地震作用震前震前震后震后岩浆作用岩浆作用喷出作用喷出作用(火山作用)(火山作用)侵入作用侵入作用变质作用变质作用接触变质作用接触
22、变质作用碎裂变质作用碎裂变质作用区域变质作用区域变质作用混合岩化作用混合岩化作用风化作用风化作用剥蚀作用剥蚀作用搬运作用搬运作用沉积作用沉积作用负荷地质作用负荷地质作用硬结成岩作用硬结成岩作用物理风化作用物理风化作用化学风化作用化学风化作用生物风化作用生物风化作用风的吹蚀作用风的吹蚀作用地下水潜蚀作用地下水潜蚀作用湖水、海水冲蚀作用湖水、海水冲蚀作用冰川刨蚀作用冰川刨蚀作用风的搬运作用风的搬运作用地面流水搬运作用地面流水搬运作用地下水搬运作用地下水搬运作用湖水、海水搬运作用湖水、海水搬运作用冰川搬运作用冰川搬运作用风的机械沉积作用风的机械沉积作用地面流水的机械沉积作用地面流水的机械沉积作用地下
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