环境地学 赵烨 第5章

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各种矿物具有一定的外表特征即形态、物理性质，这是鉴别矿物的主 要依据。在现代社会经济系统中，矿物资源按其性质与用途可分为金属矿 物和非金属矿物两大类。
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目前已经分析的矿物有3000多种，其中硅酸盐类矿物约占1/3，其他含 氧盐类矿物占1/3，其余为氧化物、氢氧化物、硫化物及硫酸盐、卤化物和 自然元素类矿物。按质量计硅酸盐类矿物占地壳总质量的75％，氧化物类 矿物占17％，其中石英这种矿物就占地壳总质量的12.6％。
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在通常条件下绝大多数矿物呈固态存在，根据矿物内部构造的特点， 可分为晶体和非晶质体。凡是质点按一定规则重复排列而成的一切固态都 称为晶体，晶体往往表现为一定的几何外形。凡是质点呈不规则排列成的， 称为非晶质体，如火山玻璃等为非晶质体矿物，这类矿物都都没有规则的 几何外形。
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岩浆岩是地下深处的岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝而成的岩石， 即是岩浆活动的产物，它约占地壳总质量的95％。通过进一步的学习 试观察你身边的哪些建筑材料属于岩浆岩。试查阅了解陕西华山和安 徽黄山主要由何种岩石组成，并说明这两座山的特征。
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沉积岩是在地壳发展演化过程中，在地表或接近地表的常温常压条 件下，任何先成的岩石遭受风化剥蚀作用的破坏产物，以及生物作用与 火山作用的产物在原地或经过外力搬运所形成的沉积层，又经成岩作用 而成的岩石。
5 岩石圈子系统——目录
5.1 岩石圈概况 5.2 岩石圈的组成 5.3 岩石圈运动与演化历史 5.4 岩石圈的形态——构造地貌 5.5 岩石圈的形态——外营力地貌 5.6 人类活动对岩石圈的影响 5.7 思考题与个案分析
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5.1 岩石圈概况
岩石圈(lithosphere)是指上地幔软 流圈以上的坚硬岩石部分。包括属于 地壳的硅铝层、玄武岩层和属于上地 幔最上部的超基性岩层。
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5-19 C. C. Plumer 1999
图
（
据全
球
地
壳
历
，
史 的
自
年 资 料 ）
然 分 期 示 意
图
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5.4 岩石圈的形态——构造地貌
地貌与地形在含义上有区别，一般说来，地形是指地表形态及地势高 低，包括海拔、坡度、坡形等形态特征；地貌是指地表形态发生、发展、 成因及其演化趋势的综合。
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图5-20 全球地形示意图
（据M. J. Pidwirny , 2002年资料）
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5.4.2 构造地貌的类型
构造地貌可以由地壳构造运动直接形成，如构造运动隆起形成的山 地、台地或构造运动拗陷形成的平原、盆地等，它们的形成和分布同地 壳构造运动的作用方向、受力性质有关，称为动态构造地貌。
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5.2 岩石圈的组成
5.2.1 地壳的化学元素丰度
据地球化学分析，在地壳中已发现90多种化学元素，但它们的含量 差别很大，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti等为主。 这些元素在地壳中的平均质量分数(即丰度)称为克拉克值。
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图5-9 由沉积岩即灰岩构成的山地景观图 （据M. J. Pidwirny , 2002年资料）
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图
岩 浆 岩 即 花 岗 岩 组 成 的 黄 山 山 体 一 角
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图5-11 岩浆岩即花岗岩组成的黄山山体一角
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图5-12 岩石循环过程示意图 （据C. C. Plummer，1999年资料）
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图5-14 岩层褶皱图解 （据H. L.Levin，1996年资料）
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图5-15 褶皱山体图 （据C. C. Plummer, 1999年资料）
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图5-16 断层要素图解
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图5-17 圣安德列斯断裂记景观 （据C. C. Plummer, 1999年资料）
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5.3.2 岩层产状、褶皱与断层
岩层是指由两个平行的或近于平行的界面所限制的岩性相同或近似 的层状岩石。岩层的上下界面叫层面。岩层的顶面和底面的垂直距离称 为岩层的厚度。
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图5-13 岩石产状要素的实例与图解 （据H. L. Levin，1996年资料）
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5.1.4 岩石圈上部——地壳
地壳是指地球莫霍面以上的固体硬壳，属于岩石圈的上部。地壳主 要由硅酸盐类岩石组成，其质量为51019 t，约占地球质量的0.8％。地壳
可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳）。
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图5-6 地球表面的海陆分布（按纬度带所占面积计）
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5-3 C. C. Plummer, 1999
（图 据
泛
大
陆
分
裂
及
大
陆
年 资 料 ）
漂 移 示 意 图
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韦格纳提出大陆漂移的主要依据有：
➢ 全球地貌学证据即世界大陆轮廓相似性 ➢ 物理学证据即根据阿基米德定律 ➢ 地质学与地球物理等方面相似性和连续性 ➢ 古气候学和古生物学证据 ➢ 现代大地测量与古地磁学证据
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著名地质学家莱尔（Charles Lyell）在19世纪提出了“以今证古”、 “现在是认识过去的钥匙”的科学方法，即当前正在进行着的地质作用 和方式与地质时期是一样的，所不同的只是量的差别。
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5.3.4 地壳演化简史
地质时代单位是从年代地层单位概括抽象出来的时间概念，即组成地 壳的全部地层(从最古老到最新)所代表的时代称为地质时代，不同级别的 年代地层单位所代表的时代称为地质时代单位。
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33Байду номын сангаас
5.3 岩石圈运动与演化历史
5.3.1 构造运动简介
构造运动(tectonic movement)主要是指地球内力所引起的岩石圈的变形、 变位以及洋底的增生和消亡的地质作用。构造运动可使地壳的地质体发生 变形、变位和改变地壳各部分之间的空间组合形式，从而形成各式各样的 变动形迹。
图5-1 固体地球结构示意图
（据M. J. Pidwirny , 2002年资料）
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图5-2 岩石圈结构示意图
（据M. J. Pidwirny , 2002年资料）
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5.1.1 大陆漂移学说
德国学者韦格纳（Alfred Wegener）于20世纪初期先后发表了《大陆 的生成》和《海陆的起源》，他认为距今3亿年前的古生代后期地球上所 有大陆和岛屿都连接在了一起，构成一个庞大原始联合古陆即泛大陆 (Pangea)；围绕泛大陆的是一片广阔的海洋即泛海洋(Panthalassa) 。
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褶皱 中心
图5-25 向斜构造示意图 （据M. J. Pidwirny, 2002年资料）
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图5-26 加拿大的向斜构造示意图
（据M. J. Pidwirny , 2002年资料）
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图5-27 双背斜构造示意图 （据M. J.Pidwirny, 2002年资料）
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地壳与人类生活的关系极为密切，人们对地壳中元素丰度即元素克拉克 值的研究远比对地球其他部分的研究要直接和深入得多。查阅相关资料，试 说明地壳中元素丰度的基本规律。
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5.2.2 主要矿物
矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下所形成的、具有一定化 学成分和物理性质的自然均质体，它是组成岩石的基本单位。矿物通常 以固态存在于地壳中，只有极少数是液态的(如自然汞)和气态的(如天然 气、H2S)。
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5.5.2 流水作用与流水地貌
图5-28 坡面流水侵蚀过程示意图 （据R. W. Christopherson,1998年资料）
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将地壳、地球和太阳系中丰度最大的元素按其丰度顺序加以对比，可 发现它们之间有明显的差异：
太阳系：H > He > O > Ne > N > C > Si > Mg > Fe > S 地球：Fe > O > Mg > Si > Ni > S > Ca > Al > Co > Na 地壳：O > Si > Al > Fe > Ca > Na > K > Mg >H > Ti
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5.1.3 板块构造学说
板块构造学说是在大陆漂移学说、海底扩张理论的基础上，综合各方面 的科学研究成果，于20世纪60年代初步形成的。该学说认为地球表层是由若 干个大小不等的岩石圈板块拼合成的，它们“漂浮”在地幔软流层之上不停 地移动着。
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图5-5 岩石圈的六大板块（白箭头为板块生长边界；黑箭头为消亡边界） （据宋青春，1996年资料）
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发生在晚第三纪末以前各地质时期的构造运动为（古）构造运动，发 生在晚第三纪末和第四纪的构造运动为新构造运动（neotectonics）。把有 人类历史以来发生的新构造运动，称为现代构造运动（recent tectonics）。 按岩石运动的方式可以将构造运动划分为水平运动和垂直运动。
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中国地（貌）形（体)分类基本指标
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5.4.1 地壳运动与地貌发育
地壳运动是地球内动力作用所引起的各种地壳变化和活动，它使地壳 发生变形和位移，形成各种形迹的地质构造并引起岩浆活动和变质作用。 某些地壳运动表现为突发的、急剧的形式。而多数地壳运动进行得非常缓 慢和轻微以至于人类感觉不到。地壳运动具有普遍性和永恒性。
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5.1.2 海底扩张学说
海底扩张学说是关于海底地壳生长和运动扩张的一种科学解释。它 是大陆漂移学说的进一步发展。1960年美国学者赫斯(H.H.Hess)设想大 洋中海岭(中脊)是新地壳不断产生的地带，海岭高峰被中间谷分成两排 峰脊，中间谷是地壳张裂的结果 。
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图5-4 海底扩张过程示意图（图A和A均为参考对照点） （据H. L. Levin, 1996年资料）
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图5-21 火山地貌景观示意图
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图5-22 内蒙古东部阿尔山市残留的火山锥地貌景观
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图5-23 单斜构造示意图 （据M. J. Pidwirny, 2002年资料）
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褶皱 中心
图5-24 背斜构造示意图 （据M. J. Pidwirny, 2002年资料）
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通过进一步的学习试观察你身边的哪些建筑材料属于沉积岩。人 们常说“桂林山水甲天下”，试查阅了解桂林主要山体由何种岩石组 成，并说明这类山地的特征。
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沉积岩分类表
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变质岩：地质活动等所造成的理化条件的变化，使其成分、结构、 构造发生一系列改变，这种促使岩石发生改变的过程称为变质作用。由变 质作用形成的岩石称为变质岩。地壳运动和岩浆活动可使区域温度、压力 及化学性质活泼的气体和溶液出现，从而促使附近岩石发生变质作用。
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5.5 岩石圈的形态——外营力地貌
5.5.1 地貌外营力
外营力是指由于太阳辐射、重力和日月引力等作用通过大气、水 体、生物的物理和化学作用而产生的各种营力。外营力作用使地表地 形发生变化，使高处被削平，低处被填充。按作用方式可将外营力作 用划分为：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积或堆积作用等。
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5.3.3 生物化石与生物层序律
生物化石是指保存在地层中的地质时期的生物遗体（如动物骨骼、 硬壳）和遗迹（如动物足印、虫穴、蛋壳、粪便、古人所使用过的石 器等）。生物化石简称化石，这是确定各地层时代的重要依据。
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图5-18 中国辽宁省晚侏罗纪(距今1.3亿年前)鱼类化石图
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图5-7 不同类型矿物的实物照片（1）
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图5-8 不同类型矿物的实物照片（2）
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5.2.3 主要岩石类型
地壳中的矿物很少单独存在，它们常常组成各种各样的岩石。岩石 是在各种不同地质作用下所产生的，由一种或多种矿物有规律组合而成 的矿物集合体。根据成因，岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。