基础地质学第一章——地球概论

第一章地球概论本章主要内容第一节地球概述介绍地球在太阳系中的位置，地球的形状大小及地球物理特征、圈层结构等基本特点第二节地质作用介绍地质作用的概念及作用类型第三节地球的年龄及地质年代地球年龄、地质年代的概念、地质年代的单位和地质年表第一节地球概述❑地球的位置❑地球的基本参数❑地球的主要物理性质❑地球的圈层构造❑地球表面的地形图片1-1 地球在宇宙中的位置图片1-2 人造卫星拍摄的地球图片一地球在太阳系中的位置（一）、太阳系(solar system)太阳系是以太阳为中心的一个天体系统。

它包括了质量和体积最大的太阳，居于整个体系的中央，能自己发光和辐射热能。

围绕着太阳的是九大行星，由内往外是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星等，以及位于火星和木星间的小行星和轨道不同于其他行星的彗星，也包括某些行星所拥有的为数不多的卫星，所有这些行星均围绕着太阳转动称公转，同时各自又在作自转。

但它们自己都不能发光，只能反射太阳光。

相对于太阳来说，所有行星的体积和质量都是很小很小的。

太阳的体积为地球的130万倍，质量为地球的33.3万倍，密度为地球的l／4。

太阳系行星从内向外为：水金地火木土天海PS：2006年8月24日国际天文学联合会将传统九大行星之一的冥王星视为非行星，而将其列入“矮行星”图片1-3 太阳系（二）、地球的形状与大小一般所说的地球形状与大小是指地球外壳及其表面水体的轮廓，从卫星拍摄的地球影像来看，地球为一球形体。

图片1-4 地球概略地说，地球是一个旋转的三轴椭球体，或近似的扁球体，其表面起伏不平，人们以大地水准面(平均海平面)来理想地圈出一个完整的球体，作为地球形态的几何图形。

1975年第十六届国际大地测量和地球物理学会(IUGG)决定采用的数据如下：地球形状基本参数赤道半径：6378.137km 表面积：5.1007*108km2两极半径：6356.779km 体积：1.0832*1012km3平均半径：6371.012km 赤道周长：40075.24km最高点：8848.13M （8844.43）最低点：-11033M（马里亚纳海沟）海陆分布：海71％陆29％根据以上参数绘制的地球实测形状类似于一个略扁的梨形（三轴椭球体）。

1.南半球比理想椭球体表面略低，南极向内凹约30km ,北半球略向外凸，北极向外凸出10km;2.赤道面呈椭圆形，长轴较短轴长430km;3.极半径要比赤道半径短20km左右;图片1-5 大地水准面与扁球面二地球的主要物理性质❑地球的密度❑地球的压力❑地球的重力❑地球的磁场❑地球的温度（地热）❑地球的弹塑性❑地球的电性地球的主要物理性质指地表以下的整个固体地球内部所具有的密度、压力、重力、磁性、温度(地热)、电性、弹塑性、放射性等物理特性。

研究地球物理性质是人们探索地球奥秘，了解地球内部动力活动的要求和结果。

这是一个探索了很久但仍待深入的领域，研究方法除了直接通过深部地震资料和其它地球物理资料和表层探测之外，还可以通过高温高压实验和陨石等外星球物质的比较行星地质学的方法来推断和佐证。

（一）密度依据万有引力定律，可以推算出地球的质量是5.98×1027g，再根据体积就可以算出地球整体的平均密度p=5.52g／cm3。

而地球表层岩石的密度是可以直接测得的，其平均值为2.7g／cm3,地球内部密度更大。

迄今为止地球深处的物质密度仍然不能直接测得，而是通过对地震波的研究来计算的，因为地震波传播的速度与物质密度密切相关。

不同学者所给出的地球深处的密度资料是不完全相同的，但基本特征是相似的,其中，布伦(K，E，Bullen)于1970年给出的地球内部密度分布模式如下表。

图片1-6 地球内部温度随深度变化由表可见，地球内部物质的密度变化是有一定规律的，其总趋势是向深处增大，由地表的2.6g ／cm3，可增至地心的13.0g／cm3，甚至更大。

这说明地球内部物质处于高密集状态，或者说有高密度的物质存在，或者是处于高压条件下，很可能两个因素都有影响。

图片1-7 （书P28表2-4 详见密度）地球内部圈层和物理数据（二）压力地球内部物质从总体上说是处于高压状态的，岩石的重量是引起内部物质承压的主要原因。

从表可以看出，压力是随深度递增的，地表岩石处于1个大气压(101325Pa)(1.01325×106dyn ／cm2)下，到了地球中心则可高达3.64×1012dyn/cm2)，相近于350万大气压(图) ，压力的作用可能导致地球深处物质存在状态的变化，也是引起地球某些内动力活动的原因之一。

图片1-8压力随深度的增加率：•0-35km：压力较均匀地增大到1×109Pa，平均增加率为28·5×106Pa/km•35-2878km：压力从104atm增大到150×109Pa ，平均增加率为52×106Pa/km•2878-6371km：压力从150×109Pa增大到370×109Pa ，平均增加率为63.4×106Pa/km（三） 重力地球任何一点上的物质所受的重力是地球的万有引力和地球自转产生的惯性离心力的合力。

因为离心力相对很小，只约等于万有引力的1／289，所以重力基本上就是引力，其方向也基本上指向地心。

图片1-9 图片1-10（1）重力的本质来源是地球的引力；（2）重力是一个表观的概念，是物体随地球一起转动时受到地球的视在的引力；（3）重力等于物体受地球的引力和随地球绕轴转动所需向心力的矢量差。

重力在地球不同纬度和深度变化是比较复杂的：• 地球表面的重力随纬度的增大而增大，根据计算和实测，在赤道海平面上的重力值为：978.07318cm/s2 ,在两极海平面上的重力值为： 983.2177cm/s2 ,后者比前者增加0.53%。

而中纬度则逐渐过渡。

这种变化是有一定规律的。

国际上通常采用1967年提出的国际重力公式来计算：g=978.0318(1+0.0053024sin2ψ－0.0000058sin2ψ)ϕω2220cos R m R Mm G G -== 为物体所在地纬度为地球自转速度ϕω； • 另外重力还随海拔增大而减小，每升高1km , 重力值减小0.31cm/s2，减少量约为0.32%。

重力在地球内部的变化影响重力大小的不是整个地球的总质量，而主要是所在深度以下的质量。

由于地壳与地幔的密度都比较小，从地表到地下2900km 的核幔界面，重力大体上是随深度增加而略有增加，但有波动。

在核幔界面上，重力值达到极大(约1069伽)，再往深处去,各个方向上的引力趋向平衡,重力值逐渐减少，直至变小为零。

图片1-11书P28表2-4 详见重力重力异常实际测得的重力值与理论重力值之间的差值，称重力异常。

当实测重力值> 理论重力值,称正异常当实测重力值< 理论重力值,称负异常在埋藏有密度较小物质（如石油、煤、盐等非金属矿产）的地区，常显示负异常；而埋藏有密度大物质（如铁、铜、铅、锌等金属矿产）的地区，就显示正异常。

所以人们就可以通过重力测量，来圈定重力异常的区域，寻找那些引起重力异常的非金属和金属矿产。

这就是地质勘查中常用的重力探勘方法。

图片1-12 中国布格重力异常图（四）磁性——地磁•人类很早就认识到了地磁这种地球物理现象。

中国人对磁石能吸铁认识得最早，约在公元前5世纪成书的《山海经》中，已有磁石及其产地的记载。

•在中国的战国时期，即公元前5世纪至公元前3世纪前后，出现了用磁石制成能指示方向的司南。

•到北宋时期(960～1127)，对世界文明影响极大的指南针发明出来了。

开始这指南针不是针，而是一条用铁片制成的“小鱼”。

图片1-13 指南鱼1．地磁场：地球是一个巨大的磁性体，在它的周围空间形成了一个具一定范围的由强到弱的磁场。

地磁场的两极在地理的南北极附近，但不是正南北，地磁轴与地球自转轴斜交所成的夹角现在约为11.5º1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东经139.4度（南极洲）(见书P19表1-1）图片1-14 地球的磁场图片1-152．地磁三要素磁偏角指南针所表示的方向正是磁力线在水平面上的投影，它与地理正北方向之间的夹角，称为磁偏角。

即磁子午线与地理子午线之间的夹角。

磁偏角的大小和方向各地不同。

如果磁力线方向在正北方向以东称为东编，在正北方向以西称为西偏。

我国东部地区磁偏角为西偏，甘肃酒泉以西地区为东偏。

磁倾角指向南北的磁力线与地表的水平面之间，一般也是斜交的，在使用指南针时，表现为磁针一端的下垂及另一端的翘起。

这个磁针北端与水平面的交角被称为磁倾角；通常以磁针北端向下为正值，向上为负值。

图片1-16 磁倾角图解磁感应强度地磁场中磁力作用的方向，可以通过磁偏角、磁倾角来表现，但不能表示磁力作用的大小。

某一地点磁力大小的绝对值，用磁感应强度来表示。

这必须用磁力仪来测定，一般以特斯拉作为计量单位。

在地磁两极附近，磁感应的强度最大，可达60微特斯拉左右；在地磁赤道附近最小，约为30微特斯拉左右。

图片1-17 地球的磁场强度矢量3．磁异常磁异常是地壳浅部具有磁性的岩石或矿石所引起的局部磁场，它也叠加在基本磁场之上。

一个地点的磁异常可以首先通过对实测磁场强度进行变化磁场的校正，然后再减去基本磁场的正常值来求得。

•地壳内含铁较多的岩石和富含铁族元素(Fe、Ti、Cr等)的矿体常可引起正磁异常。

•而膏盐矿床，石油、天然气储层，富水地层或富水的岩石破碎带则常引起负磁异常。

•因此，利用这种局部的磁异常可以了解地下的地质情况，也可用此方法进行找矿、勘探工作。

4．地球历史上的磁场1895年居里先生(P．Curie，1859—1906)才揭开了磁场之谜。

他发现一些磁性材料在温度升高到一定程度的时候就会失去磁性，在温度降低到一定程度的时候，又会重新获得磁性。

这个使物质失去或获得磁性的温度临界点，被命名为居里点。

不同的物质各有自己的居里点。

图片1-18 磁性才来的磁性特征与居里点•地壳岩石的居里点：温度一般为500—600℃，地壳内达到此温度的深度一般在20～30千米(近代火山活动或喷泉地区，居里点深度常仅为5千米左右)。

因而，只有在地表附近的岩石，才可以在地磁场的作用下，获得永久的磁性。

剩余磁性：在地质时期中，地表附近的岩石(处在居里点温度之下)都被当时的古地磁场所永久磁化，岩石中的这种磁性就称为剩余磁性。

古地磁：•地磁极是围绕地理极附近作小幅度周期性迁移的；•从数千年以上的时间尺度来看，地磁极的平均位置可以看成与地理极基本上重合。

根据这一原理，可以把地质历史时期的古地磁极近似地当作古地理极。