第一章 绪论
第一节 地球科学的研究对象
地球科学是研究地球的科学,重点研究地球表层的物质、结构与构造. 1. 研究对象: 地球,地球的时、空、源 ① 地球的结构：层圈状（slide） ②地球的构造：指地球各个部分之间关系及其它们的分布规律及演化。如大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核,壳幔作用,山脉-盆地，大陆-海洋；
③ 地球物质：各种元素-矿物-岩石-矿床-地层,它们的分布及其迁移富集规律 ④ 地质事件：地壳运动在地表反映.如地震、火山、海啸、褶皱、断裂等； ⑤ 预测和预防将来发生的地质事件
2.克拉克值:中上地壳中50种元素的平均含量.美国科学家克拉克采集了世界各地的样品5159个；用取得的化学分析数据,求出了16公里厚的地壳内50种元素的平均百分重量,后人称克拉克值.国际通用. 3. 晶体(Crystal)定义：内部原子或离子在三维空间呈周期性平移重复排列的固体. 或晶体是具有晶格构造的固体.这种固态物质称结晶质(晶质);晶质构成的物体即晶体.习惯上，将具有几何多面体外形的物体称为晶体;这是原子有规律排列的外观表象。将不具几何多面体外形的晶体称为晶粒。
非晶质体：内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体.如火山玻璃，超冷液体。自然界极少。在一定条件下，非晶质体可向晶质体转化。如火山玻璃→玉髓。 准晶体定义：是一种其内部结构由多级呈相似的配位多面体在三维空间作长程定向有序分布的固体。
quasicrystal为一种新的凝聚态固体，但其内部原子既不像非晶质体那样成完全无序的分布，又不具有像晶体那样的三维周期性排列有序。目前尚未发现天然产出的准晶体。
4 矿物定义：由天然产出且具有特定的（但一般并非固定的）化学成分和内部结构构造的均匀固体. 自然界广泛。
准矿物 Mineraloid: 在产出状态、成因和化学组成等方面均具有与矿物相同的特征，但不具有结晶构造的均匀固体. 主要有A型蛋白石、水铝英石。自然界极少。 5 矿物的6项基本特征
特征1. 绝大多数矿物都是晶体。
特征2. 矿物随处可见.现已发现矿物3300余种，绝大部分（99%）分布于地壳中。
特征3. 矿物的化学成分基本稳定,但可有杂质。 特征4. 矿物可分为三大类
① 自然元素矿物: Au,Cu,S,C(金钢石,石墨).自然界很少.
②分子化合物（分硫化物，卤(氟与氯)化物，氧化物三种）: 如SiO2-石英,NaCl-石盐,FeS2-黄铁矿.自然界常见.
③复杂分子团矿物:主要是硅酸盐矿物.种类多,含量高,分布广,占地壳总重量75%.如K(Mg,Fe)3[SiO3AlO10](OH,F)2 ,黑云母
特征5. 水,石油,天然气不是矿物(非固体)；煤也不是(排列无序)；花岗岩不是矿物(岩石）.
特征6. 矿物具有同质多象现象。
同质多象定义:化学成分相同、但质点的排列方式不同（结构不同）的现象。将形成不同的矿物。如：C 金刚石（高压）-石墨（常压）
6. 五类矿物
1 自然元素:金,自然铜,石墨,金刚石 2 硫化物:FeS2 黄铁矿
3 卤(氟与氯)化物: CaF2 萤石, NaCl 石盐
4 氧化物:SiO2 石英, Al2O3 刚玉 氢氧化物:Mg(OH)2 水镁石 5 含氧盐(复杂分子团矿物). 主要包括四种:
硫酸盐:CaSO4 硬石膏 磷酸盐: Ce,La)[PO4] 独居石
碳酸盐:CaCO3 方解石, MgCO3 白云石 硅酸盐:KAl2[Si3AlO10](OH)2 白云母 7.岩石:由一种以上矿物构成的集合固体. 按形成方式，岩石可分三大类：
火成岩: 占地壳岩石体积64.7%;
沉积岩: 占地壳岩石体积7.9%，地表面积75%; 变质岩:占地壳岩石体积27.4%.
1.2 集合体(Aggregate): 矿物微粒聚集体.一向的呈纤维状,如石棉; 二向的呈鳞片状,绢云母;
三向的呈粒状,橄榄石
1.3 特殊集合体: 放射状,如硅灰石CaSiO3;钟乳状,如钟乳石; 晶族状,如石英; 鲕状、葡萄状、肾状,如赤铁矿. 2 光学性质(Optical)
2.1 透明度(Transparency):矿物薄片(厚0.03mm)能透过光线者,称透明矿物,如石英,云母,长石,方解石等.不透光者,称不透明矿物.所有金属矿物都是不透明矿物. 2.2 光泽(Luster): 矿物的反光能力
金属光泽: 反射很强,所有金属矿物均此光泽.
非金属光泽:反射较弱，透明矿物的光泽.可细分金刚光泽(金刚石),玻璃光泽(长石),油脂光泽
(石英断口), 丝绢光泽(绢云母),珍珠光泽(白云母),土状光泽(高岭石) 6种 2.3 颜色(Color)与条痕(Streak) 颜色:白,蓝,红,黑,浅绿,紫红等
自色(Diochromatic): 被化学成分和内部结构所决定的矿物本色. 如方铅矿的铅灰色.
他色(Allochromatic):混入杂质后的矿物颜色.如石英(无色),紫晶(紫色,Fe多),蔷薇石英(Fe少),烟水晶(含Mn)
假色:表面氧化或吸附他物后的颜色.如褐色黄铁矿.
条痕色: 矿物粉末的颜色。用瓷板划之,紫红的赤铁矿呈樱红色,黄铜的黄铜矿呈墨绿色
3 力学性质(Mechanical):在外力下的表现 3.1 硬度(Hardness):抵抗外力的强度
记牢10种不同硬度的矿物摩氏硬度记:1滑石,2石膏,3方解石,4萤石,5磷灰石,6长石,7石英,8黄晶9刚玉10金刚石
硬度大的可刻动小的. 指甲为2-2.5,小刀为5-5.5,玻璃6
3.2 解理(Cleavage): 外力下矿物按质点结合力最弱的网面定向开裂 ◆ 极完全解理(云母) ◆ 完全(方解石) ◆ 中等(角闪石) ◆ 不完全(橄榄石) ◆ 极不完全(石英)
3.3 断口: 解理不发育矿物在外力下的不规则裂开.贝壳状(石英), 锯齿状(石膏),
参差状(黄铁矿),平坦状(高岭土)
3.4 弹性:受力后能恢复原状的.如云母.
3.5 挠性:受力后不能恢复原状的,又称范性变形,如蛭石
3.6 延展性:可用外力任意改变其形状的. 延:一维; 展:二维(黄金) 第三节 矿物的鉴定
肉眼鉴定：看(外形,色,光泽)-掂(比重)-敲(硬度)
仪器鉴定：偏光显微镜,化学成分分析, SEM, TEM (Scan (Transmission) Electric Microscope), 激光探针 第四节常见矿物
1 常见的：方解石 CaCO3, 石英 SiO2, 长石。云母 2 贵重的：金刚石 C, 金Au, 银 Ag
3 工艺品：玛瑙 SiO2 红宝石,蓝宝石 Al2O3（刚玉）
4 工业原料：赤铁矿Fe2O3, 磁铁矿Fe3O4, 黄铜矿CuFeS2 5 药用：辰砂 HgS, 雄黄 As4S4 6 环境示踪矿物
HP/LT：蓝闪石、多硅白云母、红帘石(俯冲碰撞带) UHP：柯石英、金刚石(陆内深俯冲,>100公里深度) 7偏光镜下常见的:长石,石英,云母,辉石,角闪石,方解石
第三章 岩浆作用（Magmatism）与火成岩(Igneous rock)
火山（Volcano）,常伴有地震,是一种严重危害人类生存的地质灾害. 第一节 喷出作用(Extrusion，Eruption)与喷出岩 1.火成岩占地壳岩石体积的64.7% 2.岩浆（MAGMA）：形成于地下深处的、具有较大粘性的高温熔融流体物质. ●成分:硅酸盐+1-8%以水为主的挥发物质; ●源区:地表之下50-200公里；
●条件:温度800-1200°C；压力10千巴大气压（40公里）3.岩浆作用：岩浆发育、运动、固结成火成岩的作用. 岩浆喷出地表的过程,称火山作用.早期爆炸喷出,晚期地表溢流.未到达地壳而在地下某深处冷凝结晶固结的过程,称为侵入作用.由于岩浆高温、高压，具有潜在的活动能量，能沿早先地壳活动中形成的薄弱带（如断层带）向低压方向运动。 4.二类火成岩
● 侵入岩：地下深处冷凝结晶的岩浆岩.
●火山岩：岩浆喷到地表、气体逃逸、冷凝而成的岩石. 又分火山碎屑岩（喷到空中炸碎的岩浆与围岩碎块,落下堆积而成和熔岩(地表溢流而冷凝)两种. 5.喷出作用
● 喷出与否与地壳的活动有关。
有地壳活动才能打破岩浆的平衡,地壳产生断裂岩浆才能顺之上涌 ● 喷出强度与岩浆的粘性有关(viscosity)
岩浆由二部分构成：硅氧四面体或硅铝氧化物和金属阳离子. [SiO4]-4、[AlSi3O8]- + K，Na，Ca，Mg，Fe，前者含量高，则岩浆粘性大,呈酸性,难流动,故多为爆发相;反之,粘性小,呈基性,易流动,多表现为喷溢相. ● 火山喷发物质的构成 a.气体：水汽、二氧化碳、硫化物等.
b．固体: 围岩及早先冷凝的岩浆岩，被岩浆喷出,脱离地表在空中炸碎后冷凝成
固结体,称火山碎屑岩.
火山灰<2mm 单独成岩 凝灰岩 火山砾2-50mm 火山灰胶结 火山角砾岩 火山块>50mm 火山灰胶结 火山集块岩 火山渣 数十厘米 快速冷凝的岩浆块 浮岩 火山弹>50mm 喷出炸碎后冷凝固结的岩浆块
tuff:凝灰岩, Lava:熔岩, volcanic breccia:火山角砾岩,volcanic agglomerate:火山集块岩
c．熔融体：熔岩（熔岩流、熔岩被;多面形分布）表面具柱状节理（冷凝收缩而成的六边形柱体），总与流面垂直。 6 喷发方式
裂隙式喷发：岩浆沿断裂溢出，固体喷发物较少.
中心式喷发：形成盾形火山锥,坡度小（2-4度,小于150） 7 喷发强度 a.强烈爆发
b.宁静喷溢:地中海斯特龙特利火山(天然的“海上灯塔”） 8 火山通道：岩浆流出的地方.
● 在近地面冷凝的岩浆形成火山颈，岩石称次火山岩. ● 可确定火山作用的时间、空间、成因. ● 复式火山锥：火山碎屑与熔岩互层. 9 熔岩类型及其特征
● 按SiO2含量%的分类(国际通用)
超基性:<45%; 基性:45-52%; 中性:52-65%;酸性:>65% 10 各类代表性熔岩介绍
10.1 超镁铁熔岩(ultramafic):科马提岩(komatiite) ●分布于南非和澳大利亚
●具鬣刺结构:快速冷凝而成的长条状橄榄石骸晶集合体,常充填于橄榄岩或辉石岩裂隙中.
10.2 基性熔岩(basic):玄武岩(basalt)
● 黑色,致密,比重大,粘性小,有柱状节理.喷发宁静（气体易溢出）. ● 海底喷发形成枕状构造（Pillow lava）,顶突底平.
● 著名产地：印度德干高原，厚3000米，面积100万平方公里.我国峨眉山玄武岩（P）.
● 矿产：Cu、Fe、铸石材料. 10.3中性岩浆:粘性较大、爆炸喷发,多形成复式火山锥.安山岩（Andesite）：浅色、有气孔(vesicular,泡)、杏仁体(amygdaloid) ● 分布：南美安第斯山
● 著名矿产：墨西哥银矿、台湾金瓜石金矿、山西五台龙须沟铜矿,日本黑矿 10.4 酸性岩浆:粘性大,强烈爆炸喷发,形成复式火山锥. 流纹岩（rhyolite）:浅色,具流纹构造(冷却慢) ● 分布：浙江、福建、广东沿海,宁镇地区
● 矿产：Au,Ag,Cu,U,W,Sn,Mo等，浙江青田玉、鸡血石（印章）、熔结凝灰岩（蟾石）
11 火山喷发的阶段性
火山喷发是断断续续的，有的一、二次（南京方山），有的若干次（圣海仑斯）. 不同喷发期岩浆的成分要改变 一般演化规律：基性-中性-酸性 喷发后期常下陷，形成破火山口(火山湖)
活火山指人类历史时期有过活动，否则称死火山. 12.世界火山岩主要分布在板块构造的边界
● 洋脊火山带：太平洋、大西洋、印度洋洋脊
● 环太平洋火山带：主要是中酸性火山岩，多为安山岩.
安山岩线：环太平洋大陆及岛屿为安山岩，大洋内部为玄武岩，二者界线称为安山岩线
● 地中海-印尼火山带
● 红海与东非有22座活火山:均在地壳裂谷处 第二节 侵入作用与侵入岩 1.侵入作用(intrusion)
● 侵入岩（侵入体）:岩浆在向上运动的侵入过程中逐渐冷凝结晶形成的岩石.可分为：
深成侵入岩(深成岩):>5公里深处形成、 浅成侵入岩(浅成岩):<5公里深处形成、 ● 围岩:被岩浆侵入的岩石. 1.1同化作用、混染作用
同化：热岩浆对冷围岩的吞噬与化学作用，最终使围岩成为火成岩的一部分.岩浆体积>>围岩
混染：岩浆体积不够大,不足以完全吞噬围岩,导致围岩对岩浆的明显化学反应,改变岩浆的成分
俘虏体：边部围岩碎块掉进岩浆，岩浆快速冷凝后尚未被完全“吞噬”或同化. 1.2 结晶分异作用
定义:岩浆在冷凝过程上，按一定规律依次结晶出不同矿物的过程.熔点高比重大的矿物先结晶，导致岩浆成分不断改变.
1.3 鲍温反应系列：美国岩石学家鲍温根据结晶分异原理，用富含橄榄石的玄武岩实验得出的结晶规律. 分为:
(1) 连续反应系列：化学成分连续变化；内部结构无根本变化；为浅色矿物所独有.
●(高温的)基性斜长石(拉长石,培长石,钙长石Ca[Al2Si2O8])→中性斜长石(中长石)→酸性斜长石(钠长石Na[AlSi3O8],更长石)→钾长石→白云母→(低温)石英. ● 端员成分为钠长石与钙长石,二者能以任何比例混溶.
(2)不连续反应系列：化学成分有差异；内部结构有显著变化；为暗色矿物或铁镁矿物所独有.
● (高温的)橄榄石→辉石→角闪石→黑云母→钾长石→白云母→(低温的)石英. 鲍温反应系列只适用于侵入作用与侵入岩 矿物结晶顺序只适用于封闭的温压环境 1.3.3 岩浆结晶出的岩石顺序
超镁铁岩(橄榄岩)→镁铁岩(辉长岩)→中性岩(闪长岩)→酸性岩(花岗岩)→伟晶岩
1.3.4 伟晶岩：残余岩浆结晶而成 ● 温度500度到800度
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