地球基本知识
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发布时间：2022-04-20 00:54
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时间：2023-06-30 02:20
(一)地球、地壳的组成
近代科学研究成果证明,地球内部可划分为地壳、地幔和地核3个圈层结构(图1-1)。地壳是由不同岩石组成;一般*的地球外壳平均厚度为33km,而*与水域共同拥有的地球外壳平均厚度则为16km。地幔是位于地壳以下至地下2900km深度之间的圈层;主要由铁镁硅酸盐组成。地核为自地壳以下2900km至地心之间的圈层;主要由铁、镍所组成。
图1-1 地球的内部结构
迄今为止,世界上经济发达的国家已创造出最大的钻深成绩是13000m;我国作为第三世界发展中的一个国家,第一口科学深钻(2009年施工,取心钻孔)井深已钻约达5500m,目前正朝着赶超世界上最大钻深等目标积极做好各项准备。
(二)矿物与岩石
1.矿物的基本知识
矿物是在地质作用下形成的自然元素及其化合物。自然界中有100多种元素,组成地壳中的矿物。这些元素在地壳中的含量差别很大,绝大多数元素都是稀有元素,主要元素也就十几种。地壳中所含主要元素:氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、钛、氢。
矿物是岩石的基本组成单元。地壳中的矿物除少数是由一种元素组成的单质外,绝大多数都是由两种或两种以上的元素按一定比例组成的化合物,并有一定的物理性质和化学性质。在常温、常压下,绝大多数矿物均呈固态,仅有少数呈液态(自然汞、水等)和气态(二氧化碳、甲烷等)。
固态矿物中大多数是结晶的,具有一定几何外形;但也有少数是未结晶的,也无一定几何外形(如蛋白石等)。矿物种类多达4000多种,我们把主要组成岩石、并且大量出现的矿物,称为造岩矿物。造岩矿物以硅酸盐类矿物为主,最常见的造岩矿物仅有十几种。有些矿物常形成有用的矿产,是矿石中的有用组分,称为造矿矿物。
(1)矿物的形态
矿物的形态包括矿物的单晶体及集合体的形态。
矿物单晶体形态是指矿物单晶体的形状、结晶习性、晶体的大小及晶面花纹。在自然界,矿物大多数是以集合体出现的。集合体有同种矿物和异种矿物之分;而且集合体可以是有规则排列,也可以没有规则排列。
1)矿物的单晶体形态。研究晶体的形态,应从理想形态着手。所谓理想晶体,它的内部结构应严格地服从空间格子规律,外部形态应为规则的几何多面体,面平、棱直,同一单形的晶面同形等大。
自然界实际晶体在生长过程中,由于受到复杂的外界条件的影响,使其内部结构和外部形态都可能偏离理想晶体所遵循的规律,而形成各种非理想的形态。
2)矿物的集合体形态。矿物的集合体形态取决于矿物单体的形态及其集合(在空间排列)的方式。根据集合体中矿物颗粒大小,可将集合体的形态分为:显晶集合体形态(肉眼可以辨别的);隐晶集合体形态(显微镜下可辨别的)和胶态集合体形态(显微镜下也难辨别的)。①显晶集合体形态:按矿物单晶体的结晶习性、颗粒大小及其集合方式的不同,可将显晶集合体分为:粒状集合体;片状、板状、鳞片状集合体;柱状、针状、纤维状、发射状集合体和晶簇4类。②隐晶和胶态集合体形态:隐晶和胶态集合体可由溶(熔)液直接凝结而成或由胶体生成。对隐晶集合体来说,其个体都是结晶质的,但颗粒很小,只能在显微镜下才能观察到它的单体形态,它也可以由胶体矿物老化(晶质化)而成。而胶体集合体则不存在什么单体,胶体由于表面张力的作用,常使集合体趋向于形成球状。按其外形和成因可将该集合体分如下三种形态:结核体、分泌体、钟乳状集合体。矿物集合体形态是丰富多彩的,除上述一些集合体外,还有皮壳状、被膜状、土状、鸡冠状、树枝状、块状(致密块状、土块状)集合体等。
矿物的形态可以帮助我们鉴定和研究矿物,诸如矿物的物理性质(包括光学性质)、力学性质、热学性质、电学性质、磁学性质、放射性等。但是,我们着重讨论的是肉眼能够观察到的物理性质。
矿物的光学性质是指自然光作用于矿物之后所表现出的各种性质,也就是自然光照射于矿物时,所发生的反射、折射及吸收等一系列光学效应。这些效应的结果,有些可用肉眼观察到,有些则需要专门仪器才能观察和测定。肉眼可以观察到的矿物光学性质,包括颜色、条痕色、透明度及光泽等。
(2)矿物的颜色
矿物的颜色是矿物对可见(日)光选择性吸收反射后的表现。当矿物对可见光中各种波长的光波均匀地吸收,则随吸收程度的增加,分别呈现为无色、白色、灰色、黑色。当矿物选择性地吸收其中某些波长的光波时,则矿物呈现出剩余波长光波的混合色。矿物吸收光的颜色和被观察到的颜色如表1-1所示。
表1-1 矿物吸收光的颜色及其观察到的颜色
(3)矿物的条痕色
矿物的条痕色是矿物粉末的颜色,一般是指矿物在白色无釉瓷板上擦划所留下的痕迹的颜色。对于硬度大于瓷板的矿物,则需要碾成粉末并在白纸上进行观察,若矿物的硬度很低则可直接划于白纸上观察。
条痕色可能深于、等于或浅于矿物的颜色,并且常与光泽、透明度有密切联系。条痕色对不透明的金属、半金属光泽矿物的鉴定很重要,而对透明、玻璃光泽矿物来说,意义不大,因为它们的条痕色都是白色或近于白色。
(4)矿物的透明度
矿物的透明度是指矿物透过可见光波的能力,即光线透过矿物的程度。
在自然界并不存在绝对不透明或绝对透明的矿物。透明度受厚度的影响很大,因此,要以某一规定的厚度(一般以1mm)作为标准进行对比。在矿物的肉眼鉴定工作中,通常将透明度大体分为透明、半透明和不透明*:
1)透明矿物。允许绝大部分光波透过矿物,如水晶、萤石等。
2)半透明矿物。允许部分光波透过矿物,如辰砂、浅色闪锌矿等。
3)不透明矿物。基本上不允许光波透过矿物,如黄铁矿、磁铁矿等。
(5)矿物的光泽
矿物表面对可见光波的反射能力称为矿物的光泽。也就是可见光照射到矿物新鲜面上所反射出来的光线强度。
金属光泽反光很强,犹如电镀的金属表面那样光亮耀眼,如自然金、方铅矿等;
半金属光泽比金属的亮光弱,似未磨光的铁器表面,如磁铁矿、黑钨矿等;
金刚光泽反光较强,以金刚石晶面的闪光最为典型,比金属与半金属光泽弱,但强于玻璃光泽,如金刚石、锡石等;
玻璃光泽反光弱,如同玻璃表面的光泽,如石英、长石及方解石等。
(6)矿物的硬度
矿物抵抗外来机械作用力的能力,称为硬度。根据机械作用力的性质不同,可将硬度划分刻划硬度、压入硬度、研磨硬度等类别。本篇只讨论刻划硬度,即矿物对外来刻划的抵抗能力。
鉴别矿物的(刻划)硬度时,可以把欲试矿物的硬度与某些标准矿物的硬度进行比较,即互相刻划加以确定。通常用的标准矿物,即摩氏硬度就是用这种方法确定的。十种标准矿物的硬度由小到大排序是滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。
(7)矿物的解理与断口
矿物遭受超过质点间联结力的外力作用(如敲打)时,即发生破裂现象。有些矿物破裂后沿一定方向会出现一系列相互平行且平坦光滑的破裂面,矿物的这种性称为解理。矿物的这种破裂平面,称为解理面。有些矿物则沿任意方向发生不规则的破裂,其破裂面参差不齐,这种破裂面则称断口。
矿物的解理按其解理面的完好程度不同,通常划分为4级:极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理。
(8)矿物的其他物理、力学性质
1)矿物的磁性。矿物的磁性是指矿物晶体在外磁场中被磁化时,所表现出的能被外磁场吸引或排斥或对外界产生磁场的性质。
2)矿物的电学性质。如导电性、介电性、压电性等。
3)矿物的放射性。矿物的放射性是矿物中的放射性元素(铀、钍、镭等)自发地从原子核内部放出粒子或射线,同时释放出能量的现象。
4)矿物的发光性。矿物的发光性是指矿物在外来能量的激发下发出可见光的现象。
5)矿物的延展性、脆性、弹性和挠性。矿物的延展性矿物受到张力作用时,能延伸成为细丝的性质称为延性;受到锤压或滚轧时,能展成薄片的性质称为延展性;矿物受到外力打击或碾压时,易于碎裂的性质称为脆性。如自然硫、方铅矿等具有脆性;矿物的弹性在矿物学中一般专指具有片状解理或呈纤维状的矿物,其薄片或纤维在外力作用下能显著弯曲而不断裂,当外力除去后又能恢复原状的性质。如云母、石棉等矿物具有弹性;矿物的挠性在矿物学中专指具有片状解理的矿物,其薄片在外力作用下能显著弯曲而不断裂,但在外力除去后不能恢复原状的性质。如辉钼矿、绿泥石等矿物就具有挠性。
2.岩石的组成与分类
(1)岩石的组成
岩石是天然产出的由一种矿物或多种矿物组成的固态集合体。它具有一定的物质成分、结构、构造以及在地壳中具有产状。它是研究应用地质学科的基础。
(2)岩石分类
位于外部层圈的地壳,是由各种不同的岩石组成的。按照岩石形成的原因不同,可将组成地壳的岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
1)岩浆岩。是由岩浆冷却凝固而形成的岩石;据其产出特征又分为喷出岩和侵入岩。常见的岩浆岩有:花岗岩、花岗斑岩、流纹岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩、橄榄岩等。
2)沉积岩。是在地表条件下,已经形成的岩石,经过风化、搬运、沉积和成岩等作用而形成的层状岩石;依据沉积物的来源,物质成分及结构特征,又分陆源沉积岩、内源沉积岩,火山碎屑沉积岩三类。常见的沉积岩有:砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、石灰岩等。
3)变质岩。是由于地球的内动力作用(即地壳运动和岩浆活动),在高温、高压及化学活动性流体的影响下,促使原来岩石(岩浆岩、沉积岩)的矿物成分、结构、构造发生了改变,形成新的岩石。常见的变质岩有:大理岩、角岩、石英岩、板岩、片岩片麻岩、矽卡岩等。
