ch1地質基礎知識2011

第一章地質基礎知識供水水文地質1.1地球的構造與形態(tài)1.1.1地球的形狀：虛線代表橢球體，實線表示地球的實形地球赤道半徑6378.16km，極半徑為6356.76km，相差21.4km1.1.2地球的分圈（一）地球內圈特征兩個分界面：莫霍面（地面以下30～80km）

古登堡面（地面以下2800km）三個圈層：地殼、地幔、地核各層的特點：地殼：（重點研究對象）厚度各地不等，平均33km，西藏可達70~80km從地表往下，溫度、壓力和密度都增加物質組成不均，上層為硅鋁層，下層為硅鎂層地幔：巖石圈（部分）：地幔上部為一薄層堅硬巖石，厚度為60～100km（包含地殼厚度）軟流圈：200～300km，巖漿地核：組成物質：主要為鐵鎳物質溫度、壓力、密度都很高（二）地球外圈特征大氣圈環(huán)繞地球的由氣體組成的圈層。厚度達幾萬公里水圈指地球表層由各種形式存在的水組成的圈層。大部分匯聚在海洋里，一部分分布于大陸表面的河流、湖泊、冰雪、還有一部分埋藏于地表以下的巖石空隙中（地下水）

地下水是人類生存的重要水源，也是供水水文地質研究的主要對象。生物圈地球表層所有活著的有機體組成的圈層1.1.3地球表面的形態(tài)特征（一）地殼表面特征地球表面高低起伏，形成海洋和陸地。陸地面積：1.49億km2,占地球總面積29.2%。海洋面積：3.69億km2，占地球總面積70.8%。最高點：珠穆朗瑪峰，8848.13m。最低點：馬利亞納海溝，深11033m。陸地平均高程860m。海洋平均深度3900m。（二）陸地地形根據(jù)陸地表面的高程和起伏變化，陸地地形可分為：

山地、丘陵、平原、高原、盆地、洼地山地：低山（海拔高度500～1000m)、中山（1000～3500m）、高山（>3500m)的總稱。我國是多山的國家，山地分布很廣。丘陵：地表起伏不超過200m低矮地形。平原：地勢寬廣平坦或略有起伏的地區(qū)。低平原（海拔高程<200m，如華北平原、東北平原、長江中下游平原）、高平原（200～600m，如成都平原）高原：地勢寬廣平坦或略有起伏，海拔高程>600m，四周常有崖壁與較低的地形單元分解的地區(qū)。我國青藏高原、云貴高原、黃土高原。其中，青藏高原是世界上最高的高原，海拔4000m以上。盆地：四周高原或山地、中央低平的地區(qū)。如四川盆地、柴達木盆地、吐魯番盆地、準噶爾盆地。洼地：高程低于海平面的低洼地帶（艾丁湖海拔-150m，稱為克魯沁洼地）（三)海底地形海底地形起伏變化很大，高程差遠大于陸地根據(jù)海底地形特征，海底分為：大陸架、大陸坡、大陸基、海溝、孤島、深海（大洋）盆地、洋中脊等1.1.4地殼的物質組成地殼主要有以下十種元素組成，99.96%（占地殼總量），其他近百種元素不足1/1000。

十大元素（按重量排序）為：氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、鈦、氫各種元素在地殼中分布不均，地殼上層硅鋁層（O、Si、Al為主，Ca、Na、K也較多），地殼下層為硅鎂層（O、Si、Mg、Fe）。大部分元素以氧化物存在（石墨、金除外），地殼的主要成分為Si、Mg的氧化物，74.48%（占地殼總重量）1.2礦物與巖石一、主要造巖礦物的特征組成：

礦物是地殼的基本組成部分，是礦石和巖石的組成單位；是各種地質作用的自然產物。

礦物是幾種元素的化合物（大多數(shù)，如：石英、赤鐵礦、磁鐵礦、石膏等）或由一種元素組成（極少數(shù)，如：自然的硫、金等）。形態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)種類：3000多種分類的依據(jù)：（即主要的物理性質）7個分別為晶形、顏色、光澤、條痕、硬度、解理和斷口、比重等。

晶形：礦物內部質點的排列方式，有柱狀、粒狀、片狀、板狀、纖維狀、放射狀。

顏色：礦物新鮮面上的顏色。

光澤：礦物新鮮面上反射光線的能力。

條痕：礦物粉末的顏色，同一種礦物有多種顏色，但條痕的顏色是固定的

硬度：礦物抗磨擦及刻劃的能力；摩氏等級（10級）

解理：沿結晶面方向產生光滑平面的能力

斷口：既不光滑也無一定方向的破裂面主要礦物（造巖礦物）20多種（物理性質見書）

正長石Orthoclase鋰輝石

Spodumene薔薇輝石

Rhodonite普通輝石

Augite正長石斜長石角閃石Ferrohornblende硅鐵輝石Babingtonite黑云母Biotite白云母

Muscovite主要礦物（造巖礦物）

石榴子石Garnet

石榴子石Garnet

主要礦物（造巖礦物）：

橄欖石Olivine橄欖石Olivine橄欖石Olivine石英Quartz石英Quartz石英Quartz主要礦物（造巖礦物）

磁鐵礦Magnetite方解石Calcite方解石Calcite白云石黃鐵礦Pyrite常見造巖礦物的肉眼鑒定抓住主要特征。綜合考慮顏色、晶形、光澤、解理、硬度?？紤]礦物生成條件及共生礦物。工具：小鋼刀、放大鏡、稀鹽酸等。二、巖石的分類巖石是一種或幾種礦物的集合體；是地下水運動、補給、排泄、徑流的場所，與地下水的開采利用有密切的關系。分類：巖漿巖、沉積巖、變質巖

（一）巖漿巖形成：來自地幔的巖漿沿著地殼巖石的裂隙上升到地殼范圍內或噴出地表，冷卻凝結成的巖石，又稱為火成巖。

花崗巖的礦物成份火山火山湖富士山巖漿噴出地表叫做火山噴發(fā)，火山噴發(fā)則形成火山?；鹕絿姲l(fā)是地球內部物質和能量驟然強烈釋放的一種形式。火山噴出物很復雜，既有氣體、液體，也有固體?；鹕絿姲l(fā)海底火山火山噴發(fā)組圖特征：（1）產狀巖漿巖在空間的位置、形態(tài)和大小。巖基、巖株：在地殼深處，如橄欖巖、輝長巖、閃長巖、花崗巖等。

巖盤、巖床、巖脈：在地表深度較小處，閃長玢（bin）巖、花崗斑巖等

巖流、火山錐：地表，玄武巖、流紋巖、安山巖等

侵入巖：深成巖、淺成巖

噴出巖（火山巖）

深成巖淺成巖Batholith巖基Captivemass俘虜體laccolith巖盤巖墻Rockwall巖株Volcanoneck火山頸Lavaflow巖流巖漿巖的產狀Sill巖床（2）結構：

結晶程度、顆粒大小和形狀等（不同形成環(huán)境影響）

晶粒結構：巖石中礦物為較大的結晶顆粒。

斑狀結構：大晶粒被細粒、隱晶粒、玻璃質基質包圍

玻璃質結構：未結晶

安山巖花崗巖（3）構造：各組成部分在空間的排列及填充方式

塊狀構造：各種礦物均勻分布

流紋構造：沿流動方向定向排列

氣孔構造：巖石中有氣孔

杏仁構造：氣孔被次生礦物如石英、方解石填充

塊狀構造流紋構造氣孔構造杏仁構造杏仁構造（4）巖漿巖的化學、礦物組成及分類

主要是硅酸鹽礦物，還有一部分金屬硫化物、氧化物及揮發(fā)性物質。

按sio2含量分為：酸性巖漿巖、中性巖漿巖、基性巖漿巖、超基性巖漿巖等。（4）巖漿巖分類（二）沉積巖1.形成

三個階段：

a、原有的巖石，風化作用碎屑物和殘余物

b、搬運作用（水、風、冰）

沉積下來

c、松散物壓縮固結、膠結、結晶作用沉積巖

2.特征：（1）產狀：層狀分布（a）正常、（b）夾層、(c)變薄、(d)尖滅、(e)透鏡體沉積巖的層狀分布

(2)結構：沉積物顆粒的大小、形狀、結晶程度

碎屑結構：巖石和礦物碎屑被硅質、鈣質、粘土質膠結在一起砂巖（碎屑結構）礫巖（碎屑結構）石灰?guī)r（結晶結構）白云巖（結晶結構）碎屑巖的膠結物：硅質－強度高、鐵質－易氧化、鈣質－易溶解、泥質－易軟化。膠結類型：基底式膠結（a）；孔隙式膠結（b）；接觸式膠結（c）結晶結構：化學作用使得礦物和巖石成為晶體狀沉積巖的層理構造平行層理斜層理波狀層理印模粒序層理交叉層理(3)構造：層理構造（4）礦物成分礦物成分很復雜，與產生碎屑的母巖有直接關系，母巖經(jīng)過化學分化作用，有些礦物卻是沉積巖特有的：如海綠石、蒙脫石、高嶺石、伊利石等。3沉積巖的分類沉積巖分布很廣，覆蓋了地球表面的75%。有：礫巖、砂巖、頁巖、泥巖、石灰?guī)r、凝灰?guī)r、白云巖、巖鹽。其中，頁巖、砂巖、石灰?guī)r占總量的95%以上。4.松散巖石（土）

沉積巖的分類較多，最為重要的一類是松散巖石，是指近代形成的未經(jīng)壓固、膠結的碎屑堆積物。該類巖石和地下水的形成和存儲有密切關系。松散堆積物的顆粒大小變化很大，根據(jù)粒徑的大小，劃分為粒組。

粒徑由大到?。浩?gt;卵石>粗礫石>中礫石>小礫石>

粗砂粒>中砂粒>細砂粒>細砂粒>粉土>粘土透水性毛細管水上升高度

土的一些特性（略）（三）變質巖1.形成：

巖石在新的物理化學環(huán)境條件（溫度、壓力、化學物質），巖石的礦物成分及結構、構造發(fā)生了變化，形成了新的巖石稱為變質巖。巖石受地殼運動及巖漿入侵的高溫高壓作用和化學成分的加入，改變原結構構造而形成接觸變質巖的形成大理巖石英巖2.特征

（1）產狀：基本維持未變質前的產狀不變（2）結構：變晶結構，變質過程中巖石能夠重新結晶，非晶質變成晶質，小晶粒變?yōu)榇志Я?，隱晶質變?yōu)榫蘧Я?，如大理巖。（3）構造：

a、片狀構造：礦物成平行排列，成葉片狀

b、片麻狀構造：深色礦物淺色礦物相間平行成條帶狀

c、千枚狀構造：薄片狀片理，片理面上有絲絹光澤

d、板狀構造：沿一定方向分裂為平整板狀

e、塊狀構造：礦物均勻排列，無定向分布3.變質巖的分類三大類巖石的肉眼鑒別巖漿巖的鑒別方法

先看顏色,再看結構和構造,然后看礦物成分.沉積巖的鑒別方法

先看結構,再看成分.變質巖的鑒別方法

先看構造,再看成分.三大類巖石特征對比表1.3巖層的地質時代

一、地質時代的劃分

絕對地質時代（巖層的絕對年齡）：巖層從形成到現(xiàn)在的延續(xù)時間，以年為單位。利用放射性元素衰變。

相對地質時代（巖層的相對年齡）巖層形成的先后順序和新老關系。根據(jù)生物的演變和地殼運動等重大變化來劃分。（常用）二、地質年代表（看書）

時間：代、紀、世地層：界、系、統(tǒng)

1.4地質構造

一、地殼運動（構造運動）原因：地球內部原因（重力、地內熱能等）引起地殼變形分類：升降運動和水平運動（一）升降運動珠穆朗瑪峰地區(qū)，海洋古生物，喜瑪拉雅造山運動；中國，海底，加里東運動、燕山運動運動速度十分緩慢升降運動使得現(xiàn)在的地貌形成，并使之不斷變化。（二）水平運動兩種不同的觀點

a、地殼以升降運動為主，大陸的位置不變

b、地殼以水平運動為主，且大陸塊也在不斷地運動√

“大陸漂移學說”

1.地球的巖石圈不是一個整體，被構造活動帶分為6大版塊，浮在軟流圈

2.大陸運動和海底擴張同時進行

3.升降運動是由水平運動而來走向(strike)：巖層面和任一假想水平面交線的延伸方向。傾向(dip)：巖層的傾斜方向。與走向線垂直。只有一個.傾角(dipangle)：巖層層面與水平面的最大銳角。表示方法：走向和傾向用方位角表示(可只表示傾向)，傾角用度數(shù)。二、巖層產狀的概念測定方法：地質羅盤標記方法：象限傾向方位角-傾角例如：SE120o∠30o三、巖層的接觸關系1.研究的意義：可以推測地殼運動發(fā)展歷史和巖層形成的相對年代，有利于尋找地下水。2.接觸關系：

（1）整合接觸：新老巖層大致平行，地殼升降與沉積處于相對平衡狀態(tài)，兩巖層時代接近，連續(xù)性沉積

（2）平行不整合與角度不整合接觸

長時間的沉積間斷或侵蝕作用，兩套巖層的年代相隔很遠，中間地層缺失；（往往有古風化殼，利于地下水儲存）有（b）平行不整合、(c)角度不整合。

（3）火成接觸：火成巖與其他巖層的接觸；(可能是富水地段）

（4）斷面接觸：不同時代的巖層，被斷層錯斷而直接接觸。(可能是富水地段）四、褶曲（一）褶曲要素

最基本的幾何要素：（1）核：中心部分（2）翼：核部兩邊的巖層（3）軸面：假象的面，兩翼的近似對稱面（4）軸：軸面與水平面的交線轉折端：彎曲最強烈的部分（5）樞紐：同一巖層的層面與軸面的交線（6）脊線：頂點的連線

四、褶曲（二）褶曲的基本類型：背斜和向斜背斜：向上拱，核部巖層較老，外部巖層較新向斜：向下凹陷，核部巖層較新，外部巖層較老大部分褶曲由于地層遭受剝蝕而不能保存其全貌，確定原則：根據(jù)兩翼產狀確定褶曲巖層；核部兩端巖層一定對稱重復出現(xiàn)，并根據(jù)巖層新老關系確定是背斜或向斜。a—背斜；b—向斜背斜核部滑脫溶蝕洞穴

背斜和向斜不是孤立存在的，大多是連在一起，使巖層呈現(xiàn)波浪型，形成復向斜、復背斜（三）褶曲的形態(tài)分類

（1）在橫剖面上的分類直立褶曲：軸面直立、兩翼傾角相近或相等

斜歪褶曲：軸面傾斜、兩翼傾角一陡一緩

倒轉褶曲：軸面傾斜、雖然兩翼同方向傾斜，但一翼在另一翼之上、一翼層序正常、一翼層序倒轉

平臥褶曲：軸面水平、下翼倒轉

（2）在平面上的分類線形褶曲：樞紐水平或近水平，褶曲沿某一方向延伸，長寬比5倍以上短軸褶曲樞紐呈弧形，巖層在平面上圈閉，長寬比2～5，有短軸背斜、短軸向斜之分

穹隆構造極短軸背斜，長寬比小于2

構造盆地極短軸向斜，長寬比小于2

穹隆構造就像是一定帽子！

褶皺野外觀測褶皺背斜單斜山五、斷裂構造巖石在內外地質力的作用下，發(fā)生破裂，同時產生破裂面（一）裂隙（節(jié)理）：沒有明顯位移的破裂

1.分類

a、按成因：構造裂隙：在構造運動力的作用下產生的裂隙非構造裂隙：在地質外營力（風、水、塌陷等）作用下產生的裂隙

b、按形成時應力特點：

張裂隙：受張應力作用形成，是儲存地下水的好場所

剪裂隙：

c、按裂隙面產狀與巖層產狀的關系

走向裂隙：

傾向裂隙：

斜交裂隙：c、按裂隙面產狀與巖層產狀的關系

走向裂隙：

傾向裂隙：

斜交裂隙：（二）斷層：沿斷裂面有明顯位移的斷裂1.斷層的要素：

斷層面：

斷層線：斷層面與地面的交線

斷盤：上斷盤、下斷盤（南盤、北盤、東盤、西盤）、上升盤、下降盤

斷層帶：斷層兩壁之間的地帶

斷距：2.斷層的分類：

（1）根據(jù)兩盤的相對位置

正斷層：上盤相對下降、下盤相對上升

逆斷層：上盤相對上升、下盤相對下降平推斷層：兩盤巖層沿斷層線方向平行移動，基本無垂向移動

通常為組合方式：平移正斷層平推逆斷層正斷層逆斷層平推斷層（2）根據(jù)斷層面的產狀與巖層的產狀

走向斷層（縱斷層）：斷層面走向與巖層走向同傾向斷層（橫斷層）：斷層面走向與巖層傾向同斜斷層：斷層面走向與巖層走向斜交（3）根據(jù)斷層形成時的力學性質壓性斷層張性斷層扭性斷層壓扭性斷層張扭性斷層

儲水條件張性斷層、張扭性斷層>扭性斷層>壓性斷層、壓扭性斷層3.斷層的組合兩條大致平行的斷層，其中間巖塊為共同的下降盤，兩側為上升盤形成地塹；中間巖塊為共同的上升盤，兩側為下降盤形成地壘。逆斷層疊瓦式組合4、斷層的識別地層界限不連續(xù)或巖層中斷巖層不對稱重復或缺失斷層破碎帶及構造巖擦痕牽引構造及伴生節(jié)理地貌標志斷層地貌科羅拉多大峽谷華山斷層斷裂（三）褶曲和斷層在地質圖上的表示地質圖的閱讀步驟1讀圖步驟(1)圖名、比例尺、方位(2)地形、水系(3)圖例(4)地質內容：a地層巖性；b地質構造；c地質歷史。1.圖名、比例尺、方位圖名：黑山寨地區(qū)地質圖。比例尺：：10000；圖幅實際范圍：1.2km2。方位：圖幅正上方為正北方。2.地形、水系本區(qū)西北部最高，高程約為570m，東西較低，大約100m，相對高差大約470m。地勢西北高、東南低。東部有一山崗，高程大約300m。順坡地形坡向有二條大溝谷，近南北向為F1、F2斷層，使巖石破碎，風化侵蝕所致。

3.地層巖性本區(qū)出露地層從老到新有：古生界—下泥盆統(tǒng)（D1）石灰?guī)r、中泥盆統(tǒng)（D2）頁巖、上泥盆統(tǒng)（D3）石英砂巖，下石炭統(tǒng)（C1）頁巖夾煤層、中石炭統(tǒng)（C2）右灰?guī)r，中生界——下三迭統(tǒng)（T1）頁巖、中三迭統(tǒng)（T2）石灰?guī)r、上三迭統(tǒng)（T3）泥灰?guī)r，白堊系（K）鈣質砂巖，新生界——第三系（R）礫石層。古生界地層分布面積較大，中生界新生界地層出露在北、西北部。除沉積巖層外，還有細晶花崗巖脈侵人，出露在東北部。4．地質構造（1）巖層產狀產狀：R為水平巖層，T、K為單斜巖層，其產狀3300∠35°（即巖層傾向330，傾角35°，以下同），D、C地層大致近東西—北東東向延伸。（2）褶皺：古生界地層從D1到C2由北部到南部形成三個褶皺，依次為背斜、向斜、背斜。褶皺軸向為75°～80°。

①東北部背斜：背斜核部較老地層為D1，北翼為D2，產狀3450∠33°；南翼由老到新為D2、D3、C1，C2，巖層產狀1650∠33°，兩翼巖層產狀對稱，為直立褶皺。②中部向斜：向斜核部較新地層為