地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識介紹

地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識介紹秦皇島32-6/渤中25-1作業(yè)分公司地質(zhì)學(xué)是研究地球及其演變的一門自然科學(xué)。它主要研究地球的組成、構(gòu)造、發(fā)展歷史和演化規(guī)律。在當(dāng)前階段，地質(zhì)學(xué)主要研究固體地球的最外層，即巖石圈（包括地殼和上地幔的上部）。因為這一部分既是與人類生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的部分，同時也是容易直接觀測和研究歷史最久的部分。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，如衛(wèi)星、航天、深鉆技術(shù)、海洋物探、高溫高壓實驗、電子顯微鏡、計算機(jī)、遙感遙測、紅外攝影、激光等新技術(shù)、新手段的不斷應(yīng)用，地質(zhì)學(xué)的研究范圍也不斷擴(kuò)大。從地球表層向深部發(fā)展，出現(xiàn)了深部地質(zhì)學(xué)；從大陸向海洋發(fā)展，出現(xiàn)了海洋地質(zhì)學(xué)；從地球向外層空間發(fā)展，出現(xiàn)了月球地質(zhì)學(xué)、行星地質(zhì)學(xué)、宇宙地質(zhì)學(xué)。地質(zhì)學(xué)的研究對象認(rèn)識我們賴以生存的家園地球數(shù)據(jù)地球的結(jié)構(gòu)——內(nèi)三圈、外三圈地核地幔地殼生物圈水圈大氣圈地質(zhì)作用地球自形成以來大約經(jīng)歷了46億年的歷史根據(jù)地球發(fā)展歷史過程中生物演化和巖層形成的順序，將地球歷史劃分為若干自然階段，稱為相對地質(zhì)年代。

19世紀(jì)初期，英國地質(zhì)學(xué)家W.史密斯、C.萊伊爾等就開始利用生物地層學(xué)的方法劃分地質(zhì)年代。

1669年丹麥地質(zhì)學(xué)家N.斯泰諾首先提出“地層層序律”：在層狀巖層的正常序列中，先形成的巖層位于下面，后形成的巖層位于上面。

1816年W.史密斯首次提出“化石順序律”，保存在地層中的生物化石，由簡單到復(fù)雜，由低級到高級，表現(xiàn)出清楚的不可逆性和階段性，實際上，化石順序律和地層層序律是一致的，在最古老地層中找不到化石，在較老地層中可以發(fā)現(xiàn)低級化石，在較新地層中可以發(fā)現(xiàn)高級化石，這種關(guān)系稱為“生物層序律”。生物的發(fā)展過程不是均一的或等速的，而是由緩慢的量變、急速的突變或大量絕滅現(xiàn)象交替出現(xiàn)地質(zhì)時代中國地層時代表古新世始新世漸新世上新世中新世礦物是在各種地質(zhì)作用下形成的具有相對固定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的均質(zhì)物體，是組成巖石的基本單位。巖石和礦物礦物是人類生產(chǎn)資料和生活資料的重要來源之一，是構(gòu)成地殼巖石的物質(zhì)基礎(chǔ)。自然界里的礦物很多，大約有3000種，但最常見的只有五六十種，至于構(gòu)成巖石主要成分的只不過二三十種。組成巖石主要成分的礦物，稱造巖礦物。它們共占地殼重量的99％。各種礦物都具有一定的外表特征——形態(tài)和物理性質(zhì)，可以作為鑒別礦物的依據(jù)。巖石——礦物集合體，是構(gòu)成地殼及地幔的主要物質(zhì)巖石可以分為三大類：火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖巖漿形成于地殼深處或上地幔中，它主要由兩部分組成：一部分是以硅酸鹽熔漿為主體，一部分是揮發(fā)組分，主要是水蒸汽和其它氣態(tài)物質(zhì)。巖漿巖火成巖分類噴出巖噴出巖綜合報道，位于意大利南端西西里島的著名火山埃特納火山4日終于爆發(fā)，熾熱的巖漿和濃黑的煙霧在夜晚非常耀眼。而山腳下就是當(dāng)?shù)氐木用駞^(qū)和旅游景點。雖然看上去似乎對當(dāng)?shù)鼐用袷治ｋU，但意大利當(dāng)?shù)卣块T仍然認(rèn)為目前火山爆發(fā)仍不足以對當(dāng)?shù)鼐用竦纳顦?gòu)成嚴(yán)重威脅，因此只是加強(qiáng)了對火山的嚴(yán)密監(jiān)控。當(dāng)?shù)氐闹饕獧C(jī)場由于火山爆發(fā)造成能見度降低而被迫關(guān)閉。此次火山噴發(fā)也吸引了大量游客慕名前來。埃特納火山是歐洲最大、最高、最活躍的火山，海拔3200米。主要火山口海拔3323米。周圍還有200多個較小的火山錐。據(jù)文獻(xiàn)記載，埃特納火山已有500多次爆發(fā)歷史，被稱為世界上噴發(fā)次數(shù)最多的火山。自本月1日起，火山的活動就開始加劇。該火山最猛烈的爆發(fā)則是在公元1669年，持續(xù)了4個月之久，熔巖噴發(fā)量達(dá)7.8億立方米，滾滾熔巖沖入附近的卡塔尼亞市，使整個城市成為一片火海，2萬人因此而喪生。18世紀(jì)以來，埃特納火山爆發(fā)更加頻繁，但基本沒有造成嚴(yán)重?fù)p失。

侵入巖——巖脈（VEINS）美感黃山——暴露在地殼表部的巖石，在地球發(fā)展過程中，遭受到各種外力作用的剝蝕破壞，然后再把破壞產(chǎn)物在原地或經(jīng)搬運(yùn)沉積下來，再經(jīng)過復(fù)雜的成巖作用而形成巖石就是沉積巖。沉積巖沉積巖的物質(zhì)主要來源于先成巖石（無論是火成巖、變質(zhì)巖和先成的沉積巖）風(fēng)化作用和剝蝕作用的破壞產(chǎn)物，包括碎屑物質(zhì)、溶解物質(zhì)和新生物質(zhì)；除此還包括生物遺體、生物碎屑以及火山作用的產(chǎn)物。這些物質(zhì)在低洼的地方沉積下來，總稱為沉積物。沉積巖可以分為兩類，即碎屑巖類、化學(xué)巖和生物化學(xué)巖類張家界砂巖峰林地質(zhì)公園沉積巖的分布沉積巖在地殼表層分布甚廣，陸地面積的大約四分之三被沉積物（巖）所覆蓋著，而海底的面積幾乎全部被沉積物（巖）所覆蓋。但從體積而言，沉積巖約占巖石圈體積的5％，而巖漿巖及變質(zhì)巖約占95％。由此可知，沉積巖主要分布在巖石圈的上部和表層部分。至于沉積巖在地殼表層的具體厚度，則變化很大，有的地方可達(dá)幾十公里，如高加索地區(qū)，僅中生代和新生代的厚度就達(dá)20～30km；但有的地方則很薄，甚至沒有沉積巖的分布，直接出露著巖漿巖和變質(zhì)巖。地球物理和深井鉆探證實：現(xiàn)代和古代沉積物大量沉積的場所為大陸邊緣和大陸內(nèi)部的拗陷帶，在這些地方可以形成巨厚的沉積巖層，其是沉積地質(zhì)學(xué)的主要研究對象。在沉積巖中蘊(yùn)藏著大量礦產(chǎn)。根據(jù)第19屆國際地質(zhì)學(xué)會統(tǒng)計資料，世界資源總儲量的75％－85％是沉積和沉積變質(zhì)成因的。石油、天然氣、煤、油頁巖等可燃有機(jī)礦產(chǎn)以及鹽類礦產(chǎn)，幾乎全部是沉積成因的。鐵礦的90％、鉛鋅礦的40％－50％、銅礦的25％－30％、錳礦和鋁礦的絕大部分以及其他許多金屬和非金屬礦產(chǎn)，也都是沉積或沉積變質(zhì)成因的。

1）全面地研究沉積巖（物）的物質(zhì)組分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分類命名、巖體產(chǎn)狀和巖層之間的接觸關(guān)系，為闡明其成因與分布規(guī)律提供依據(jù)。

2）探討沉積巖石的形成機(jī)理，包括風(fēng)化作用、搬運(yùn)作用、沉積作用以及沉積后的變化等，特別是要研究沉積巖（物）及其中的有用礦產(chǎn)（包括有機(jī)可燃礦產(chǎn)中的石油和天然氣等）的形成機(jī)理、富集和儲存規(guī)律。

3）進(jìn)行古沉積環(huán)境和沉積條件分析，根據(jù)沉積巖的原生特點以及時空分布和變化特點，用以恢復(fù)沉積巖形成時的古氣候條件、古地理條件、古介質(zhì)條件以及大地構(gòu)造條件等。

4）全面研究沉積巖的基本特征和沉積條件，可作為地層學(xué)、層序地層學(xué)、古地理學(xué)、地球化學(xué)、礦床學(xué)、儲層地質(zhì)學(xué)以及油氣地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)，并不斷地為礦產(chǎn)資源普查和勘探提供新的科學(xué)依據(jù)和信息。

5）通過沉積巖石學(xué)的學(xué)習(xí)，增加對沉積物（巖）形成、演化、分布及其與人類生存等重大問題的了解，緊緊把握“地球科學(xué)與災(zāi)害預(yù)測”，將是沉積巖石學(xué)和沉積學(xué)發(fā)展的長遠(yuǎn)主題。沉積巖的研究內(nèi)容隨著全球人口的快速增長，伴隨自然資源需求的增加。地質(zhì)學(xué)在預(yù)測自然突變（洪水、海嘯及風(fēng)暴等），恢復(fù)不平衡的自然系統(tǒng)（河谷、海灘等），控制和預(yù)測污染，礦產(chǎn)資源勘探和擴(kuò)大，災(zāi)害預(yù)測，城市垃圾和有毒物質(zhì)處理，以及工程地質(zhì)方面將發(fā)揮重要的作用。野外觀察和描述是基礎(chǔ)，可以初步鑒定沉積巖的巖性，描述原生沉積構(gòu)造，測量巖層產(chǎn)狀和厚度，確定巖層之間的接觸關(guān)系及其成因標(biāo)志，并對所觀察到的內(nèi)容作詳細(xì)的記錄，盡可能的素描、照相和編制相應(yīng)的圖件。根據(jù)所獲的資料，對沉積巖層的成因、形成條件和含礦性作出初步判斷。在覆蓋區(qū)的沉積巖研究，最直接的是巖心觀察和描述，對重要沉積現(xiàn)象和成礦標(biāo)志要進(jìn)行放大素描，并選重點層段進(jìn)行照相和取樣。由于取心段有限，要充分利用測井、錄井資料進(jìn)行巖性、電性、物性和含油氣性分析，綜合觀察和解釋，編制巖性—電性關(guān)系綜合剖面。經(jīng)常使用的測井曲線是SP、微電極、感應(yīng)、自然伽馬、密度、聲波以及地層傾角測井等。以油氣勘探為重點的室內(nèi)常規(guī)研究主要是以薄片鑒定為主，再輔之一些常規(guī)分析，如鑄體薄片分析、粒度分析和物性分析等；針對不同的巖類和研究目的，進(jìn)一步采用掃描電鏡、電子探針與能譜、X衍射、陰極發(fā)光、顯微熒光、圖像分析、包體分析，以及有機(jī)指標(biāo)、粘土礦物和碳、氧、硫等的穩(wěn)定同位素分析。

20世紀(jì)60年代以來，針對我國油氣勘探的實際需要，還廣泛開展現(xiàn)代沉積考察、室內(nèi)水槽模擬實驗等。20世紀(jì)90年代以來，又建立了河、湖沉積體系的大型水箱模擬實驗裝置，以及正在建設(shè)的成巖模擬實驗裝置。這一切試驗和技術(shù)的使用，都試圖從反演和正演兩種途徑再現(xiàn)沉積物和沉積巖形成的全過程，重溯成層巖石圈形成和成礦的歷史、分布規(guī)律，從定性研究向定量研究發(fā)展。沉積巖的研究方法——野外和室內(nèi)澳大利亞西部Cliffs露頭：志留系層序地層學(xué)演化剖面，從下到上，分別從海相濱岸層序演化到陸相河流沉積層序，北海地區(qū)地震剖面：顯示地下底僻構(gòu)造（巖拱）形態(tài)，地下巖拱造成上覆的層變形，并改變底層沉降中心沉積環(huán)境和沉積相沖擊扇辮狀河曲流河網(wǎng)狀河三角洲湖泊水上環(huán)境水下環(huán)境山區(qū)平原湖泊（水下沖擊扇、重力流）洪積扇

辨狀河砂質(zhì)辨狀河（以砂巖沉積為主）

河流沉積曲流河——天津漢沽蘆臺三角洲沉積平面示意圖三角洲沉積剖面示意圖黃河三角洲沉積巖化石門頭溝山區(qū)的距今約10億年的古代藻類化石，由小學(xué)生暑期夏令營活動無意發(fā)現(xiàn)。由多個枝葉狀結(jié)構(gòu)組成的植物圖樣，大小不一、形態(tài)各異?；系闹参镉≯E特別清晰，葉狀脈絡(luò)呈黑色，有的甚至連葉片數(shù)量都數(shù)得清?；凶畲蟮囊粔K長約1米，寬約0.5米，厚約0.3米，其內(nèi)部可能還有多層化石結(jié)構(gòu)?！睋?jù)地質(zhì)專家介紹，這幾塊石頭叫做“白云質(zhì)灰?guī)r”，在它的表面生成有10億年前的淺海藻化石，化石呈群體狀分布。只有在剖面上可以看到。專家介紹，目前在門頭溝區(qū)永定河流域龍門澗、青龍澗、灰峪等地都曾發(fā)現(xiàn)古動物、海底生物、陸生植物等化石，每個時期的都有發(fā)現(xiàn)。這些古化石對研究北京西部地理環(huán)境變遷具有重要的價值，同時對于研究地球地質(zhì)、地貌、氣候等也將會有很大幫助。藻類化石——北京門頭溝，距今10億年掃描電鏡圖像（ScanningElectronMicroscope）：砂巖孔隙中的兩種結(jié)晶礦物：右側(cè)為六方晶系石英晶體，左側(cè)為纖維狀伊利石晶體。注意觀察水與兩種晶體的接觸關(guān)系：潤濕性，石英親水；伊利石不親水伊利石石英沉積巖微觀結(jié)構(gòu)顆粒顆粒孔隙孔隙孔隙伊利石高嶺石掃描電鏡圖像：A：顯示具有連通的大孔隙的砂巖。B：顆粒排列精緊密的小孔隙砂巖C：砂巖中高嶺石、伊利石緊密充填鑄體切片圖像：A：磨圓好的松散砂巖（淺灰色為砂粒，深灰色環(huán)氧樹脂）。B：具有不規(guī)則砂粒和孔隙的砂巖。（中間深灰色為孔隙）作為石油工程師，需要掌握涉及到鉆井、油藏、生產(chǎn)相關(guān)的礦物、礦物特征（孔隙堵塞、硬度、酸的反映）以及礦物出現(xiàn)形式。以下是一些最主要的：1、燧石，黃鐵礦：堅硬，難以鉆穿。2、伊利石、高嶺石、綠泥石：油藏中堵塞孔隙的礦物，常造成油層傷害。3、蒙脫石：膨脹粘土，鉆井垮塌危險4、巖鹽：淡水泥漿溶解5、方解石：預(yù)土酸溶解6、云母、長石：具有放射性，伽馬曲線上與泥巖難以分辨無論什么巖石，當(dāng)其所處的環(huán)境跟當(dāng)初巖石形成時的環(huán)境有了變化，巖石的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等往往也要隨之變化，以便使巖石和環(huán)境之間達(dá)到新的平衡關(guān)系。這種變化總稱為變質(zhì)作用。由變質(zhì)作用形成的巖石，就是變質(zhì)巖。

變質(zhì)巖在我國和世界上皆有廣泛分布。特別是前寒武紀(jì)地層，絕大部分都是變質(zhì)巖組成的。在古生代及其以后的巖層中，在巖漿體的周圍和在斷裂帶附近，也均有變質(zhì)巖分布。變質(zhì)巖中含有豐富的金屬礦和非金屬礦，例如全世界鐵礦儲量，其中70％儲藏于前寒武紀(jì)古老變質(zhì)巖中巖石變質(zhì)的因素，主要是巖石所處環(huán)境物理條件和化學(xué)條件的改變，物理條件主要指溫度和壓力，化學(xué)條件主要指從巖漿中析出的氣體和溶液。這些條件或者說因素的變化，主要來源于構(gòu)造運(yùn)動、巖漿活動和地下熱流，因此，變質(zhì)作用是屬于內(nèi)力作用的范疇。變質(zhì)巖“新陳代謝是宇宙間普遍的永遠(yuǎn)不可抵抗的規(guī)律”。隨著時代的演進(jìn)，在頻繁的地殼運(yùn)動和巖漿活動中，老的巖石不斷在轉(zhuǎn)化，新的巖石不斷在產(chǎn)生，這也就是地殼巖石新陳代謝的過程。所以，任何巖石既不是自古就有的，也不是永遠(yuǎn)不變的。在一定時間和一定空間所形成的一定的巖石，都只代表地殼歷史的一定階段。任何巖石都忠實地記錄了它本身有關(guān)的那一階段的地殼歷史。三大類巖石的互相轉(zhuǎn)化礦石與礦床無論是哪種巖石，其中都或多或少地含有有用礦物。若含量很多，達(dá)到為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)水平所能利用的程度，則這種含有用礦物的巖石就稱為礦石。如四川攀枝花，在輝長巖中含有很多的釩鈦磁鐵礦，就作為鐵礦石開采。如此看來，礦石和巖石具有相對的概念，礦石只不過是含有一定量有用礦物的巖石。還有些巖石由于它本身特有的化學(xué)成分或物理特性，具有工業(yè)或工藝價值，這樣的巖石也可以被看作是廣義的礦石。如石灰?guī)r、白云巖、粘土、硅藻土，它們是巖石，也是“礦石”。所謂礦床是在一定地質(zhì)作用下形成的在質(zhì)量和數(shù)量上都能滿足當(dāng)前開采利用要求的有用礦物的富集地段。（一）金屬礦產(chǎn)一般需經(jīng)冶煉從中提取金屬元素的礦產(chǎn)，其中包括鋼鐵基本原料金屬礦產(chǎn)（如鐵、錳、鉻、鎳、鈦、釩等）、有色金屬礦產(chǎn)、貴金屬礦產(chǎn)、稀有金屬礦產(chǎn)、分散元素礦產(chǎn)、放射性元素礦產(chǎn)。（二）非金屬礦產(chǎn)經(jīng)簡單加工即可提出非金屬原料或直接即可利用的礦產(chǎn)，根據(jù)用途又可分為冶金輔助原料礦產(chǎn)（如石灰石、白云石、螢石、耐火粘土等）、化工原料礦產(chǎn)（如鉀石鹽、石鹽、重晶石、磷、硫、芒硝等）、建筑材料礦產(chǎn)（包括水泥、玻璃、陶瓷、鑄石等的原料）、美術(shù)工藝原料礦產(chǎn)（各種寶石、彩石等）。礦產(chǎn)的分類（三）能源礦產(chǎn)主要指能夠轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能、熱能、電磁能和化學(xué)能的各種能量的資源，也就是能產(chǎn)生能量的物質(zhì)。常規(guī)能源或傳統(tǒng)能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等。新能源，如地?zé)崮?、核燃料、海洋能等。?gòu)造運(yùn)動地球內(nèi)力引起地殼乃至巖石圈變形、變位的作用，叫作構(gòu)造運(yùn)動。把概念擴(kuò)大來說，海底增生（擴(kuò)大）和消亡也屬于構(gòu)造運(yùn)動。巖層的彎曲現(xiàn)象稱為褶皺。巖層在構(gòu)造運(yùn)動作用下，或者說在地應(yīng)力作用下，改變了巖層的原始產(chǎn)狀，不僅使巖層發(fā)生傾斜，而且大多數(shù)形成各式各樣的彎曲。褶皺是巖層塑性變形的結(jié)果，巖塊沿著斷裂面有明顯位移的斷裂構(gòu)造稱為斷層。斷層的規(guī)模有大有小，深度有深有淺；形成的時代有老有新；有的是一次構(gòu)造運(yùn)動的結(jié)果，有的是多次構(gòu)造運(yùn)動的結(jié)果；有的已不活動，有的還在繼續(xù)活動；形成斷層的力學(xué)性質(zhì)或張或壓或剪，各不相同。褶皺背斜向斜張性斷層運(yùn)動形成的滾動背斜（逆牽引背斜），如果斷層運(yùn)動與沉積同時進(jìn)行常造成上升盤地層變薄。鹽拱底僻造成構(gòu)造圈閉，鹽在下面是流動的，由于其密度低有向上流動趨勢，鹽拱是一種獨特的底僻形態(tài)，在世界各地都很常見。Normal正斷層Reverse逆斷層Strike-slip

走滑斷層Reverse-obliqueNormal-oblique

TYPESOFFAULTSBASEDONDISPLACEMENT斷層類型GrabenandHorstStructures地嵌地壘Karabaglifault：斷距1160～2100米，斷層長度大于20公里TopZoneVDepthMapNB1NB5SB1CB5SB3SB4CB6CB3CB2CB4SB2CB1NB4NB2+3阿塞拜疆Karabagli油田斷層渤中25-1/S斷層發(fā)育BZ25-1-5I級I級II級III級II級III級渤中25－1南油田成藏模式圖渤中25-1南渤中25-1/S斷層發(fā)育渤中25-1油田地震大多數(shù)地震屬于淺源地震，約占地震總數(shù)的72.5％，所釋放的能量占地震總能量的85％；破壞性最大的地震震源深度多在10—20km，一般不超過10km。中源地震發(fā)震次數(shù)較少，占地震總數(shù)的23.5％；深源地震僅占地震總數(shù)的4％。中深源地震有的盡管震級很大，但危害較小。引起地震的原因：構(gòu)造地震、火山地震和沖擊地震，人類活動也可以導(dǎo)致發(fā)生地震，稱為誘發(fā)地震，如水庫地震。1.超微震震級小于1的地震，人們不能感覺，只能用儀器測出。2.微震震級大于1小于3的地震，人們也不能感覺，只有靠儀器測出。3.弱震又稱小震，震級大于3小于5的地震，人們可以感覺到，但一般不會造成破壞。4.強(qiáng)震又稱中震，震級大于5小于7的地震，可以造成不同程度的破壞。5.大地震指7級及其以上的地震，常造成極大的破壞。中國地震烈度表板塊構(gòu)造學(xué)說大陸漂移說、海底擴(kuò)張說

1912年，德國氣象學(xué)家A.魏格納（1880—1930）提出大陸漂移說，引起全世界科學(xué)界的重視。第二次世界大戰(zhàn)后海洋調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)或進(jìn)一步弄清了大洋中脊形態(tài)、在這些新資料的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生海底擴(kuò)張說。大洋中脊，指海底縱橫綿延的山脈，總長度可達(dá)65000km，是地球上最長的山脈。其中最典型的為大西洋中脊，它與兩側(cè)大陸平行延伸，略呈S形；高出洋底2000—3000m，將全球巖石圈劃分成六大板塊，即太平洋板塊、歐亞板塊、印度洋板塊、非洲板塊、美洲板塊和南極洲板塊。除太平洋板塊幾乎完全是海洋外，其余五大板塊既包括大塊陸地，又包括大片海洋。這些板塊都是活動的，從太平洋東部中隆生長脊新生長出來的大洋殼