第1章地质学

3 地质学是来源于实践而又服务于实践的科学
地质学以地球为大课堂，以大自然为实验室，进行 野外调查研究，大量掌握实际资料，进行分析对比归 纳，得出初步结论，然后再用以指导生产实践，并不断 修正补充和丰富已有的结论。 旧石器时代，人类的祖先就是在制造石器的过程 中，逐步掌握了一些岩石的特性，后来在铜器时代、铁 器时代，人类又在生产活动中逐步掌握了找矿的某些规 律。近代工矿业的发展，特别是相邻科学和现代技术的 进步，又推动了地质学的突飞猛进，不断形成新的理论。
第1章 绪论
第一节 地质学概述
一、人类地球观的发展
1 人类对地球形状的认识
人在地球上生存了几百万年，但只是最近才看到 完整的作为行星的地球。1519年葡萄牙探险家麦哲伦 首次实现环球航行，人类行动证实了地球是圆球形的。 这是一个认识上的进步，有人比喻为地球形状第一级 近似。1526年，麦哲伦环球旅行航线被标在地球仪上。 到18世纪末，人们普遍认识到地球为极轴方向扁 缩的椭球，这是第二级近似。为了数学上计算方便， 人们用“旋转椭球体”这一几何形体来代表地球的形状。
3、历史比较法（现实类比法） 研究地球的历史，重塑地质时代的古地理环境， 经常使用这种方法。著名英国地质学家莱伊尔（ Lyell Charles，1797—1875）在19世纪提出“以今证古”的研究 方法。他认为当前正在进行着的各种地质作用和方 式，和地质时期是一样的。例如，目前在海洋里沉积 的泥沙夹杂着螺蚌壳；在高山地层中发现螺蚌壳化 石，就可以判断这高山所在曾经是一片海洋，并可得 出结论，地表各处的山脉并不是从来就存在的。莱伊 尔有一句名言：“Present is the key to the past”，意思是 从现在的已知就可推求过去的未知，根据目前的地质 过程和方式就可推断过去的地质过程和方式，从而恢 复地质时代的历史。这种方法也叫做现实主义方法 （原则）。
（2）研究岩石圈的结构、构造和运动（物质组成形 式）：构造地质学、区域地质学、地球物理学； （3）地球历史：古生物学、地层学、地史学、岩相古 地理学、第四纪地质学； （4）地质学应用：资源与环境方面，包括地震地质学、 环境地质学、工程地质学、煤田地质学、石油地质学、 水文地质学、灾害地质学、环境地质学； （5）技术方法：遥感地质学、电法勘探、磁法勘探、 重力勘探、同位素地质学； （6）探索性学科：宇宙地质学、深部地质学； 另外各种新兴交叉学科正在形成，地质与数学、物 理、化学、计算机等学科日益相互渗透，如化学动力学、 构造岩石学、数学地质等。
（1）内动力地质作用（endogeneous ） : ①以内部热源为动力，并主要发生在地球内部。 ②类型：岩浆作用—火山喷发、岩浆侵入；构造运动— 岩石圈整体变位：大陆漂移岩石圈运动；局部变形：褶 皱（Fd）、断层（Ft）；变质作用（通过埋藏、热液、 区域增温等因素而使岩石发生变质）；地震。 （2）外动力地质作用（exogeneous） ： ①应力来源地外（如太阳能、日月引力能）并通过大气 圈、水圈、生物圈而引起。 ②类型:风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、 固结成岩作用 ③结果:A塑造地形，如海岸、河谷、三角洲；B产生沉 积物—物质循环.
地质学分科简表
五、地质学的特点与研究方法
1地质学的研究对象涉及到悠久的时间和广阔的空间 自形成的46亿年以来，地球曾发生过沧海桑田、翻天 覆地的重大变化，而其中任何一个变化和事件，任何一粒 矿物和一块岩石的形成和演化，都往往要经历数百万年甚 至数千万年的周期。对这些变化和事件，人们不能像研究 人类历史那样借助于文字和文物，也不能像研究物理那样 单纯依靠在实验室中做实验，而必须靠研究分析地球本身 发展过程中所遗留下来的各种记录。 同时，地球具有巨大的空间，在不同地点和不同深 度，具有不同的物质基础和外界因素，因而有不同的发展 过程。海洋和大陆、大陆的各个部分、地球表层和深部， 都有其不同的发展过程。因此，既要研究它们的共性，更 要研究它们的差异性和相关性，才能全面、深入地找出地 球的发展规律。
地 质 作 用 的 分 类
2 地质学的分科： 随着生产的发展和科学的进步，如卫星、航天、 深钻技术、海洋物探、高温高压实验、电子显微镜、 计算机、遥感遥测、红外摄影、激光等新技术、新手 段的不断应用，地质学的研究范围也不断扩大。地质 学的研究内容越来越广泛和深入，现代地质学已发展 成具有很多分支学科的学科体系： （1）物质组成—化学地质 矿物学；岩石学（岩浆岩岩石学、变质岩石学、 沉积岩石学）；地球化学；结晶学；矿床学。
六、地质学的研究方法
地质学的特点决定了研究方法主要是在实践的基础 上，进行推理论证。推理的基本方法是演绎和归纳。 演绎是由一般原理推出关于特殊情况下的结论。例 如凡是岩石都是地壳发展历史的产物，花岗岩是一种岩 石，所以花岗岩是地壳发展历史的产物。 归纳是由一系列具体的事实概括出一般原理。例如 在高山上，发现成层的岩石，岩层中含有海生动物化 石，说明高山的前身是海洋，这里曾发生过海陆变化。 在地质学研究中，这两种推理方法都能用到，但归 纳法则是更基本的方法。
莱伊尔认为地球上巨厚的地层、高大的山脉等，是 各种缓慢的为人所不察觉的地质作用经过漫长的岁月所 造的。这种理论被称为均变论（uniformitarianism）。
但是，莱伊尔只强调缓慢变化的一面，未见到突 变的一面；只谈量变，未谈质变；只认识古今的一致 性，未认识到古今还有差异性。过去不会和今天完全 一样，今天也不会是过去的重演，地球的历史绝不会 是简单的重复。 同时，目前许多人认为在地球的长期发展过程 中，不能排除曾经发生过若干次灾变或激变事件。例 如，大量陨石的撞击，地磁极的多次反转，地质历史 上多次冰川时期的出现等，无疑都会影响地球发展的 进程和各种平衡关系。
2 对地球空间位置的认识 同一时期，哥白尼提出了包括地球在内的行星绕 太阳自转和公转的“日心说”。人们普遍接受的世界观被 彻底推翻。哥白尼将人类认识的地球位置从太阳系的 中心搬到边缘。从此，人类不再认为地球是宇宙的中 心。 并且开始认识到地球象陀螺一样地旋转。18~19世 纪，人们认识的宇宙遵循完美无缺的运动秩序。牛顿 提出的运动定律保证了天体机械运动的和谐性。
六、地质学的研究方法
1、野外调查 为了认识地壳发展的客观规律，了解一个地区的 地质构造和矿产分布情况，除了搜集和研究前人资料 外，必须进行野外调查研究，积累大量感性资料，分 析对比，归纳分类。通过“实践、认识、再实践、再认 识”循环往复的形式，得出反映客观事物本质的结论。
六、地质学的研究方法
2、室内实验和模拟实验 室内实验也是进行地质学研究的重要手段。在野外 采集的各种样品，都要带回室内进行实验、分析和鉴 定，例如岩矿鉴定、岩石定量分析、化石鉴定、同位素 年龄测定等。为了生产的实际需要和探讨某些地质现象 的成因和发展规律，有时需要利用已知岩矿的各种参数 及物理、化学过程，进行模拟实验。 虽然，这种实验结果的可靠性是相对的，但其重要 性却日益增加。如目前可以制造出人工红宝石、石英、 金刚石等，既有实用价值，又有助于了解自然界矿物、 岩石、矿床的形成和分布规律。在室内进行地质力学模 拟实验，也可以得出各种构造的形成条件和展布情况。
二、地质学(Geology)的研究对象
地质学的定义：地质学是研究地球的组成、构造、 发展历史和演化规律的一门自然科学。 顾名思义“地（地球）质（本质）学（研究）”—— 是研究地球本质的科学。 在当前阶段，地质学主要研究固体地球的最外 层，即岩石圈(包括地壳和上地幔的上部）。故地质学 主要还是研究岩石圈（地壳和地幔的上部）本质的科 学。 因为岩石圈既是地球与人类生活和生产密切相关 的部分，同时也是容易直接观测和研究历史最久的部 分。
三、地质学的任务 地质学在理论和实际上都担负着重大的使命。即 解决人类面临的“资源与环境”问题。 1、资源 “资源”包括矿产资源（金属矿产、非金属矿产）、 能源（石油、天然气、煤炭）和水资源； 2、环境 解决环境问题方面，地质学一方面要查明地震、 火山爆发、山崩、地滑、洪水、风沙、地面沉降等自 然灾害的形成规律，指导人们与自然灾害进行有效的 斗争。另一方面要查明地质环境与人体健康、农业生 产等方面的关系。如：地方病……
2 地质现象具有多因素互相制约的复杂性
地质学所研究的对象和内容从微观的矿物到宏观的 地球以及宇宙，从矿物岩石等无机界的变化到各种生命 出现的演化，从常温常压环境到高温高压环境，从各种 变化的物理过程、化学过程到生物化学过程，从地球本 身各个部分的物质能量转化到地球与外部空间的物质能 量转化等等，充满着各种矛盾和相互作用的复杂过程。 任何一种地质过程，都不可能是单一的物理过程和 化学过程，这说明地球演化的地质过程是一个十分复杂 的过程。
四、地质学的研究内容与分科
1、研究内容：主要研究岩石圈的各种地质作用。 地质作用（geological process） ：广义上指形成和 改变地球的物质组成、外部形态特征与内部构造的各 种自然作用。简单理解，是岩石圈的变化与运动。 分类：按作用力来自地球内部或外部，分为 内动力地质作用（endogeneous） 外动力地质作用（exogeneous）
19世纪是给地球写编年史的时期，研究地壳物质构 成的知识取得长足进步，矿物学、岩石学、矿床学进一 步发展。地球科学考察深入到地下，并开始研究地球的 物理性质、地球的化学构成等。 20世纪天文学发现了其他星系的存在，而且星系之 间的相互远离打破了宇宙永恒的秩序。该阶段，德国科 学家魏格纳提出了大陆漂移理论；60年代又提出了“板 块构造理论”，80年代的“热点说”进一步完善了人类对 地球的认识。
3 对地球内部结构的认识及地质学的萌芽 拉普拉斯把造物主从自力更生的宇宙中请了出 去，宇宙成Hale Waihona Puke Baidu一架十全十美的机器。这段时间，赫顿 奠定了地质学作为一门学科的基础；史密斯发现了化 石的地层学价值；莱伊尔提出了地球演化过程中的 “均变论”的思想；达尔文提出了生物进化论，人们发 现地球有着自己漫长的演化历史。
所谓旋转椭球体是将一个椭圆以它的短轴为轴旋 转而成的球体。地球因自转而变扁，这符合逻辑和事 实，但地球不是流体，所以旋转椭球体的光滑表面并不 完全和地球真实形状一致。地球表面有大陆和海洋，地 势有高有低，其形状是非常不规则的。后来通过重力测 量采用“大地水准体”（Geoid）这个概念来代表地球的形 状，这是第三级近似。 1961年加加林首次环球飞 行之后，1969年人类才得以在 电视屏幕上目睹从月球上拍到 的地球照片。
稍早一点，法国地质学家居维叶（G. Cuvier， 1769~1832）认为地壳的变化和生物的发展，不是自然 界逐渐演化而成的，而是由于发生多次超越现在人类 认识范围和经验的短暂而猛烈的激变事件造成的。“灾 难—毁灭—再创造”，自然界按照这种过程，生物界不 断形成新属种，如此反复，变化不已。这种观点与均 变论正相反，被称为灾变论或激变论（Catastrophism）。 实际上，各种地质过程和地质现象的形成，既有 量变的作用，也有质变的结果。所以地质学研究既要 重视量变，又要重视质变。