地质学基础全套讲义
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目录绪言 (1)第一章地球上的水及其循环 (6)1 .1 地球上的水 (6)1 .2 自然界的水循环 (7)1 .2 .1 水文循环 (7)1 .2 .2 地质循环 (9)1 .3 与水文循环有关的气象、水文因素 (9)1 .3 .1 气象因素 (9)1 .3 .2 径流 (12)1 .4 我国水文循环概况 (13)第二章岩石中的孔隙与水分 (15)2 .1 岩石中的空隙 (15)2 .1 .1 孔隙 (15)2 .2 岩石中水的存在形式 (19)2.2.1结合水 (19)2 .2 .2 重力水 (20)2 .2 .3 毛细水 (21)2 .2 .4 气态水、固态水及矿物中的水 (21)2 .3 与水的储容及运移有关的岩石性质 (22)2 .3 .1 容水度 (22)2 .3 .2 含水量 (22)2 .3 .3 给水度 (22)2 .3 .4 持水度 (23)2 .3 .5 透水性 (24)2 .4 有效应力原理与松散岩土压密 (25)2 .4 .1 有效应力原理 (25)2 .4 .2 地下水位变动引起的岩土压密 (26)第三章地下水的赋存 (27)3 .l 包气带与饱水带 (27)3 .2 含水层、隔水层与弱透水层 (28)3 .3 地下水分类 (29)3 .4 潜水 (30)3 .5 承压水 (32)3 .6 潜水与承压水的相互转化 (35)3 .7 上层滞水 (36)第四章地下水运动的基本规律 (37)4 .1 重力水运动的基本规律 (37)4 .1 .1 达西定律 (37)4 .1 .2 渗透流速(V ) (38)4 .1 .3 水力梯度(I ) (39)4 .1 .4 渗透系数(K ) (39)4 .2 流网 (40)4 .2 .1 均质各向同性介质中的流网 (40)4 .2 .2 层状非均质介质中的流网 (42)4 .3 饱水粘性土中水的运动规律 (44)第五章毛细现象与包气带水的运动 (46)5 .1 毛细现象的实质 (46)5 .2 毛细负压 (48)5 .3 毛细上升高度与悬挂毛细水 (49)5 .4 包气带水水分分布及运动 (50)第六章地下水的化学成分及其形成作用 (53)6 .1 概述 (53)6 .2 地下水的化学特征 (53)6 .2 .1 地下水中主要气体成分 (53)6 .2 .2 地下水中主要离子成分 (54)6 .2 .3 地下水中的其它成分 (57)6 .2 .4 地下水的总矿化度及化学成分表示式 (57)6 .3 地下水的温度 (57)6 .4 地下水化学成分的形成作用 (58)6 .4 .1 溶滤作用 (59)6 .4 .2 浓缩作用 (60)6 .4 .3 脱碳酸作用 (60)6 .4 .4 脱硫酸作用 (61)6 .4 .5 阳离子交替吸附作用 (61)6 .4 .6 混合作用 (61)6 .4 .7 人类活动在地下水化学成分形成中的作用 (62)6 .5 地下水化学成分的基本成因类型 (62)6 .5 .1 溶滤水 (62)6 .5 .2 沉积水 (63)6 .5 .3 内生水 (64)6 .6 地下水化学成分的分析内容与分类图示 (64)6 .6 .1 地下水化学分析内容 (64)6 .6 .2 地下水化学分类与图示方法 (65)第七章地下水的补给与排泄 (67)7 .1 地下水的补给 (67)7 .1 .1 大气降水对地下水的补给 (67)7 .1 .2 地表水对地下水的补给 (71)7 .1 .3 大气降水及河水补给地下水水量的确定 (73)7 .1 .4 凝结水的补给 (75)7 .1 .5 含水层之间的补给 (75)7 .1 .6 地下水的其它补给来源 (78)7 .2 地下水的排泄 (79)7 .2 .1 泉 (79)7 .2 .2 泄流 (82)7 .2 .3 蒸发 (83)7 .2 .4 蒸腾 (84)7 .3 地下水补给与排泄对地下水水质的影响 (85)第八章地下水系统 (86)8 .1 系统概念 (86)8 .2 地下水系统的概念 (87)8 .2 .1 地下水系统概念的产生 (87)8 .2 .2 地下水系统的概念 (87)8 .2 .3 地下水含水系统与地下水流动系统的比较 (88)8 .3 地下水含水系统 (89)8 .4 地下水流动系统 (90)8 .4 .1 地下水流动系统概念的由来 (90)8 .4 .2 地下水流动系统 (91)第九章地下水的动态与均衡 (100)9.1 地下水动态与均衡的概念 (100)9.1 地下水动态与均衡的概念 (100)9 .2 .1 地下水动态的形成机制 (100)9 .2 .2 影响地下水动态的因素 (101)9 .2 .3 地下水天然动态类型 (105)9 .2 .4 人类活动影响下的地下水动态 (105)9 .3 地下水均衡 (107)9 .3 .1 均衡区与均衡期 (107)9 .3 .2 水均衡方程式 (107)9 .3 .3 人类活动影响下的地下水均衡 (109)9 .3 .4 地面沉降与地下水均衡 (110)9 .3 .5 大区域地下水均衡研究需要注意的问题 (110)第十章孔隙水 (113)10 .1 洪积扇中的地下水 (113)10 .2 冲积平原中的地下水 (115)10 .3 湖积物中的地下水 (116)10 .4 黄土高原的地下水 (117)10 .5 孔隙含水系统实例分析 (119)第十一章裂隙水 (121)11 .1 概述 (121)11 .2 裂隙水的类型 (122)11 .2 .1 成岩裂隙水 (122)11 .2 .2 风化裂隙水 (122)11 .2 .3 构造裂隙水 (123)11 .3 裂隙介质及其渗流 (125)11 .3 .1 裂隙及裂隙网络 (125)11 .3 .2 裂隙水流的基本特征 (126)11 .4 裂隙介质的研究方法 (127)11 .4 .1 等效多孔介质方法 (127)11 .4 .2 双重介质方法 (128)11 .4 .3 非连续介质方法 (128)11 .5 断裂带的水文地质意义 (129)第十二章岩溶水 (131)12 .1 岩溶发育的基本条件与影响因素 (131)12 .1 .1 碳酸盐岩的成分与结构 (131)12 .1 .2 碳酸盐岩、水、二氧化碳体系 (132)12 .2 岩溶水系统的演变 (134)12 .2 .1 地下水流对介质的改造 (134)12 .2 .2 地下水流动系统与岩溶发育的空间特征 (135)12.3 岩溶水的特征 (140)12.3.1 岩溶含水介质的特征 (140)12 .3 .2 岩溶水的运动特征 (140)12 .3 .3 岩溶水的补给、排泄与动态 (141)12 .4 我国南北方岩溶及岩溶水的差异 (142)第十三章地下水资源 (145)13 .1 作为资源的地下水 (145)13 .1 .1 地表水与地下水的比较 (145)13 .1 .2 地下水资源概念的演变 (145)13 .2 地下水资源的特征 (146)13 .2 .1 地下水资源的系统性 (146)13 .3 地下水资源分类及其供水意义 (147)13 .3 .1 地下水资源分类 (147)13 .3 .2 地下水储存资源及其供水意义 (147)13 .3 .3 地下水补给资源及其供水意义 (148)第十四章地下水与环境 (149)14 .1 生态环境系统的特性 (149)14 .2 作为环境敏感因子的地下水 (150)14 .3 过量开发与排除地下水引起的环境退化 (150)14 .4 过量补充地下水引起的环境退化 (152)14 .5 过度开发水资源引起环境退化的实例 (152)14 .6 地下水污染 (153)第十五章水文地质学研究方法 (155)15 .1 作为自然历史与人为作用产物的地下水 (155)15 .2 水文地质学研究的若干方法问题 (157)15 .3 水文地质学的发展趋向 (159)水文地质学是研究地下水的科学。
. Word 资料 《地质学基础》讲义 前 言 一、课程介绍 1、课程性质 地质学基础是为资源环境与城乡规划管理本科专业学生开设的一门专业基础课,属于必修课程。本课程对引导学生学习地理科学、环境科学、城市与区域规划具有重大作用,能够使学生树立科学的地球观和世界观,初步掌握地质学的基础理论和基本技能;同时为其他城乡规划专业课程的学习奠定基础。 2、目的任务 (1)目的:使学生对地质学有一个系统的认识和了解,逐步学习和掌握地质学的思维方法,为进一步学好其他专业课程打下基础。 (2)任务:学习和掌握地质学主要分支学科的基本容、意义及相互关系,从地球的组成、演化与各种地质作用的性质、特点、过程和结果入手,掌握地质学的基本原理、主要概念和术语、重要理论及地质思维和分析的基本方法。 3、与其它课程的关系 本课程是学生在低年级最先学习的一门专业基础课,主要为城乡规划综合实习提供基础理论知识,为后续的自然地理学 、环境科学导论 、经济地理学 、土地资源学 、区域分析与规划、环境影响评价等专业课程打下基础。 二、教学要求 1、了解 地质学的研究对象、研究特点及研究方法;现代地质学发展的特点;地球的圈层结构及不同圈层的特点;组成地壳的主要元素;地壳类型及其特点;软流圈和岩石圈的特点;地质作用的分类;鉴定矿物的主要依据及其基本特征;矿物的分类;火成岩的分类,代表性的岩石及其特点;沉积岩的形成过程;影响变质作用的因素;变质作用的类型及相应的变质岩;板块边界的类型;岩层的产状要素;褶曲的分类;断层的分类;描述地震特征的相关术语;火山和地震的空间分布规律;人类的演化阶段。 重要术语:重力异常;地磁异常;地热增温级;克拉克值;硅铝层;硅镁层;软流圈;岩石圈;地质作用;矿物;岩石;晶质体;非晶质体;类质同像;同质多像;解理;风化壳;变质作用;变质强度;接触变质晕;双变质带;贝尼奥夫带;构造运动;构造变动;地槽;地台;地盾;板块;褶曲;地形倒置;断层;地层层序律;化石;标准化石;地层;岩相;构造旋回;沉积旋回;矿石;矿床;品位。 2、理解 人类在认识地球形状的历程中获得的启示;酸性岩浆和基性岩浆的特征区别,岩浆性质与火山喷发类型之间的联系;鲍温反应系列对于认识矿物共生组合规律和掌握火成岩分类特征的意义;野外识别背斜与向斜;各种大地构造学说的主要观点;分析印支运动、燕山运动对中国古地理环境的影响;第四纪时期地理环境演化的主要特征;分析矿床的形成与岩石成因之间的关系。 3、掌握 三大类岩石之间的区别和转化关系;各种大地构造学说;人类的演化与地理环境变化的联系;概括地壳构造演化阶段,分析各主要构造运动对世界古地理环境的影响;概括地球生物发展阶段,归纳主要生物门类的繁盛时期与灭绝时期,并分析其可能原因;概括地球气候变化历史,分析地球经历的温暖时期和寒冷时期及其特征;分析早古生代、晚古生代和中生代中国 . Word 资料 海陆格局变化的演化特征及其与主要矿产分布的关系;喜山运动和新构造运动在中国现代地理环境形成过程中的意义。 三、教学容 1、主要教学容 本课程计划学时为68学时,其中实验14学时,讨论2学时。
章序 容 教学安排 理论 实践 讨论
绪言 2
第一章 总论 2 第二章 矿物 4 8 第三章 火成岩 4 2 第四章 沉积岩 4 4 第五章 变质岩 4 2 第六章 矿床 2 第七章 构造运动和构造变动 4 第八章 地震 2 第九章 大地构造学说 6 第十章 地壳历史的研究方法 2 第十一章 前寒武纪-太古宙和元古宙 2 第十二章 早古生代 2 第十三章 晚古生代 2 第十四章 中生代 1 第十五章 新生代 1 合计 68学时 44 16 2、教学重难点 (1)教学重点:地球的物质组成,常见矿物的鉴定特征,三大类岩石的基本特征及分类,各种地质作用的特点及生物演化规律。 (2)教学难点:大地构造学说,地球发展与演化的各个阶段及地史特征。 四、教材说明 1、教材 宋春青,邱维理,振春编著.地质学基础(第四版).高等教育出版社,2005 2、参考书 (1)亚美,国勋.地质学基础.地质出版社,1994 (2)本培,蔡运龙主编.地球科学导论.高等教育出版社,2000 (3)宋春青,振春编著.地质学基础(第二版).高等教育出版社,1982 . Word 资料 (4)夏邦栋,寿和.地质学概论.高等教育出版社,1992 (5)夏邦栋主编.普通地质学.地质出版社,1995 (6)许至平.普通地质学.煤炭工业出版社,1990 (7)宝政,琦主编.地质学原理.地质出版社,1999
绪 言 教学目的:引入地质学的基本概念,明确地质学的研究任务与容,介绍地质学的特点和研究方法。 教学要求:了解地质学与其他相关学科的关系;了解均变论和激变论的观点;掌握地质学的概念;熟练掌握地质学的特点和研究方法。 教学重点:地质学的基本概念,地质学的特点和研究方法。 教学难点:地质学的特点和研究方法。 教学方法:讲授法、讨论法 教学手段:多媒体教学 教学容:§1.地质学概述 §2.地质学的特点和研究方法
§1.地质学概述 一、地质学的研究对象 1、地质学的起源 地质学是人类在认识地球、研究地球的过程中,经长期积累和总结而产生的一门关于地球的科学。人类从何时开始认识地球呢?自从2-3百万年前地球上出现人类以来,就开始了认识地球、研究地球。人生活在地球上,一切生活资料、生产资料都取自地球,要从地球中开采矿产资源,要适应大自然的环境和条件,要与地球上发生的各种自然灾害作斗争。随着人类对于地球认识的不断深化,经过长期的积累,形成了研究地球的学科,即地质学、地理学、生物学、天文学、气象学等。地质学、地理学合称地学,与数学、物理学、化学、生物学、天文学一起构成自然科学的六大基础学科。 地质学作为一门独立的学科,诞生于1775年,标志是魏尔纳(A.G.Werner,1749-1817年)在德国富德堡矿业学堂首次讲地质学课程。 地质学Geology一词源于古希腊文,其中(geo)的意思是地,“logy”的意思为学问,简而言之地质学是研究地球的科学。 2、基本概念 地质学:是研究地球及其主要演变的一门自然科学,主要研究地球的组成、构造、发展历史和演化规律。 地质学:是研究地球的科学,主要研究地球的组成物质、构造、各种地质作用、地球的形成和发展历史以及地质学在国民经济上的应用等。 3、研究对象 地质学的研究对象是地球从地表到地心的部分。但由于目前科学技术的限制,地质学主要研究地球的外层、地壳或岩石圈,即地质学目前主要是研究地壳或岩石圈的物质组成、结构、构造、发展史以及地质学在生产中的应用。 地质学的研究对象——地球——从地核到外层大气的整个地球,主要研究地球的最外层——固体地球部分,即岩石圈(地壳和上地幔的上部)——地壳。 二、地质学的研究容和分科 1、地质学的研究容 . Word 资料 地壳的组成物质、产状、成因及其分布规律;地壳运动及其所引起的各种构造变动和发展规律;地壳的发展历史及生物演化规律;地质学在生产生活方面的应用。 2、地质学的分科 地质学分科众多,按照研究的容和性质,地质学可以划分出许多独立的分科;按研究方法和研究围可以划分出同位素地质学、地球物理勘探、地球化学探矿、显微地质学、海洋地质学、深部地质学等分科。 从城乡规划专业出发,只介绍地质学的基本容,掌握地质学的基本技能和研究方法,为进一步学习奠定专业基础。 三、地质学发展简史 1、古代地质思想的萌芽和发展——中国古代地质学发展概况 地质科学的源头是十分遥远的,在古代主要是由于矿产的开采和利用,先从认识一些矿物和岩石开始,进而认识一些地质作用。 我国地质知识历史悠久,远在夏禹时代(公元前21-前16世纪)即使用玉石;商周时代(公元前722-前221年)即用铜做器具和兵器;在2000多年前就运用磁铁矿的磁性发明了指南针;汉朝(公元前206-220年)已经用煤做燃料,并且知道了石油(称石漆)和天然气;东汉科学家衡(78-139年)发明了候风地动仪;唐朝(618-907年)颜真卿对化石已有认识,比欧洲第一个认识化石的达·芬奇要早七八百年;唐宋(960-1279年)时代对地壳的升降及沧海桑田的海陆变迁已有一定的认识;明朝药物学家时珍在《本草纲目》中对矿物进行了分类,并对200多种矿物和岩石的物理性质作了较深入详细的描述;同时我国古代劳动人民在生产实践中,不断地积累和总结了许多地质方面的知识,对矿物和矿床的形成、特征、分布和应用,对矿产的寻找和开采,对矿石的冶炼,对地质现象和地质作用,以及化石和地层等方面,都有一定的研究和贡献,对地质科学的形成起到了一定的奠基作用。但本时期总的说来未开展系统研究,地质学尚未形成一门独立的学科。 2、近代地质学的确立——国外中世纪后地质学的发展概况 地质学作为一门独立的学科仅有200多年的历史,是随着资本主义工业时代的产生,人们对自然界产生新观念,并对地质现象进行系统研究而形成的。 15世纪下半叶以后,资本主义生产关系在西欧封建制度逐渐形成,生产力得到解放,唯物主义在同唯心主义的斗争中不断得到发展,波兰天文学家哥白尼提出的“太阳中心说”对科学起着很大的推动作用。16世纪的文艺复兴使自然科学逐步得到发展,促进了地质学的诞生。17世纪的产业革命推动了冶矿业的兴起,从大量的地质调查和矿产开发生产实践中,获得了丰富的实际资料,并进行系统分析和总结,由此地质学才逐渐成为一门独立的学科。 1709-1830年是地质学的确立时期,是在几个代表人物为首的几种学说观点的争论中逐渐确立的。 (1)魏尔纳的水成论 使地质学初步系统化起来的是德国矿物学家魏尔纳(A.G.Werner,1749-1817年),他把地层按先后顺序划分为:花岗岩为主的成层岩层;由松散的砾、砂土为主的冲积层两种基本类型。 主要论点:①地球是时间的产物,是逐渐形成的;②水是地壳形成与变化的唯一动力因素,地壳中的岩石包括花岗岩和玄武岩都是水成的,地下水的作用是次要的,火山是地下煤层和硫磺燃烧的结果;③海底沉积的水平岩层出露是水平面不断下降的结果,倾斜岩层的成因与海底原始起伏及其引起的沉积物滑落有关。 魏尔纳的门生遍布欧洲各国,岩石水成论曾盛极一时,直到18世纪最后20年仍坚持。 (2)赫顿的火成论 英国地质学家赫顿(J.Hutton,1726-1797年)为首的火成学派,是以水成论的最薄弱环节