一、地球基本特征

地球是具有圈层结构的行星，其内部与外部圈层的分异特征是地质作用发生的基础。

1. 地球的形态与物理性质

• 形状：地球并非标准球体，而是两极稍扁、赤道略鼓的旋转椭球体，平均半径约 6371km。
• 核心物理性质
  • 重力：地表重力随纬度升高而增大，地下重力随深度增加呈阶梯式变化；偏离正常重力值为重力异常，可用于勘探地下地质体。
  • 地磁场：具有南、北磁极，存在磁偏角、磁倾角；地磁异常可反映地下岩体、断裂与矿产分布。
  • 地温：外热层受太阳辐射影响，常温层温度恒定；增温层随地温梯度升高，平均地温梯度约 3℃/100m。

2. 地球的内部圈层

以两个一级地震波不连续面为界，将内部分为三层：

• 莫霍面：地表以下平均 33km（大陆），纵波速度显著提升，分隔地壳与地幔。
  • 地壳：大陆地壳厚（平均 33km），具硅铝层 + 硅镁层双层结构；大洋地壳薄（平均 7km），仅发育硅镁层。
• 古登堡面：地下 2900km 处，纵波骤降、横波消失，分隔地幔与地核。
  • 地幔：分为上地幔、下地幔，上地幔上部存在软流层（塑性熔融状态），是岩浆的主要发源地；软流层以上的地壳 + 上地幔顶部合称岩石圈。
  • 地核：分为外核（液态，横波不能通过）、内核（固态），以铁镍金属组成为主。

3. 地球的外部圈层

• 大气圈：由气体组成，按温度变化分为对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层，对流层是最活跃的地质营力圈层。
• 水圈：由海洋、陆地水、大气水构成连续圈层，通过水循环不断改造地表形态。
• 生物圈：生物生存的圈层，参与风化、成岩、物质循环，对沉积岩与矿产形成有重要作用。

二、矿物及其特征

矿物是地质作用形成的天然单质或化合物，具有相对固定的化学成分和物理性质，是组成岩石的基本单元。

1. 矿物的化学与结构特征

• 晶体结构：绝大多数矿物为晶体，内部质点呈规则周期性排列；非晶质矿物（如火山玻璃）无固定内部结构。
• 两类重要晶体现象
  • 类质同像：晶体结构中，性质相近的离子 / 原子可互相替代，不改变晶体结构类型（如橄榄石中 Mg²⁺与 Fe²⁺替代）。
  • 同质多像：同一化学成分，在不同温压条件下形成不同晶体结构（如金刚石与石墨，均为碳单质）。

2. 矿物的主要物理性质（鉴定核心依据）

• 形态：单体形态（柱状、片状、粒状等）、集合体形态（晶簇、鲕状、肾状、土状等）。
• 光学性质
  • 颜色：矿物本身的颜色（自色）最具鉴定意义，他色、假色仅作辅助。
  • 条痕：矿物粉末的颜色，比矿物颜色更稳定，是鉴定重要标志。
  • 光泽：矿物表面反射光线的性质，分为金属光泽、半金属光泽、非金属光泽（玻璃、油脂、珍珠、金刚光泽等）。
• 力学性质
  • 解理：矿物受力后沿一定结晶方向裂开成光滑平面的性质，按发育程度分为极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理。
  • 断口：受力后无规则破裂的断面，常见贝壳状、参差状、土状断口。
  • 硬度：矿物抵抗外力刻划的能力，常用摩氏硬度计（1-10 级：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石）进行相对硬度测定。

3. 常见造岩矿物

地壳中最主要的造岩矿物包括：石英、正长石、斜长石、云母（白云母、黑云母）、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、黏土矿物等，其中硅酸盐矿物占地壳矿物总量的 90% 以上。

三、岩浆岩特征

岩浆岩又称火成岩，是岩浆侵入地下或喷出地表后冷却凝固形成的岩石，是地壳中占比最高的岩石类型。

1. 岩浆与岩浆作用

• 岩浆：形成于软流层或地壳深处，以硅酸盐为主、含挥发分的高温熔融体。
• 岩浆作用类型
  • 侵入作用：岩浆上升未到达地表，在地下冷却成岩，形成侵入岩（深成岩：深度 > 3km；浅成岩：深度 < 3km）。
  • 喷出作用（火山作用）：岩浆喷出地表，冷却后形成喷出岩（火山岩）。

2. 岩浆岩的物质组成

• 化学成分：以 SiO₂为最主要组分，按 SiO₂质量分数可分为四大类：
  • 超基性岩：SiO₂<45%；基性岩：45%~52%；中性岩：52%~65%；酸性岩：>65%。
• 矿物成分
  • 浅色矿物（硅铝矿物）：石英、长石类，颜色浅、密度小；
  • 暗色矿物（铁镁矿物）：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母，颜色深、密度大。 SiO₂含量越高，浅色矿物占比越大，岩石颜色越浅。

3. 岩浆岩的结构与构造

• 结构：指矿物的结晶程度、晶粒大小、形态及相互关系
  • 按结晶程度：全晶质结构、半晶质结构、玻璃质结构；
  • 按晶粒大小：显晶质结构、隐晶质结构；斑状结构、似斑状结构。
• 构造：指矿物集合体的空间排列与充填方式
  • 块状构造：矿物均匀分布，侵入岩最常见；
  • 流纹构造：矿物定向排列，酸性喷出岩典型特征；
  • 气孔构造与杏仁构造：喷出岩常见，气孔被次生矿物充填后形成杏仁构造。

4. 常见岩石对应关系

表格

四、沉积岩

沉积岩是在地表或近地表条件下，由母岩风化产物、生物物质、火山物质等经搬运、沉积、成岩作用形成的岩石，是地表分布最广的岩石类型。

1. 沉积岩的形成过程

1. 风化作用：母岩在地表经物理、化学、生物作用破碎分解，形成碎屑物质、溶解物质。
2. 剥蚀与搬运：流水、风、冰川等营力剥离并搬运风化产物。
3. 沉积作用：搬运能力减弱时，物质按粒度、密度分异沉积。
4. 成岩作用：松散沉积物经压实、胶结、重结晶作用，固结成岩。

2. 沉积岩的结构与构造

• 结构类型
  • 碎屑结构：碎屑颗粒 + 胶结物组成，按粒度分为砾状、砂状、粉砂状、泥状结构；
  • 泥质结构：以黏土矿物为主，颗粒极细；
  • 化学结构与生物结构：化学沉淀或生物残骸形成，如鲕粒结构、生物骨架结构。
• 典型构造
  • 层理构造：沉积物成分、粒度、颜色沿垂向变化形成的层状构造，是沉积岩最核心标志，分为水平层理、交错层理、平行层理、粒序层理等；
  • 层面构造：层面上保留的地质痕迹，如波痕、泥裂、雨痕、冲刷面；
  • 生物构造与结核：含生物化石、黄铁矿 / 钙质结核等。

3. 沉积岩的主要类型

1. 碎屑岩类
   • 砾岩 / 角砾岩：碎屑粒径 > 2mm；
   • 砂岩：粒径 0.05~2mm，按成分分为石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩；
   • 粉砂岩：粒径 0.005~0.05mm；
   • 泥岩 / 页岩：粒径 < 0.005mm，页岩具页理。
2. 化学与生物化学岩类
   • 碳酸盐岩：石灰岩（方解石为主）、白云岩（白云石为主）；
   • 硅质岩、蒸发岩（盐岩、石膏）、煤、生物礁岩等。

五、变质作用和变质岩

变质作用是岩石在地下固态条件下，受温度、压力、化学活动性流体作用，发生成分、结构、构造改变的地质作用；形成的岩石即为变质岩。

1. 变质作用的控制因素

• 温度：最主要因素，提供变质反应能量，引发重结晶与新矿物形成，热源主要为地热、岩浆热、构造摩擦热。
• 压力：分为静压力（围压，使岩石致密）、定向压力（构造应力，促使矿物定向排列，形成片理）。
• 化学活动性流体：以水、二氧化碳为主，作为介质加速变质反应，可带入带出组分，改变岩石化学成分。

2. 变质作用的主要类型

• 接触变质作用：发生于岩浆侵入体与围岩接触带，以温度影响为主，形成接触变质晕，代表岩石：大理岩、角岩、矽卡岩。
• 区域变质作用：大范围分布，受温度、压力共同作用，与造山运动密切相关，是分布最广的变质作用，代表岩石：板岩、片岩、片麻岩。
• 动力变质作用：沿断裂带分布，以定向压力为主，岩石发生破碎、研磨，代表岩石：构造角砾岩、糜棱岩。
• 混合岩化作用：区域变质的高级阶段，岩石发生部分熔融，形成变质岩 + 长英质脉体的混合岩。

3. 变质岩的结构与构造

• 结构
  • 变晶结构：变质重结晶形成的结晶结构，是变质岩最典型结构；
  • 变余结构：保留原岩的残余结构，可指示原岩类型；
  • 碎裂结构：动力变质形成的破碎结构。
• 构造
  • 片理构造：矿物定向排列形成的定向构造，是变质岩最核心特征，按变质程度由低到高分为：板状构造→千枚状构造→片状构造→片麻状构造；
  • 块状构造：矿物均匀分布、无定向排列，如大理岩、石英岩。

4. 常见变质岩与原岩对应

• 板岩→原岩为泥岩 / 页岩（低级变质）
• 千枚岩、片岩→中级变质
• 片麻岩→高级区域变质
• 大理岩→原岩为石灰岩 / 白云岩
• 石英岩→原岩为石英砂岩
• 糜棱岩→断裂带动力变质产物

六、地质构造

构造运动导致岩石发生变形变位，形成的地质形迹统称为地质构造，是构造地质学的核心研究对象。

1. 构造运动的方式

• 按运动方向分类
  • 水平运动：岩石圈沿平行地表方向运动，主导褶皱、断裂形成，又称造山运动；
  • 垂直运动：岩石圈沿垂直地表方向升降运动，造成海陆变迁、地层抬升剥蚀，又称造陆运动。
• 按时间分类：古构造运动（新近纪以前）、新构造运动（新近纪以来）、现代构造运动（人类历史时期）。

2. 岩层产状与地层接触关系

（1）岩层产状三要素

岩层的空间位置由三个参数确定：

• 走向：岩层面与水平面的交线方向，代表岩层延伸方向；
• 倾向：岩层面上垂直走向向下倾斜的方向，代表岩层倾斜方向；
• 倾角：岩层面与水平面的最大夹角，代表岩层倾斜程度。

（2）地层接触关系

• 整合接触：上下地层连续沉积，产状一致，代表地壳持续沉降、无显著抬升剥蚀。
• 平行不整合（假整合）：上下地层产状一致，但地层缺失、存在剥蚀面，代表地壳整体抬升剥蚀后再次沉降。
• 角度不整合：上下地层产状不一致，中间存在剥蚀面，代表先发生构造变形抬升剥蚀，后再次沉降沉积。
• 岩浆岩与沉积岩的接触：侵入接触（岩浆侵入沉积岩）、沉积接触（岩浆岩被后期沉积岩覆盖）。

3. 应力与岩石变形

• 岩石受构造应力作用，变形分为三个阶段：弹性变形（卸力后恢复）→塑性变形（永久变形，形成褶皱）→断裂变形（岩石破裂，形成节理、断层）。
• 影响岩石变形的因素：岩性、围压、温度、应变速率、孔隙流体。高温、高围压、慢速变形下岩石塑性更强，易形成褶皱；低温、快速变形下岩石脆性强，易发生断裂。

4. 褶皱构造

褶皱是岩层塑性变形形成的弯曲形态，基本单元为褶曲，分为背斜和向斜两种基本形态。

• 褶曲基本要素：核部、翼部、转折端、枢纽、轴面、轴迹。
• 基本形态
  • 背斜：岩层向上拱起，核部老、两翼新；
  • 向斜：岩层向下凹陷，核部新、两翼老。
• 主要分类
  • 按轴面产状：直立褶皱、倾斜褶皱、倒转褶皱、平卧褶皱；
  • 按枢纽产状：水平褶皱、倾伏褶皱。

5. 断裂构造

岩石受力发生破裂，连续性完整性被破坏，形成断裂构造，分为节理和断层两类。

（1）节理

破裂面两侧无明显位移的断裂，按力学性质分为：

• 张节理：张应力形成，裂口宽、延伸短、节理面粗糙不平，常呈雁列式排列；
• 剪节理：剪应力形成，产状稳定、延伸远、节理面平直光滑，常成对出现形成 X 型共轭节理。

（2）断层

破裂面两侧发生显著位移的断裂。

• 断层基本要素：断层面、断层线、上盘 / 下盘、位移（断距）。
• 按两盘相对位移分类
  • 正断层：上盘相对下降、下盘相对上升，多由拉张应力形成；
  • 逆断层：上盘相对上升、下盘相对下降，由挤压应力形成；倾角 < 25° 的逆断层称为逆冲断层；
  • 平移（走滑）断层：两盘沿断层面走向相对水平错动，由剪切应力形成。
• 断层识别标志：地层重复 / 缺失、构造线不连续、断层擦痕 / 阶步、断层角砾岩 / 糜棱岩、地貌标志（断层崖、串珠状湖泊、泉水带状分布）等。