普通地质学学习笔记
一.绪论
1-1研究内容与方法
地球的物质：
元素-矿物-岩石-地壳
五大类岩石
三大类岩石
地球的结构：
固体地球（地壳、地幔、地核）、大气圈、水圈、生物圈
地球的构造：
层圈分布、运动变化、动力
地质事件：
构造–岩浆事件
1-2我国地学研究的地域优势
青藏高原、黄土高原、秦岭大别山高压-超高压变质带、云南澄江及辽西热河动物群、陆相生油盆地、滇黔桂喀斯特地貌、华南花岗岩
二.矿物
2-1绪论
克拉克值（ppm）：地壳元素丰度（单位：g/t或百万分之一）
2-2矿物的概念
晶体：
其内部的原子或离子在三维空间呈周期性平移重复排列的固体
矿物：
****由地质作用形成的、在正常情况下呈结晶质的元素或无机化合物
煤是有机化合物，不是矿物；冰是固体结晶，是矿物
准矿物:
在产出状态、成分和化学组成等方面均与矿物有相同的特征，但不具有标准结晶的均匀固体。如蛋白石、玛瑙等
2-3矿物的基本特征（6）
1.最基本特征：地质作用、有序结构、无机、固体
2.自然界的绝大多数矿物都是晶体（准晶体很少）
肉眼常见矿物：
石英、长石、云母（花岗岩）
方解石（石灰岩）
橄榄石、辉石、角闪石（岩浆岩）
黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿
注意：纯黄铁矿中含有46.67%的铁和53.33%的硫。一般将黄铁矿作为生产硫磺和硫酸的原料，而不是用作提炼铁的原料，因为提炼铁有更好的铁矿石。
3.矿物的化学成分基本稳定，但多含有杂质
4.矿物具有同质多象的特征
5.常见矿物可以分为三大类
自然元素矿物
简单分子化合物（氧化物、氢氧化物、硫化物、卤化物）
含氧盐矿物（硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、硫酸盐矿物）
6.符合特定条件（色彩鲜艳、折光率高、透明度高、硬度高、化学性质稳定）的矿物，可成为宝玉石
2-4 矿物的鉴定特征
看、掂、刻
2-4-0外形：
单晶体（一维方向伸展：针状；二维方向伸展：片状、板状；三维方向伸展：粒状）
集合体（一维：纤维状；二维：鳞片状；三维的：粒状）
特殊形态集合体：放射状；晶簇状；鲕（er）状（如下图）豆状；钟乳状；葡萄状；结核状
2-4-1光学特征：
透明度：光线是否能透过矿物0.03mm的薄片
光泽：矿物的反光能力（金属光泽/非金属光泽）
非金属光泽：玻璃光泽（长石）、油脂光泽（石英断口）、丝绢光泽（云母）、土状光泽（高岭土）
颜色：
自色：化学成分及结构决定的矿物本色
他色：混入微量元素、杂质后的矿物颜色
假色：表面氧化或吸附他物的颜色
条痕色：矿物粉末的颜色。用瓷板划之得到条痕色（硬度要低于瓷板5~6，透明矿物多硬度高于瓷板）
双折射：不同方向折射率不一样产生光程差，呈现双影（如冰洲石，无色透明的方解石变种）
荧光：切断光源后发光消失（如白钨矿和萤石紫外线下发荧光，金刚石在X射线下发蓝色荧光）
磷光：切断光源后仍然发光片刻
2-4-2力学性质：
硬度：莫氏硬度十级
1级：滑石 6级：长石
2级：石膏 7级：石英
3级：方解石 8级：黄晶
4级：萤石 9级：刚玉
5级：磷灰石 10级：金刚石
鉴定工具：指甲（2.5），小刀（5~5.5），玻璃（6）
解理：外力打击下矿物沿质点结合力最弱网面的定向开裂构造。
极完全解理、完全解理、无解理
辉石解理夹角：87°（约直角）、角闪石解理夹角：56°（约60°）
断口：外力下矿物不规则裂开，解理不发育
石英有断口，长石会定向开裂
弹性：受力后恢复原状（如云母）
挠性（范性）：受力不能恢复原状（如蛭石）
延展性：可用外力任意改变性质形状（如黄金）
2-5矿物的用途
2-5-1环境气候示踪矿物
干旱炎热：石膏、石盐
海洋环境：方解石
板块边界俯冲带：蓝闪石、硬玉（高压低温）
大陆地壳深俯冲：柯石英、金刚石（超高压）
2-5-2常见宝玉石：
硬玉（翡翠）：一种呈隐晶致密的纤维状辉石微晶集合体（成分：单斜辉石中的碱性辉石）（硬度6.5~7）
软玉（缅玉、和田玉、昆仑玉）：一种呈纤维状的阳起石或透闪石微晶集合体。（硬度5.5~6）
三.岩浆作用和火成岩
3-1喷出作用与喷出岩
3-1-1岩浆的定义：
形成于地表下50km~200km，具有较大粘性的高温熔融硅酸盐物质
形成条件：650~1400℃，压力1.0GPa
岩浆作用：
岩浆发育、运动、固结成火成岩的作用
火山作用：岩浆喷出地表的过程
侵入作用：岩浆在地下深处冷凝结晶固结的过程
3-1-2火成岩的定义：
火山岩：岩浆喷出地表、冷凝固结形成的岩石
1）火山碎屑岩：喷至空中炸碎的岩浆与围岩碎块堆积而成
2）熔岩：岩浆在地表溢流冷凝成岩
侵入岩：地下深处冷凝结晶形成的岩浆岩
火山喷发物的构成：
岩浆：
固体：火山通道周围的岩石落入岩浆后，喷发至空中
凝灰岩（火山灰）：颗粒<2mm
火山角砾岩:2~50mm
火山集块岩：>50mm
火山弹：呈纺锤状
浮岩：气体快速逃逸，有大量孔洞冷凝呈火山渣
喷发条件：
地壳运动
岩浆粘度：
硅氧四面体（SiO2）含量高，粘度大，难流动，呈酸性，呈花岗质，多喷发相（高粘度到达地面后会猛烈喷发）。
硅氧四面体（SiO2）含量低，粘度小，易流动，呈基性，呈玄武质量，多为溢流相（容易顺着地面流淌，高原常为玄武岩组成）
柱状节理：
基性熔岩粘度小，会快速冷凝，形成与流动面垂直的六边形柱体
岩浆冷凝过程中还会产生绳状构造、麻花构造。这些构造常常是由于粘度小的基性熔岩不同部位冷凝、流动速度不同产生应力差导致的
火山通道：岩浆流出的地方
岩浆在通道近地面冷凝产生火山颈，形成次火山岩（介于喷出岩和侵入岩之间）
若高压喷出的是地下的泥砂和水，则形成泥火山
多次原位火山喷发则会形成复式火山锥（如意大利维苏威火山），多次喷发之间有间歇期，间歇期中会发生沉积岩堆积，产生沉积岩夹层。
两种喷发方式：
裂隙式喷发：岩浆沿断裂带的喷溢，固体喷发物少（如大洋洋中脊）
中心式喷发：形成平缓的盾形火山堆，近火山口固体喷发物多，形成火山碎屑岩；远火山口能量小，溢流变为熔岩。
3-1-3火成岩的分类（4）
*3-1-3-1超基性岩（超镁铁质）***：二氧化硅含量<45%
科马提岩：具有鬣刺结构，快速冷凝的长条刺状橄榄石/辉石骸晶
3-1-3-2基性岩（镁铁质）：二氧化硅含量45%~52%
玄武岩：黑色，致密，密度大，有气孔构造发育；陆地喷发有柱状节理，海底喷发有枕状节理（顶凸底平）。
3-1-3-3中性岩（如安山岩）：二氧化硅含量52%~65%
安山岩：黏性大，爆发特点，有多气孔，气孔充填矿物则为杏仁体
3-1-3-4酸性岩（如花岗岩）：二氧化硅含量>65%
流纹岩：黏性很大，浅（红）色，有流纹构造，有很多石英晶体（二氧化硅含量高）伴生鸡血石等矿物
3-1-4火山喷发的阶段性：
喷发演化规律：基性–中性–酸性
喷发后期坍塌形成破火山口，积水形成火山口湖（世界最大：贝加尔湖）
3-1-5世界火山岩分布带：
环太平洋火山带：主要是中酸性火山岩，多为安山岩
洋脊火山带：太平洋、大西洋和印度洋的洋脊
地中海-印尼火山带、红海沿岸和东非火山带
安山岩线：
洋中脊以基性玄武岩为主，靠近大陆的环太平洋岛屿和大陆边缘多喷发中性安山岩，两者交界线称为安山岩线
3-2侵入作用与侵入岩
3-2-1侵入岩分类
深成侵入岩（深成岩）：>10km深处形成
浅成侵入岩（浅成岩）：<3km深处形成
超浅成侵入岩（次火山岩）：<1.5km深处形成
围岩：被岩浆侵入的岩石
3-2-2火成岩多样性原因：
3-2-2-1：同化与混染作用
同化作用：岩浆>>围岩，围岩被岩浆吞噬同化
混染作用：岩浆体积不够大，岩浆成分被围岩严重改变
捕掳体：岩浆上升时通道壁崩落的围岩碎块，多出现在岩体边部
顶垂体：岩浆上升使围岩整体上升，围岩体积大，岩浆无法消化围岩。被整体抬高的围岩就是顶垂体。
3-2-2-2岩浆混合作用
来自深部软流圈的玄武岩浆（基性）向上注入到地壳的花岗岩浆（酸性），形成混合岩浆岩
3-2-2-3拆沉作用
岩石圈地幔温度低于软流圈，岩石圈底部物质脱水导致密度增大。密度大于软流圈密度时会重力失衡，岩石圈下部断裂掉入软流圈。结果导致软流圈体积变大，岩浆上涌，界面抬升，固态岩石圈发生部分熔融，形成基性岩浆。
3-2-2-4结晶分异作用
岩浆在冷凝过程中，按一定规律依次结晶出不同矿物
鲍温反应系列：熔点高，密度大的矿物先结晶，形成垂直分带。
1）连续反应系列：硅铝含量高（浅色矿物）
例如六种长石从钙含量高到钠含量高，互相穿插，连续变化
2）不连续反应系列：铁镁含量高（暗色矿物）
化学成分和内部结构变化显著
橄榄石–辉石–角闪石–黑云母（低温）
3-2-3伟晶岩
残余岩浆缓慢结晶形成的粗大晶体
主要成分为长石、石英、白云母，结晶温度500~800℃，结晶缓慢
特电气：富含成矿物质，常在此阶段形成
3-2-4侵入岩的产状
体积从大到小：
岩株、岩基、岩脉（岩墙（垂直）、岩床（水平））
3-3火成岩的结构与构造
3-3-1火成岩的结构
结构：指矿物的结晶程度、晶粒大小、晶体形态和晶粒间的相互关系。关键的是可以反映出岩石形成的条件
按结晶程度：
全晶质：花岗岩、侵入岩、大颗粒喷出岩（斑晶）
隐晶质-玻璃质：黑曜岩（未发生结晶的快速冷凝喷出岩）
半晶质：次火山岩，介于两者之间
按晶粒大小：
粗粒、中粒、细粒、微粒
按晶体完整程度：
自形：缓慢结晶，晶形规则
他形：速冷，晶形不规则
半自形：介于两者之间
按晶体的相对大小：
斑状结构：喷出岩的典型结构，含有粗大的晶体（斑晶，早期在深部形成）和斑晶周围细小的隐晶质颗粒（基质，岩浆到地面后快速冷凝形成）
似斑状结构：侵入岩的基质也是结晶态，是全晶质，成分与斑晶相同，但是结晶环境温度，颗粒小（图为花岗岩）
3-3-2火成岩的构造
构造：反应矿物集合体的形态、大小、空间分布。关键的是可以反映出岩石形成的环境
枕状构造：
水下喷发，一边滚动一边快速冷却收缩，说明是水下喷发环境。其特点是上凸底平，外壳是玻璃质，而内部是显晶质，有放射状或同心圆状的龟裂缝。
气孔构造、杏仁状构造：
陆相喷发环境
流纹构造：
流纹岩中有不同的矿物成分、颜色、拉长的气孔成线状排列（长石或石英的碎斑晶+浆屑）
晶洞构造：
岩浆冷凝收缩形成空洞，常生长有晶簇，反映了拉张环境
四.外动力作用与沉积岩
4-1内动力作用与外动力作用
内动力源：岩浆、层圈摩擦与化学作用、放射能
内动力产物：火山岩、侵入岩；地震、褶皱、断裂、节理
外动力作用：
外动力源：太阳辐射能、地球转动能、日月引力能、重力势能等引起的力（科里奥利力、水流冲击、风浪、潮汐）
作用场所：地球表面（大气圈、水圈、生物圈、地壳表面）
类型与过程：
风化作用（机械破碎、化学分解作用）–剥蚀作用–搬运作用–沉积作用–固结成岩（压固、胶结、重结晶、新矿物生长）
注意：重结晶作用不一定在变质作用中，常温也能发生。
产物：四类沉积岩及矿产（煤、油气、铁、砂矿）
图为水循环。
科里奥利效应：
由于地球自转，地表运动的流体受到偏离运动方向的力，即为科氏力。纬度和线速度不同，受到的科氏力作用方向也不同：南半球水体会向左偏，而北半球水体会向右偏。
水圈的作用：破坏岩石（机械破坏、化学破坏）、搬运岩石、沉积成岩。
岩石圈：地壳+上地幔顶部的刚体部分，厚度约60-150km，是地学研究的主体。
六大沉积环境：
河流、冰川、地下水体、海洋、湖泊、沙漠
4-2沉积岩的特征
物质来源：母岩风化物、生物骨骸、火山物质（火山碎屑岩）、宇宙物质（陨石等）
重要特征：有层理结构、含有化石
搬运作用：
1）底运：大颗粒砂砾岩跳跃式搬运，沿水流底部搬运。
当>2mm时成为砾岩；2~0.1mm称为砂岩
2）悬运：0.01~0.1mm称为粉砂岩（黄土）
3）溶运（离子态）：<0.01mm，成为粘土岩、灰岩
固结作用：压固、胶结、重结晶、新矿物生长
4-2-1沉积岩特有矿物：
石膏、石盐、白云石、高岭石、蒙脱石
岩浆岩特有矿物：橄榄石、辉石（二氧化硅含量很低，易于化学反应，沉积岩中不存在）
变质岩特有矿物：红柱石、堇青石、矽线石、十字石、蓝闪石
三类岩石共有矿物：石英、长石、云母
4-2-2沉积岩的结构
大小区别：砾–砂–粉砂–泥
（观察级别：肉眼–放大镜–显微镜–电子显微镜）
碎屑结构：岩石中的颗粒是机械沉积的碎屑物
碎屑岩：砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩（页岩）
粗碎屑结构：
砾岩：粗碎屑+填隙物（基质，比碎屑小1-2个粒级的砂、细砂、粉砂等）+化学胶结物（泥、硅酸盐等）
非碎屑结构：
岩石的颗粒均是化学沉积作用形成，
颗粒非常小，碎屑物、填隙物、胶结物成分相同。
是化学岩、生物化学岩所特有的。
类型有两种：
晶质结构：全有近等大的沉积晶体组成（方解石、白云石等）
生物结构：由丰富的生物碎屑组成（生物屑灰岩）
分选性：
碎屑大小的均匀程度，越均匀，分选性越好，说明搬运距离很远
圆度：
碎屑的圆化程度，越远者搬运距离越远。（ 棱角状–次棱角–次圆–圆）
4-2-3沉积岩的构造
4-2-3-1层理：
层理指的是沉积岩的成层性
红色层理常为氧化性环境；黑色层理常为还原性环境
平行层理：反映安静的水体沉积环境
交错层理：反映动荡的水动力环境，近岸或陆地环境
顶截底切：底部相切，顶部截掉发散状态
递变层理：同一层内，碎屑粒级由下而上逐渐变小。说明形成环境的水体运动从强到弱/从弱到强周期变化，形成“韵律层”
泥裂：层面上多边形，剖面是上大下小的锥形体，反映了水体沉积物暴露出水面，失水变干收缩形成。
层间缝合线：岩层中的锯齿状曲线，与层面平行。分布在石灰岩、砂岩中。
成因：压溶作用，二氧化碳和碳酸钙发生交代
意义：确定地层产状，代表层面，区分上下
4-3-2-2沉积构造：
结核构造
沉积时，一些不同物质绕质点滚动沉积形成核状体。结核易于在含煤地层和石灰岩里产生。
变化结核：结核脱水收缩，形成网状裂痕，称为“龟背石”
鲕状构造
矿物以凝胶方式以某种碎屑物为核心沉积而形成的小颗粒（<2mm）鱼籽状球状体，内部具有同心及发射状构造。
形成环境：易形成于浅水动荡环境的胶体溶液中。
常见于灰岩及赤铁矿中
冲刷痕、槽模：
沉积岩岩层的底面起伏状突起。
有浅水动力的强烈作，表用一个沉积阶段的结束、新阶段的开始
假晶：
残留的矿物外型，反映干旱环境，盐类逃逸被泥质充填体取代
4-3常见的沉积岩
4-3-1碎屑岩
砾岩、砂岩、粉砂岩（颗粒大小不同）
4-3-2化学岩
硅质岩：以SiO2为主体的沉积岩
成因：生物骨体堆积或火山作用凝聚
不同的水晶结晶：
紫水晶（Fe多）、蔷薇水晶（Fe少）、烟水晶（含Mn）
水晶硅质岩：玉髓、玛瑙、蛋白石、碧玉（隐晶）
若不同颜色的隐晶呈同心圆构造，则为玛瑙
产自澳洲的蛋白石成为欧泊
石灰岩：
由化学作用形成的方解石颗粒集合，胶结物是碳酸钙。
亮晶：颗粒直径较大，透明的方解石颗粒
泥晶：颗粒极小肉眼不可辨
石灰岩常用于炼制水泥、石灰
石灰岩和岩浆岩的接触处，会形成矽卡岩和铁铜矿床
白云岩：碳酸镁钙MgCa[CO3]2
大部分白云岩是由方解石（碳酸钙）在含镁海水中镁离子交换产生的。
野外露头的白云岩易于水化风化形成黑色刀砍状溶蚀沟
鉴别：白云岩和盐酸反应冒泡很微弱，而石灰岩反应剧烈
4-3-3生物化学岩
只有硅藻岩（硅藻土）、放射虫岩。分布很少。
4-3-4粘土岩
以高岭土、蒙脱石为代表
成分为小于0.01mm的颗粒，具有很多特性：
可塑性、吸水性（蒙脱石吸水体积膨胀5~20倍）、吸附性、烧结性、耐火性
当黏土岩固结形成层理，形成页岩
五.变质作用与变质岩
5-1变质作用
5-1-1变质作用定义
变质作用：由于温度、压力的改变和化学流体的作用，使岩石的矿物成分、化学成分、结构构造在固态状态下变化，形成新矿物新岩石的地质作用。
变质三要素：T、P、流体
热源：来自地球内部的地热增温、岩浆热、构造摩擦热、放射热。
深度：发生在中地壳层次或下地壳层次，一般至少大于地下10km（温度超过300℃达到变质条件）。
变质岩约占岩石中的四分之一（火成岩三分之二，沉积岩不到十分之一）
研究变质岩可以了解地壳深处的温度压力、物理化学条件、恢复原岩。变质作用还可以使矿产变富变大、将普通岩石变为宝玉石。
变质岩的两个大分类：
正变质岩：原岩为火成岩的变质岩
副变质岩：原岩为沉积岩的变质岩
陨石撞击产生的变质作用主要是压力导致的，大部分变质岩是温度导致的。
5-1-2温度
温度区间：低于150℃不变质；高于900℃则会熔化。
在温度的作用下，
1）非晶体会变为结晶体；
2）结晶体颗粒会变大（重结晶）
3）物质与结构在温度作用下重组，形成新矿物
5-1-3压力
静压力：上层岩石重量引起，随深度增加而增加
流体压力：流体是物质成分进行交换的自由场所
定向压力：作用在岩石的六个方向的力
同轴定向压力/非同轴（不对称）定向压力：
蓝片岩（高压低温）：
温度低，近地表的板块摩擦导致的角闪石压力变质为蓝闪石片状矿物，是古俯冲-撞击带的重要标志
超高压变质岩：含柯世英、金刚石的榴灰岩
注意：金伯利岩（次火山岩）中的金刚石是岩浆成因，不是变质成因。
5-1-4具有化学活动性的流体
以H2O、CO2为主，并含其他易挥发易流动的物质
流体分布：岩石粒间或缝隙中、矿物结构中、岩浆分逸而来。
交代作用：化学物质的带进带出，发生物质交换
5-2变质作用的变化
5-2-1化学成分的变化
1）体积大、密度小的矿物变成体积小、密度大的矿物
例：橄榄石+钙长石—-石榴子石
形成新矿物：岩石释放挥发成分达到平衡，形成新矿物
例：高岭土–红柱石、石英和水
方解石+石英——硅灰石+二氧化碳
2）重结晶作用：变质作用一定会发生重结晶
小晶体变成大晶体
石灰岩—大理岩（汉白玉）
石英砂—石英岩
3）交代作用（如花岗岩侵入石灰岩）
中酸性岩浆侵入灰岩，形成矽卡岩，并伴生大量的金属矿石矿床（铁矿、铜矿、锡矿、钨矿等）
4）变质分异作用
岩石成分重新组合，从原先的均匀构造变为不均匀构造
例如：粉砂岩—条带状变质岩（如条带状铁矿床，鞍山铁矿）
5-2-2矿物结构的变化
片理和变质矿物是变质岩的两大特征！
特征变质矿物：
红柱石（低温接触热变质）、蓝晶石（中温中压）、矽线石（高温）
化学成分不变，但结构发生变化（等化学系）
5-2-3变质岩的结构
变晶结构：
原有岩石经变质作用在固态下重结晶形成的晶质结构
变余结构：
残留有部分原岩特征的结构，如板岩特有的变余泥质结构、砂质结构
脆裂结构：
由于动力变质作用使岩石发生机械破碎产生的结构（矿物颗粒扭曲变形）
交代结构：
变质作用过程中，通过化学交代作用形成的结构
5-2-4变质岩的构造
5-2-4-1变成构造：
原岩的结构（如层理）消失，形成新的构造如片理、片麻理等。
随变质程度而加深：
斑点构造—板理构造（低温）—片理构造（长石<石英）/**片麻构造**（长石>石英）
片：黑云母等片状晶体 麻：石英、长石的麻点
高温下形成片麻构造属于高级变质岩
麻粒岩（块状构造）–更高温
5-2-4-2变余构造
5-3变质作用类型及变质岩代表岩石
5-3-1接触变质作用
产生代表变质岩为：矽卡岩、大理岩、角岩
5-3-1接触热变质：
泥岩—斑点板岩/角岩
石灰岩—大理岩
5-3-2接触交代变质：
矽卡岩：中酸性岩浆与冷围岩之间发生物质成分的交换形成
变质矿物：硅灰石、石榴石、角闪石等
外带碳酸钙多，主要是大理岩
内带二氧化硅多，主要是石英
5-3-2区域变质作用
产生代表变质岩为板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、麻粒岩
在变质作用三要素下，在区域范围内发生的变质作用
超高压、高温作用：碳—金刚石
高压、低温条件：角闪石、钠长石—蓝闪石
千枚岩：具有千枚状构造，完全重结晶，出现绢云母、绿泥石。
中级变质作用：生成片岩，具有变晶结构、片状构造，原岩矿物与结构完全重组。新生矿物：石英、云母、长石、石榴石、十字石
等。
高级变质岩：生成片麻岩，长石与石英的总含量超过50%。
眼球构造是花岗岩等火成岩变质形成的特征（正变质岩）
麻粒岩：变质程度最深，主要有紫苏辉石、铁铝榴石、长石、石英等粒状矿物。变质温度即将到达熔化温度。（片状黑云母不存在）
5-3-3动力变质作用
主要代表变质岩为糜棱岩、蓝闪石片岩。
伴随构造活动产生的韧性剪切变质-变形作用。
糜棱岩：韧性剪切变形条件下形成的晶格位错变质岩。
特征：片理发育，偏光显微下波状消光，细粒化，存在核幔构造。
变质的片理上发育有拉伸线理。
动态（韧性）变质作用的三个特征：“线理、片理、不对称组构”
5-3-4混合岩化作用：
当温度大于900摄氏度时，区域高级变质岩一部分高温熔融，另一部分未熔化的现象。形成特殊的混合变质岩。
基体为未熔化的变质岩（暗色）；
而脉体为部分熔融的长石和石英（浅色）
三大类岩石的总结：
