地质学

cqg1985 · 发表于 2011-6-18 19:47

地质学 geology；geological science

研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用，以及地球演变历史的科学。

地球是人类生息繁衍的地方，是人类衣食住行的依托。距今200 ～ 300万年，人类出现以后，就一直在为自身的生存和发展而适应和改变着周围的环境。同时也就在观察研究地球，逐渐认识了地球。但是具有现代科学意义上的地质学的建立，却是在19世纪30～40年代。到了20世纪，以地球为研究对象的科学，除地质学外，还有地理学、海洋科学、大气科学、水文科学、固体地球物理学、地球化学等，地质学是其中的基础学科。

研究内容地质学是围绕地球的一门多学科的综合性知识体系。它所研究的内容包括以下几个方面：

①地球的圈层结构。根据地震波在地球内部传播速度的变化，地球的内部被划分出不同的圈层。地球平均半径6371千米，其核心部分称为地核，半径约3400千米。地核可能是以铁、镍为主的金属，地核外层为液态，内层为固态。地球表面很浅的一层构造是地壳。地壳分为陆壳和洋壳。陆壳和洋壳有着明显的差异。陆壳厚度变化很大，从15～80千米不等，平均35千米左右。陆壳的最上层是风化壳，以下是沉积岩层、硅铝层和硅镁层。整个陆壳的组成并不均匀，演化历史也有待研究。洋壳分布在大洋盆地底部，比起陆壳要薄得多，平均厚度约7千米。主要由镁铁质火成岩组成。岩层上有极薄的深海沉积物覆盖。地壳与地核之间的构造层是地幔。其深度大约从地表以下35千米至2900千米。地幔分为上地幔和下地幔，中间有一个过渡层。科学家推测上地幔存在着0.1％～6％的熔融物质，可能是岩浆的发源地。过渡层以下是稳定的矿物相。下地幔的成分和构造比较均匀，比上地幔含有更多的铁。地幔上部边缘部分和地壳均具刚硬的性质，合称为岩石圈。在岩石圈之下是一层具有塑性，可以缓慢流动的软流圈。地壳表面的海洋等水体，约占地球总表面积的74％。液态的地表水与冻结在南、北两极和高山上的冰川，以及岩石、土壤中的地下水组成地球的水圈。地球的外层为大气圈。大气质量的 99.99％集中在离地面100千米的空间内。高度不超过16千米的近地面，集中了空气的大部分，成分主要是氮和氧。离地面越远，空气越稀薄，成分也有变化。在100千米以上，大气以带电粒子的形态出现，形成磁层。地球上的生物生存在岩石圈、水圈和气圈的交接带，形成一个不连续的生物圈。

②矿物和岩石。地球中主要的化学成分为铁（35％）、氧（30％）、硅（15％）、镁 ( 13％ )等。在地壳中氧最多（46％），其次是硅（28％）、铝（8％）、铁(6％) 、镁（4％）等共72种。这些元素多形成化合物，少量为单质。它们的天然产出即是矿物。矿物具有确定的，或在一定范围内变化的化学成分和物理特性。组成矿物的元素的原子多按一定规律排列，具有自己的结构，成为晶体。少量矿物没有结晶，为非晶质。已知矿物有3300多种，常见的20多种。矿物在地壳中常以集合体产出。这种集合体可以由一种矿物，也可以由多种矿物组成，在地质学中称为岩石。岩石可以分为火成岩、沉积岩和变质岩3种。火成岩按体积和重量计都最多，是构成地壳的主体。但在地面常见的则是沉积岩。火成岩中花岗岩形成最早的年龄达38亿年，而覆盖在大洋底的玄武岩大部分小于2亿年。

③地层和古生物。地层主要是指已固结成层的岩石。有时也包括尚未固结的松散沉积物。地层是随着时间的推移而在地表低凹部沉积形成的。早形成的在下，晚形成的在上。地层形成后，由于受到地壳运动的影响，会改变原来的位置。研究不同地区，不同特点的地层，可以查明其形成、变形的时间；当时的沉积环境和过程。古生物是指地质历史时期，在地球上生存过的各种生物。这些生物一般已经灭绝，它们的遗体遗迹形成化石保存在地层中。研究这些化石，可以了解古生物的形态、构造、活动情况、地理分布，以及分类和生物演化关系。同时由于生物演化的不可逆性，研究地层中所含化石，还可以确定地层层序。

④地质构造和地质作用。地球表层的岩体和岩层形成以后，会受到各种地质营力的影响，产生复杂的空间组合形态，这就是地质构造和地貌。研究这些构造和地貌形态，可以追索认识地球发展史上所经历过的各种地质变动，时间、空间上的发展规律，以及发生变动的原因和动力等。岩石圈内的岩石发生断裂和褶皱以及引起的地震，岩浆活动和岩石变质等是内力地质作用。内力地质作用改变着地壳的构造，为地貌的形成打下基础。产生内力地质作用的能源是放射性元素蜕变释放的热能和地幔重熔形成的热能，地球自转产生的能也是产生内力地质作用的因素之一。大气和水不断运动的主因，生物得以生长繁衍的能量均来自太阳的热能。这一切运动的结果使地球表面的凸部受到风化，被破坏的产物在地表凹部沉积起来，最终形成新的岩石，这一系列变动被称为外力地质作用。地球上的内、外地质作用共同影响着地球的构造和形态。

分支学科地质学的分支学科基本上可以分为两类。一类是探讨基本事实和原理的基础学科，另一类是这些基础学科与生产实践或与其他学科相结合而形成的学科。这些基础学科以物质成分为主要研究对象的主要有：①矿物学。研究矿物的化学成分、内部构造、形态、性质、成因、产状、共生组合，变化条件、矿物的人工制造和用途。②岩石学。研究岩石的物质成分、结构、构造、形成条件、分布规律、成因、成矿关系以及岩石的演变规律和演变历史。③矿床学。研究矿床的特征、成因、分布和工业意义。④地球化学。研究地球各圈层和各种地质体的化学组成、化学作用和化学演化，探讨化学元素及其同位素的分布、存在形式、共生组合、迁移规律。

以地质作用及其留下的形迹为主要研究对象的有：①动力地质学。研究各种地质作用，包括引起这些作用的动力在地球各圈层活动的规律。其中还包括火山地质学、地震地质学、冰川地质学等。②构造地质学。研究地球岩石圈的构造变形及其形迹，不同构造单元的分布、形成和发展。③地貌学。研究地表形态及其发生、发展和分布规律。④地球物理学。研究各种地球物理场和地球的物理性质、地球内部发生的各种物理过程。⑤地质力学。运用力学原理研究地壳构造和地壳运动规律及其原因。

以地质历史为主要研究对象的有：①古生物学。通过对地层中的化石研究地球史上的生物界及其进化过程。②地层学。研究成层岩石的时空分布规律，地层的分类和对比。③历史地质学。研究地球的发展历史和规律。④古地理学。研究地球历史上海陆分布及其他自然地理特征与发展过程。⑤地质年代学。研究地质历史时期的顺序及其延续的年代。⑥区域地质学。综合研究一个地区的地质调查成果，整体特征以及各种地质作用的相互关系。此外这一类分支学科中还有将地球视为一个天体来研究而形成的天体地质学、天文地质学、地球深部地质学等。

那些既有理论意义又有生产应用价值的一类分支学科有：①水文地质学。研究地下水的形成、分布和运动规律，合理开发地下水，防治地下水危害，利用地下水找矿、预报地震，防治地方病。②工程地质学。研究解决各类工程建设中的地质问题。③环境地质学。研究地质环境质量，人类活动与地质环境的相互关系。④灾害地质学。研究地质灾害的发生、分布、形成机制以及对人类的影响和预防。⑤金属矿产地质学、非金属矿产地质学、石油地质学、煤地质学。研究这些矿产资源、成因、分布规律等。⑥找矿勘探地质学。研究运用找矿方法和手段，寻找矿藏。⑦矿山地质学。解决开发矿山过程中的地质问题。

除上述各学科外，还有地球物理勘探、地球化学勘查、探矿工程、数学地质学等。随着地质学研究的深度和广度的增加，新的分支学科不断涌现，同时各学科间的联系也将日益紧密。