地質(zhì)學(xué)是關(guān)于地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、外部特征、各層圈之間的相互作用和演變歷史的知識(shí)體系。

地球自形成以來，經(jīng)歷了約46億年的演化過程，進(jìn)行過錯(cuò)綜復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，同時(shí)還受天文變化的影響，所以各個(gè)層圈均在不斷演變。

約在35億年前，地球上出現(xiàn)了生命現(xiàn)象，于是生物成為一種地質(zhì)應(yīng)力。最晚在距今200～300萬年前，開始有人類出現(xiàn)。人類為了生存和發(fā)展，一直在努力適應(yīng)和改變周圍的環(huán)境。利用堅(jiān)硬巖石作為用具和工具，從礦石中提取銅、鐵等金屬，對(duì)人類社會(huì)的歷史產(chǎn)生過劃時(shí)代的影響。

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)地球的影響越來越大，地質(zhì)環(huán)境對(duì)人類的制約作用也越來越明顯。如何合理有效的利用地球資源、維護(hù)人類生存的環(huán)境，已成為當(dāng)今世界所共同關(guān)注的問題。

導(dǎo)語

地質(zhì)學(xué)的前世今生、分支學(xué)科和發(fā)展未來，讀完瞬間高大尚
 01 

地質(zhì)學(xué)發(fā)展回顧

人類對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象的觀察和描述有著悠久的歷史，但作為一門學(xué)科，地質(zhì)學(xué)成熟的較晚。地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象是龐大的地球及其悠遠(yuǎn)的歷史，這決定了這門學(xué)科具有特殊的復(fù)雜性。它是在不同學(xué)派、不同觀點(diǎn)的爭(zhēng)論中形成和發(fā)展起來的。

1.1 地質(zhì)學(xué)的萌芽時(shí)期（遠(yuǎn)古～公元1450年）

人類對(duì)巖石、礦物性質(zhì)的認(rèn)識(shí)可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期。在中國(guó)，銅礦的開采在兩千多年前已達(dá)到可觀的規(guī)模；春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期成書的《山海經(jīng)》《禹貢》《管子》中的某些篇章，古希臘泰奧弗拉斯托斯的《石頭論》都是人類對(duì)巖礦知識(shí)的最早總結(jié)。

在開礦及與地震、火山、洪水等自然災(zāi)害的斗爭(zhēng)中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到地質(zhì)作用，并進(jìn)行思辨、猜測(cè)性的解釋。我國(guó)古代的《詩(shī)經(jīng)》中就記載了“高岸為谷、深谷為陵”的關(guān)于地殼變動(dòng)的認(rèn)識(shí)；古希臘的亞里士多德提出，海陸變遷是按一定的規(guī)律在一定的時(shí)期發(fā)生的；在中世紀(jì)時(shí)期，沈括對(duì)海陸變遷、古氣候變化、化石的性質(zhì)等都做出了較為正確的解釋，朱熹也比較科學(xué)的揭示了化石的成因。

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1.2 地質(zhì)學(xué)奠基時(shí)期（公元1450～公元1750年）

以文藝復(fù)興為轉(zhuǎn)機(jī)，人們對(duì)地球歷史開始有了科學(xué)的解釋。意大利的達(dá)·芬奇、丹麥的斯泰諾、英國(guó)的伍德沃德、胡克等等，都對(duì)化石的成因作了論證。胡克還提出用化石來記述地球歷史；斯泰諾提出的層層序律；在巖石學(xué)、礦物學(xué)方面，李時(shí)珍在《本草綱目》中記載了200多種礦物、巖石和化石；德國(guó)的阿格里科拉對(duì)礦物、礦脈生成過程和水在成礦過程中的作用的研究，開創(chuàng)了礦物學(xué)、礦床學(xué)的先河等等。

1.3 地質(zhì)學(xué)形成時(shí)期（公元1750～公元1840年）

在英國(guó)工業(yè)革命、法國(guó)大革命和啟蒙思想的推動(dòng)和影響下，科學(xué)考察和探險(xiǎn)旅行在歐洲興起。旅行和探險(xiǎn)使得地殼成為直接研究的對(duì)象，使得人們對(duì)地球的研究從思辨性猜測(cè)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐砸巴庥^察為主。同時(shí)，不同觀點(diǎn)、不同學(xué)派的爭(zhēng)論十分活躍，關(guān)于地層以及巖石成因的水成論和火成論的爭(zhēng)論在18世紀(jì)末變得尖銳起來。

德國(guó)的維爾納是水成論的代表，他提出花崗巖和玄武巖都是沉積而成的，并對(duì)巖層作了系統(tǒng)的劃分。英國(guó)的赫頓提出要用自然過程來揭示地球的歷史，以及地質(zhì)過程“即看不到開始的痕跡，也沒有結(jié)束的前景”的均變論思想。水火之爭(zhēng)促進(jìn)了地質(zhì)學(xué)從宇宙起源論、自然歷史和古老礦物學(xué)中分離出來，并逐漸形成了一門獨(dú)立的學(xué)科。在中國(guó)，出現(xiàn)在17世紀(jì)的《徐霞客游記》也是對(duì)自然考察所獲得的超越時(shí)代的成果。至1840年，底層劃分的原則和方法已經(jīng)確立，地質(zhì)時(shí)代和地層系統(tǒng)基本建立起來。

而此時(shí)的礦物學(xué)沿著形態(tài)礦物學(xué)和礦物化學(xué)方向發(fā)展 ，美國(guó)丹納的《礦物學(xué)系統(tǒng)》標(biāo)志著經(jīng)典礦物學(xué)的成熟；1829年，英國(guó)的尼科爾發(fā)明了偏光顯微鏡，使得顯微巖石學(xué)的迅速發(fā)展成為可能；法國(guó)博蒙于1829年提出地球冷縮造山的收縮說，對(duì)近百年來的構(gòu)造理論產(chǎn)生重大影響。

這樣，有關(guān)地球歷史的古生物學(xué)、地層學(xué)，有關(guān)地殼物質(zhì)組成的巖石學(xué)、礦物學(xué) ，和有關(guān)地殼運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造地質(zhì)理論所組成的地質(zhì)學(xué)體系逐漸形成了。

19世紀(jì)上半葉，有關(guān)災(zāi)變論和均變論的爭(zhēng)論，對(duì)地質(zhì)學(xué)思想方法產(chǎn)生了歷史性的影響。居維葉是災(zāi)變論的主要代表，他提出地球歷史上發(fā)生過多次災(zāi)變?cè)斐缮餃缃^的觀點(diǎn)。英國(guó)的萊伊爾是均變論的主要代表，他堅(jiān)持“自然法則是始終一致”的觀點(diǎn)，并提出以今論古的現(xiàn)實(shí)主義方法。在爭(zhēng)論中，地質(zhì)均變論逐漸成為百余年來地質(zhì)學(xué)及其研究方法的正統(tǒng)觀點(diǎn)。

1.4 地質(zhì)學(xué)的發(fā)展時(shí)期（公元1840～公元1910年）

隨著工業(yè)化的發(fā)展，各工業(yè)國(guó)家都開展了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，是地質(zhì)學(xué)從區(qū)域地質(zhì)向全球構(gòu)造發(fā)展，并推動(dòng)了地質(zhì)學(xué)各分支學(xué)科的迅速建立和發(fā)展。

其中重要的有瑞士阿加西等人對(duì)冰川學(xué)的研究，以及英國(guó)艾里、普拉特提出的地殼均衡理論；有關(guān)山脈形成的地槽學(xué)說，經(jīng)過美國(guó)的霍爾和丹納的努力最終確立起來；法國(guó)的貝特朗提出造山旋回概念；奧格對(duì)地槽類型的劃分使造山理論更加完善；奧地利的休斯和俄國(guó)的卡爾賓斯基則對(duì)地臺(tái)作了系統(tǒng)的研究；休斯的《地球的面貌》是19世紀(jì)地質(zhì)學(xué)研究的總結(jié)，同時(shí)休斯用綜合分析的方法，從全球的角度研究地殼運(yùn)動(dòng)在時(shí)間和空間上的關(guān)系，預(yù)示了20世紀(jì)地質(zhì)學(xué)研究新時(shí)期的到來。

1.5 現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)的發(fā)展（公元1910～ ）

進(jìn)入20世紀(jì)以來，社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展，使得石油地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)陸續(xù)形成獨(dú)立的分支學(xué)科。在地質(zhì)學(xué)各基礎(chǔ)學(xué)科穩(wěn)步發(fā)展的同時(shí)，由于各分支學(xué)科的相互滲透，數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)與地質(zhì)學(xué)的結(jié)合，新技術(shù)方法的采用，導(dǎo)致了一系列邊緣學(xué)科的出現(xiàn)。

地震波的研究揭示了固體地球的圈層構(gòu)造以及洋殼與路殼結(jié)構(gòu)的區(qū)別 ；高溫高壓巖石實(shí)驗(yàn)研究，為人們認(rèn)識(shí)地殼深處地質(zhì)過程提供了較為可靠的依據(jù)。所有這些都促進(jìn)了地質(zhì)學(xué)研究從定性到定量的過渡，并向微觀和宏觀兩個(gè)方向發(fā)展。

20世紀(jì)50～60年代，全球范圍大規(guī)模的考察和探測(cè)，使地質(zhì)學(xué)研究從淺部轉(zhuǎn)向深部，從大陸轉(zhuǎn)向海洋，海洋地質(zhì)學(xué)有了迅速發(fā)展。同時(shí)古地磁學(xué)、地?zé)釋W(xué)、重力測(cè)量都有重大進(jìn)展，為新的全球構(gòu)造理論的產(chǎn)生提供了科學(xué)依據(jù)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，德國(guó)的魏格納于1915年提出的與傳統(tǒng)海陸固定論相悖離的大陸漂移說得以復(fù)活。

20世紀(jì)60年代初，美國(guó)的赫斯、迪茨提出的海底擴(kuò)展理論較好地說明了漂移的機(jī)制。加拿大的威爾遜提出轉(zhuǎn)換斷層，并創(chuàng)用板塊一詞。60年代中期美國(guó)的摩根、法國(guó)的勒皮雄等提出板塊構(gòu)造說，用以說明全球構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的基本理論，它標(biāo)志著新地球觀的形成，使現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)研究進(jìn)入一個(gè)新階段。

 02 

地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象

地球的平均半徑為6371公里 。其核心可能是以鐵、鎳為主的金屬，稱為地核,半徑約3400公里。在地核之外，是厚度近2900公里的地幔。地幔之外是薄厚不一的地殼，已知最厚處為75公里，最薄處僅5公里左右，平均厚度約35公里。

地核的內(nèi)層是固體，也有科學(xué)家認(rèn)為是在強(qiáng)大壓力下原子殼層已被破壞的超固體。外層是具有液體性質(zhì)的物質(zhì)，還推測(cè)有電流在其中運(yùn)動(dòng)，被認(rèn)為是地球磁場(chǎng)的本原。外層的厚度約為2220公里。

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地幔下部是含有較多金屬硫化物和氧化物的非晶體固體物質(zhì)；地幔上部成份與橄欖巖大致相當(dāng)；與地殼相接部分和地殼均具有剛硬的性質(zhì)，合稱為巖石圈，厚度約為60～120公里；在巖石圈之下為一層具有可塑性、可以緩慢流動(dòng)、厚度約為100公里的軟流圈。

地殼表面的海洋、湖泊、河流等水體約占地表總面積的74%。成液態(tài)的地表水與凍結(jié)在兩極地區(qū)和高山上的冰川，以及土壤、巖石中的地下水，組成地球的水圈。

地球的外層是大氣圈。大氣主要集中于高度不超過16公里的近地面中，成份以氮和氧為主。離地越遠(yuǎn)，大氣越稀薄，而且成份也有變化。在100公里外，大氣逐漸不能保持分子狀態(tài)，而以帶電粒子的形態(tài)出現(xiàn)，其稀薄程度超過人造的真空。帶電粒子受到地球磁場(chǎng)的控制，形成能夠阻擋來自太陽(yáng)和宇宙帶電粒子流沖擊的電磁層。

地球的水圈和大氣圈通過水的蒸發(fā)、凝結(jié)、降水和氣體的溶解、揮發(fā)等方式互相滲透和影響。固體的地球界面上下，是大氣和水活動(dòng)的場(chǎng)所。巖石圈的物質(zhì)也不斷運(yùn)動(dòng)，并通過火山噴發(fā)的形式進(jìn)入水圈和大氣圈。地球各圈層的相互作用不斷改變著地球的面貌。

地球的這些圈層，是由于其組成物質(zhì)的重力差異作用而逐漸形成的。地球上的任何質(zhì)點(diǎn)均受到地球引力和慣性離心力的作用，這兩種力的合力就是重力。地球表面重力吸住了大氣和水，并對(duì)他們的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了影響。

2.1 礦物和巖石

在地球的化學(xué)成分中，鐵的含量最高(35%)，其他元素依次為氧(30%)、硅(15%)、鎂(13%)等。如果按地殼中所含元素計(jì)算，氧最多(46%)，其他依次為硅(28%)、鋁(8%)、鐵(6%)、鎂(4%)等。這些元素多形成化合物，少量為單質(zhì)，它們的天然存在形式即為礦物。

礦物具有確定的或在一定范圍內(nèi)變化的化學(xué)成分和物理特征。組成礦物的元素，如果其原子多是按一定的形式在三維空間內(nèi)周期性重復(fù)排列，并具有自己的結(jié)構(gòu)，那么就是晶體。晶體在外界條件適合的時(shí)候，其形態(tài)多表現(xiàn)為規(guī)則的幾何多面體，但這種情況很少。

礦物在地殼中常以集合的形態(tài)存在，這種集合體可以由一種，也可以由多種礦物組成，這在地質(zhì)學(xué)中被稱為巖石。

地球中的礦物已知的有3300多種，常見的只有20多種，其中又以長(zhǎng)石、石英、輝石、閃石、云母、橄欖石、方解石、磁鐵礦和粘土礦物最最多，除方解石和磁鐵礦外，它們的化學(xué)成分都以二氧化硅為主，石英全為二氧化硅組成，其余則均為硅酸鹽礦物。

由硅酸鹽溶漿凝結(jié)而成的火成巖構(gòu)成了地殼的主體，按體積和重量計(jì)都最多。但地面最常見到的則是沉積巖，它是早先形成的巖石破壞后，又經(jīng)過物理或化學(xué)作用在地球表面的低凹部位沉積，經(jīng)過壓實(shí)、膠結(jié)再次硬化，形成具有層狀結(jié)構(gòu)特征的巖石。

在地殼中，在大大高于地表的溫度和壓力作用下，巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或化學(xué)成分發(fā)生變化，形成不同于火成巖和沉積巖的變質(zhì)巖?；鸪蓭r、沉積巖、變質(zhì)巖是地球上巖石的三大類別。火成巖中的玄武巖、花崗巖是地球中最具代表性的巖石，是構(gòu)成大陸的主要巖石。形成時(shí)代最早的花崗巖，年齡達(dá)39億年，而玄武巖是構(gòu)成海洋所覆蓋的地殼的主要物質(zhì)，均比較“年輕”，一般不超過2億年。

2.2地層和古生物

地層是以成層的巖石為主體，隨時(shí)間推移而在地表低凹處形成的構(gòu)造，是地質(zhì)歷史的重要紀(jì)錄。狹義的地層專指已固結(jié)的成層的巖石，有時(shí)也包括尚未固結(jié)成巖的松散沉積物。依照沉積的先后，早形成的地層居下，晚形成的地層在上，這是地層層序關(guān)系的基本原理，稱為地層層序律。

地層在形成以后，由于受到地殼劇烈運(yùn)動(dòng)的影響，改變?cè)瓉淼奈恢?，?huì)產(chǎn)生傾斜甚至倒轉(zhuǎn)，但只要能查明其形成和變形的時(shí)間，仍可以恢復(fù)其原始的層序。在同一時(shí)間，地球上各處環(huán)境不同，在不同環(huán)境中形成的地層各有特點(diǎn)。在地表的隆起部位，不僅不能形成新的地層，還會(huì)因受到剝蝕而使已經(jīng)形成的地層消失。

因此，地層學(xué)是研究各地區(qū)地層的劃分，確定地層的順序和相鄰地區(qū)地層在時(shí)間上的對(duì)比關(guān)系的專門學(xué)科。它是地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)，也是地質(zhì)