地质学基础.docx
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地质学基础
普通地质学
实验课指导书
(第三版)
木合塔尔·买买提等修编
新疆大学地质与矿业工程学院资源系
2012年12月
前言
随着地球科学教学改革的不断深入,高等学校地质工程类学科基础课《普通地质学》的教学体系、教学内容也在不断与时俱进的变化。
地质学是门实践性非常强的学科。
因此,在3.5学分(64课时)的《普通地质学》本科教学中,根据本课程教学大纲要求,安排16课时的室内实验和两周的地质认识野外实习,以希望学生在基本掌握地质学理论的基础上,也能较系统地了解与掌握地质学的实践工作方法和步骤,培养他们的动手能力,增强他们的素质训练,为后续的专业学习奠定基础。
此次修编,是在我院前辈大量工作的基础上,根据2010年9月出版的《普通地质学》(南京大学地质学核心课程系列教材,舒良树主编,第三版)内容要求,考虑到教学时数和学生实际,结合修编者的教学经验,并考虑后面的《地质认识野外实习》内容的需求而作了适当添加与取舍。
对于矿物与岩石,凡打*的为必须掌握的项目内容,有的实习内容根据情况可适当增删。
参加修编人员有木合塔尔·买买提、郭瑞清、田继军、王莉、玉素甫艾力等。
由于时间有限,无暇推敲斟酌,定有诸多不当,望使用者提出宝贵意见,不胜感谢,以便下次修订改正。
实习一矿物形态及物理性质的观察
一、目的要求:
1.观察矿物的单体和集合体形态,学会肉眼识别矿物形态的方法。
2.观察识别矿物的各种物理性质,初步学会肉眼鉴定矿物物理性质的方法和技能。
3.学会描述矿物形态和物理性质的方法。
二、准备工作
1.复习课本第二章有关部分,预习实习指导书中本次内容。
2.预备各种形态和物理物征的矿物形态及物理性质标本。
3.工具:
小刀、瓷板、放大镜、磁铁、稀盐酸、摩氏硬度计等。
三、实习内容:
1.观察常见单体和集合体形态特征和名称。
了解一些单体和集合体形态的观察方法。
2.识别矿物的物理性质,即颜色、条痕色、光泽、断口、解理、硬度、相对密度(比重)、其它物理性质(如磁性、弹性等)等。
并记录主要物理性质的特征。
3.认识摩氏硬度计各矿物的硬度等级并记录。
四、实习方法:
1.以教师讲解引导学生观察认识矿物的各种形态和物理性质为主,并要学生自己识别各种矿物的主要形态和物理性质特征,学会填写实习报告的方法(本次实习不必填写实习报告。
2.着重观察以下矿物的物理性质:
(1)石英(颜色、硬度、断口、晶形、透明度)
(2)磁铁矿(磁性、比重)
(3)赤铁矿(条痕色)
(4)黄铁矿(颜色、硬度、晶形)
(5)方铅矿(光泽、条很色、比重)
(6)硬锰矿(形态)
(7)石膏(形态、硬度、光泽)
(8)石棉、云母(形态、解理、光泽)
(9)闪锌矿(光泽、条痕)
(10)高岭土(形态)
(11)方解石(形态、加稀盐酸起泡)
(12)石盐(形态、味觉)
五、注意事项
1.注意观察矿物的有些特殊集合体形态。
2.矿物的颜色分为自色、他色、假色,实习时要能区分。
2.搞清矿物的条痕鉴定意义。
3.矿物的某些特殊性质尤其不可忽视。
实习二常见矿物的认识和鉴定
(一)
一、目的要求:
依据矿物的主要形态和物理性质特征来认识矿物、鉴定矿物和记忆矿物。
二、准备工作
1.复习教科书有关部分内容,预习实验指导书。
2.工具:
硬度计、小刀、瓷板、磁铁、放大镜。
三、实习步骤:
1.依照表中要求逐项观察矿物的形态和物理性质。
2.观察矿物时要用比较的方法,不仅要看到矿物之间的共同点,更要注意到各种矿物的特点且联系到它的组成物质、理化性质、用途等来考虑并记忆。
四、实习内容
1.观察和认识自然元素大类:
自然硫、石墨*。
2.观察和认识硫化物及其类似化合物大类:
黄铜矿*、黄铁矿*、辉锑矿、方铅矿*、闪锌矿*、辰砂、雌黄、雄黄、斑铜矿。
3.观察和认识氧化物及氢氧化物大类:
石英*、刚玉、赤铁矿*、磁铁矿*、褐铁矿*、硬锰矿*。
4.观察和认识卤化物大类:
萤石*、石盐。
5.将实习中各矿物物理性质按下表的内容填入(做在实验报告本上)
矿物名称
形态
颜色
条痕
光泽
透明度
解理或断口
硬度
比重
其他特征
五、思考题:
试比较黄铜矿与黄铁矿,方铅矿与闪锌矿,赤铁矿与褐铁矿的异同点。
实习三常见矿物的认识和鉴定
(二)
一、目的要求:
认识含氧盐大类中各矿物的物理特征,并记忆其主要矿物。
二、准备工作:
1.复习教科书中含氧盐矿物部分及预习本实验指导书。
2.用具:
硬度计、瓷板、小刀、磁铁、稀盐酸。
三、实习步骤:
1.依照表中要求逐项观察矿物的主要形态和物理性质。
2.观察时要用比较的方法、多对比、分析,不仅要注意矿物的共同点,更重要的是注意每种矿物自身的特点。
四、实习内容:
1.观察和认识碳酸岩类矿物:
方解石*、白云石*、孔雀石*、蓝铜矿、菱铁矿、菱镁矿。
2.观察和认识硫酸岩类矿物:
硬石膏、石膏*、重晶石*。
3.观察和认识磷酸岩类矿物:
磷灰石。
4.观察和认识硅酸盐矿物:
橄榄石*、石榴子石*、黄晶(黄玉)、红柱石*、蓝晶石*、绿柱石*、矽线石、绿帘石*、硅灰石*、普通辉石*、普通角闪石*、透闪石、蓝闪石、滑石*、蛇纹石*、高岭石*、白云石*、黑云母*、绿泥石*、斜长石*、正长石*、电气石*、石棉、蛭石、阳起石、金云母。
5.记录观察的各种矿物的形态和物理性质并填入表中。
(做在实验报告本上,填写内容同上)
五、思考题:
试比较普通辉石与普通角闪石的异同点,斜长石与正长石异同点,云母与蛭石的异同点。
实习四常见火成岩的观察和认识
一、目的要求
1.熟认几种主要的火成岩并根据矿物成分、结构、构造等查表(火成岩肉眼鉴定表)对火成岩加以命名。
二、准备工作:
1.实习前复习教科书中的火成岩部分及本实验指导书。
2.工具:
放大镜、小刀、量尺等。
三、实习步骤:
结合鲍温反应系列,利用火成岩的鉴定表,鉴定岩石的顺序如下:
主要火成岩分类简表
岩类和SiO2含量/%
超基性岩
<45%
基性岩
45~52
中性岩
52~65
酸性岩
>65%
主要矿物成分
浅色矿物
石英
钾长石
富钙斜长石
富钠斜长石
暗色矿物
黑云母
角闪石
辉石
橄榄石
产状
结构
构造
喷出岩
玻璃质
气孔
杏仁
流纹
块状
火山玻璃岩(黑曜岩、浮岩等)
隐晶,斑状
细粒
金伯利岩
玄武岩
安山岩
粗面岩
流纹岩
浅成岩
伟晶、细晶等
块状
各种脉岩类(伟晶岩、细晶岩、煌斑岩等)
隐晶、斑状
细粒
块状
苦橄玢岩
辉绿岩
闪长玢岩
正长斑岩
花岗斑岩
深成岩
中、粗粒状
似斑状
块状
橄榄岩
辉长岩
闪长岩
正长岩
花岗岩
注:
1)主要矿物成分一栏中,矿物名称下方的线段表示该矿物在各类岩石中的分布,实线表示该矿物为主要矿物,虚线为次要矿物。
2)表中玢岩和斑岩都是具有斑状结构的岩石,习惯上玢岩的斑晶为富钙或含钙中等的斜长石,而斑岩中的斑晶为钾长石、富钠斜长石或石英。
鲍温反应系列图(简化)
1.颜色
火成岩根据岩石颜色的深浅,大致可分为浅色、中色、暗色。
(1)对于深成岩:
颜色的深浅是暗色矿物相浅色矿物相对含量的反映。
一般暗色——基性、超基性岩;中色——中性岩;浅色——酸性者、碱性岩。
(2)对于浅成者:
由于岩石粒度小,肉眼观察时微晶质和隐晶质岩石的颜色一般较相同成分深成岩的颜色为深。
(3)对于喷出石:
岩石成分、次生变化以及矿物结晶程度等方面不同,都可表现为不同的颜色,从化学程度上看,一般基性岩类多呈黑——黑绿色,变后成中绿——浅绿色;中性岩类呈深灰、暗紫——紫红色;酸性岩类呈浅灰——粉红色。
2.结构、构造
结构、构造是识别岩石与分类命名的一个标志。
应注意:
(1)对于显晶质的岩石应描述其程度。
粒度用粒径表示,以目估岩石中有代表性的矿物颗粒的粒径表示。
(2)岩石命名时,在显晶质的基质中出现斑晶时,称斑(玢)岩;在隐晶质——玻璃质的基质中出现斑晶体,称班(玢)岩,其中斑晶成分为石英或钾长石时称××斑岩,当斑岩成份为斜长石时称××玢岩。
(3)其细粒结构的浅成侵入岩体称细晶××岩,脉状岩体则称脉岩。
(4)侵入岩多具块状、斑杂状、条带状等构造,而喷出岩常具气孔、杏仁、流纹等构造。
3.矿物成分
火成岩的矿物成分是岩石分类命名的主要依据,对矿物成分的观察和描述应包括:
(1)矿物名称、物性特点、粒度大小、百分含量等;
(2)具斑状结构的岩石应分别描述斑晶与基质的成份;
(3)对于侵入岩应首先观察石英和橄榄石的有无,再观察长石的有无和钾长石、斜长石的相对含量;对仅有斜长石的岩石应该一步注意暗色矿物的种类。
(4)对于喷出岩由于是形成于地表条件下,因此多具斑状结构或玻璃质结构。
具斑状结构的岩石观察斑晶的成份有助于岩石的鉴定和命名。
4.次生变化及其他
5.岩石命名
花岗岩:
浅色、灰白色,微带红色全晶质,等粒结构,颗粒大小一般为3—5厘米,块状构造。
岩石主要矿物为石英、正长石。
石英在岩石中是白色不规则状,有点透明,在不平整的断口上呈现油脂光泽。
正长石是浅肉红色颗粒明显,有时可见其长方形的晶体,解理面闪闪有光,呈玻璃光泽。
黑色具有珍珠光泽的片状黑云母有少量。
其次有极少量的暗色长条状的角闪石。
岩石表面风化成灰黄色。
四、实习内容:
1.超基性岩类:
橄榄岩﹡、苦橄玢岩、金伯利岩﹡。
2.基性岩类:
辉长岩﹡、辉绿岩﹡、玄武岩﹡。
3.中性岩类:
闪长岩﹡、安山岩﹡。
4.酸性岩类:
花岗岩﹡、花岗斑岩﹡、流纹岩﹡、正长岩﹡、正长斑岩、粗面岩。
5.脉岩类:
伟晶岩﹡、细晶岩。
6.火山玻璃岩类;黑曜岩、珍珠岩、松脂岩、浮岩*。
五、实验报告:
详细描述以上带﹡的岩石。
(做在实验报告本上)
实习五常见沉积岩的观察和认识
一、目的要求:
1.熟识一些主要沉积岩并根据其成因和组成成分分类定名。
2.通过实验逐步学会观察和描述沉积岩的方法。
二、准备工作:
1.复习教科书第四章有关沉积岩主要特征及本实验指导书。
2.工具:
放大镜、小刀等。
三、实验步骤:
鉴定沉积岩应以岩石的颜色、胶结物、矿物成份、结构、构造、分选性及磨园度等方面顺序描述。
1.颜色:
写岩石总的颜色,看岩石的新鲜面。
把次要颜色放在前面做形容词。
如紫红色砂岩即主要是红色带有紫色。
沉积岩的颜色决定于沉积岩的成份,沉积环境或后来经风化作用造成的。
如铁的化合物,高价氧化铁呈红色、褐色、黄色。
锰的氧化物呈黑色或紫色。
有机物呈黑色等等。
在氧化环境下的沉积物多呈红色,而还原作用下沉积物变为绿色。
风化作用可使黄铁矿呈红色,黄铜矿呈绿色。
我们记录时应详细描述。
2.胶结物:
用于碎屑岩
(1)硅质胶结:
硬度大于小刀,如盐酸不起泡。
(2)铁质胶结:
颜色发红、紫或紫红色。
(3)粘土胶结:
土状,在水中能泡软。
(4)钙质胶结:
加盐酸起泡。
3.矿物成份:
根据成因可分三类:
(1)碎屑矿物:
长石、石英、白云母一类稳定矿物颗粒。
(2)粘土矿物:
高岭石、胶岭石、水云母、铝土矿等。
(3)化学和生物成因矿物:
方解石、白云石、铁锰的氧化物和氢氧化物以及石膏、石盐等。
观察时要注意各种成份的含量(%),如岩石中含某种成份在25~50%时称为“质”如砂质页岩,即页岩中含砂25~50%,含有5~25%的混合物时称“含”,如含铁砂岩。
4.结构、构造、分选性、磨圆度等(见图)。
依据以上特点给予命名。
描述举例:
长石砂岩:
肉红色、粘土质胶洁,主要成份是钾长石及石英颗粒。
正长石占25%,岩石致密块状,中粒结构。
……
碎屑圆度分级图
0.棱角状;1.次棱角状;2.次圆状;3.圆状;4.极圆状
水平层理(上)和斜层理(下)
图中相邻斜层理间的直线界面为层面
5.沉积岩分类。
沉积岩分类表
岩类
沉积物质来源
沉积作用
岩石名称
碎
屑
岩
类
沉积碎屑岩亚类
母岩机械破碎碎屑
机械沉积为主
砾岩及角砾岩
砂岩
粉砂岩
母岩化学分解过程中形成的新生矿物——黏土矿物为主①
机械沉积和胶体沉积
泥岩
页岩
黏土
火山碎屑岩亚类
火山喷发碎屑
机械沉积为主
火山集块岩
火山角砾岩
凝灰岩
化学岩和生物化学岩类
母岩化学分解过程中形成的可溶物质、胶体物质以及生物化学作用产物和生物遗体
化学沉淀和生物遗体堆积
铝、铁、锰质岩
硅、磷质岩
碳酸盐岩
蒸发盐岩
可燃有机岩
四、实验内容:
1.碎屑岩类:
砾岩﹡、角砾岩﹡、石英砂岩﹡、长石砂岩﹡、粉砂岩﹡。
2.火山碎屑岩类:
火山集块岩、火山角砾岩﹡、凝灰岩﹡。
3.粘土岩类:
泥岩﹡、铁质页岩﹡、钙质页岩、油页岩﹡。
4.化学岩、生物化学岩类:
石灰岩﹡、白云岩﹡、泥灰岩﹡、鲕状灰岩﹡、竹叶状灰岩、硅藻土等。
五、注意事项:
1.沉积岩的某些特征(如层状构造、交错层理、波痕、干裂、结核、鲕状、竹叶状、合化石等)与它的成因有联系,必须描述。
2.沉积岩中胶结物的成份、胶结方式也要作记录。
六、实验报告:
详细描述以上带﹡的沉积岩。
(做在实验报告本上)
实习六常见变质岩的观察和认识
一、目的要求:
认识变质岩并且学会观察和描述变质岩。
二、准备工作
1.复习有关教科书中变质岩部分及本实验指导书。
2.用具:
放大镜、小刀等。
三、实验步骤:
基本同岩浆岩。
只是在结构、构造方面有其本身的特点。
1.结构:
变晶结构、变余结构。
2.构造:
板状、千枚、片状、片麻、块状变质构造等。
四、实验内容:
观察、描述和定名以下岩石:
片麻岩*、片岩*、千枚岩*、角岩*、大理岩*、石英岩*、矽卡岩*、板岩*、蛇纹岩*、混合岩*。
五、实验报告:
详细描述以上带﹡的变质岩。
(做在实验报告本上)
实习七地质罗盘的使用
一、目的要求
认识地质罗盘,学会用它测定岩层产状要素,并掌握记录产状要素方法。
二、地质罗盘的构造
地质罗盘的主要构件有:
磁针、顶针、制动器、方位刻度盘、水准气泡、倾斜仪(桃形针)、底盘等。
地质罗盘有多种形式其内容大同小异。
它有以下特点:
1.罗盘安放在长方形底座上,刻度盘上的0~180线(即南北线)平行于底座的长边。
2.方位刻度00~3600,按逆时针方向刻制,东、西的位置和实际位置相反。
3.方位刻度盘的内圈有倾角刻度盘,刻度盘上与东、西线一致的00,与南、北线一致的900。
4.罗盘上常有简易水平仪,可用以粗略测任一目标的仰角或俯角。
三、地质罗盘的使用
1.测量方向:
用罗盘测量任一目标的方向时,永远以00(即N方向)对准目标,使水平泡居中,然后读指北针所指的方位刻度盘上的数字,即为所测目标的方位角。
记录时除记方位角值外,一般还冠以所处象限名称,如SW2300,NE600等。
图4-13岩层的产状要素
a代表倾角
2.在地形图上定点:
如果地面有明显标志,很容易在地图上找到所在位置,如果地面附近无明显的标志,可以利用罗盘测定不在同一方位上的两个目标(如房、塔、山顶三角架等,这些目标物一般是画在地图上的)的方位角。
然后在地形图上通过所测的两个目标作出两条方位线,其交点即为所求点的位置。
这种方法叫后方交汇法,如果作三条这样方位线还可以校正该点的位置。
3.测量岩层产状要素:
(1)测量走向;将罗盘长边与层面接触,使罗盘水平,此时罗盘长边与岩层的交线即为走向线;指针(两头)所指的度数,即为所求的走向。
(2)测量倾向:
将罗盘短边与层面接触,罗盘上00(即N字)指向岩层的倾斜方向,使罗盘水平。
此时指北针所指的度数,即为所求的走向。
(3)测量倾角:
将罗盘的长边垂直走向(或平行最大的倾斜线)并立起放在层面上,此时桃形针在刻角度盘上所指的度数,即为所求的倾角。
真倾角α与视倾角γ
走向有两个方向,倾向只有一个方向。
倾向与走向的方位角之差为±900。
倾角的变化介于00~900间。
如:
走向
,倾向SE1450,倾角<350
在实际工作中,往往只测倾向和倾角就可以了。
(1)在图件上岩层产状用符号表示:
如┣350(长线代表走向,短线代表倾向,数字代表角度)。
(2)野外测定产状时,一定要先从大处着眼,看好大体总的倾向后才能在局部位置上测量具体数据。
注意测量真倾角。
(3)对于岩石节理、片理、断层等产状要素可用以上方法同样测量。
四、GPS的使用
1、GPS的概述
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成,除此之外,测量用户当然还应有卫星接收设备。
空间卫星群GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成,并均匀分布在6个轨道面上,各平面之间交角为60o,轨道和地球赤道的倾角为55o,卫星的轨道运行周期为11小时58分,这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。
GPS的地面控制系统GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站,主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去;同时还对卫星进行控制,向卫星发布指令,调度备用卫星等。
监控站的作用是接收卫星信号,监测卫星工作状态。
注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。
GPS地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。
GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成,其作用是接收GPS卫星发出的信号,利用信号进行导航定位等。
在测量领域,随着现代的科学技术的发展,体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。
2、GPS的应用
利用GPS的定位技术可以准确的确定考察的路线、位置、高度等有关地理信息。
也可利用高精度GPS测量地球表层的板块运动。
这样有利于确定地层位置和性质。
我们使用的的是手持GPS。
首先打开开关,进入到主页,然后进入到测量经纬度,同时注意至少有三颗以上的星信息较强,即可以使用该数据。
五、实验报告
1.写出室外地质罗盘使用的简单方法。
2.观察并写出GPS的使用方法。
实习八地质图的阅读和分析
一、目的要求
1.初步掌握阅读和分析褶皱和断裂、岩浆岩体和不整合地层的地质图的方法。
并根据图上资料简述各类构造组合特征及区域地质发展历史。
二、有关说明:
1.地质图的概念:
将地质调查成果(组成地层的岩石、年代、构造特征、矿产、地质施工、古生物、地貌、水文等等)用规定的符号、颜色按比例概括投影到平面(地形图)上的图件。
有时为突出某一方面的地质成果、分门别类作出各类图件来。
如:
矿产分布图、构造图、水文地质图、工程地质图、岩相——古地理图、第四纪地质图等等。
一幅正规的地质图应有图名、比例尺、图例、编图单位和编图日期。
地质图是找矿、勘探、建筑、科研方面工作资料来源之一。
它是地质工作人员经过巨大劳动,把地质资料分析、综合、编制成立的。
一般说来包括平面图、剖面图。
这样可以互相对照、相互补充。
2.地质图内容:
地质图首先包括地形图内容。
另外:
(1)地层:
岩性、时代、产状。
(2)构造:
褶皱,断层,节理等。
(3)岩浆岩:
规模大小、时代以及与断层、褶皱矿产关系等。
三、乌鲁木齐及其郊区地质图的阅读
读地质图大致顺序:
1.从外到内:
看图名、比例尺、图例、作图日期、作图人,再看图内地形大势,再看地质内容。
2.图例中看清从老到新的地层、构造、岩浆活动期等,再结合图内找出具体位置。
最后进行综合分析。
四、编制剖面图的步骤:
1.制订剖面线的位置:
剖面线位置在能够反映该地区构造性质的方向上,一般是垂直于区域岩层的走向或构造轴向。
在地质图上取剖面,其方向应垂直于总构造轴向。
2.选定比例尺:
一个剖面上的比例尺包括垂直比例尺,水平比例尺两种,一般这两种比例尺取大小相等。
3.作地形剖面。
4.地质充填:
将产状要素、岩层厚度、构造轮廓按一定位置画出在地形剖面上。
五、实验报告:
(1)在教师指导下阅读、分析地质图,并写出阅读感想。
(2)在××山一带地质图上作出AB的剖面图,写出方法。
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