第一章岩石矿物风化与土壤形成

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1、第一章 土壤学中的地质学基础主要教学目标：本章是土壤学的基础， 内容始终贯穿于整个土壤学课程。 主要要求学生掌握主要造岩矿物和常见岩石， 且对地质作用有一定的了解。 由于本章名词多且内容抽象枯燥， 因此在教学过程中必须借助多媒体教学和实习实验来完成。那么为什么要研究地质学基础呢？地质学主要研究地球的组成、 构造、 发展历史和演变规律。 在当前阶段主要研究固体地球的最外层即岩石层。土壤学中地质学基础主要学习造岩矿物、岩石和地质作用。地壳是地球外部由固体岩层所构成的外壳， 而岩石是构成整个地壳的基本物质， 土壤矿物质是由各种矿物所组成的岩石风化而来的。 因此地壳的组成、 运动和地貌的产生与土壤矿物

2、质有密切的关系。 而土壤矿物质的成分和性质又对土壤的形成过程、 理化和生物学性质，以及养分状况和肥力水平等有很大的影响。主要内容：第一节 矿物学知识第二节岩石学知识第三节地质作用主要讲解内容第一节 矿物学知识一、概述矿物是人类生产资料和生活资料的重要来源之一。 合成纤维由石灰岩加工制成， 而石灰岩是由方解石这种矿物组成的。盐湖中产出的石盐，入药的辰砂、磁石、石膏，做香皂、牙膏用的滑石，栽花用的蛭石，冶炼成钢的赤铁矿也是矿物。二、矿物的概念矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下所形成的自然均质体。地质作用指火山爆发，地震，岩石风化等。1、类型根据矿物形成原因可分为：原生矿物由地壳内部岩浆冷却后形

3、成的矿物。次生矿物由原生矿物进一步风化形成的新的矿物。如方解石是有碳酸钙溶液沉淀而来的；高岭石是由钾长石风化来的。2、矿物数量世界上矿物有 3000多种，常见的有 50多种，而和土壤形成有关的造岩矿物有2030多种三、矿物的主要特征主要根据矿物的一些物理性质来区分， 这是最简单最实用的方法， 也是土壤工作者常用的方法。1 、 颜色 矿物的颜色是最容易引起注意的。分为三种：自色矿物本身所固有的颜色它色矿物中混入杂质，带色的气泡所导致的颜色。假色由矿物表面氧化膜、光线干涉等作用引起的颜色。2 、 条痕 ：矿物粉末的颜色。它可以消除假色，减弱他色，保存自色。比颜色更具有意义。赤铁矿颜色可能有赤红、黑

4、灰等色，但其条痕为樱红色；黄金和黄铁矿，颜色大体相同，但黄金条痕为金黄色，黄铁矿为黑色或黑绿色。3 、光泽 ：矿物表面对光线反射所呈现出的光亮。可分为三类：金属光泽：具有金属的光亮，如黄铜矿、黄铁矿等非金属光泽：可细分为：金刚光泽，如金刚石；脂肪光泽，如石英；玻璃光泽，如正长石、方解石；珍珠光泽，如白云母、滑石等；丝绢光泽，如石膏、石棉等。半金属光泽：如赤铁矿。4、硬度：矿物抵抗外力刻划的能力。硬度采用相对大小来衡量。常用摩氏硬度级1 2345滑石石膏方解石萤石磷灰石678910正长石石英黄玉刚玉金刚石在野外工作中，常用指甲 2.5, 铜板 3.0, 小刀 5.5, 玻璃 5.5, 钢锉 6.

5、5.5、解理: 矿物在外力的作用下, 沿一定方向裂开。可分为 :极完全解理完全解理中等解理不完全解理极不完全解理6、断口：在外力作用下，破裂成不平坦、不规则的断面。7、其它特性：弹性；与盐酸反应的程度；磁性等。注意：鉴别矿物一般仅需要矿物本身比较典型的几个特征。四、矿物的分类。矿物的分类方法很多，当前常用的是根据矿物的化学成分类型分类：共分5 类：（一） 自然元素矿物这类矿物较少， 包括人们熟悉的矿物， 如金、 自然银、 自然汞、 自然铜、 硫磺、 金刚石、石墨等。金刚石（ Diamond） ，颜色丰富多彩：无色、白色、灰色、黄色、红色、脸色、绿色或黑 色，条痕是白色。主要用于钻探研磨方面，还

6、广泛用于微波、激光、三极管、高灵敏度温度 计等尖端技术方面。同时是一种价值不菲、众所瞩目的宝石。在已知矿物中为最硬的一种，不能被任何其他矿物刻划。透明金刚石琢磨后称钻石。在我国的山东、辽宁、湖南省沅水流域、贵州、西藏等都有丰富的金刚石资源。（二） 硫化物类矿物本类是金属元素与硫的化合物。 大约有 200 多种， 许多铜、 铅、 锌、 钼、 锑等金属矿床，就是由这类矿物富集而成的。1、辰砂（HgSS又叫朱砂，颜色和条痕为朱红色，硬度2 2.5 ,比重为8.09 8.20 ,新鲜面具金刚光泽。暴露在空气中比较稳定，为重要的炼汞矿物。2、黄铁矿 Fe S 2 颜色为浅黄色，条痕为黑色，硬度6 6.5

7、3、黄铜矿 CuFeS2 颜色为金黄色条痕黑色，硬度3.5 4黄铜矿与黄铁矿、金的颜色基本一致，容易相混， 但黄铜矿与黄铁矿的条痕为黑色，而金的条痕为金黄色；另外硬度不同，金硬度为 2.5 3，很容易用小刀刻划。4、雄黄( Realgar )成分 AsS 加热后会释放出强烈的大蒜味，雌黄溶于硝酸后，硫可溶解出来。5、雌黄( Orpiment )成分As2S3 加热后会释放出强烈的大蒜味。(三) 氧化物及氢氧化物类矿物这类矿物分布相当广泛，共 180 多种。包括重要造岩矿物石英以及铁、铝 锰、铬、钛等的氧化物或氢氧化物。1、石英：是最常见的矿物之一。占地壳重量的12.6% ，其含量仅次于长石。晶

8、体为六方柱状，或锥状，在晶面上有明显的条纹。此外，还有还有一些致密的块状集合体或隐晶质矿物集合体。颜色种类多，有白色、灰色、紫色、红色、黄色黑色等，常见的是无色透明。石英的硬度7，用小刀刻不动。石英的晶体具有典型的玻璃光泽，隐晶质的石英矿物具有脂肪光泽。对土壤肥力的作用： 纯石英不含养分， 在土壤中主要以砂粒存在， 可以改善粘重土壤的通透性。无色透明的晶体为水晶，透明，具有玻璃光泽。紫水晶含有锰离子；烟水晶含有机质；芙蓉石含铁锰。由二氧化硅胶体沉积而成的隐晶质矿物，白色、灰白色者称玉髓；白、灰、红等不同颜色组成的同心层状称玛瑙；不纯净、红绿各色称碧玉；黑、灰各色者称燧石。含有水分、硬度稍低、具

9、脂肪或蜡状光泽为蛋白石。2、赤铁矿：Fe2O3常呈鲕状、肾状，颜色为赤红色，条痕为樱红色，半金属光泽。3、 磁铁矿：Fe3O4 条痕为黑色，有很强的磁性。4、褐铁矿：FeO (OHnH2O常呈肾状、土块状，颜色呈褐色至黑色，但条痕比较固定为黄褐色，半金属光泽到土状光泽。5、 刚玉( Corundun )成分为Al 2O3 颜色多变，条痕为白色，玻璃光泽或金刚光泽。6、红宝石(Ruby)刚玉的红色变种，条痕为白色。7、 蓝宝石( Sapphire )刚玉的蓝色变种，条痕为白色。(四) 含氧盐类矿物为金属元素与各种含氧酸根的化合物，种类多，数量很大。一)硅酸盐类矿物这类矿物有800 多种，约占已知

10、矿物的1/3 。占地壳重量的 3/4 。是构成地壳的主要造岩矿物。1、正长石： K2O.Al 2O3.6SiO 2又叫钾长石，肉红色或浅黄白色，晶体为短柱状(在岩石中为不完整的短柱状颗粒) ，常具有卡斯巴双晶或穿插双星，硬度6 。正长石容易风化形成高岭石，为土壤提供钾。2、斜长石：由钠长石(Na2O. Al 2O3.6SiO 2)和钙长石(CaO. Al 2O3.6SiO 2)组成。在岩石中为板状或细柱状的颗粒， 在晶面上可见聚片双晶 (细而长的双晶纹) 。 灰白色，硬度 6.5 左右，为土壤提供钙。正长石是因两组解理面直交而得名；斜长石是因两组解理面斜交(86)而得名；正长石和斜长石及其各变

11、种，称为长石类矿物，约占地壳重量的50%，是分布最广的第一重要造岩矿物。3、辉石：（Ca, Na） （Mcg, Fe, Al） （Si , Al） 2Q绿黑色，短柱状或近似粒状，硬度 56, 玻璃光泽。为土壤提供钙、铁、镁等养分。4、角闪石：（ Ca2Na） （ Mc， Fe） 4（Al,Fe ） （Si ， Al） 4O11OH2 黑绿色，长柱状或近似细长条状，硬度56,玻璃光泽。为土壤提供钙、铁、镁等养分。5、云母：通常呈片状或鳞片状，具有扑玻璃光泽或珍珠光泽。硬度 23,极完全解理，薄 片有弹性。具有高度的不导电性。常见的种类有：（ 1 ）白云母 ,KAl 2AlSi 3O10OH 2

12、无色，可为土壤提供钾。（2）黑云母：K（Mc， Fe） 3AlSi 3O10OH 2 黑色，为土壤提供钾、铁、镁等养分。（ 3）金云母：KMc3AlSi 3O10OH 2 金黄褐色，具有半金属光泽。6、橄榄石：橄榄绿色，立方形晶粒，断口常为贝壳状，硬度 6.57。可为土壤提供铁、镁等养分。7、高岭石：是一种粘土矿物，白色、浅灰色或浅红等，硬度，1 2.5 。有吸水性（可粘舌） ，遇水有可塑性。高岭石及其近似矿物和其它杂质的混合物，通称为高岭土。是制陶瓷的主要原料。二）碳酸盐类矿物1、方解石：CaCO3主要是由CaCO3 溶液沉淀或生物遗体沉积形成的。晶体菱形，乳白色，完全解理（锤击成菱形碎块因

13、此得名方解石） ，硬度 3，与盐酸强烈冒泡。无色透明者称冰洲石，是重要的光学材料。2、白云石：CaCO. MgCO结晶形状和解理同方解石，晶面和解理面弯曲（方解石为平直） ，其粉末遇盐酸冒泡但很 微弱。3、孔雀石Cu CO3OH2 和蓝铜矿经常共生在一起。孔雀石的颜色和条痕为翠绿色，蓝铜矿的颜色和条痕为天蓝色，可作装饰品和艺术品。三）硫酸盐类矿物1、石膏：CaSQ. 2HO晶体为纤维状、板状等，白色，硬度2 ，完全解理。透明的石膏，叫透石膏；纤维状的集合体叫纤维石膏；粒状石膏的集合体称雪花石膏。第二节 岩石学知识一、岩石概述自然界的矿物并不都是独立存在的 , 而经常是有规律的以集合体形式存在.

14、岩石： 由一种或多种矿物有规律组合而成的矿物集合体 .根据岩石产生的原因 , 可分为三大类:岩浆岩由熔融的岩浆上升到地壳不同深度或喷出地表冷凝结晶而成。沉积岩在地表条件下，各类岩石风化破坏后的产物，经搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。变质岩各类岩石，在地球内力作用下，经过变质作用形成的岩石。二、岩浆岩又叫火成岩1 、概念：当岩浆上升侵入地壳或喷出地表冷却后形成的岩石岩浆：形成于地壳深处或上地幔中，由两部分组成：一部分是以硅酸盐熔浆为主体，在一定条件下凝固后形成各种岩浆岩； 另一部分是挥发成分，主要是水蒸气和其他气态物质。岩浆的化学成分用氧化物表示，主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化亚铁

15、、氧化钙、氧化钾等。其中二氧化硅含量最大。根据二氧化硅的相对含量，分为酸性岩浆（65%） 、中性岩浆（5265%） 、基性岩浆（4552%）和超基性岩浆（2mm如果碎屑棱角明显，则成为角砾状结 构。砂质结构：成分为矿物碎屑，直径为20.05mni可细分为粗砂20.5 mm中砂0.50.25 mm,细砂 0.25 0.10 mm,微细砂 0.10 0.05 mm。粉砂质结构：成分为矿物碎屑，直径为 0.050.005mm=泥质结构：成分以粘土为主，直径64mni勺粗火山碎屑固结而成。火山角砾岩：主要由粒径为2mnr64mm的火山碎块固结而成。凝灰岩：主要由直径2mm 的火山灰或火山碎屑固结而成，

16、可有黄、灰、白、棕、紫等不同颜色。（ 2 ）沉积碎屑岩砾岩由直径大于2mm勺碎屑颗粒胶结组成。碎屑称为砾。如砾带棱角，则称角砾岩c具砾状结构。砂岩 由20.05mm的砂粒胶结组成，具砂质结构。根据矿物成分可分为石英砂岩和 长石砂岩。颜色取决于矿物成分和混入的其它成分。砂岩的物理特性好，但养分缺少。页岩 属粘土岩类。由颗粒直径0.005mm 的微细颗粒组成，成分主要是粘土矿物和少量细小的石英颗粒。致密状泥质结构，颜色多样，手感很细滑，不透水，泡不软。（ 3 ）碳酸盐类石灰岩 含方解石大于50%，遇稀HCl 反应强烈。白云岩 白云石大于50%，粉末遇稀HCl 冒泡。四、变质岩：1、概念在地球内力作

17、用下，各类岩石经过变质作用形成的岩石。变质作用是在一定温度、压力等条件下进行的，风化作用是在一般温度、压力等条件下进行的。引起变质作用的因素有三种：温度：来源于地热、岩浆热、摩擦热。关于引起变质作用的温度的上下限不太一致，在有水流存在时，上限为700900 度，下限为150200度。压力：有静压力、定向压力二种。静压力又叫围压，具有均向性。定向压力是一种侧向压力，可使岩石变形或破碎、重结晶，使矿物定向排列。热气和热液：热气和热液中的化学物质，引起变质岩矿物和化学成分的变化。2、 变质岩的结构变晶结构由于重新结晶所形成形成的结构。包括等粒变晶结构、斑状变晶结构和鳞片状变晶结构。变余结构部分还保留

18、原岩的结构。3、 变质岩的构造（ 1 ） 变成构造：又分为片理构造和块状构造二种：片理构造 岩石中的矿物排列定向。是变质岩中最常见、最带有特征性的构造。矿物平行排列所成的面称为片理面，它可以是平的，可以是波浪状的。可分为以下几类：板状构造：由微小矿物晶体定向排列成平行板状，板面平整微具光泽。千枚构造：由细小片状矿物定向排列而成，片理面具丝绢光泽，具有小弯曲和皱纹。矿物晶粒微细，用肉眼无法识别。片状构造：矿物呈鳞片状或柱状，平行排列，形成薄层片状，片理面粗糙。片麻构造：由较粗的粒状矿物组成，它们和一定数量的柱状、片状矿物定向排列，形成断续条带状。块状构造 岩石中的矿物无定向排列。（ 2 ）变余构

19、造4、几种主要的变质岩板岩 变质程度低， 由页岩、 粉砂岩等变质而来， 板状构造或变余构造， 有微弱光泽。千枚岩 变质程度较板岩深， 千枚状构造， 片理面具丝绢光泽， 在岩石端面上可见到许多平行排列的薄片。片岩： 可由各种岩石变质形成， 片状构造，鳞片状变晶结构。 主要由片状或柱状矿物如云母、滑石、角闪石定向排列而成。片麻岩：岩石中的柱状和粒状矿物分别呈定向排列，具有片麻构造，等粒状变晶结构。矿物种类有石英，正长石，云母，角闪石。大理岩：云南的大理而得名。由石灰岩和白云岩等碳酸盐类变质而来， 块状构造， 等粒状变晶结构， 白色或具各种条纹， 方解石大理岩遇盐酸剧烈冒泡， 而白云石大理岩则反应微

20、弱。石英岩：由石英砂岩变质而来，块状构造，等粒状变晶结构，矿物组成为石英，纯石英岩多为乳白色，具脂肪光泽。第三节 地质作用一、概述1、地质作用使地球的物质组成、内部构造和地表形态发生变化的作用，总称为地质作用。2、地质营力引起地质作用的自然力称为地质营力。可分为地质内营力和地质外营力。地质内营力由地球内部的能引起，主要有地内热能、重力能、地球旋转能等；地质外营力主要由太阳能、潮汐能和生物能引起。3、地质作用的分类地质内力作用：地震、变质作用、岩浆活动和构造运动；地质外力作用：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。二、地壳的内营力作用和地貌1、地壳的升降运动和地貌引起海陆面积的变化。

21、地壳上升，大陆面积扩大，海洋面积逐渐缩小；地壳下降，大陆面积逐渐缩小扩大，海洋面积逐渐扩大。2、地壳的褶皱运动与地貌褶皱运动：是指原来水平或近似水平的岩层变成褶皱而隆起形成山脉的运动。褶皱后岩层形成一个弯曲，称为褶曲，有背斜和向斜两种形式。3、地壳的断裂运动与地貌地壳的断裂运动是岩层的连续性受到破坏，而产生断裂和错位现象。岩层断裂后产生断裂面。断裂运动分为节理和断层两大类：节理就是断裂两侧的岩块沿着破裂面没有发生明显位移的断裂运动。在岩石中有规律、从横交错的裂隙就是节理。断层：岩块岩块沿着破裂面发生了明显位移的断裂运动。可形成地垒、地堑等。三、地壳的外营力作用和地貌1、流水的地质作用和地貌斜坡

22、水流的侵蚀作用和地貌降雨水流沿自然坡面向下流动，可造成土壤片蚀，在低洼地可形成细沟侵蚀。暂时性洪流作用与地貌暴雨和大量积雪瞬间形成的洪流，在通过山谷流出山口和沟口之后，形成洪积扇。暂时性的水流也可形成侵蚀沟。河流的地质作用和地貌河流是改造地表地貌最主要的地质营力。 河流所经过的线装凹地称为河谷。 河谷由河床、河漫滩、谷坡、砂洲和阶地组成。河流对河谷和河床不断进行着下切侵蚀作用， 使河流加深。 另外河流还使河面不断加宽。2、地下水的地质作用和地形地下水存在于岩石孔隙和裂隙中。 含有一定数量的CO2 对碳酸盐类岩石产生溶蚀、剥蚀、搬运、沉积等作用。地下水的溶蚀作用可形成岩溶地形，常见岩溶地形有：（

23、 1 ）溶沟和石芽. 发育高大，沟坡近于垂直的峰林称石林。（ 2 ）溶洞. 如广西桂林的七星岩、芦笛岩等，是著名的旅游胜地。溶洞中有大量的地下室沉积物如石笋、石钟乳、石柱等。（ 3 ）落水洞三、黄土和黄土地貌1、黄土：典型黄土的质地为粉沙颗粒，呈灰黄色或黄棕色，疏松多孔，有明显的垂直节理。并含有大量的碳酸钙。主要集中与黄土高原。2、黄土地貌：主要有塬、墚、峁等侵蚀地貌。四、化石保存在地层中的地质时期的生物遗体或遗迹。遗体如动物骨骼、硬壳遗迹如动物的足印、虫穴、蛋类、人类石器等。并不是所有古生物都能保存下来成为化石。生物成为化石需具有三个条件：首先，生物本身具有硬壳、骨骼等不易毁坏的硬体部分。只

24、有在一定条件下，硬体和软 体才一齐被保存下来。第二，生物死后必须尽快地被沉积物所掩埋，这可避免遗体的氧化腐烂或被其他动物吞食。第三，埋藏下来的生物遗体必须在较长时间内经历一定的填充（如疏松多孔的贝壳、骨骼等被水溶液中的CaCSiO2等所填充）、置换（如有机分子被CaC SiO2等分子所代换）或升馏（如植物叶子、昆虫的角质外壳中的氢、氧等成分挥发逸出）等作用才能成为化石。如三叶虫化石、恐龙化石、木化石（或硅化木）等。本章重点：主要是常见造岩矿物和岩石的签别特征。造岩矿物主要有石英、正长石、白云母、辉石、角闪石、方解石、白云石。主要岩石有花岗岩、流纹岩、正长岩、玄武岩、闪长岩、砂岩、石灰岩、页岩、

25、板岩、片岩、片麻岩、大理岩。本章难点：主要是岩石的结构和构造。三大类岩石的结构和构造的含义基本一致。对结构和构造名词的理解一定要同机械设备中的名词相区别。复习思考题一、名词解释1、原生矿物； 2、次生矿物；3、造岩矿物；4、矿物的条痕；5 、矿物的硬度；6、矿物的解理；7、矿物的断口；8 、岩石；9、岩浆岩；10、喷出岩；11 、岩浆岩的结构；12、岩浆岩的构造； 13 、沉积岩；14 、沉积岩的层理构造； 15 、变质岩；16、变质岩的变晶结构；17、变质岩的变余结构18、地质作用；19、地质营力；20、褶曲；21、岩层的节理；22、岩层的断裂二、简答题1、具有鉴别意义的矿物物理性质有哪些？

26、2、在土壤外业工作中，常用什么东西来测试矿物的硬度？这些东西的硬度是多少？3、摩氏硬度计包括哪几种矿物。4、简述石英、正长石、白云母、黑云母、辉石、角闪石的鉴别特征及其对土壤肥力的影响。5、原生矿物中哪些属于浅色矿物？哪些属于深色矿物？6、主要的次生矿物有哪些？7、简述方解石、白云石的主要鉴别特征和一般特征。8、简述赤铁矿的主要鉴别特征。9、简述岩浆岩的分类。10、简述玄武岩、闪长岩、安山岩的结构和构造。11、简述正长岩、花岗岩、流纹岩的结构、构造和矿物组成。12、深成岩有哪些特征？主要根据什么来进行分类？13、浅成岩有哪些特征？主要根据什么来进行分类？14、系统鉴别砾岩、砂岩和页岩。15、简述石灰岩、白云岩的特征。16、变质岩的定向构造有哪几种类型？17、简述板岩、千枚岩、片岩、片麻岩的特征。18、简述大理岩的特征。19、如何区分大理岩和石英岩。20、河流有哪几部分组成？21、根据海拔高程如何划分山地的类型？22、解理和节理有什么不同？