煤矿地质学1

煤矿地质学煤矿地质学 1 1 煤矿地质学 教 案 第一章地球 矿产是人类赖以生存和发展的重要资源,各种矿产都存在于地壳之中,它们是 地壳物质运动和演变的产物。这些运动和演变不是孤立地进行,而是与地球内外 的物质运动,以及与其它星体特别是太阳有密切关系。 因此,在学习煤矿地质有关 内容以前,应了解有关地球的知识 。 第一节 地球概况 一、宇宙和地球 地球处于广袤无垠的宇宙之中，是太阳系的一个行星，而太阳系又是银河系的 一个星系，宇宙则是由许许多多像银河系甚至更庞大的星系团组成。因此，了解 地球之前应首先了解宇宙和天体。 一宇宙和天体 宇宙是无限发展的物质世界， 在空间上是无边无际的， 在时间上是无始无终的。 宇宙 空间包罗万象，大至天体、星系、总星系、小至星际物质、分子、原子， 凡一切客观存在 皆包涵于宇宙之中。 宇宙空间充满着形形色色的物质， 它们处于不断运动和变化之中。随着科学技 术的发展， 人类对宇宙的认识范围不断扩大，目前我们所能观测到的宇宙范围称 为总星系，半径约 100 亿光年。总星系内的星体并不是均匀分布的，一群群的恒 星组成漩涡状、椭圆状、透镜状以及其它不规则形状，称为星系。总星系中约有 1 1 / 7 7 十几亿个星系， 一个星系中约有十几亿至上千亿颗恒星。太阳所在的星系叫银河 系。 二银河系 银河系，俗称“天河”，是一个巨型旋涡状星系，正面呈旋涡形，侧面呈扁平 形。银河系大约包含 1500 多亿颗恒星，除此以外，还有星云等星际物质和各种 射线。 银河系的直径约 10 万光年， 是 太阳系直径的 8000 万倍， 中心厚度约 15000 光年，边沿厚度约 30006000 光年。太阳距银河系中心约 27700 光年。 银河系 的主要成员是恒星。 恒星是由巨大质量的炽热气体组成的能自己发光发热的球状 天体。 维持恒星辐射的能来自氢的热核反应。夜空中所见的点点繁星绝大多数是 恒星。 太阳在银河系中是一颗中等恒星。恒星的大小、质量、密度、发光强度、表面 温度等有着很大的差异。银河系中有些恒星体积比月球还小，亮度只是太阳亮度 的几十万分之一，密度却比太阳大几十万倍；有些恒星体积比太阳大 100 亿倍， 亮度也比太阳大几十万倍，而密度却只有太阳的几亿分之一；有的恒星表面温度 高达几万度，而有的恒星表面温度只有几千度。 银河系，除了恒星之外还有行星、卫星、流星、彗星和星云等天体。天体之间 的广阔空间并非虚空无物，而是充满着星际物质。它是由星际尘埃直径 0.3-3 μm和星际气体主要有 Ca、Na、K、Ti、Fe、H 等元素组成，密度很小，只有 地面大气的万亿亿分之一。星际物质能吸收可见光和 X 射线， 但不吸收红外线和 无线电波。 宇宙射线是来自宇宙的高能粒子，主要是质子氢原子核，占射线 的 87％；其次为α粒子氦原子核，占 12％；还有少量其它原子核、电子和高 能粒子如 X 射线、γ射线等。宇宙射线的能量一般小于 1017eV。宇宙射线的 带电粒子传播到地球时与大气层的原子相互碰撞使能量大大削弱，减至约 1010eV， 并使大气电离产生新的粒子。 三太阳系 太阳系是银河系的一个普通成员。太阳系有九大行星和已编表的 1800 多个小 行星，分别围绕太阳公转，并绕轴自转。太阳是太阳系的中心天体，它的质量巨 2 2 / 7 7 大，能发出强烈的光和热。围绕太阳旋转的是一个天体体系图 1-1，除了行星 外还有 34 个卫星， 已观测过的约 1000 个彗星和数百个流星群，以及散布期间的 星际物质。此外，还有许多小行星、彗星、 陨星等小天体。太阳系目前以冥王 星轨道为边界，直径为 11.83109Km。在太阳系的九大行星中以木星最大，水星 最小。 图 1-1太阳系组成示意图 二、地球的形状和大小 关于地球的形状和大小， 人们的认识经历了一个由圆球体到二轴椭球体，到三 轴椭球体，又到梨状体的不断深化的过程。很长时间以来，地球一直被认为是球 状体， 当最早使用较精确的三角测量法对地球的形状进行研究时，发现通过极点 的半径与赤道半径相差 21km，认识到地球不是一个理想的球体，而是沿旋转轴 被压扁。后来，牛顿从理论上证明，在引力作用下，地球沿旋转轴方向受挤压力 作用，使其具有椭球或旋转球体的形状。牛顿的这一理论和计算，后来被世界各 国完成的经线或纬线弧的测量所证实；同时这些测量还表明，地球不仅沿两极方 向被压扁，而且沿赤道也有某种程度的被压扁，最大和最小赤道半径长度相差 213m， 也就是说， 地球不是两轴的， 而是三轴的椭球体。 根据卫星轨道分析发现， 地球也并非是标准的旋转椭球体，而是一个梨状体，北极凸出约10m，南极凹进 约 30m，中纬度在北半球凹进，在南半球凸出图 1-2。 图 1-2 大地水准面实线与旋转椭球面虚线的关系示意图 实际的地球表面崎岖不平， 为了便于测算，以平均海面通过大陆延伸所形成的 封闭曲面作为参考面，此参考面称为大地水准面。地球的形状和大小通常就是指 大地水准面的形状和大小。大地水准面是一个等位面，其上的重力方向处处都与 该表面垂直， 这样就可以引入重力的概念，结合大地测量对地球的形状和大小进 行研究。 目前利用人造卫星轨道变化作校正，已经可以相当精确地求得地球的各 种数据。 3 3 / 7 7 表 1-1 为 1975 年第十六届国际大地测量和地球物理学会ＩＵGG决议采用的 根据人造卫星观测及卫星轨道变化推算的地球形状数据。 表 1-1地 球 形 状 参 数 三、地球的表面特征 地球的表面积大约为5.1亿km2， 分为陆地和海洋两大部分。 陆地面积约为1.49 亿 km2，约占地球表面积的 29.２％；海洋面积约为 3.62 亿 km2，约占地球表面 积的 70.8。海陆面积之比约为 2.5∶1，它们在地球表面分布极不均匀，65以 上的陆地分布在北半球，即使如此，陆地也近占该半球面积的39；地球表面形 态最明显的特征是高低起伏不平。大陆的平均海拔高度为 875m，最高处为珠穆 朗玛峰， 海拔 8848.13m， 最低点为死海， 达－397m； 海洋底的平均深度为 3729m图 1-3，最深处为太平洋马里亚纳群岛东侧的马里亚纳海沟，深达 11033m。以平 均海平面为标准，地球表面上的高度统计有两组数值分布最广泛一组在海拔 01000m 之间， 占地球总面积的 20.8； 一组在海平面以下， 其中又以 40005000m 深的海盆面积最广，占地球总面积的 22.6。 图 1-3海陆起伏曲线表示不同高度地形所占百分比 a频率分配；b积累高深曲线 （一）陆地的表面形态 大陆按高程特征，可分为高山、丘陵、平原、高原、盆地和洼地等地形单元。 其中，低于海拔 1000m 的平原、丘陵、盆地面积最大，占地球表面积的20.8％。 大陆部分最主要的地形特征是有一系列呈弧形或线形展布的山系。其中，海拔在 4 4 / 7 7 5001000m 的称为低山；10003500m 的称为中山；大于 3500m。的称为高山；一 般呈线状分布称为山脉，如欧洲的阿尔卑斯山脉，亚洲的喜玛拉雅山脉等。 陆地上还有被山系