1.2 地壳运动和地质循环

1.2.1 地壳运动

地壳是人类赖以生存和活动的场所，一切建筑物都建在地壳上，它是人类生存和工程建筑的物质环境和基础。根据地球构造理论，地壳是指地球地表至莫霍界面之间一个主要由岩浆岩、变质岩和沉积岩构成的薄壳，是岩石圈的组成部分。地壳的下面是地幔，上地幔大部分由橄榄石（一种密度比普通岩石大很多的岩石）构成。地壳和地幔之间的分界线被称为莫氏不连续面。地壳的质量只占全地球质量的0.2%，其按结构可分为大陆地壳和海洋地壳两种。大陆地壳有硅酸铝层（花岗岩质）和硅酸镁层（玄武岩质）双层结构，而海洋地壳只有硅酸镁层（玄武岩质）单层结构，大陆地壳覆盖地球表面的29%，厚度在30～40km，平均厚度约为33km；海洋地壳平均厚度只有10km。在深度为2km范围内，75%的岩石是沉积岩和变质岩，剩余25%为岩浆岩；在深度2～15km范围内，约95%为岩浆岩，5%为沉积岩和变质岩。土体可能从地面延伸到几百米的深度。

地壳运动是指地壳或岩石圈的隆起和凹陷，包括海洋、陆地轮廓的变化，山脉、海沟的形成，以及褶皱、断层等各种地质构造的形成和发展。地壳运动产生各种地质构造，所以地壳运动又称为构造运动。

地壳运动按其运动方向可分为水平运动和升降运动。地壳水平运动是指地壳或岩石圈块体沿水平方向的移动，如相邻块体分离、相向相聚和剪切、错开，它使岩层产生褶皱、断裂，形成裂谷、盆地和褶皱山系。地壳升降运动是指地壳运动垂直于地表，即沿地球半径方向运动，表现为大面积的上升运动和下降运动，形成大型隆起和凹陷，产生海退和海侵现象。一般来说，升降运动比水平运动更为缓慢。在同一地区不同时期内，上升运动和下降运动常交替进行。“沧海桑田”即是古人对地壳升降运动的直观表述。

1.2.2 地质循环

研究表明，从35亿～36亿年前原始地壳形成至今，在漫长的地质历史岁月中，岩石圈及其下的软流层间存在着大规模的物质循环，又称为地质循环。在地质循环的过程中，组成地壳的矿物和岩石会相互转化。推动地质循环的能量主要来源于地球内部放射性物质的衰变。

图1.1 地质循环示意图

地质循环基本过程如图1.1所示，地质循环的物质主要是地壳的岩石，包括岩浆岩、沉积岩和变质岩。出露于地表的岩浆岩、沉积岩和变质岩在风力、流水、冰川等各种地表营力的作用下，经表层地质作用（风化、侵蚀、搬运、沉积及成岩作用）可以重新形成沉积岩，岩浆岩和沉积岩经变质作用也可形成变质岩。地壳表层形成的岩浆岩、沉积岩和变质岩经构造运动的作用可卷入或埋藏到地下深处，当受到高温作用熔融时，可再生成岩浆，岩浆喷出又可形成岩浆岩。地壳深处的岩浆岩、沉积岩和变质岩经构造运动的抬升及表层地质作用的风化与侵蚀，又可以出露于地表，进入形成沉积岩的新阶段。如此的循环过程即为地质循环。在地质循环过程中，风化、侵蚀、搬运、沉积的过程是同时存在、永不停歇的。

1.2.3 岩石与矿物稳定性

矿物是指在地质作用下天然形成的结晶状纯净物（单质或化合物）。绝对的纯净物是不存在的，所以这里的纯净物是指化学成分相对单一的物质。矿物是组成岩石的基础，组成岩石的矿物称为造岩矿物，如石英、长石、方解石等都是常见的造岩矿物。但矿物和岩石不同，矿物可以用化学式表示，而岩石是由许多矿物、矿物集合体及非矿物所组成的，没有特定的化学式。因此，矿物是自然形成的单质或化合物，化学成分组成变化不大，有结晶结构；而岩石是一种或多种矿物的聚合体，化学成分不定，通常无结晶结构。目前发现的矿物有3000多种，主要的造岩矿物有30多种。

广义的矿物稳定性，指的是一定热动力条件下形成的矿物在热动力条件变化的一定范围内能保持稳定的性质。一般的矿物稳定性，指的是矿物的抗风化性能，亦即造岩矿物在风化带中的稳定性。抗风化性能的差异性反映的是各种造岩矿物在风化过程中风化速度及风化程度的差异性。影响矿物稳定性的因素包括内部因素和外部因素两方面，内部因素是矿物的物理、化学性质（如化学成分、晶体结构、硬度及解理等），外部因素是矿物所处的风化条件（主要是气候条件）。造岩矿物中，铁镁质矿物稳定性差，长英质矿物稳定性强。

岩石的风化稳定性主要指其抗风化性能，主要取决于其所含造岩矿物的稳定性。成分均一岩石的风化稳定性较为均匀，而含有多种造岩矿物的岩石的风化稳定性则有不均匀性，易在矿物稳定性弱的区域形成裂隙或孔洞。