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第四章:探地層 (地震與地球內部層圈的探測 (地球內部層圈 (莫氏不連續面 (由地殼進入地函,P波S波波速皆增快), 地函 (橄欖岩組成), 地殼…
第四章:探地層
地震與地球內部層圈的探測
不連續面的發現
波速在地球內部有跳升或突降的情形,此交界面為不連續面
古氏不連續面
地理學家發現距震央100~140度間沒有P波抵達,此區被稱為P波陰影帶。古騰堡利用P波陰影帶推算出地核
以震波傳遞方式推測地球內部
地球內部均質,且無密度差異
震波由震源呈放射狀傳遞
地球內部均質,但越接近地球內部,密度越大
震波沿著曲線向外傳遞
雷嫚不連續面
內外核交界面,由雷嫚發現在P波陰影帶中存在部分地震波推論而成
震波
P波
波速快,可在固體與流體中傳播
S波
波速慢,僅能在固體中傳波
地球內部層圈
莫氏不連續面
由地殼進入地函,P波S波波速皆增快
地函
橄欖岩組成
地殼
花崗岩或玄武岩組成
古氏不連續面
P波被折射S波無法通過
外核
液態金屬,P波波速大幅下降,S波消失
雷嫚不連續面
P波的強反射面
內核
固態金屬
人類對地球內部的了解主要靠間接的測量,其中絕大部分是依靠地震波
地質作用與地貌變化
地球內外部作用
內營力
地球內部的地質作用(造山運動、火山活動)
動力源自地球內部
外營力
地球表面的地質作用(風化、侵蝕、搬運、沉積作用)
均夷作用:使地表逐漸趨於平坦的作用
褶皺
背斜
背斜狀構造有如波峰
外側岩層比內側年輕
常凸起成山丘或台地
向斜
向斜狀構造有如波谷
外側岩層比內側老
易受風化和侵蝕凹入成谷
節理
岩層受力斷裂,兩側沒有位移
豆腐岩
柱狀節理
岩漿冷卻凝固,體積收縮
斷層
地層的層態
以走向和傾角來定義空間的一個平面
走向
傾斜的地層和水平面的交線方位
傾角
水平面向下和地層層面所夾的角度
斷層分類
平移斷層
右移斷層
受剪力
觀察者面對斷層面,對面的岩層向觀察者的右手邊移動
左移斷層
受剪力
觀察者面對斷層面,對面的岩層向觀察者的左手邊移動
轉型斷層
逆斷層
受壓力
上盤相對於下盤向上滑動
正斷層
受張力
上盤相對於下盤向下滑動
在地面上探測地球內部的方法
磁力探勘
尋找含磁性的金屬礦
重力探勘
密度較大,重力異常值較大
震波反射探勘
探測石油和天然氣
地層的性質
地質學家以岩性來描述
組成顆粒大小
礫、砂、粉沙、泥、...
沉積構造
沉積岩中的顆粒,他們的排列常因搬運及沉積的過程中受到風、水或冰川作用,而產生特殊的沉積
交錯層
原因:流水或風帶著沉積物往前堆積,呈現曲面往前推進,與主層面斜交
用途:指示地層上下方向
指示流水或風的方向
上部角度大,下部角度小(指向水或風的流向)
波痕
原因:水流波痕:流速可能較高/浪成波痕:受水波震盪/風成波痕
用途:指示地層上下方向
指示流水方向
W型波痕,尖端指向上方
粒級層
原因:水流速度變慢,無法再搬運沉積物,顆粒由粗到細依序沉積
用途:指示地層上下方向
粒徑上側為細顆粒,下側為粗顆粒
泥裂
原因:泥質沉積物在陽光曝曬下張裂,沉積物充填泥裂中,保存於地層
用途:指示地層上下方向
V型張烈,開口指向上方、尖突指向下方
造岩礦物
石英、長石、輝石、角閃石、...等八大造岩礦物
地質構造
節理、褶皺、斷層
岩類
沉積岩、火成岩、變質岩
其他構造
成層構造
得知地層特性的方式
挖掘槽溝或礦坑
可探測地下岩層的性質,成本高,不適合大區域調查
鑽井
鑽取較深的地層
採集標本
採取岩心
現地觀察
井下安裝儀器
可量深處地層的物理性質,常用於大型建設工地的基礎調查或石油與天然氣的探勘
大陸地殼鑽探
國際大陸科學鑽探計畫
柯拉半島內為全世界最深的科學鑽探井
台灣的車壟埔斷層深井鑽探計畫
鑽入斷層帶研究斷層和地震的成因
搬運和沉積作用
搬運能力減弱時成為沉積物
侵蝕作用
地表作用力破壞岩石表面,並將崩解的碎塊帶離母岩
海岸
磨蝕
波浪夾帶砂礫
溶蝕
石灰岩地形
拍擊
波浪拍擊岩石
風
風夾帶砂粒
風稜石
河流
向旁侵蝕,使河流加寬
曲流
向下侵蝕,使河流加深
V型谷
向源侵蝕,使河流加長
河流襲奪,斷頭河
冰川
U型谷
冰蝕擦痕
岩石循環
風化作用
岩石由固結良好轉變成鬆散且仍附著於原地
物理風化
岩石由大塊崩解成小塊,成分不變
剝離作用
外層岩石消失減壓,內部岩石產生張力破裂,剝離後如書頁狀
溫度變化
岩石反覆熱漲冷縮,漸漸碎裂
冰楔作用
高山日夜溫差大,夜晚岩石孔隙中的水因結冰而壓脹,將岩石撐裂
樹根作用
岩石細縫中的樹根日漸粗大,撐大原有岩石細縫
化學風化
岩石所含礦物或化學成分發生變化
溶解作用
石灰岩中所含的碳酸鈣溶解於水中而流失
水解作用
長石類礦物易在含氫離子的水中轉變為黏土礦物
氧化作用
鐵鎂礦物經風化成膨鬆的赤鐵礦或褐鐵礦
水化作用
黏土礦物易吸水而膨脹;硬石膏經水化轉為石膏