1.2 地殼運動和地質循環

1.2.1 地殼運動

地殼是人類賴以生存和活動的場所，一切建筑物都建在地殼上，它是人類生存和工程建筑的物質環境和基礎。根據地球構造理論，地殼是指地球地表至莫霍界面之間一個主要由巖漿巖、變質巖和沉積巖構成的薄殼，是巖石圈的組成部分。地殼的下面是地幔，上地幔大部分由橄欖石（一種密度比普通巖石大很多的巖石）構成。地殼和地幔之間的分界線被稱為莫氏不連續面。地殼的質量只占全地球質量的0.2%，其按結構可分為大陸地殼和海洋地殼兩種。大陸地殼有硅酸鋁層（花崗巖質）和硅酸鎂層（玄武巖質）雙層結構，而海洋地殼只有硅酸鎂層（玄武巖質）單層結構，大陸地殼覆蓋地球表面的29%，厚度在30～40km，平均厚度約為33km；海洋地殼平均厚度只有10km。在深度為2km范圍內，75%的巖石是沉積巖和變質巖，剩余25%為巖漿巖；在深度2～15km范圍內，約95%為巖漿巖，5%為沉積巖和變質巖。土體可能從地面延伸到幾百米的深度。

地殼運動是指地殼或巖石圈的隆起和凹陷，包括海洋、陸地輪廓的變化，山脈、海溝的形成，以及褶皺、斷層等各種地質構造的形成和發展。地殼運動產生各種地質構造，所以地殼運動又稱為構造運動。

地殼運動按其運動方向可分為水平運動和升降運動。地殼水平運動是指地殼或巖石圈塊體沿水平方向的移動，如相鄰塊體分離、相向相聚和剪切、錯開，它使巖層產生褶皺、斷裂，形成裂谷、盆地和褶皺山系。地殼升降運動是指地殼運動垂直于地表，即沿地球半徑方向運動，表現為大面積的上升運動和下降運動，形成大型隆起和凹陷，產生海退和海侵現象。一般來說，升降運動比水平運動更為緩慢。在同一地區不同時期內，上升運動和下降運動常交替進行。“滄海桑田”即是古人對地殼升降運動的直觀表述。

1.2.2 地質循環

研究表明，從35億～36億年前原始地殼形成至今，在漫長的地質歷史歲月中，巖石圈及其下的軟流層間存在著大規模的物質循環，又稱為地質循環。在地質循環的過程中，組成地殼的礦物和巖石會相互轉化。推動地質循環的能量主要來源于地球內部放射性物質的衰變。

圖1.1 地質循環示意圖

地質循環基本過程如圖1.1所示，地質循環的物質主要是地殼的巖石，包括巖漿巖、沉積巖和變質巖。出露于地表的巖漿巖、沉積巖和變質巖在風力、流水、冰川等各種地表營力的作用下，經表層地質作用（風化、侵蝕、搬運、沉積及成巖作用）可以重新形成沉積巖，巖漿巖和沉積巖經變質作用也可形成變質巖。地殼表層形成的巖漿巖、沉積巖和變質巖經構造運動的作用可卷入或埋藏到地下深處，當受到高溫作用熔融時，可再生成巖漿，巖漿噴出又可形成巖漿巖。地殼深處的巖漿巖、沉積巖和變質巖經構造運動的抬升及表層地質作用的風化與侵蝕，又可以出露于地表，進入形成沉積巖的新階段。如此的循環過程即為地質循環。在地質循環過程中，風化、侵蝕、搬運、沉積的過程是同時存在、永不停歇的。

1.2.3 巖石與礦物穩定性

礦物是指在地質作用下天然形成的結晶狀純凈物（單質或化合物）。絕對的純凈物是不存在的，所以這里的純凈物是指化學成分相對單一的物質。礦物是組成巖石的基礎，組成巖石的礦物稱為造巖礦物，如石英、長石、方解石等都是常見的造巖礦物。但礦物和巖石不同，礦物可以用化學式表示，而巖石是由許多礦物、礦物集合體及非礦物所組成的，沒有特定的化學式。因此，礦物是自然形成的單質或化合物，化學成分組成變化不大，有結晶結構；而巖石是一種或多種礦物的聚合體，化學成分不定，通常無結晶結構。目前發現的礦物有3000多種，主要的造巖礦物有30多種。

廣義的礦物穩定性，指的是一定熱動力條件下形成的礦物在熱動力條件變化的一定范圍內能保持穩定的性質。一般的礦物穩定性，指的是礦物的抗風化性能，亦即造巖礦物在風化帶中的穩定性。抗風化性能的差異性反映的是各種造巖礦物在風化過程中風化速度及風化程度的差異性。影響礦物穩定性的因素包括內部因素和外部因素兩方面，內部因素是礦物的物理、化學性質（如化學成分、晶體結構、硬度及解理等），外部因素是礦物所處的風化條件（主要是氣候條件）。造巖礦物中，鐵鎂質礦物穩定性差，長英質礦物穩定性強。

巖石的風化穩定性主要指其抗風化性能，主要取決于其所含造巖礦物的穩定性。成分均一巖石的風化穩定性較為均勻，而含有多種造巖礦物的巖石的風化穩定性則有不均勻性，易在礦物穩定性弱的區域形成裂隙或孔洞。