第三章、相关地质知识
一、岩石与土壤
岩石一般为矿物的天然集合体。主要由一种或几种岩石矿物质按一定方式结合而成。部分为火山玻璃或生物遗骸。岩石是构成地壳和地幔的主要物质，是在地球发展的一定阶段、经各种地质作用形成的坚硬产物。陨石和月岩也是岩石。岩石按其形成过程，分为火成岩（岩浆岩）、沉积岩、变质岩三大类。
1、火成岩
所谓火成岩，就是地壳深处粘稠的熔融岩浆物质经火山活动等作用，沿着地壳的裂隙上升到地壳上部或地表后经冷却凝固而成的岩石。它们的基本成分是硅酸盐类矿物。如花岗岩、玄武岩。中国著名风景区黄山所见的花岗岩，雁荡山所见的流纹岩等都属于火成岩。花岗岩以长石、石英浅色矿物为主。花岗岩泥为肉红色至浅灰色。玄武岩为黑色。
2、沉积岩
沉积岩是在地表或接近地表的环境里，已有的岩石经过长期生物作用、风化削蚀作用、化学作用以及火山作用而形成的产物，经水、冰、风的搬运，在水下或陆地表面环境堆积下来，最后经胶结压实与失水过程形成岩石。如页岩、砂岩、石灰岩等。著名的张家界风景区、桂林山水所见的岩石就属此类。
3、变质岩
变质岩是一类由早先的火成岩、沉积岩在地壳深处经过较高的温度与压力（少数也有低亚情况）作用下，经矿物成分、结构构造的改造而形成的岩石。其成分、色调、结构、甚至形态都发生变化，不同于原来的岩石面貌的新型岩石。如片岩、片麻岩、大理石、糜棱石。
4、岩石的颜色
岩石是由矿物质组成的，而矿物质是由各种化学元素构成的，因此，岩石的颜色本应由矿物和元素化合以后反应出来的颜色决定的。以岩石中主要成分是石英（SiO 2）的砂岩为例，石英本身是无色透明的，但大多数石英的成分不纯，故呈浅色着颇多，如果是纯净的砂岩，也应具相同的颜色。但事实上，不少砂岩经常发黄、发红，甚至呈紫色，少数是灰绿色。这是什么原因造成的呢？
原来砂岩内含有相当多的铁质，散布在各石英颗粒之间，铁在潮湿而暖热的气候环境里就容易发生氧化，出现红色的铁锈。如果铁含量较少，氧化又充分，整个砂岩便就都“染红”了。这样一来，当我们见到红色的砂岩、页岩或者其它岩层，就有理由推测形成这些岩石的气候环境应属湿热的了。在这样的气候环境里，有机物质容易腐烂流失，除坚硬的骨骼之类能够有机会保存为化石外，其它化石就少见了。如果岩石呈现黄色，表示“发锈”不够，也许属于干旱区域气候情况，那里生物不易生长，化石也少。如果岩石层中夹着高铝质的“硬盘”，说明当时炎热多雨，经过溶淋作用，部分铁质流失，铝质相对集中，故有灰色的铝质层。
假如看到绿色或灰色的砂岩，那么，它的形成条件正好相反，不具备氧化作用的条件，而是还原作用下的产物。当时沉积砂粒的水体深度较大，流动不畅，气温也较凉爽，铁质得不到充分氧化，岩层内所含铁质变成氧化亚铁。因此，显不出红色，而是被绿色或灰色代替。在此环境中，底栖生物也难以生长，故灰色或黑色岩层中，多保存有游泳或浮游的生物化石。
5、土壤
土壤，是地球表面疏松有养分能生长植物的一层覆盖物质。土壤颜色是土壤物理性质之一，指土壤表面光照反射的色光所组成的混合色，在土壤诸物理性质中最为直观。土壤颜色在一定程度上反映了土壤的主要化学组分和土壤的水热状况，可作为鉴别土壤肥沃程度的指标。如具深色表土的土壤常较浅色表土者肥沃。腐殖质含量高的土壤呈暗黑色。不同形态的铁可使土壤分别呈红、棕、黄、蓝、绿等色。在排水良好情况下多呈红棕色，反之则现灰蓝色等。按颜色分类则有：红壤、黄红壤、黄壤、灰壤、灰黄壤、蓝灰壤、蓝壤、紫蓝壤、紫壤、紫红壤十种。
土壤是地球陆地表面能够生长绿色植物的疏松层，其厚度从数厘米至2—3米不等，土壤与成土母质的最本质的区别，在于它具有肥力。 即具有不断地同时地为植物生长提供并协调营养条件和环境条件的能力。土壤学家对土壤所下的定义并不一致，如奥地利土壤学家 w .库比纳认为 土壤是处于转变中的有生物寄居的固态，地球表层在生命和生命栖息的特别环境条件影响下产生，经历着特别的过度变化和一种独特的发展。他强调土壤是一个始终处于变化中的物体。有的生态学家从土壤是生物与环境之间进行物质循环和能量变换的场所的观点出发，认为土壤是生命密度最大生命物质的地球化学能量最高的那部分生物圈。有的地球化学家考虑到土壤是岩石圈、 气圈和水圈相互作用下的产物，认为土壤是地球上最贵重的风化圈。还有的工程学家则认为 土壤只不过是地表与固结岩石之间的疏松物质，它的功能在于承受压力和作为工程材料的来源。
土壤是历史自然体土壤在自然界中处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡带是联系有机界和无机界的中心环节。也是结合地理环境各组成要素的纽带。所以 ，土壤既是地理环境要素之一，又是各种地理环境要素共同作用下的产物。俄国的巴巴多民恰耶天根据土壤发生学观点提出的土壤形成因素学说，正确地指出了土壤是一个具有独特发生发展过程的历史自然性，是气候、生物、母质、地形和年龄等五个因素共同作用的产物。土壤是随成土因素的变化而变化的。由成土因素中的气候和生物因子具有明显的地带性差异，引起地表土壤在性质和类型上呈现出相应的地带性或区域性变化，从而形成各式各样的土壤。
中国位于欧亚大陆的东南部，生物气候条件深受东南季风的影响，土壤的水平分布既具有沿纬度方向，也有沿经度方向变化的特点。例如，东部沿海地区属湿润型土壤带，土壤分布基本上与纬度相符，由南而北有砖红壤、赤红壤、红黄壤、黄棕壤、棕壤（或祸土）暗棕壤、灰化土带。但西北内陆干旱、半干旱地区，土壤分布基本上沿经度方向排列，自东而西有灰黑土、黑钙土、栗钙土、棕钙土、以至灰漠土和灰棕漠土带。
土壤垂直地带性分布：山地土壤类型随地形海拔的升高（或降 低），相应于生物、气候的变化而呈现有规律的变化。或土壤随地形高低自基带面向上（或向下）作依次更迭的现象，并由此而形成不同的土壤垂直带谱（或土壤垂自带结构）。土壤自基带随海拔高度向上依次更迭的现象叫正向垂直地带性。反之，称负向垂直地 带性。土壤垂直带谱，因基带生物、气候条件或地理位置、山体的大小、走向和高低、坡度的陡缓、坡向、形态的不同，而有很大差异。如热带湿润区山地，其垂直带谱为：山地砖红壤或山地赤红壤、红壤、山地黄壤、山地漂灰黄壤、山地灌丛草甸土（中国五指土）；温带干旱区的土壤垂直带谱则为：山地栗钙土山地黑钙土、 地发黑土、山地漂发土和高山寒漠土（中国阿尔泰山西北坡）；而欧洲阿尔卑斯山的土壤垂直带谱为：山地棕壤、腐殖质碳酸盐土、 地灰化土和高山草甸土；南美洲安第斯山北坡为：红壤、山地红壤和山地棕壤。
土壤水平与垂直复合分布：是高原土 壤地理分布的重要特点，在中国西藏高原表现的最为明显，在辽阔的高原面上，由东南向西北，随着气候干旱程度的增强，土壤随之呈现水平分布，依 次为草毡土、莎嘎土和高山漠土。在高原上屹立的高大山体，具有正向垂直带谱；而随高原面河流下切形成的深谷，则具有负向垂直带谱。以雅鲁藏江中游谷地为例，土壤负向垂直带谱为：高山黑毡土和高山棕毡土、山地灰化土、山 地暗棕壤和山地棕壤（林芝附近）。
土壤地域性分布：在地带性土壤带范围内，由于地形、母质水文、成土年龄以及人为活动影响，使土壤发生相应变异，形成非地带性土壤（或称隐域性土和泛域性土），出现地带性和非地带性土壤的镶斧或变错分布现象。在红壤地带的丘陵、河谷平原中，可见到红壤和水稻土、潮土交错分布；若母质为石灰岩，则形成红壤和石灰（岩）土、水稻土等相应的土壤组合。在栗钙土地带湖泊洼地周围，由水体向外依次为沼泽土、盐土草甸土、草甸栗钙土和栗钙土呈环状、半环状分布。在中国黄淮海平原中，由于微地形影响尚有盐渍土与非盐渍土组成复区分布。由于人为改造自然的结果，在 中 国 南 方 可 见 到 阶 梯 式、棋 盘 式 和 框 垛 式 土 灌 复 城 。
黄绵土：又称黄土性土壤，广布于黄河中游丘陵地区。土壤色泽与母质层极相近，质地均匀，疏松多孔，耕性良好，有机质含量低，仅0.5％ ，矿质养分丰富。
风沙土：主要分布在中国北部的半干旱、干旱和极端干旱地区。风沙土的特征是成土作用经常受到风蚀和沙压，很不稳定，致使成土过程十分微弱，土壤形状与风沙堆积物无多大改变。随沙地的自然固定和土壤形成阶段的发展，由流动风沙土到半固定、固定风沙土，土壤有机质含量逐渐增加，说明只要增加肥分与水分，使植被逐步稳定生长，也能成为农林牧用地。
高山土系列：高山土壤是指青藏高原和与之类似海拔，高山垂直带最上部，在森林郁闭线以上或无林高山带的土壤。由于高山带上冻结与溶化交替进行，土壤有机质腐殖化程度低，矿物质分解也很微弱，土层浅薄，粗骨性强，层次分异不明现。因而将高山土壤作为独特的系列划分开来；有黑毡土、亚高山草甸土、草毡 土、高山草甸土、巴嘎土、亚高山草原土 、莎嘎土、高山草原土、高山漠土和高山寒漠土之分。
黑毡土：主要布于青藏高原东部和东南部。腐殖质积明显，腐殖化程度相对较高，盐基不饱和或饱和度低，pH5---8，为高原优良牧场，也是小麦等作物的高产土壤。
草毡土：分布于原面平缓山坡，土体一般较湿润，密生高山矮本草甸。表层有厚3---5厘米至10厘米不等的草皮，根系变织似毛毡状，轻韧而有弹性，地表常因冻融交互作用呈鳞片状滑脱。 腐殖质层厚9---20厘米，含量 6 --- 14％，作浅灰棕或暗灰色，剖面厚度30—40厘米 大都用作夏季牧场。
巴嘎土：主要分布于喜马拉雅山北侧的高原宽谷湖盆，植被属于干草原类型。土壤有机质含量有时可达3—10％，剖面下部砾石背面常有薄膜状碳酸钙累积。大部为枚地，植被稀疏，载畜量低。
莎嘎土：分布于羌塘高原东南部，四喜马拉雅山的山前地带。土体较干燥，腐殖质累积过程减弱，且出现积钙过程，土体富含砾石，表层草根较少，不形成连续草皮层，有机质含量约1.5--3%，碳酸钙聚积明显，最大可达10％以上，土壤均较沙质，有风沙危 害，均为牧地。
高山溪土：又称冷漠土。主要分布于西藏羌塘高原，山原平坦，植被低矮而稀疏，盖度5---10％。土壤中有机质累积微弱，0.4----0.6％，盐分0.5---1.6％，碳酸钙累积明显。地表见白色盐霜及结皮，多孔，含砾石较多，亦见石膏新生体，其下为砾质母质层，此类土壤甚少利用，仅在低洼处积水后，可饲养羊群。
高山寒漠土：脱离冰川影响最晚，成土年龄最短的土壤。主要分布在青藏高原冰雪活动带以下冰线附近。土层浅薄，剖面分化不明显，土表有微向上突起的融冻结壳，通体大部为粗骨性，土壤矿物分解度甚低，植被为壳状地垫及耐寒的垫状点地梅等。
二、地壳裂纹的两种类型
1、地壳全裂纹
是指地壳自上而下贯穿整个地壳层的裂纹，以地幔熔岩的大量出露为特征。
长裂，百公里以上的地壳带形（隙形）裂纹。
短裂，百公里以下的地壳带形（隙形）裂纹。
管裂，象烟囱一样的管形裂纹，现代活火山的爆发（喷发）一般表现为这种形式。
2、地壳半裂纹
上裂，自上而下但未贯穿地壳的裂纹。在陆地上往往成为峡谷，在海洋中往往构成海沟。
下裂，自下而上但未贯穿地壳的裂纹。在陆地上往往导致局部地表的抬升，山脉的增高，在海洋中则往往导致局部致海底的抬升、海岭海丘的增高。
三、地壳裂纹的两种成因
地球由地壳、地幔、地核三部分组成。地球平均半径6371公里，体积1.083*10**21立方米。其中，大陆地壳15~80公里，海洋地壳的厚度只有11公里（包括海水）。地幔厚度2900公里。地核的半径3480公里。
地壳的裂纹不外乎是指地壳任意一域，因故自上而下，或者自下而上的撕裂或者是爆裂。
1、爆裂，是高温高压的地幔熔融物质，冲破地壳的束缚，以火山形式爆发的现象。
2、挤裂，板块漂移中彼此挤裂——造成板块棚举，其下高温熔融地幔也随之棚举，自下而上形成裂纹，当裂纹贯穿地幔时，则构成条形裂纹，进而产生带形山脉或海岭。
3、小行星撞击裂纹
A、砸裂，当小行星偶然闯入地球轨道并坠落于地球之际，其强大的冲击能量，必将把撞击处及环周地域的地壳砸裂，其裂纹往往为圆环形或弧形。进而地幔上涌而形成火成岩环形山、弧形山。
B、震裂，在小行星坠落之际，其强大的撞击冲击波能量，在迅速的扩散中，必将产生同心环形或弧形地壳裂纹，进而形成同心环形或弧形火成岩山脉或地壳层褶皱山脉，以及火成岩为底、原地表层为面的复合式山脉，乃至山脉的抬高。
四、地壳裂纹后的地质表象
1、火山爆发
地壳裂纹后，地幔高温高压的熔融物质必然外喷，进而表现为火山奇观。当这类裂纹很短、或者仅是烟窗管状式时，也就是现代地球上仍然偶尔发生的活火山爆发，威力较小，灾难小；当这类裂纹很长、很宽，则火山威力巨大，灾难巨大，地质变化巨大，往往表现为地球上的造山运动。
2、地幔物质上涌、外溢
在大规模火山爆发之际，大部分的地幔熔融物质以上涌、外溢的形式输出。
3、地幔上滲
地壳自下而上裂纹后，地幔随之上渗、四窜，与原来的地壳物质相互渗透、混合，但不越过地壳表面。
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《宏观地球物理探索》--- 第四章 全球K-T界面分析：http://www.chinavalue.net/Article/Archive/2008/4/9/108529.html