【正文】 資源。8．環(huán)境地質學的研究內容之一就是防治和減輕地質災害 此外，以極大努力開發(fā)的全球氣候模型，如果沒有提供地質數(shù)據(jù)并依靠其進行評價，將是無效的。而地質、地貌是自然條件的基本內容之一。比如燕山板栗適于生長在酸性巖石發(fā)育的土壤上，到石灰性土壤上就不能正常生長。就易造成水土流失。所謂母質是指與土壤直接發(fā)生聯(lián)系的巖體－母巖的風化產物。如花崗巖發(fā)育形成的土壤砂粒多，玄武巖發(fā)育形成的土壤較粘重。（三）巖礦與農業(yè)資源 礦質肥料對農作物的增產，有顯著的效果。（四）水與農業(yè)資源 合理用水，作物可獲得高產穩(wěn)產，如果控制不好，可使土壤產生鹽漬化、沼澤化，以致土壤肥力下降。（五）地質學、地貌學與土地科學地質學、地貌學與土地科學的關系非常密切，不論對土地資源，還是土地利用規(guī)劃，都有非常重要的作用。地貌類型可決定土地資源的性質和利用方向。（六）地質學、地貌學與農業(yè)環(huán)境環(huán)境地質學的任務就是要減輕自然災害給人類帶來的災難，減輕人類自身經濟技術給人類生存環(huán)境帶來的破壞。此外，在農田污染和低產田方面，也可根據(jù)農業(yè)地質背景及地貌調查找到原因加以改善、治理，為農業(yè)生產服務。重點是三大類巖石的特征及其風化特點，各種地下水類型的特征，各種地貌的形成原理、形態(tài)特征及結構特點。第一章 礦 物第一節(jié) 礦物的概念一、礦物的定義 地球的最外圈是地殼，它是地質學最直接的研究對象。礦物(mineral)是天然形成的單質或化合物，具有相對固定的化學成分，絕大多數(shù)為晶質固態(tài)的無機物，穩(wěn)定于一定的物理化學條件。1．礦物是自然界各種地質作用形成的天然產物 礦物是天然產出的，是各種地質作用的產物；人造金剛石，常稱為人造礦物，不屬于地質學中的礦物。3．大多數(shù)礦物為結晶質固態(tài)，極少數(shù)為非晶質、非固態(tài)絕大多數(shù)礦物是結晶質固態(tài)無機物，即晶體，也有很少的礦物為氣體、液體和有機物，如自然汞、天然氣，琥珀等。如巖鹽晶體是氯離子（Cl－）和鈉離子（Na+）在空間以立方格子形式排列而成?？臻g格子的最小單位是平行六面體，稱為晶胞。晶胞的形狀由棱長、棱之間的夾角確定，棱長a、b、c及其夾角a、b、g稱為晶胞參數(shù)。 自然界除了結晶質礦物外，還有一部分非晶質的膠體礦物。4．礦物具有一定的物理性質，對于結晶礦物，還具有一定的形態(tài) 由于礦物具有比較一定的化學成分和晶體構造，就決定了它們具有一定的形態(tài)和物理性質。理想的晶體為規(guī)則的幾何多面體，但在巖石中，礦物的晶形常因晶體生長時互相阻擋，不能很好的顯示出來，最后都成為不規(guī)則的粒狀。常用來鑒別和認識不同種類的礦物。如鉀長石K[AlSi3O8]風化后形成高嶺石Al4[Si4O10](OH)8。二、形成礦物的地質作用目前已發(fā)現(xiàn)的礦物有3000種左右，常見的約200種，這些礦物都是由不同的地質作用形成的。由內生作用形成的礦物叫原生礦物或巖漿礦物，如石英、長石、云母等。由外生作用形成的礦物叫次生礦物或表生礦物。經變質作用形成的礦物叫變質礦物，如硅灰石、蛇紋石、紅柱石等。化學成分不同，可形成不同的晶體構造；化學成分直接或間接決定礦物的物理性質。2．礦物的晶格受制于外界條件晶體形成時的外界條件有：溫度、壓力、濃度、pH值等，對晶體構造產生影響，如同質多（異）象。（二）礦物的化學成分也決定其外部性狀礦物的外部性狀包括其形態(tài)及物理性質。以及礦物的顏色、比重等性質都是由于其化學成分決定的。引起礦物化學成分變化的主要因素有：（一）類質同象（同晶置換）礦物晶體在形成過程中，晶體結構中本應由某種質點（原子、離子、絡陰離子或分子）所占的晶位被晶體化學性質相似的其他質點所置換，只引起晶胞參數(shù)及理化性質的規(guī)律性變化，而晶體結構不發(fā)生質變的現(xiàn)象（結晶結構類型和化學鍵不發(fā)生根本性的變化），稱為“類質同象（或同晶置換）”。（二）膠體吸附作用非結晶質的膠體礦物，在表生作用及熱液作用下，一些難溶于水的成分，經機械及化學作用后，使之成為微細質點分散在水中成為水膠溶體。一種膠體只吸附一定的異號離子。（三）機械混入物 在礦物的形成過程中有一些其它礦物的細小顆?；烊?。三、礦物中的水水不僅是形成礦物的一種重要介質，也是礦物本身的一種成分。按其存在形式，可分為：不加入晶格的吸附水、自由水和加入晶格的結晶水、結構水等。結構水是礦物中結合最牢的一種水，因此只有在很高的溫度條件下，水才會逸出而破壞晶格。如石膏為CaSO4含結晶水的礦物失水溫度是一定的，隨著失水，礦物的晶格開始被破壞。C以下。4．沸石水 在一些礦物（主要是沸石族礦物）的晶格中，有相當大的內外相通的孔道，水分子可以進入孔道。5．吸附水 是指機械地吸附于礦物中的水，沒有參加晶格，含量不等，隨溫度而變化。C時，吸附水就全部逸出。一、礦物的形態(tài)按礦物的發(fā)育情況及出現(xiàn)方式，礦物的形態(tài)可分為：單體形態(tài)、雙晶及集合體形態(tài)。當外界條件適宜時，晶胞就可以重復“堆砌”、生長，形成面平、棱直的規(guī)則幾何多面體外形，稱為單體（單晶）。 在相同條件下，同種礦物的晶胞總是趨向于形成某種特定形態(tài)的習性，稱為結晶習性。如角閃石、電氣石；二向延長型：晶體沿兩個方向特別發(fā)育，而第三個方向不發(fā)育或發(fā)育差，呈片狀、板狀。如橄欖石、石榴子石等。雙晶可以是兩個晶體，也可以是兩個以上的晶體平行連生。此外，由多個晶體以接觸雙晶的關系多次重復，接合面相互平行，這種雙晶稱聚片雙晶。（2）穿插雙晶：構成雙晶的兩個體之間互相穿插，單晶體間不具有明顯而規(guī)則的接合面。 （三）集合體形態(tài)礦物常常由許多較小的單體聚集成集合體。如氯化錳的樹枝狀集合體等。（4）鐘乳狀體：大多為水凝膠凝結而成。二、礦物的物理性質礦物的物理性質也是鑒定礦物的重要依據(jù)。（一）顏色和條痕礦物的顏色，主要是礦物對光線中不同波長的光波的均勻吸收或選擇性吸收所表現(xiàn)出來的性質。自色是礦物的成分和構造所決定的顏色。自色產生的原因最主要是礦物成分中含有色素離子。自色形成的另一原因，是礦物的晶體構造的均一性受到破壞。他色是由外來帶色雜質、氣泡包裹體所引起，無鑒定意義。條痕是礦物粉末的顏色。對于不透明礦物而言，條痕更具有鑒定意義。（二）透明度和光澤透明度指礦物透光的能力，它是相對的。光澤是指礦物表面反射光的強弱。（三）相對密度是指純凈礦物在空氣中的重量與同體積純水的重量比（4℃時）。（四）硬度礦物抵抗外來機械作用（如刻劃、壓力、研磨）的能力稱為硬度。礦物硬度比較固定，在鑒定上有重大意義。摩氏硬度計包括十種礦物，按硬度由小到大排列分為十級，前面的礦物可以被后面的礦物刻劃，它們之間的等級不是成倍數(shù)和比例關系的。（五）解理與斷口礦物受力后沿一定結晶方向裂開成光滑面的性質稱為解理。礦物的解理發(fā)生在晶體構造中垂直于鍵力最弱的方向。按礦物受力時解理裂開的難易程度、解理片之厚薄、大小與平整光滑的程度，將解理分為五級：1．極完全解理 如云母，極易分裂成薄片，解理面平整光滑；2．完全解理 如方解石，當以小錘輕擊時，很易裂成平滑小塊或薄板，解理面比較光滑；3．中等解理 如角閃石，解理的完善程度較差，很少出現(xiàn)大的光滑平面，但在礦物碎塊上能清楚看到解理面；4．不完全解理 如磷灰石，解理不顯著，解理面不清楚而且較難發(fā)現(xiàn)；5．極不完全解理 如石英，實際上是沒有解理，而有斷口。常見的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口、鋸齒狀斷口和平坦狀斷口。具不完全解理或無解理的礦物碎塊上常見斷口。第四節(jié) 礦物的分類和常見礦物一、礦物的分類由于礦物的成分和內部構造是決定礦物性質的最基本因素，于是以礦物成分和構造為基礎的晶體化學分類法就成為礦物學上較合理的分類方法而被采用。1．含氧鹽：種類最多的一大類，約占礦物總數(shù)的一半，又分為硅酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等類別。如剛玉Al2O赤鐵礦Fe2O3等。如螢石CaF食鹽NaCl。如方鉛礦PbS、閃鋅礦ZnS。如石墨C、金銀礦（Ag、Au）。對于形成巖石有普遍意義的礦物，即主要的造巖礦物不過30種。硅酸鹽是金屬陽離子與硅酸根化合而成的鹽類礦物，這類礦物均含氧化硅，以及一種或幾種金屬離子。根據(jù)硅氧四面體是否連接以及聯(lián)結方式不同，主要形成以下五種構造形式。如鎂橄欖石Mg2[SiO4]2．環(huán)狀構造硅酸鹽 骨架分別由三個、四個、六個四面體以兩個角頂?shù)难踹B接而成環(huán)狀硅氧骨架，其中以六方環(huán)最常見，環(huán)與環(huán)之間由金屬陽離子聯(lián)結。3．鏈狀構造硅酸鹽 硅氧四面體彼此以2個角頂相連，沿一定空間作無限延伸而形成鏈狀骨架。單鏈以輝石族礦物為主，硅氧骨架用[Si2O6]4表示，如透輝石CaMg[Si2O6]；雙鏈以角閃石礦物為主。具此種構造的硅酸鹽礦物單體常呈柱狀、針狀。如滑石、云母。如石英SiO2。土壤礦物構成了土壤的“骨骼”，一般占土壤固相部分總重量的95－98%左右，其中包括原生礦物和次生礦物。原生礦物已在前面討論了，下面著重討論次生粘土礦物。粘土礦物多數(shù)為結晶質，是層狀的鋁硅酸鹽和次生的硅、鋁、鐵氧化物。1．層狀鋁硅酸鹽粘土礦物（1）構造特點此類粘土礦物大多不溶于水。其內部結構由兩種基本結構單位組成，并都含結晶水。四面體為[SiO4]4，八面體為[AlO6]9。粘土礦物的晶架就是由這些硅氧層和鋁氧層重疊而成的。Al2O6Si2O52要通過重疊、化合形成晶架，當這些硅氧層和鋁氧層的根團與陽離子化合后形成一種礦物。如果由一個硅氧層和一個鋁氧層重疊，則組成1：1型礦物，如高嶺石類；如果由兩個硅氧層間夾一個鋁氧層，則組合而成2：1型礦物，如蒙脫石類、水云母類。由于同晶置換常以低價代替高價的金屬離子，所以產生的電荷以負為主。粘土礦物對陽離子的吸附性是土壤中一個極重要的特性，與土壤肥力關系密切，尤其可使土壤增加一定的礦質元素。其特點為：a．由二層硅氧層和一層鋁氧層重疊而成晶架。一般在硅氧層中，Al3+替代Si4+；在鋁氧層中Mg2+替代Al3+。土壤中含這類粘土礦物較多時，其保肥能力較強，能吸附較多的營養(yǎng)性陽離子。因晶層頂、底層都由硅氧層構成，故當兩層重疊時，相互間無吸引力，結果是兩個基面間有相當大的脹縮性，因晶層間有水化度高的Ca++、Mg++、Na+交換性陽離子，晶層間吸附水分子或極性分子，引起晶層間沿c軸膨脹，脫水收縮。含蒙脫石多的土壤，其粘結性、可塑性都特別顯著，不利于耕作。② 高嶺石組，又叫1: 1型礦物，包括高嶺石、埃洛石和迪開石。b. 晶架內同晶置換少。故其陽離子吸附能力不如蒙脫石為主的土壤，其保肥能力弱。由于構成晶架基面的底層與頂層性質不同，當晶架重疊時，其相鄰的兩個表面，一面是水鋁片上的OH，另一面是硅氧片上的O組成，使得一個晶架的頂層和另一晶架的底層產生H+的氫鍵聯(lián)系，這種氫鍵足以使晶架之間的距離牢固而不易象蒙脫石類礦物那樣易膨脹。e. 高嶺石粘土礦物是南方熱帶、亞熱帶土壤中普遍由于強烈的脫硅富鋁化的強烈風化而大量存在的粘土礦物，在華北、東北、西北及西藏高原的土壤中較少。包括伊利石、水白云母、蛭石。b. 晶架內同晶置換現(xiàn)象主要發(fā)生在四面體內，主要以Al3+代替Si4+，使晶架產生負電荷，有一定的吸附陽離子的能力，主要吸附K+、Ca2+、Mg2+、H+，故含伊利石較多的土壤，鉀素養(yǎng)料也較豐富。由于四面體晶片層間距離比八面體晶片大，因而四面體內同晶置換產生的負電荷對層間吸附的陽離子有較強的束縛力。吸附于晶架之間的K+，半陷在由晶層表面六個氧離子所構成的晶穴中，它同時受到相鄰兩晶架陰離子的吸附，故使相鄰晶架產生鍵力，從而使伊利石組礦物不易膨脹。e. 分布較廣，華北干旱土壤中較高，南方土壤中較少。（二）粘土礦物的分布粘土礦物是由巖石、氣候等因素綜合作用下形成的，所以在自然界中呈地帶性分布。二、農用礦物有的礦物就是天然的農業(yè)資源，可用于生產某些肥料或農藥，有的礦物可以作為土壤的改良劑。1．磷灰石 磷灰石是分布最廣的礦物之一，是提取磷的主要礦物原料，農業(yè)上主要用作磷素肥料和有機磷農藥原料。磚紅壤的全磷量最低。由于沸石的架狀構造中具有寬闊的孔道，其間可含水。三、礦物與農業(yè)環(huán)境礦物與農業(yè)環(huán)境的關系也非常大。第二章 巖 石巖石是地殼中由地質作用形成的固態(tài)物質，是礦物或巖屑的集合體，有一定的結構構造和變化規(guī)律。巖漿巖是三大類巖石的主體，%，它由巖漿冷凝形成，是巖漿作用的最終產物；沉積巖是外力地質作用的結果；而變質巖則是由變質作用形成的。一般位于地下幾公里至幾十公里處，溫度很高，壓力很大。（2）巖漿的溫度 巖漿的溫度一般為800~1200℃，可以低到650℃，也可以高達1400℃，隨巖漿成分的不同有所差異。2．噴出作用 巖漿噴出地表的作用稱噴出作用，又稱火山作用。噴出物有氣體、固體和液體三類。此外還有COH2S、S，以及少量CO、HHCl、NHNH4Cl、HF等。（2）固體噴發(fā)物 氣體的膨脹力、沖擊力與噴射力將地下已經冷凝或半冷凝的巖漿物質炸碎并拋射出來；未冷凝的巖漿則成為團塊、細滴被濺出來，在空中冷凝成為固體；此外，周圍巖石也可以被炸碎并拋出來?；鹕剿樾嘉锇雌湫再|與大小，可以分為：①火山灰：粒徑2mm的細小火山碎屑物。③火山渣：粒徑數(shù)厘米到數(shù)十厘米，外形不規(guī)則，多孔洞，似爐渣，其中色淺、質輕、能浮于水者稱浮巖。外形多樣。⑤火山塊：粒徑50mm，常為棱角狀。其中，由火山灰組成者稱為凝灰?guī)r；由火山礫及火山渣組成者稱為火山角礫巖；由火山塊組成者稱為集塊巖。它可以沿地面斜坡或山谷流動，其前端呈舌狀，稱為熔巖流。分布面積寬廣的熔巖流稱熔巖被。3．侵入作用 深部巖漿向上運移，侵入周圍巖石而未到達地表，稱為侵入作用。包圍侵入體的原有巖石稱圍巖。形成深度在地表以下＞3km者，稱為深成侵入體，其規(guī)模較大；形成深度在地表以下＜3km者，稱為淺成侵入體，其規(guī)模較小。巖漿是高溫物質，圍巖是低溫物質，在侵入過程中巖漿與圍巖之間必然要發(fā)生許多變化，這里介紹兩個主要的作用?；烊霂r漿中的圍巖碎塊可以部分或全部被熔化。巖漿因同化圍巖而改變自己原有的成分稱混染作用。（2）結晶分異作用 一種成分的巖漿按礦物熔點的高低可依次結晶出不同成分的礦物，并依次形成不同種