谢家荣《地质学》教材笔记
2022-06-26 16:53阅读：
地质学定义及应用：地质学乃研究地壳之组织、变迁及其上一切生物之进化之科学也。换言之，即研究地球经过之历史。论其理，足以穷宇宙之起源、山川之变化，而其应用，尤为广博。溯自地层沉积之理明，比较层次之术精，于是石油煤铁诸矿床皆有线索可寻。又如测算地层之构造，及其石质之强弱，于是各种土木工程之设施皆亦有所依赖。观察土壤之肥瘠，勘定潜水面之高下，于是耕种造林亦得指臂之助。晚近交通便利，商务勃兴，国际贸易，尤属紧要。地质学家于各种有用矿物之分布，既素所研究，若者为已国所独有，若者为他国所操纵，知己知彼，了如指掌，则矿政矿法诸端皆的因而损益，成竹在胸，自无临渴掘井之患矣。最近欧战方酣，德法英美诸国相继遣著名地质家赴前敌规划一切。凡战壕地道之敷设，饮水石料之供给，皆有所贡献，成绩卓著。关于上述二类之研究，为最近地质学中新辟途径，故有别名之为政治商业地质学及军用地质学者。（《谢家荣文集》第一卷P166）
地质学之分门：地质学研究之范围既广，其分科亦遂多，节举如次。
一、动力地质学乃研究地面上一切原动力，如风霜雨雪、河流、冰川、火山、地动等自然现象，及其对于地球表面之影响等是也。属于此类或与之有关系这，则有（a）气象学，（b）水力学，（c）火山学，（d）地震学，（e）地文学。
二、构造地质学乃研究地球外表一部岩层之性质成分、相互关系及层系变化等等之科学也。属于此者为（a）矿物学，（b）岩石学，（c）地层学，（d）地层构造学，（e）变质地质学。
三、历史地质学乃从地球外表所显露之地层及其所含古代动植物之遗迹（即化石）以推究地球经过之历史者也。属于此者有（a）地球原始学，（b）古生物学，（c）地史学，（d）古代地文学，（e）世界地质学。
四、经济地质学乃从地质学上研究所得之原理、方法，用以开辟天赋之利源，而为人类造幸福之科学也。属于此者有（a）矿床学，（b）煤藏地质学，（c）石油及瓦斯地质学，（d）其他一切有用矿物之地质学，（e）工程地质学，（f）农用地质学，（g）商业及政治地质学，（h）军用地质学。（《谢家荣文集》第一卷P166）
地球之形状大小及比重：地球形状为一橙子状之椭圆体，南北两端稍扁，是为南北极；东西延长，是为赤道。南北极之距离较赤道约短二十六英里。按物理学定理，若一流体在空间中旋绕，则将由圆体而变为橙子形，地球之形状亦
遵此理，无足怪也。地球之比重，据诸家计算，约为五.六。惟地壳外表（即岩石）之平均比重，只二.七。然则地球内部，必为较重之物质，始克臻此。据学者理想，其大部必为铁，盖铁为电围，则生磁；地球旋转，空气生点，然则地球之磁气，非铁不能生矣。又流星之大多数与日球之内部皆为铁，地球与日原属一体，固无怪其内部之相同也。（《谢家荣文集》第一卷P168）
地球之内热与坚度：据开矿凿井之经验，皆谓入地愈深则温度愈高。平均每深三十三公尺，热高一度。由是言之，地球内部必为高热，足以熔融各种岩石而有余。至论其体性，则物理家与地质家之学说互相抵触。物理家据日月吸力，与发生潮汐之关系，推定内部物体与钢同一坚度。地质家则据火山之喷发，与地层之卷摺，遂认内部多为液体，故其坚度必不甚大。瑞典阿利尼乌士（Arrhenius）创气体地球说，以折中之。据其推算，百分之一为固体之地壳，百分之四为液体，百分之八十为气体。气体在高压高温之下，其伸缩性质与固体无大区别，故地球之坚度与钢相等。是说与地质家、物理家之诸事实皆能解说，故颇足相信云。（《谢家荣文集》第一卷P168）
地球之组织：地球之组织可分为三大界，即气界、水界与陆界是也。兹分述之。
（甲）气界。研究气界中之诸现象，本属气象学范围。然因其为地球之一部，且其势力所及，影响于水陆二界者甚大，故首论之。气界中氮气约占百分之七九，氧气二一。碳酸气〇.〇三，此外则属稀有气质。水气亦属重要分子，然其分布随时随地而变迁。沙尘及荡漾空中之物，皆属气界之杂质，而不能称为成分。然其关系于气候及地质现象者却甚大。气界约占全地球一百二十万分之一。在海平面——（编者注）每平方英寸所受大气之压力为十五磅，愈高则大气愈稀，压力亦愈减。
气界之地质作用为三界中之最著者。因其包罗万象，无不受其统辖故也。岩石受风雨侵蚀则或变成砂土，或积累成层，此大气直接的作用也。河流、冰川，以及海洋生物，皆有重大之地质作用，而与大气又皆有密切关系，此大气间接的作用也。大气又能含蓄日热，或阻碍日热，盖地球若无大气之包围，日光直射地面，其热度当数倍于今。及晚则日间所受之热将尽行泄出，故寒度亦当数倍于今。是于生物之滋长，实大有关系者也。
（乙）水界。水界之面积，约占地球面积之五千分之一。倘地面为绝对之浑圆形，无高下之分，则全球将成为深约二英里之海洋。因地面有陵谷，水皆汇积于低地，川湖荟集，皆朝宗于海。故海为水面之最巨者，其总面积在一三二〇〇〇〇〇〇平方英里以上。合计湖海川流，水界实占地面四分之三，即约百分之七二。
水为地质作用中之最重要者，可大别为二类。一为地面水，即江湖之水是也。一为潜水，则存在于地面以下者是也。水之作用，使地壳日渐剥削，复随水迁流，沉积于低洼之区，故水为剥蚀与沉积之主动力，实亦记录地球经过历史之一部分之媒介物也。
（丙）陆界。陆界为地壳之本部，水气二界不过围绕其外表耳。地球虽属橙子形，而地面上高低不一，相差至数万尺。海陆之分界，并不如普通地图上所表示，盖近陆之部，为浅水所覆，表面似属海洋，实则为大陆之边际。大概在海平六百尺以下，始为大陆与海底真正之界线矣。陆地上固有陵谷之分，海底亦然，且高下之差较陆地为甚。常有火山高峰露出水面，成为岛屿。所不同者，陆地陵谷，日受侵蚀，有渐成平原之势。海底陵谷，侵蚀较浅，故每成峭壁，其奇形异致，诚有不可思议者。
陆界外表，与水气二界接触者，称为地壳。其内部情形，已略述于前。本界之地质作用，内外二部各异。外部供侵蚀之材料，内部则影响复杂。凡火山地动诸现象，皆肇端于是焉。（《谢家荣文集》第一卷P168-169）
矿物：凡具有一定化学成分之天然产物，无论为单体，为化合物，皆称为矿物。其种类至多，据今日所知，其数在千以上。依化学成分之不同，矿物可大别为三类，即酸类、盐基类及盐类是也。非金属原质之氧化物，或氢氧化物，谓之酸类，味多酸，能使青色试纸变为红色。金属原质之氧化物，或氢氧化物，谓之盐基，能使红色试纸变为青色。酸与盐基化合，互相中和，则称盐类。大部矿物，皆属盐类，其属酸类者只石英为最普通。属盐基类者，如赤铁矿（Fe2O3）及磁铁矿皆是。盐类矿物甚多，如食盐（NaCl）、方解石（CaCO3）、石膏等，其为最普通者。凡盐类中有（SiO2）分子者，称为矽酸盐，如长石、云母、角闪石等，为造成岩石之重要分子，故亦称曰造岩矿物。（《谢家荣文集》第一卷P170）
矿物之形态，分结晶与非结晶二种。结晶者，即构成之矿物分子，具有一定方向之排列法，故其发育之晶面棱角，亦皆有一定之结构。非结晶之矿物，则反是。（《谢家荣文集》第一卷P170）
击破矿物，常依一定方向裂开，其裂面光滑，一如天然之晶面。是谓矿物之劈开性。（《谢家荣文集》第一卷P170）反之将矿物击碎，不依一定方向而裂开者，则谓之断口。（《谢家荣文集》第一卷P171）
以等容易之物质，互相比较其重量，谓之比重。（《谢家荣文集》第一卷P171）
浮土与岩石：地壳大部为岩石，其上常为砂砾、粘土等所覆，是名浮土。其来源不同，有为其下岩石所化变者，有为河流或冰川载运而至重行沉积者。厚亦不一，吾国扬子江及黄河一带流域，冲积所成之浮土极为广泛，距底部岩石往往达数百千尺。山陵之上，则浮土常薄，岩石处处显露。岩石性质可分为三大类如左。
火成岩（Igneous
Rock）。地内温度极高，已如前述，故所有物质皆属液体或气体，是谓岩浆（Magma）。火成岩乃由岩浆喷出地面，或侵入地壳以内，待冷凝结而成。若玄武岩、花岗岩等皆是也。
水成岩（Sedimentary
Rock）。此由沉积作用而成者，以水为主动力，风与冰川等次之。就其成因可分三类。（一）在水或大气中沉积者，其原料由大陆上岩石剥蚀崩解运载而来。（二）在水中由化学作用或蒸发沉淀而成。（三）在水或大气中，由生物作用而沉淀者。此三类亦简称曰机械沉积、化学沉积及生物沉积。此类大部皆层累叠接，故每成层形。先积者居下，次积者随之，观其自下而上之层次，即足以辨沉积之先后。且沉积时，往往有生物遗迹，同时埋没，历久则成化石（Fossil）。凡此皆与火成岩大异者也。
变质岩（Metamorphic
Rock）。火成岩或水成岩经地内高温及高压之作用，则岩质重行组织变为一种特异岩石，是名变质岩。如大理石乃由石灰岩所变，片麻岩则可自各种火成岩或水成岩变化而成。（《谢家荣文集》第一卷P177）
火成岩之成分：就火成岩之化学成分言，极为复杂。然最重要之元素仅有八种，即氧矽铝铁镁钙钠及钾是也。此八质者，除氧与矽外，皆为金属。当岩浆凝结之时，各元素互相化合，而成矿物。氧与诸质合，则成氧化物，而矽氧二又与其他七种之氧化物合，则成为各种矽酸盐。火成岩中，元素成分变迁颇著，矽酸盐亦各不同，遂以造成各种成分不同之火成岩。概而论之，含矽氧最多者称为酸性，其次为中性，最少者则称为基性。火成岩中，矿物之重要者共有十种，而就其成分言，又可分为二大部如下。铝钠等之矽酸盐、铁镁等之矽酸盐（《谢家荣文集》第一卷P179）
火成岩之石理：所谓石理（Texture）者，即火成岩中各矿物之大小及其相互之关系也。论矿物之大小，火成岩有粗粒、中粒及细粒之分。颗粒之粗细，系乎岩浆冷凝时之迟速。冷凝迟者结晶之中心点少，故所成之结晶大。速者则相反。其骤冷骤凝者，岩浆无暇结晶，故称为玻璃状。石理之粗细，亦与岩质有关，基性岩流动较易，常成粗粒，酸性岩则反是。又岩浆中容有多量气体，亦能助结晶之增长。火成岩之石理既系于冷凝之迟速，则其与赋生之环境亦当有密切关系。侵入岩凝结于围岩之内，其冷也必较喷出岩之凝结于地面者为迟。故侵入岩多属粗粒或中粒，而喷出岩多属细粒或玻璃质。更有进者，侵入体之大小，常与冷凝之迟速有关。故大块火成岩之石理，必较岩脉或岩盘为粗。又如火山岩流之中部，冷凝必较其边际为迟，故结晶亦较粗。斑状石理，乃由特别环境所致。岩浆先在地内凝结极迟，造成斑晶继乃喷出地面，或侵入围岩之内，凝固顿速，遂造成细粒或玻璃状之石基。（《谢家荣文集》第一卷P180）
岩浆之质性：吾人既知火成岩乃由岩浆渐冷凝结而成，然岩浆之质性，果何如乎？论其成分，当与火成岩相似，所不同者，岩浆富于各种挥发物，如水气、碳氧二、硫黄等。当侵入或喷发时，由分泌或挥发失去者多，火成岩中遗留者遂少。岩浆中所含各质，其凝结之先后，颇有足研究者。据普通理想，岩浆当为一种熔体，故熔度高者应首先凝结。实则不然，譬诸石英，熔度最高，而火成岩中石英之凝结常为最后。以是观之，岩浆中各矿物结晶之先后，实与其熔度无关。换言之，岩浆乃一种溶液，各分子皆互相溶解，故其物理的性质与各分子实大有别。（《谢家荣文集》第一卷P180-181）
水成岩之层次：砂砾等运至水中，则粗重者先沉，轻细者后沉，故自下而上有粗细之分。倘为流动之水，砂砾之粗重者，因水力未易载之及远，先行沉积，轻细者随水迁徙，沉积较远，如是则同一水平面亦有粗细之分矣。若水流之速度，随时变迁，则砂砾粗细，亦随时易位，故上下二层之结构绝然不同，此之谓层次（Stratification）。二层相接之面，谓之层面（Bedding
Plane）。一层之内，又可分为无数薄层（Laminae），数层相合，称为一系（Formation）。岩石之层次，不特水成岩有之，即风力所积及火山灰凝集者，亦往往略呈层形。然较真正水成岩，亦自有别。（《谢家荣文集》第一卷P184）
沉积时之地位：水成岩沉积之地位，可分为三，即大陆沉积、海滩沉积与海底沉积是也。分论如左。
大陆沉积。大陆沉积者，即大陆上江湖中沉积之岩石也。江湖所在地质地形气候，处处不同，故其沉积性质亦不一例。研究所含化石及岩石性质，常可推知昔时气候与地形之概况。江河入海（或湖）之处，因水流顿减，沉积较多，常能造成陆地，是名三角洲（Delta）。因其地位，介于海陆之间，故沉积之性质，亦兼海陆。吾国江苏、山东一带之平原，即黄河与扬子江之三角洲，观其面积之广袤，亦可见江河造陆能力之伟大矣！
海滩沉积。海潮最高与最低间之一部，是为海滩。倘海岸斜度极缓，则海滩之面积尚宽，否则极狭。沉积之物，多属粗砂巨砾，惟不得过厚，因水平稍有变更，即海陆变相，失其为海滩矣！
海底沉积。海底可分为二部，自海潮最低处至海面下百海尺处，谓之浅海部。自此以下，谓之深海部。大陆剥蚀之物质多沉积于浅水部，结成砂土；其远及于深水部者，皆为极细之物，为量不多。深水部之沉积，多由海底生物作用而成，绝不恃陆地之供给，其质多碳酸钙，此外亦有极细之红土等。（《谢家荣文集》第一卷P184-185）
在干燥之区，一经留痕，即不易消灭，被砂土所覆，即能永远保存。干燥之区，飞砂覆其上，则其裂缝即为土质充满，而得保存。按干裂与鸟兽足迹诸现象，皆为大陆沉积之绝好证据，且多发生于干燥之区。（《谢家荣文集》第一卷P186）
结核之生，系由地层中微量石质经流水溶解，复依附植物枝叶，或其他物质，环绕沉淀而成。（《谢家荣文集》第一卷P186）
变质作用之三要素：据近日学者之研究，岩石之变质有三要素，即压力、温度与气体是也。此三者各有其效用，而无分轻重。倘岩石变质极深，则三者之作用必皆强烈无疑；否则三者中以一为主，其他为副。如水成岩与火成岩接触，发生变质，则当以温度之作用为主，气体次之，若压力则无关紧要。兹略述此三者之情形如下。
岩石仅受其上部地层之静压力（Static
Pressure），是否能生起变质现象，尚属疑问。据试验结果，则惟动压力，始能生重要变质。动压力者何？即岩石周围所受之压力，强弱不均，故其中分子得乘弱处碎裂褶皱，或重行排列，因以造成显著之变质结构。据学者试验，只动压力一端，即可使岩石中矿物列成平行式，即所谓片状结构也。况尚有高温与气液等为之助乎。高温足以熔解岩质，将已成之矿物，使之分裂，而另造成新矿物。如石灰岩与火成岩相接触，则因热力影响，重行结晶，成为大理岩，其中并发生灰辉石等新矿物。倘火成岩之岩浆中，更含有多量气体（氟硫及水汽等）或液体，在高压高温之下，其化学作用，更为伟大，一经射入水成岩中，即能熔化岩石，并造成新矿物，如石榴子石、异极石、绿帘石等类。而重要矿床，率皆由此而生。（《谢家荣文集》第一卷P193）
变质现象之分类：就变质时地位与作用之不同，变质现象可分为三大类。（一）接触变质。围岩（以水成岩为最普通）为火成岩所侵，则二者接触之部皆起变化。其属于火成岩者，因邻接围岩处，冷凝过速，故其石理常较他处为致密，或竟成斑状，有时且有新矿物发生。是等变质，名曰内变质（Endomorphic）。其属于围岩者，则因受高热与熔岩中所发出之气体或液体之作用，致岩质重新结晶，或发生新矿物，是为外变质（Exomorphic）。通常页岩变质，则成角岩（Hornfels），石灰岩变质则成大理岩，并发生石榴子石、角闪石、绿帘石等新矿物。（二）热液变质。当火成岩冷凝时，尚有余液，分泌而出，温度虽不甚高，亦夹带气质甚多。若与围岩作用，则生热液变质，而生绢云母、绿泥石、绿帘石及石英等矿物。此类变质，范围较狭，然大半矿脉，皆由此而生。（三）深造变质。火成岩或水成岩皆能因深埋地下，受动压力之紧缩断裂，而起变质。其作用以压力为主，温度为次，而气质等无与焉。其变质岩，大半具有片状、带状或劈开性之结构，而范围极广，变质现象，以此为最伟大。（《谢家荣文集》第一卷P193）
吾人述地壳之成分性质既竣，今将进而研究其变迁之原因，及在各种环境与动力下之现象焉。夫地球存于太空，其与诸行星之关系，及变迁状况，姑不具论。今以观察所及之地壳外表而论，日受风霜雨雪之侵削、江海湖泽之剥蚀，其逐渐变迁也，亦固宜矣！至于剥蚀之后，赖风雨之吹洗、江河之迁徙，或遗流于陆地，或沉积岩于海洋，日积月累，荟为巨观，沧海桑田，实基于斯。至更论地球内部，吾人虽不能亲临考察，而观乎火山之喷发、地震之猛烈，乃知地内动力，更为伟大，与地壳变迁尤有莫大关系焉。概而论之则化变地壳之动力可分为内外二类，凡火山、地震、潜水诸现象皆属诸内力，而风雨冰雪、江海湖泽等之剥蚀或沉积诸现象，皆属诸外力。内力以地球内热及地心吸力二者为主动，外力则以太阳之光热为各种动力之源。（《谢家荣文集》第一卷P195）
火山喷出之物有三，即气体、熔岩（液体）与灰烬（定体）是也。如喷出时，气体甚多，则其作用剧烈，必成猛烈火山，同时并有巨量灰烬，喷吐天空。如气体极少，流质较多，则其作用必较和缓，只有熔岩流布四周。故火山喷发，有猛烈与宁静之别。然大半火山，皆介乎宁静与猛烈之间，当其初发，因积蓄既多，势亦甚猛，及瓦斯稍泄，熔岩继出，渐即宁静，而至熄灭。此火山喷发之属于中和者。大抵时发时熄之火山，必较恒发不止者为烈；且熄时愈久，发时亦愈猛。（《谢家荣文集》第一卷P196）
火山喷发之或猛或静，又与其熔岩之质有关。熔岩成分，除挥发物外，即为石质，有含矽铝钾钠等质甚多者，亦有含铁钙镁甚多、而矽甚少者。前者称为酸性熔岩，熔度极高，虽在高温（摄氏二千度左右），犹难完全熔化，因之喷发之时，其中气体，常被塞而不易出，猛烈之结果，遂于是起。反是，含矽较少之熔岩，称为基性，熔度既低，虽在低温，亦流动若水，喷发之时，气体不受拘束，猛烈之现象，遂不能生矣。（《谢家荣文集》第一卷P197）
火山喷发之产物，为气体、熔岩与灰烬三者。前已述之矣。气体之种类，各处不同，而以水蒸气为最要。此外盐酸、氟酸、氢氧硫磺及炭酸等气，亦皆有之。灰烬为固体，在喷口边墙或内部，已凝结成石质，经气体冲击、推排而出，常能腾跃半空。就其大小，可分为三类，最大者曰火山弹（Volcanic
Bomb），其次如豆大者，曰火山砾（Lapilli），最小者曰火山尘（Ashes and
Dust）。灰与尘体积既轻，故能荡漾空中，传播最远。熔岩流出时之状况，又视其质而异，基性熔岩，流动极速，冷凝后面亦光滑。酸性岩不易流动，每于中途胶积，堆为巨峰，及其中气体蒸发则复瓦解。
熔岩冷凝成石，表面之部，常呈特殊结构。盖冷凝之时，其中气体蒸发，致全体穿成多孔状，其质极轻，能浮水面，亦曰浮石，或火山滓（Scoria）。冷凝速者，结晶极细，或竟成玻璃质，名曰火山玻璃（Obsidian）。（《谢家荣文集》第一卷P197）
现代之活火山，为数约五百余；其熄灭未久，遗迹犹存者，则不下数千。倘将此类火山，一一填注于地图上，其分布皆能连续成直线。最显者，为沿太平洋两岸，自南美安第斯山起，北经墨西哥合众国、坎拿大以至阿拉斯加，沿阿林顿海峡，至亚洲，折向南，经喀呣斯加楷达日本、菲律宾、东印度等处，而复达至太平洋。以上一带，为火山最多之地，而安第斯山及阿林顿海峡之火山，排列尤为整齐。其次则自中美至西印度，经地中海、阿拉伯，而至东印度，与太平洋带相连。此带之方向，约为东西。太平洋中大多数海岛，皆为活火山，或已经熄灭者，其分布亦成直线。由此可证火山之地位，与地壳之裂缝褶轴或其他弱点线，不无密切关系焉。（《谢家荣文集》第一卷P199）
火山之成因：吾人观察，只能及于外表，故火山之形状、产物已能略知大概。至论其成因，则涉及地球内部问题，多理想之谈。夫火山之喷发，宛若汽机之轰烈，水气与热力，当为最大原因，但热果何自来乎？多数学者，皆信热力为地球自初生以来保存之余热，当时足能熔解一切，今则外表渐冷，而中部仍为高热。又有学者，信热由地层变动，摩擦而生。近自辐射性原质发明后，又有谓地热乃由各元质原子破裂所生者，究不知孰是孰非。若水汽与其他气体，本为地球内部之所含，乘机喷吐，本无足怪。但一部之水，亦能自地面渗入，遇热后蒸发而出。由上数说，无论理想之当否，地球内部，必为高热，岩浆皆成流质，惟被压于极厚地层之下，难以松动。一旦地面被蚀，压力顿减，或变动陷落，均势立破，则流质皆将乘机冲出，而成火山，此为解说火山成因之普通论调，而观于火山地位与构造线关系之密切，觉此说，亦不为无见也。（《谢家荣文集》第一卷P201）
温泉之水，多由地面水渗入地内，遇高热之岩石，或与岩浆内水汽相和，遂被热流出地面，以成温泉。喷泥泉为温泉之将干涸者，其水量之蒸发，较流出为速，故存如胶漆之泥质，沸腾跳跃，颇呈奇观。若体质过于胶黏，气不易泄，则常能爆烈，名泥火山（Mud
Volcano）。（《谢家荣文集》第一卷P202）
吾国海岸，截然有二。钱塘江以北，为江淮河济四渎之冲积平原。以南则概为高峻海岸，岩壁削露，河流突出，几成峡口，而江口三角洲，亦迥不如江河诸流之发达。由是可证东南海岸，在近代必有沉降之势。而黄河渤海沿岸，江河冲积甚盛，海岸日见扩张。据计算江苏海岸，每六十年淤涨一英里，而太湖、微山诸湖，皆有海生介壳，积聚成层。天津导河亦见之。是则其海岸必稍有升降也亦明矣！（《谢家荣文集》第一卷P205）
凡震动为人所能感觉者，称为大震，不能直接感觉而恃仪器足以记录者，则称微震。（《谢家荣文集》第一卷P205）
若将各地地震现象，按上表核以等级，而填于一适当地图上，再就烈度相同之各点，以线连之，名为同震线。二线之间，为同震区。同震线大抵近于同心圆形。其中心点为震中，烈度最高，亦即震动发源之地也。（《谢家荣文集》第一卷P205）
地震与地裂，互为因果。裂缝及断层，为地震之原因，后当详述。其因地震而生之裂缝亦甚多，大者长达数十公里，深入数十公尺，或且上下前后移动，或为断层。裂缝有随裂随闭者，有历久不闭，为泥砂所充填者，则成砂岩脉，在地质史中往往见之。（《谢家荣文集》第一卷P206）
细察其分布之情形，适与前章所述火山区域相合，然则火山与地震，当有密切关系也亦明矣！（《谢家荣文集》第一卷P210）
我国于地震，视为灾异之一，故历代记载甚详。据最近研究，其分布区域，与地质构造，颇有关系。综而论之，可分为十六带，即汾渭地堑带、太行山拗褶带、燕山拗褶带、山东潍河断裂带、山东西南断裂带、甘肃贺兰山断裂带、甘肃泾原断裂带、甘肃武都折断带、河南南阳折断带、安徽霍山折断带、川南断裂带、滇东湖地断裂带、滇西湖地断裂带、广东琼雷断裂带、福建泉汕沿海陷落带、山东登莱海岸陷落带等。（《谢家荣文集》第一卷P210；翁文灏.地震浅说.北京高师博物杂志，第四、五两期；翁文灏.甘肃地震考.地质调查所出版，地质专报，第三期）
地震之原因，自经多数地质家先后研究，始渐趋于明了之途，而一致认为与地层断裂有莫大关系。此外若火山爆发，或地内岩穴之陷落，虽亦能为少数地震之因，然究不甚重要。夫地震者，乃地壳外表受猛击而发生之波形震动也。地壳因日渐冷缩之关系，遂致裂成大块，各块为保持均势计，时时移动，以渐趋于最固之地位。移动较剧者，遂发生地震。（《谢家荣文集》第一卷P211）
潜水饱侵于岩石罅隙之内，至一定深度，是为潜水面。此面之上，水皆急速下流，故石隙中绝少水分，且因水流时常经过，岩石最易被蚀，故此部亦曰侵蚀带（Zone
of Weathering）。潜水面之下，石皆饱浸水分，恍若巨泊，水中溶质极富，遂多沉淀，故此部亦名沉淀带（Zone of
Cementation）。至此带之下，潜水究至何处为限，尚未明了。就理想言，愈深则压力愈大，而罅隙必愈少，潜水必有不能存在者矣。（《谢家荣文集》第一卷P213）
潜水亦如地面水，常自高至低逐渐流动，以达于海而止。在粗粒岩如砾岩、砂岩内，流动较速，粘土等密致岩，则流动最迟，故是等岩石，亦称为不透水层。平均潜水之速度，约为每年一英里，恃水源之高低、岩层之粗细与倾角，及不透水层之位置等而大异焉。（《谢家荣文集》第一卷P214）
潜水之地质作用：潜水为地质作用中最重要之一。在侵蚀带中，因溶解多量之炭氧二及有机酸，故剥蚀之力，较雨水为大，能与他类物体，起交换作用，或变化而生新矿物。若围岩为石灰岩时，则剥蚀更易，由裂缝逐渐侵蚀，至成巨大之岩穴。往往与他穴沟通，荟为暗河。吾国云南、四川一带之石灰岩山地，岩穴众多，与地内暗河，脉络相通；有时地面河流，注入暗河，致不复见。据学者计算，潜水侵蚀之力甚大，每一万三千年，全地球之面，为之低减一尺云。
潜水在沉淀带内，溶度几达饱和，流动亦迟，故无侵蚀之力，却有沉淀之机。岩石罅隙，每为碳酸钙等质充填或交换。如潜水经过岩穴，则因水量蒸发，与炭氧二气挥发之故，其中碳酸盐，逐渐凝聚，积成柱形，呈乳房状、佛头状等结构。穴之顶底皆有之，宛如冬日檐前之冰溜，是为石笋或钟乳石。泉水之旁，亦有沉积，其质不同，碳酸钙、氧化铁、矽氧二、硫黄、石膏等俱有之。如沉淀过速，则碳酸钙常呈疏松结构，名曰石灰华。（《谢家荣文集》第一卷P215-216）
砂丘之位置形状，与风力大有关系，向风之部，其坡较缓。盖砂为风推移上行故也。背风之部，坡较急，约二〇至三〇度，此处风静，且有回旋之势，故砂粒自然下坠，遂成急坡。因此之故，沙丘能随风逐渐移动，其进行迟速，视风力强弱而异。（《谢家荣文集》第一卷P219）
地面岩石，无论何处，常有多少之罅隙与裂缝，空气与雨水皆得乘隙而入，肆其腐蚀。同时并有霜雪与冷缩热胀等作用，相助为虐，卒能使岩石化为土壤，是为风化（Weathering）。所谓冷缩热胀者，即温度变迁之谓也。高旱之区，一日间温度之变迁，常能达五十以至七十五度，若四季之变迁则更大，能达百度以至百五十度。岩石处此不同温度之下，胀缩交攻，遂兆分裂，惟其影响，仅及表面。至论霜之作用，在酷寒之地，最为显著。盖岩石裂缝中，每蓄水分，水结为霜，则膨胀，岩石因而碎裂，堆积山坡，称为堆屑（Talus）。（《谢家荣文集》第一卷P219）
岩石风化之程度，以愈近地面为愈甚。故自上而下，可分为数带。初为真正之土壤，因杂植物质，且完全氧化与水化之故，常呈黑色。稍下为亚土（Sub-Soil），色较淡，而略成层，中杂未经风化之岩石。再下为石，视之似坚，触之即碎。盖尚受风化甚深也。自此以下，始渐入未变之部。一地土壤之厚薄，当视其地气候地质等情形而异，不可一概论也。（《谢家荣文集》第一卷P219）
土壤之种类，大半关于原生岩石之性质。岩石中主要矿物，为长石、石英方解石及铁锰等质之矽酸盐。长石风化成高岭土，已述于前，石英不易变，方解石易溶于水，其他各质，皆氧化而成氧化铁等物。故花岗岩风化，则成粘土与砂粒；砂岩风化只余散砂；石灰岩风化，则溶解而仅留残土，如含铁则土呈红色。由是言之，土壤之主要成分，可分为四，即砂粒、粘土、灰分与植物质是也。就其所含比例之不同，土壤可分为左列五种。（《谢家荣文集》第一卷P221）
地面浮土，为雨水所冲，自高迁下，终为河流所挟，以达于海，是为剥蚀（Erosion）。论其迟速，各处不同，而原因甚多。（一）地形。峻削之山坡，土壤易于为洗去，若在深谷或平原，则剥蚀较迟。（二）质性。如岩石为坚实之变质或火成岩，则所成之土，剥蚀较难；若为软弱之土，则最易蚀去。（三）森林。地面广植森林，不特能调剂雨量，亦足以阻止剥蚀。盖林木枝根，深入土中，不啻为胶结掩护，且雨水一部，为树木所吸，亦可减少剥蚀之力。吾国北方，林木稀少，土壤疏松，故直谷深沟，到处皆是。良田每成荒地，河中泥沙几满，水呈黄色，此皆雨水剥蚀之结果也。（四）雨量。沙漠之地，雨不常有，有则暴骤无比，剥蚀之力，反较多雨之区为大。故其结果，亦最显著。（《谢家荣文集》第一卷P221）
雨侵成壑，壑广为涧，聚涧水而成细流，荟众流而为巨注，汪汪江河，固莫不造端于沟壑也。夫江河挟泥砂奔腾入海，其量至巨，其分布亦至广，设遇原隰，流速顿减，则泥沙沉积其面积往往达数百以至数万方里。故江河之力，剥蚀与沉积并重，治地质者，当加之意也。河之源，每在丛山峻岭，坡急岸高。迨荟合诸流，出山入海，则蜿蜒于平原之上，顿呈和缓之状。（《谢家荣文集》第一卷P222）
河流剥蚀之程序，始则削成一峻谷，继则衍为平地。论其迟速，与下列诸项有关。
砂砾。河流之剥蚀作用，不仅因水力冲刷，而尤恃其中挟带之砂砾以助之。河水若清，则只能溶解石质，至侵削河床及两岸，殊难奏效。
砂砾之量。河水含砂砾愈多，则剥蚀之力，亦与之俱增。然砂量不能过多，多则河流不克搬运，剥蚀之力反减。砂砾之大小，亦与剥蚀有关，大抵粒愈大，则剥蚀力愈强。
流速。河流愈速，则剥蚀力愈强，何则盖流动速，其中砂砾之磨擦较疾，而于一定时间内，擦过之粒数亦较多也。据计算，河流之剥蚀力，等于其流速之平方。
河床。河床岩石之性质，亦与剥蚀有关，盖岩质愈坚密，则剥蚀亦愈难。（《谢家荣文集》第一卷P222）
河中物质，可分三类。（一）溶解于水中者。（二）混杂于水中者。（三）接近河床，随水搬动者。河中所含（一）、（三）二类，似属少数，第二类量最巨。河流之搬运量，与流速及砂砾之比重等，皆有关系。据水力学定例，搬运量等于流速之六乘方，譬如流速每增一倍，则其搬运泥沙之量，必增六十四倍。又如砂砾大而重者，每不能远运，故吾人考察漂砾之大小形状，亦可略窥其来源之远近焉。（《谢家荣文集》第一卷P222）
江河之谷，有狭而深者，两岸高耸，常达数千尺；有宽而浅者，则成平衍之原野。考其相异之由，则因地势、石质与气候不同之故。地势高峻，则河床之斜度必急，斜度急则水流必速，而向下剥蚀之力，乃较向两岸冲毁者为巨。因之成深狭之谷，治地形者，谓之少年时代之谷（Young
Valley），盖言剥蚀作用，方在创始也。洎乎历时既久，剥蚀渐深，则河床斜度必减，向下剥蚀之力浸衰，则河谷必呈宽博开展之状，是为中年时代之谷。至于石质坚松，气候寒温干湿，皆与河流剥蚀有关，故河谷之形状，亦因之而异焉。中以气候为尤要，在抗旱之区，两岸风化至缓，向下剥蚀，大为显著，因之成极深之谷者，其例甚多。（《谢家荣文集》第一卷P223）
瀑布所在之河底，因水之旋流作用，常能蚀成圆孔，名曰瓯穴（Potholes）。今若于无水处见之，即足证昔日之当有瀑布矣！（《谢家荣文集》第一卷P223）
三角洲之沉积物，系微细泥土所组成，其中富于植物及海生或大陆动物之遗骨，故土壤腴沃，最称富庶。其沉积又时呈特异之层次，大致可分三层。底层（Bottom
Set），质甚细，平铺于海底上，极整齐。中层（Fore Set），质稍粗，微向海方倾斜，其倾角大小，视沉积时水面深浅而定。顶层（Top
Set），呈水平层，而覆于中层之上，因沉积时，已出水面，故多属大陆沉积。大抵顶底二层，占地最广，亦最常见，中层则容积较大，惟倾角不易觉察耳。（《谢家荣文集》第一卷P227）
地文学者，对于河流剥蚀，分为三期。其始山原高峻，谷面深狭，称为少年期。迨剥蚀既久，沟壑渐广，则称为壮年期。洎乎高山夷为平地，剥蚀衰而冲积盛，地形平坦，一望无涯，实为地质历史中最普通之事。故河流虽依其步骤，自少壮以达老年，一旦平原升为高岸，则剥蚀复新，周而复始，以达少壮时代，此剥蚀轮回之说也。（《谢家荣文集》第一卷P229）
大陆发育之初，地面水流，纯依其地势高低，而定位置，若是者谓之顺河（Consequent
Rivers），为少年期地形之特征。及剥蚀渐深，岩层显露，构造与质性，遂能操纵河流之位置，其所生河道，常与地形不合，若是者谓之逆河（Subsequent
River）。倘同时陆地上升，惟上升是率，不及河流剥蚀之速，于是原有河道，仍得仍旧，却与后成之地形不合，往往能越山而过，是之谓先成河（Antecedent
River）。又有河流本依浮面之地层及地形，而定位置，及浮面地层蚀去，另露一性质不同之岩石，其地形当然不同，然原有河道，却仍旧观，与新发育之地形较，则两不相合矣，是之谓异性河（Superimposed
River）。（《谢家荣文集》第一卷P230-231）
海水因含盐质，故溶解岩石之力，似较净水为强。然海洋侵蚀，纯属机械作用，其涉于化学范围者甚鲜。惟深海之部，波浪有所不及，则化学作用，较为重要，沉积物每经化解，而成为红土及软土等。（《谢家荣文集》第一卷P235）
岛屿可分为二类。（一）大陆岛，见于大陆附近，与大陆尚未分离者。其成因有二，一因海岸渐降，沿海丘岭，相继沉没，复经海浪冲削，则与大陆分离，而成岛屿。一属建设作用，潮汐上落，每挟泥砂甚富，倘大陆坡面平缓，则退潮时水流迂缓，泥沙沉落，日积月累，则成堤洲（Barrier
reef），形如长堤，与海岸相平行。又有沙洲与沙角，则为海潮所淤积，盖潮过海峡，常欲越峡而过，及至峡口，水势顿缓，砂遂遗落，积久乃成沙角（Spit）。倘淤积日久，将海峡阻塞，或只留一小口，则称沙洲（Bar）。沙洲与堤洲，常相连续，造成新陆，与旧时海岸相平行，其间积水之处，即成无数小湖。（二）海洋岛。此项岛屿，见于深海之部，由海底火山所喷出之物质，累积而成。如檀香山群岛，高距海面千四百尺，纯为火山岩所造成。此外亦得由生物骸骨堆积而成，如珊瑚岛，即为一例。（《谢家荣文集》第一卷P239-240）
世上酷寒之地，常终年积雪，或在山巅，或在沟谷；而在南北两极，即海平面亦有之。故自赤道以至两极，此积雪之界线，不啻自极高而降至海平，是为雪带（Snow
line）。雪积既厚，上部遂生压力，渐压渐坚，终变为冰，性致密，常呈层形。倘此项冰块，依地势高下，自由流动，即成冰川。及至低地，气候渐暖，冰川随流随化，至化尽之处，则成河流。（《谢家荣文集》第一卷P241）
冰川流动极迟，据在阿尔坡斯山所测，每日约流一尺至三尺，每年不过三百尺至千尺。普通冰川，皆与此相仿。惟格林兰冰川，有每日流动六〇尺以上者，实不多见。冰川行动之迟速，视坡面缓急，冰层厚薄，及温度等而异，且其各部，亦各不同，大概中部与顶部，常较边际及底部为速。经流之道，复多弯曲，一如河流之曲折。由此观之，冰川与河流，颇有相似之处矣。（《谢家荣文集》第一卷P241）
冰川之地质作用：冰川之地质作用，与河流颇相似，可分为剥蚀、迁流及沉积三步论之。
冰川剥蚀。崇山之内，冰川流动尚迟，剥蚀方法，专使石质分裂。盖岩石基盘，因日夜温度之变迁，冰川压力之沉重，遂渐渐分裂，化为小块，混杂于冰川中，终则被挟以去。如是进行，其基面遂呈深洼之盆形，名曰冰围地（Amphitheater
or Cirque）。及冰川既退，此特殊之地形，颇足为考证之资。冰围地附近，又常有小湖，为当时低地而积以水者。
冰川之下流，行动较速，剥蚀方法，以磨擦为主。盖冰川底部，石块与冰块相胶结，流动之时，遂与石基相磨擦，且冰层上部，压力綦大，故磨擦尤为得力。日久则石质化为细砂，随以俱去，而于基盘之上，复遗有磨擦之痕迹，往往甚清晰。擦痕方向，即冰川进退之方向也。冰川剥蚀所成之山谷，常成U字形，与河谷之成V字形者异，盖冰川向两旁剥蚀之力，与向下剥蚀相仿故也。冰川经过之山谷中，两旁山坡，常成绝壁。壁之剖面，成倒写V字形。而支流与本流相接处，高低悬殊，往往成悬崖，遂多瀑布。凡此皆为冰川剥蚀之特征，而实地调查时所当注意者也。
冰川沉积。冰川沉积名曰冰碛岩，已述于前，其性质与普通水成岩异。冰川中所含石块，大小混杂，绝不若水中沉积有自然选择分别之趋势。及冰化石留，遂成大小混杂、种类各异、且不具层形之冰碛岩，其中块砾，多现擦痕及磨光等现象。
冰川中之石块，多自远道迁流而来，故与其所在处地层之石质，往往迥异。及冰川消融，此项石块，散见各处，大者口径可十余尺，重数百吨，河流搬运，既力不能胜，而附近山石，又绝无与之相类者，非冰川作用，曷克征此？是名冰漂石（Glacial
Boulder or Erratics）。
冰川经过之地，常多湖，考其成因可分为三类。（一）冰川剥蚀，使地面现低洼形，积水则成湖。（二）冰碛岩充满谷沟，致水塞不通，荟积成湖。（三）冰碛岩富于低洼之孔穴，积水亦成小湖。以上所述，皆为普通冰川之沉积。至于大陆冰川，面积尤广，因无侧面之限制，故只有尾碛层，而无侧碛层。冰川进退无定，故沉积至为复杂，经过之地面，亦现擦痕，石块混杂磨光，一如前述。
地势渐低，温度渐高，故冰川下流，终必变为河流而后已。此处所沉积之冰碛层，略具层形，名曰水成冰碛层，因冰川与水通力合作故也。其中块粒多呈浑圆形，面上擦痕，亦每为水蚀去，与普通之水成岩，已相去无几。属此类之粘土，有时具极细密之层理，名曰季候层，盖四季之温度不同，冰川沉积之粗细多少，亦随之而异，遂有细密之分层结构矣。（《谢家荣文集》第一卷P243-246）
煤之成因。煤之质与泥炭相似，而炭分之富，则尤过之。今既如泥炭之成因，则据今证古，煤之成因，亦不难洞悉矣！泥炭为植物炭化之第一步，因历时尚短，埋没尚浅，故其中挥发分，保存犹多。若煤则深埋于岩石之内，历时既久，变化亦深，故轻（氢，编者注）氧等质，挥发殆尽，炭质凝聚，遂成致密而黝黑之煤矣。虽然，煤之质亦至不同，有褐煤、烟煤、无烟煤等之分，皆因炭化之程度有深浅，故成分亦各异也。成煤之植物，今日于煤系岩层内，犹能见其遗迹，是名植物化石，据专家研究，谓多系浅水苇塘之物，如凤尾木贼等类，俱体干伟茂，高大参天。煤层每与砂砾或海生石灰岩相间，足证当时地势，近于海面，故地盘略有变动，即有海水沉积介于其间。吾国煤矿甚富，据农商部地质调查所计算，全国煤储量约二三四三五兆吨，在世界各国中居第九位置。（《谢家荣文集》第一卷P249）
露头线之形状与山谷坡面之斜向有关，凡地层斜向，与谷之斜向同，则露头线之尖端向下，否则向上。然此规例，只适用于地层倾角，较小于山坡倾角之时，倘地层倾角较大，则其结果适相反。（《谢家荣文集》第一卷P253）
凡地层向四周背斜，近于馒头形者，曰圆丘层，其露头线近圆形。凡地层向四周内斜，近于盆形者，曰盆地层，其露头线亦近圆形。凡此种种，皆指地层构造而言，初与地形无关，盖往往背斜层一经剥蚀，反成低地，而向斜层却成高山者，是皆岩质强弱之结果，而非构造之影响也。（《谢家荣文集》第一卷P254）
节理：地面岩石，常具裂隙，长短大小不一，或互相平行，或纵横交错，遂将岩石划分为方块或不规则之形，是为节理（Joint）。凡参观石坑，类能见之，石工且利用之，以便采凿。
火成岩之节理。此项节理，乃由岩浆冷却时，凝缩所致。其状不一，视冷却迟速、面积广狭等而异。花岗岩即其他侵入岩之节理，方向不一，将岩石分成大方块，或柱体锥体等状。斑岩类细粒岩石之节理，多密而细，分成小块。最显著者，为柱形节理（Columnar
Jointing），其横剖面常为六边形，然七边或四五边者，亦或见之，直径约树寸或数尺，长自一尺至二百尺以上，玄武岩流、辉绿岩或他种岩脉，往往具此。柱体常与岩浆之主要冷凝面相垂直，故岩流或侵入层，柱体皆直立，若岩脉，则柱体每近水平。
水成岩之节理。此项节理，常互相平行，具有二种或二种以上之方向，互相垂直，或相交成一定之角度。层次间之隙缝，亦常与节理相连贯，遂使岩石分成方块体。大概岩石之颗粒愈细，则节理愈为发育，如页岩或石灰岩等是也。至其成因，有沉积掀起后，经干缩作用而致者，亦有因地层经褶皱或绞折而生者。又有谓地震之波纹，经过水成岩，亦能使之发生节理者。
变质岩之节理。变质岩种类各异，故节理亦至不同。片麻岩与花岗岩为近，故其节理亦如之，片岩或板岩之节理，则与水成岩为近。就一般而论，变质岩之节理，常较别种岩石，更为发育。
节理分类。节理之原因，既极复杂，故分类甚难。有就其方向之平行于走向或斜向而分者，则有走向节理与斜向节理之别。普通则就其生成力之不同，而分为涨力节理，与压力节理。如（一）火成岩因冷缩而成者。（二）与正断层有关者。（三）因干缩而发生者。（四）节理之具有空间者，皆涨力节理也。若（一）节理面现擦痕者。（二）与反折断层有关者。（三）节理方向，与压力原理相合者，皆压力节理也。虽然，节理之成因，犹多理想，而少实证，依此而分别，于实用上，恐不甚方便耳。
节理与地形之关系。节理为岩石之弱点，故剥蚀作用，得乘间肆虐，而不同之地形，亦遂以起。如花岗岩剥蚀后，则呈浑圆或方块形，因节理之方向，约略成方形也。柱状节理剥蚀后，每呈悬崖绝壁之形。变质岩之节理，颇为复杂，故地形亦极峻伟。河流之排列，往往与节理有关，盖支流小溪皆随地层之弱点为之转移故也。（《谢家荣文集》第一卷P256-258）
正断层者，上壁下降，故其动也，合乎地心吸力之理。反断层者，上壁上挤，故其动也，背乎地心吸力之理。正断层中相当之二层，互相分开，遗有空间，故亦名涨力断层，反断层则互相掩蔽，故亦名压力断层。（《谢家荣文集》第一卷P259）
断崖仅见于正断层。若反断层，因倾角太小，推移之迹不显，故无论剥蚀前后，皆无断崖。（《谢家荣文集》第一卷P261）
褶皱与断裂之原因：关于此项问题理论甚多，尚无一定解说，本书为普通教本，殊无余地尽情讨论。虽然论褶皱与断裂之远因，固属茫然无据，若其近因，则学者意见，尚属一致。简单言之，即地壳因横压力与引力而发生褶裂耳。据美国地质学家威烈士（Willis）之实验，褶皱皆由横压力之推挤而发生，而褶皱之地位，又常与原生倾斜有关。倘地层某处，略有欹侧，被压后，褶皱即由此点发源。反断层或反折断层之成因亦然。在同一横压力之下，地层或褶或裂，视环境而异。（一）倘地层位置极深，热度极高，且有各种气体，助之作用，而顶部压力，又极伟大。若是则石质胶粘，有如软泥，一经挤压，即褶皱而不断裂。反是，如位置极浅，温度较低，顶部压力甚小，则断裂而不褶皱。职是之故，地壳自外至内，可分为三带。（甲）断裂带（Zone
of Fractire）。（乙）中间带（Intermediate Zone of Fracture
&Flowage）。褶皱与断裂俱有之。（丙）褶皱带，或称熔流带（Zone of
Flowage），盖岩石在此带内，质胶粘若能熔流也。据美国地质学家之约计，断裂带之深度，不能过十二英里。（二）岩石本性，亦大有关系，在同一剖面中，往往质坚者断裂，而质软者褶皱，是则与地位又不相关矣！（三）横压力之急而骤者，多生断裂；其缓而久者，则生褶皱。
至若正断层，则由直引力所致，引力为横压力之副产物，盖地壳因推挤而掀起，其底部必空，空则地壳得依地心引力之理而下沉，而生断裂，故正断层之成因，与前述者相反。然褶皱之地，亦间有正断层，可知地壳之或生横压力，或生直引力，随时随处而异，难以一概论矣。据美国地质学家计算，正断层虽若较反断层为多，然调查未精，难资依据。且反断层之倾角常小，平均约三十六度，故在反断层一尺之推移，其平面推移，亦将一尺；若正断层，因倾角甚大（平均七十八度），一尺之推移，其平推移不过数寸。由是计之，反断层之横挤力，当较正断层之直引力为重要矣。
至论地壳何以能发生横压力或直引力，则学说众多，大别有二。（一）地心之冷缩率，较地壳外表为速，遂使外表崩溃，而挤压之力起。地层变动，以推挤力为主，而引力仅为局部现象。（二）自均衡说（Theory
of
Isostasy）兴，学者遂谓陆地日受剥蚀，而沉积于海，则大陆与海面之密度，渐不相等，迨均势力破，海方不得不由熔流带，输送石质与陆方，俾得保持均衡状态，而掀动之力，遂发生矣。（《谢家荣文集》第一卷P262-263）
凡耸然而高者，皆称曰山；山之形不一，由矗立成峰，有绵亘成岭。诸山荟聚，排列成行者曰山脉（Range）。峰峦起伏，无一定方向者，则称山地（Group）。多数山脉荟列成行，约略于同一时代掀起者，曰山系（Mountain
system）。山系与山脉相聚，互相平行，然掀起时代不同者，曰山带（Mountain
chain）。多数山带相合，则曰群山（Cordillira）。北美西部，东自洛矶山，西至太平洋，北自阿拉斯加，南迄墨西哥，北美各山，其间山脉山系带甚多，统称曰北美群山。（《谢家荣文集》第一卷P265）
山脉之构成史：试研究褶皱成山之历史，可分为三时期论之。
沉积期。世界各大山，皆由极厚之水成岩，如砾岩、页岩、砂岩、石灰岩等，组合而成。北美阿柏拉经山，地层总厚约二万五千尺，洛矶山约三万尺，阿尔坡斯山约五万尺。然距山渐远，则此项地层，逐渐减薄，以至于无。夫砂岩、页岩等，皆属距海岸甚近之沉积，今日浅海之部，未有深至数万尺者，然则欲造成如许之厚层，必假定其海底逐渐下降，于是沉积始得进行无间。此项逐渐下沉之深源，地质史中，其例颇多，称曰大盆层（Geosyncline）。
变动期。沉积剥蚀，进行无已，地壳外表，渐失其均势之地位，遂静极思动，而生褶皱。褶皱之原因，与其压力之方向，已述于前。兹欲论者，则褶皱成山之形状位置，与其附近大陆之关系耳。此项大陆，其石质多坚韧难蚀，故有逐渐上升之势。大盆层适与之相反。大盆层之褶皱折裂，实以其附近之大陆为限，故所成山脉之方向，一视大陆之位置为转移，而山脉之位置，又可略示当时海岸线之形状焉。欧洲阿尔坡斯山自日内瓦至维也纳间之曲折，乃与当时大陆，有密切关系，即其例也。
有时地内熔岩，因褶皱之掀动，乘隙而起，或侵入岩层，或熔其围岩而代之。遂使地层愈高且厚，而围岩亦因受变质而剥蚀较难。大山脉之中部，每有巨块花岗岩，即斯项熔岩之凝结者也。大凡山脉愈古，则剥蚀愈深，而此项火成岩，亦愈易露出。山脉之构造，至为不一，有形状单简，地层成对称式之向斜层及背斜层者，瑞士之侏罗山（Mt.
Jura），即为最著之实例。亦有构造复杂，褶皱断裂，纠纷万状者，北美阿柏拉经山之南部，及欧洲阿尔坡斯山等皆是。欲定造山期之地质时代，须观察褶皱部分最上层之时代，及未褶皱部分最下层之时代，二者之间，即造山期之时代也。倘二者之时代，相距甚远，一属石炭纪，一属第三纪，则造山时代，即不能确定。细考地质历史，造山时代，似有周而复始之概。凡沉静既久，往往继以变动，变动之后，则复沉静如故，如是现象，尚无确切之解说。
剥蚀期。山脉之形态，固系于构造，而剥蚀作用，亦大有关系。盖凡岩石露于空中，即有剥蚀。地层掀起，剥蚀随之，历时既久，将由高峰而变为丘壑，由丘壑而削为平原，迹其历史，可分为三步。（一）山脉之少年时代。地层掀起未久，剥蚀最盛，故孤峰峭壁，险峻万分，沟谷纵横，深渊不测。背斜层多成山顶，向斜层多成山谷，吾国太行、祁连诸山，多属此类。（二）山脉之老年时代。剥蚀渐深，则高峰悬崖，相继消灭，谷面亦豁然开展。山坡既平，则剥蚀之力亦减，浮面地层既去，则内部坚石，益难磨削，故是时之剥蚀，阻滞良多。其山形多低平浑圆，地势高下，纯系于岩质之强弱，而与其构造无关，故有背斜层夷为山谷，而向斜层反成山顶者。此项山脉之岩石，多属片岩、片麻岩或花岗岩等太古代之物，盖剥蚀已深入内部矣。（三）平原时代。倘剥蚀长此进行，毫无阻力，则就理想言，诸山必有削成平原之一日，然山愈低平，则剥蚀力愈弱，故真欲削成平原，不但需时甚久，抑且难成事实。不过近于平原之地形，稽诸地质史中，尚多其例，治地形者，名之曰剥蚀平原（Peneplain）。在此项平原中，有时尚有孤山突起，因质坚难蚀，或体积伟大，一时未及销灭者，名曰残丘（Monadnocks）。
虽然，造山历史，必不如是指单简也。据地质学之观察，地壳变动，常周而复始，故造山未久，剥蚀未深，变动之力，又复蹶起，遂使垂老之山，返为少年。如是循环，有至再至三者，此与前章论河流轮回之说，同一原理也。（《谢家荣文集》第一卷P265-267）
中国重要山脉之分布及其构造：言中国之山脉构造，应先论秦岭，因其横贯中枢，平分南北，不特地势上推为干轴，即地质上亦以此为界线。考其分布，西接西倾，与祁连隐相连续，东延为大散终南，迄于华山，大致作东西走向。其地质有太古界片麻岩、元古界片岩，及古生界岩石，又多深造火成岩，地层皆褶皱变质甚烈。考其造山时代，必在古生代以后，或中生代之初，因二叠石炭纪层，皆经褶皱，然前乎此，或后乎此者，造山之力，未必盖无，特不若古生代末期之显著耳。秦岭自西向东，又可分为数段，曰渭南山地，即狭义之秦岭山脉，亦即渭水与汉水之分水岭也，太白终南及华山等，为其最高峰。至黄淮与扬子之交，则为伏牛山脉，居河南之南部，脉向变为西西北至东东南，渐易为西北至东南。至豫、鄂及皖省境内者，则有大别山（即桐柏山）、天柱山，统称曰淮阳山。在霍山、英山之间，天柱山自西北东南，倏变为东北西南，往往为地震发源之中心，自此向东北至没于平原而止。
秦岭以北，除山东外，重要山脉，率自西南走向东北，有时且约近南北向，与秦岭相垂直。在甘肃境内，则有贺兰山，自平罗迄中卫红水，脉向自东北北至西南南，渐变为东北至西南，与南山相衔接，其地质构造，为一倒断层，致使元古界石灰岩，位于古生代夹煤系之上，又有大块之花岗侵入岩。黄河东岸，则有卓子山、牛首山、陇山（或称六盘山），脉向自东北走西南，旋又略成南北。在六盘山所见，则有古生代地层，成背斜层构造，其东西黄土甚厚。自此至陕西之东陲，为一大盆地，无重要山脉可见。及入山西境，遂有岢岚山、霍山，及太行诸山，突起盆地中，其脉向率自东北北走西南南，地质为古生代石灰岩煤系及中生代之红绿砂岩。重要断层，见于汾水之东西岸，及太行山与东南平原之间，汾水、渭水，皆因断层而陷落，成所为地漕。岢岚山为黄河与汾河之分水岭，亦即山西盆地与陕西盆地之脊背，而霍山则纵贯南北，皆因断层而突起，成所谓地垒者是也。太行山始于黄河北岸，豫晋二省之交，东北与北京西山，遥相呼应，其间构造，褶皱断裂，殊为复杂，自南口而东北，山脉复为东北走西南，终则与蒙古高原（大青山）及东三省高原相衔接。山东之山脉，与太行、秦岭皆不相连，孤立于平原之中，自成一系，其山脉方向，颇无一定。重要构造，为多数之正断层，以西北至东南为最多，东北为掀起之部，西南为下降之部，此项断层，纵横贯穿，遂使山东半岛，成为无数断块，昔徐斯氏（Suess）曾名之曰断裂之地垒（Shattered
horst）。中国北部之断层，大半皆发生于第三纪中叶，而重要褶皱，则发生于中生代之中期，或其末期。
秦岭以南，山脉方向，不若北方之易于分辨，且调查未精，研究非易，今首述西南各省之山系。西藏高原，与四川盆地之间，山脉构造以南北轴向之褶皱为最著，金沙、雅陇诸江，皆与之平行。此褶皱带至云南北部，渐渐分歧，故澜沧江支流独多，皆与构造有关者也。四川之东南，及云南之东北部，褶皱与反断层甚多，方向易为东北东及西南西，约略与扬子江之转折相平行。云贵间，地层褶皱尤烈，成为平行褶皱层，动力似自东南至西北，变动时间，似在第三纪之初，或其中叶。云南东部，于第三纪之末，变动亦著，多断层，昆明一带之湖，即由断层所生。惟在经度一〇四度以东，褶断之力，似已稍减，故有四川之红色盆地，及贵州之高原，地层皆变动甚微。自湖广山地，至西南高原，其间构造，或为断裂，或为褶皱，尚无定论，惟自扬子江左近，黄陵至贵州，似当为一重要之褶皱轴，轴向东北西南。在湖南、贵州境内，且有小褶皱甚多，其轴向皆约略与之平行。
中国东南部之山脉方向，及其褶皱轴，多为东北走西南，昔本判来氏曾名之曰支那向（Sinian
Direction）。鄱阳及洞庭二湖，今为盆地，然其地质构造，却为一穹形层。南岭山脉，位于广东、湖南及广西间，为扬子江及西江之分水岭，东与武夷山脉相连，其造山时代，或在古生代以后。至于东南海岸，脉向大致亦为东北西南，其地质多属火成岩，除西江三角洲，由近代冲积层造成外，闽浙海岸，俱有逐渐沉降之势，造成深邃之海湾，与火成岩所成之岛屿云。（《谢家荣文集》第一卷P267-268）
矿床成因：地壳之成分，自诸家分析，咸谓有用矿质，所含无几。然能聚成一大矿床、足资开采者，其必有赖乎特别作用，断无疑也。细察诸矿床，其聚矿之法，不外左列数项。
甲.由火成岩浆中结晶而成。
乙.与火成岩中之气质，同时蒸升而出，沉积于围岩裂缝中。
丙.火成岩冷凝后，其中所余一部之溶液，挟带矿质，迸发而出，及与围岩相接，则起交换作用，或沉淀于其裂缝中。因沉淀时地位深浅之不同、温度压力之悬殊，故所成矿床，亦遂种类繁多，形状不一。
丁.地面流水，亦能溶挟矿质，渗入地内，如遇岩缝石隙，则亦沉淀成矿。
戊.岩层显露地表，经大气流水之剥蚀，则杂质渐去，而矿质加富，积久亦成矿床。
己.由溶液中沉积而成。
庚.岩石崩解，随水迁徙，矿质之比重相等者，共聚成矿，如砂金矿是也。（《谢家荣文集》第一卷P269）
矿床之剥蚀与变质：矿床之剥蚀。凡矿床显露地表，受大气及流水之种种作用，渐致剥蚀。剥蚀之结果，则易溶矿物，逐渐减少，而次生矿物，如氧化物、含水氧化物、炭酸物等，遂以发生。各矿物中，金、铂、磁铁矿、铬铁矿、石榴子石等，最难溶解，故易保存，或成剥蚀矿床（Residual
Ore），或成冲积层。石英亦最不易溶，故每残留，惟各种碱类及铁氧矽酸盐，最易溶解。铁质每氧化成褐铁矿，故矿脉上部，常现红色，名曰铁帽（Eisener
hut or
Gossan）。矿脉自露头至深部，其成分常变化不定，最上一部，矿质甚劣，稍下则为各种氧化物，铁质有时甚富，再下为成分甚高之硫化物，名曰次生硫化物，自此以下，遂入原生矿层，矿质复劣。以上所述之关系，名曰次生富集（Secondary
Enrichment），盖谓矿脉因次生作用，其成分遂以加富，因其于采矿有直接之影响，故最近研究者踵起，尤以美国诸家为最详，兹以其主要原因，略述如下。
矿质之剥蚀，与潜水面最有关系，潜水面之上，水流甚急，且挟带炭氧等质，矿质在此带内，最易氧化，故名氧化带（即浸蚀带）。潜水面之下，则水流甚缓，且所挟各质，在氧化带中，消用殆尽，故非特无溶解之力，且有沉淀之机，是名沉淀带。矿质在潜水面以上者，常氧化而成各种溶盐（如炭酸盐、硫酸盐等），随水下流，及入沉淀带，与炭化物或氢硫等还原物遇，则立时还原，而成次生硫化物，或与原生矿物相变换，亦能成之。其化学作用，可以左式明之。
次生硫化物距地面之深浅，自数尺至四五百尺不等，视该地之气候、地形等而异，且其最上界限，往往即为潜水面。次生硫化物之厚度亦变迁甚著，至厚者约自二百至八百余尺。
矿床经剥蚀作用者甚多，惟能否发生次生硫化物，各金属未必尽同。铜之次生现象，研究最详，金银次之，铅锌又次之。
矿床之变质，矿床变质，分为二类如左。
热液变质。矿脉周围之岩质，常呈特殊现象，盖因矿液上升，与围岩起化学作用，而变质著焉。此在热液所成之矿脉尤多。其变化之深浅，需视围岩种类，裂缝大小，与夫当时之压力、温度及时间等而异。大概近裂缝之部，变化最深，惟裂缝四散时，则全部皆能变化。其最显著之现象有四。（一）岩石呈灰绿色，含绿泥石、黄铁矿、绿帘石等矿物。（二）岩石呈白黄色，略如陶土，含绢云母、石英、长石等。（三）石灰岩矽化成石英质。（四）锡脉周围之花岗岩，常结晶伟大，富于石英、云母、电气石等。
接触变质。水成岩与火成岩接触处，常有富于金属矿物，及各种矽酸矿物（如石榴子石、绿帘石、角闪石、金红石、云母等）之带，此在石灰岩与酸性火成岩尤多。古时学者，每谓此类矿物之发生，皆由石灰岩内杂质，受火成岩热力作用，重行结晶。然详细研究，则极纯之石灰岩亦含之，于是可知此矽酸物之由来，实在火成岩而不在灰岩本身矣！据学者理想，岩浆冷凝时，其中所含种种挥发物，如水、炭氧二、硫酸、氯氟等，皆被屏逐，而各种金属，亦挟带而出，当时皆热度甚高，及遇围岩罅隙，遂生一部或全部之交换，而接触矿床以生。因溶液之作用，强弱悬殊，而围岩成分，亦处处不同，故接触矿床，皆形状复杂，鲜有整齐若水成矿床者。（《谢家荣文集》第一卷P271-272）
寒武纪以前，虽有生物痕迹，然比较高等之海生动物，实未之见；至寒武纪而各类生物，始皆繁殖，除陆地植物及脊椎动物外，其余几皆粗备。凡此事实，似与生物逐渐进化之原理，颇相凿枘，盖诚如进化之理，则生物必当由简单而渐趋繁复，决不能骤然即跻于繁殖之境，如寒武纪之所见者。据古生物学家之解说，则谓吾人今日所见寒武纪以前之地层类，多大陆沉积，其中生物本不甚多，况历时既久，岩石几经变质，亦遂湮灭而不得见。至于当时之深海，其中生物，必甚繁殖，或者即足以代表元古纪至寒武纪间之过渡生物，惟此项沉积，现仍被覆于深海之下，吾人不克亲即而考察之耳。且寒武纪与元古纪之间，地质构造，为一大不整合即谓当时大陆之剥蚀升降，必历时甚久，故海中生物亦尽有余暇，渐次发育，以跻于如寒武纪时代之境界也。（《谢家荣文集》第一卷P277）
