地球的圈层结构
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面波
体波
纵波（P） 横波（S）
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
地震
● 根据地面接收到 的体波走时，可以求 得地震射线的传播路 径和穿透深度，以及 在各深度处介质中的 速度。
● 地震波的速度结 构可反映地球内部介 质结构（右图）。
一、固体地球内部结构的研究方法
2. 地震层析成像法（Seismic tomography）
◆ 体波可在地球内部的三维空间内传播； ◆ 面波则仅能在地球表面或岩层分界面的二维空间内传播。
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
● 体波又可分为: P波 (Primary wave) 和S波(Shear wave) 它们 通过地球的传播方式不同。
◆ P波又叫纵波、压缩波或初至波，是由地球内部物质的压 缩产生的。特点：质点位移与传播方向一致；传播速度较快，最 先到达震中；既能在固体中传播，也能在液体中传播。它使地面 发生上下振动，破坏性较弱。
2. 地震层析成像法（Seismic tomography）
● 这种方法得到的地球内部高速区，对应冷的、更具刚 性的物质区，如大陆地盾和古老洋盆；低速区，对应炽热 的或部分熔融的软物质区，如洋脊。目前的水平分辨率已 提高到几百km，垂直分辨率已提高到近地表为几十km。
Zhao et al., EPSL, 2001
第二章 地球的圈层结构
本章重点：
掌握地球的基本圈层和特征及其划分依据
参阅巫建华教材第二章第二节
主要内容
一、固体地球内部结构的研究方法 二、地球内部圈层结构的划分 三、地壳 四、地幔 五、核-幔边界和地核 六、岩石圈
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
地球内部结构主要是通过对地震波 以及由大地震所激发的地球自由振荡的 观测和研究确定的。研究地球结构的地 震学分支称为构造地震学。
● 本课程主要讨论岩石圈的构造和动力学问题。
二、地球内部圈层结构的划分
● 1909年莫霍洛维奇（Mohorovicic）根据地震初始波的 走时，算出地下几十km深处存在一间断面，其上物质的波 速为6.2~7.6km／s，其下为8.0~8.2km／s。后来称这一 间断面为莫霍面或M界面，它在全球普遍存在。莫霍面以 上的圈层称为地壳。
二、地球内部圈层结构的划分
● 1936年莱曼（Lehmann）根据通过地核的地震纵波走时， 首先提出在地核内部还存在一个间断面，由此又将地核分成 了内核和外核。后来，古登堡（1959）和杰弗瑞斯（Jeffreys， 1962）相继证实了莱曼的假设，并得出内核的半径在1200～ 1250km间。内、外核边界的深度约为5100km。并发现，外 核不能传播S波，而内核可以传播S波，并根据地球潮汐和地 球自由振荡所得地球刚性，推断外核为液态，内核为固态。
一、固体地球内部结构的研究方法
3. 人工地震测深法
通常用来研究地壳和上地幔结构。人工地震测深，就 是用炸药源和非炸药源作震源产生地震波进行的测深。人 工地震源由于震中、震源深度和发震时刻都可预先确定， 分辨率较高，常用于探测一个区域或一条剖面的地壳-上地 幔精细结构。海洋地壳构造的许多资料都是用这种方法获 得的。
4. 物质特征与地震关系比较法
地球内部物质物理性质和化学组成都与地震波速度有 关。依据地球内部地震波的速度结构还可求得密度和弹性 参数等随深度的分布。
一、固体地球内部结构的研究方法
5. 人造卫星
根据人造地球卫星轨道参数的变化，可以求得与地球内 部密度分布有关的地球位的球函数展开系数。由这些系数， 可以计算出大地水准面相对参考椭球体面的起伏和大地水准 面上的长波自由空气异常。再根据大地水准面的起伏和长波 自由空气异常，就可反演地球内部的密度分布以及与其有关 的地球内部结构。
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
● 地震波是由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波，是 一种机械运动的传播。 ● 可用于构造地震学研究的地震波波源有天然波源（地震、火 山）和人工波源（爆炸、汽枪信号、冲击等）两大类。 ● 地震波类型：体波（Body wave) 和面波 (Surface wave)。
◆ S波又叫横波、剪切波、畸变波或次波、续至波。特点： 质点位移方向与传播方向垂直；传播速度较慢；仅能在固体中传 播。它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强；
● 地震波的传播速度取决于介质的弹性与密度之比。地震波在 地球中的传播速度一般是随深度而增加。
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
Βιβλιοθήκη Baidu
二、地球内部圈层结构的划分
●布伦（Bullen，1963，1975）根据地球内部地震波的速 度分布，将固体地球分为7层。地壳为A层；地幔为B、C、 D三层；外核为E层；内、外核的过渡区为F层；内核为G 层。后来他又根据新的资料，把D层分为D′和D″层（表21）。这种划分方案，至今仍广为引用。
● 1914年古登堡（Gutenberg）发现在约2900km深度处 存在一间断面，其上P波波速为13.64 km／s，S波波速为 7.11km／s，其下P波波速突然降至7.9km／s，S波突然消 失。后来称这一间断面为古登堡面或G面，古登堡面以下 部分称为地核，莫霍面和古登堡面之间的部分称为地幔。
● 利用地震观测资料信息来反演地质体内部三维结构的 一种方法。对在地质体中传播的地震波的走时和波形进行 接收并分析计算，提取地质信息，借助计算机图象重建技 术，重现地球内部的三维速度结构。
Wolfe et al., Nature, 1997
Zhao et al., EPSL, 2001
一、固体地球内部结构的研究方法
6. 钻探和观测出露的岩石
研究地壳的直接的方法。现今地球钻探深度刚超过13km； 因地壳上升而被剥蚀出露的岩石原来的形成深度不超过 25km。
主要内容
一、固体地球内部结构的研究方法 二、地球内部圈层结构的划分 三、地壳 四、地幔 五、核-幔边界和地核 六、岩石圈
二、地球内部圈层结构的划分
● 地球由大气圈、水圈、生物圈和固体地球等四个基本圈 层组成。在讨论全球变化等问题时，固体地球方面以岩石圈 为主。
体波
纵波（P） 横波（S）
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
地震
● 根据地面接收到 的体波走时，可以求 得地震射线的传播路 径和穿透深度，以及 在各深度处介质中的 速度。
● 地震波的速度结 构可反映地球内部介 质结构（右图）。
一、固体地球内部结构的研究方法
2. 地震层析成像法（Seismic tomography）
◆ 体波可在地球内部的三维空间内传播； ◆ 面波则仅能在地球表面或岩层分界面的二维空间内传播。
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
● 体波又可分为: P波 (Primary wave) 和S波(Shear wave) 它们 通过地球的传播方式不同。
◆ P波又叫纵波、压缩波或初至波，是由地球内部物质的压 缩产生的。特点：质点位移与传播方向一致；传播速度较快，最 先到达震中；既能在固体中传播，也能在液体中传播。它使地面 发生上下振动，破坏性较弱。
2. 地震层析成像法（Seismic tomography）
● 这种方法得到的地球内部高速区，对应冷的、更具刚 性的物质区，如大陆地盾和古老洋盆；低速区，对应炽热 的或部分熔融的软物质区，如洋脊。目前的水平分辨率已 提高到几百km，垂直分辨率已提高到近地表为几十km。
Zhao et al., EPSL, 2001
第二章 地球的圈层结构
本章重点：
掌握地球的基本圈层和特征及其划分依据
参阅巫建华教材第二章第二节
主要内容
一、固体地球内部结构的研究方法 二、地球内部圈层结构的划分 三、地壳 四、地幔 五、核-幔边界和地核 六、岩石圈
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
地球内部结构主要是通过对地震波 以及由大地震所激发的地球自由振荡的 观测和研究确定的。研究地球结构的地 震学分支称为构造地震学。
● 本课程主要讨论岩石圈的构造和动力学问题。
二、地球内部圈层结构的划分
● 1909年莫霍洛维奇（Mohorovicic）根据地震初始波的 走时，算出地下几十km深处存在一间断面，其上物质的波 速为6.2~7.6km／s，其下为8.0~8.2km／s。后来称这一 间断面为莫霍面或M界面，它在全球普遍存在。莫霍面以 上的圈层称为地壳。
二、地球内部圈层结构的划分
● 1936年莱曼（Lehmann）根据通过地核的地震纵波走时， 首先提出在地核内部还存在一个间断面，由此又将地核分成 了内核和外核。后来，古登堡（1959）和杰弗瑞斯（Jeffreys， 1962）相继证实了莱曼的假设，并得出内核的半径在1200～ 1250km间。内、外核边界的深度约为5100km。并发现，外 核不能传播S波，而内核可以传播S波，并根据地球潮汐和地 球自由振荡所得地球刚性，推断外核为液态，内核为固态。
一、固体地球内部结构的研究方法
3. 人工地震测深法
通常用来研究地壳和上地幔结构。人工地震测深，就 是用炸药源和非炸药源作震源产生地震波进行的测深。人 工地震源由于震中、震源深度和发震时刻都可预先确定， 分辨率较高，常用于探测一个区域或一条剖面的地壳-上地 幔精细结构。海洋地壳构造的许多资料都是用这种方法获 得的。
4. 物质特征与地震关系比较法
地球内部物质物理性质和化学组成都与地震波速度有 关。依据地球内部地震波的速度结构还可求得密度和弹性 参数等随深度的分布。
一、固体地球内部结构的研究方法
5. 人造卫星
根据人造地球卫星轨道参数的变化，可以求得与地球内 部密度分布有关的地球位的球函数展开系数。由这些系数， 可以计算出大地水准面相对参考椭球体面的起伏和大地水准 面上的长波自由空气异常。再根据大地水准面的起伏和长波 自由空气异常，就可反演地球内部的密度分布以及与其有关 的地球内部结构。
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
● 地震波是由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波，是 一种机械运动的传播。 ● 可用于构造地震学研究的地震波波源有天然波源（地震、火 山）和人工波源（爆炸、汽枪信号、冲击等）两大类。 ● 地震波类型：体波（Body wave) 和面波 (Surface wave)。
◆ S波又叫横波、剪切波、畸变波或次波、续至波。特点： 质点位移方向与传播方向垂直；传播速度较慢；仅能在固体中传 播。它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强；
● 地震波的传播速度取决于介质的弹性与密度之比。地震波在 地球中的传播速度一般是随深度而增加。
一、固体地球内部结构的研究方法
1. 构造地震法
Βιβλιοθήκη Baidu
二、地球内部圈层结构的划分
●布伦（Bullen，1963，1975）根据地球内部地震波的速 度分布，将固体地球分为7层。地壳为A层；地幔为B、C、 D三层；外核为E层；内、外核的过渡区为F层；内核为G 层。后来他又根据新的资料，把D层分为D′和D″层（表21）。这种划分方案，至今仍广为引用。
● 1914年古登堡（Gutenberg）发现在约2900km深度处 存在一间断面，其上P波波速为13.64 km／s，S波波速为 7.11km／s，其下P波波速突然降至7.9km／s，S波突然消 失。后来称这一间断面为古登堡面或G面，古登堡面以下 部分称为地核，莫霍面和古登堡面之间的部分称为地幔。
● 利用地震观测资料信息来反演地质体内部三维结构的 一种方法。对在地质体中传播的地震波的走时和波形进行 接收并分析计算，提取地质信息，借助计算机图象重建技 术，重现地球内部的三维速度结构。
Wolfe et al., Nature, 1997
Zhao et al., EPSL, 2001
一、固体地球内部结构的研究方法
6. 钻探和观测出露的岩石
研究地壳的直接的方法。现今地球钻探深度刚超过13km； 因地壳上升而被剥蚀出露的岩石原来的形成深度不超过 25km。
主要内容
一、固体地球内部结构的研究方法 二、地球内部圈层结构的划分 三、地壳 四、地幔 五、核-幔边界和地核 六、岩石圈
二、地球内部圈层结构的划分
● 地球由大气圈、水圈、生物圈和固体地球等四个基本圈 层组成。在讨论全球变化等问题时，固体地球方面以岩石圈 为主。