《大地构造学》第二讲

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第二节 地球的圈层结构
一、地球内部圈层结构划分的依据
迄今为止，人们尚不能直接观察地球内部的情况。
目前世界上最深的钻井（科拉半岛）仅达12km多，
仅及地球平均半径的1/530。因此，现阶段研究地球
。
（一）陨石提供的信息
（二）地震波提供的信息
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一、地球内部圈层结构划分的依据 （一）陨石提供的信息 坠落在地表的陨石按成分分为三类： 陨石 密度（g/cm3） 陨石含量比 石陨石 3.5-5.0 94.0% 铁陨石 8.0-8.5 4.5% 石铁陨石 5.5-6.0 1.5% 推断：太阳系的物质组成应具有统一性，地球内 部应存在类似于各类陨石的物质。 即可能由： 铁陨石组成地球的核心 石铁陨石组成地球的中间层 石陨石组成地球的外层 5
10
33 670
2891
5150
根据地震波的传播数据制成的地球内部地震波传播速度曲线图看出，在地下平均33km （指大陆区）、670km、2891km及5150km等四处，波速发生显著的跃变。
11 由此推论，在这几个深度上下的物质成份、物质状态有明显的变化，形成几个大的结 构面。
33 670
2891
岩石圈
220
400
软流圈
外核 地 核 过渡层 内核
E
液态 液态 波速梯度小 固态
13
4771
F G 5150 6371
第二节 地球的圈层结构
二、地球内部圈层的特征
莫霍面和古登堡面这两个波速突变面（也叫不连
续面）将地球内部划分为三个圈层，即：
（一）地壳：莫霍面之上的部分称为地壳。
（二）地幔：古登堡面以上至莫霍面之间的部分。 （三）地核：古登堡面以下至地心的部分。
（四）岩石圈与软流圈
在上地幔深约50-250km范围内， 还存在一低速带。推测这是因为放 射性元素蜕变生热产生高温异常， 形成的塑性层或局部熔融，所以又 称为软流圈（层）。在大洋该圈层 的顶面的深度较浅，一般50-60km； 在大陆则深度较大，多在100km以 上。其厚度在大洋之下较大，在大 陆之下较小。 软流圈之上是地球物理性质方面有许多相似之处的上地幔顶部及地壳，且
（二）地幔
莫霍面以下至古登堡
面的圈层为地幔。 地幔厚约2870km，密
670 Upper mantle
度由顶层的3.31 g/cm3增至
5.55 g/cm3，平均4.5 g/cm3。
2,891
在670km深处，地震波 速发生显著的跃变，因此 可将此面作为上、下地幔 的分界面。
6,371
上地幔内地震波传播速度并不均匀，从莫霍面到 50-60km 50下地幔中地震波速平缓增加，变化较均匀。平均密度为 5.1处，传播速度较快。在 g/cm3。 250km范围内，地震波传播速度降低，为低速层，暗示此带内的物质可能呈熔融状态。从 推测下地幔的物质成分除硅酸盐外，金属氧化物、硫化物，特别是铁、镍成分显著 250-670km，地震波传播速度不均匀地加快。 上地幔的物质成分，推测是由铁、镁、氧等元素组成的硅酸盐，平均密度为 3.317 g/cm3。 增加，有人认为下地幔的成分接近于陨石中的铁陨石。
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深度（km） 海洋
沉积物 硅铝层（上地壳）
（花岗岩）
大陆
地 壳
地幔
莫霍面 硅镁层（下地壳）
（玄武岩）
康拉德面
大陆地壳（陆壳）厚度 20-80km，高山区厚，平原区薄，平均 （一）地壳 厚33km 。 大洋地壳（洋壳）厚 5-10km，较为均匀，平均厚7km。 莫霍面以上由固体岩石组成的地球最外部圈层，称为地壳。 陆壳的形成年代老，内部构造很复杂，地壳中最古老的岩石仅 3。 地壳平均厚约 18km ，平均密度为 2.8g/cm 产于陆壳之中。地壳中部较普遍存在一个次级界面（ 康拉德面）， 洋壳的形成年代新，内部构造简单。洋壳的岩石平均密度达 据此面将地壳分为上地壳和下地壳。 地壳可分为大陆型（陆壳）与大洋型（洋壳）两种，两者 3，与大陆地壳的下地壳一样，也为硅镁层。 2.9 g/cm 上地壳岩石成分复杂，密度较低（平均 2.79g/cm3），为硅铝层。 有根本性的差别。 16 下地壳岩石密度较高（平均2. 9g/cm3），为硅镁层。
一、地球内部圈层结构划分的依据 （二）地震波提供的信息 地震波是一种弹性波，地震波在地球内部的传播 形式和传播速度的变化情况分为： 体波 在地球内部沿3维方向传播
面波
沿界面或地球表面呈2维方式传播
1、体波又分为： 纵波（P波） 横波（S波） 当纵波或横波传播到不同介质的界面时会发生波
速的变化，发生反射和折射，部分转化为另一种波继
古登堡面
莫霍面
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三、地壳重力均衡
莫霍面
地壳结构及其剖面图（据李四光图修编）
地壳厚度各处不一，不仅陆壳与洋壳厚度相差很大，而且不 同地区陆壳的厚度也有明显的差别。 一般地壳越厚的地方，地势越高；地壳越薄的地方地势越低。 与此相应的是，莫霍面表现出明显起伏。地势高的地方，莫霍面 低；地势低的地方，莫霍面高。 22 地势的起伏与莫霍面的起伏呈镜像关系。
都是由固态岩石组成的，称岩石圈。它平均厚约80km，平均密度3.25 g/cm3。
地幔 ；大陆地区岩石圈较厚，为60-150km。 大洋地区岩石圈较薄，为30-90km
岩石圈与下伏的软流圈存在重大差异：岩石圈较冷、较硬，而软流圈则较
热、较软。一般认为，岩石圈发生的运动可能与此有关。
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第二节 地球的圈层结构
均 衡 原 理
补偿基面
补偿基面
莫霍面
地壳（确切说是岩石圈）由下伏物质（软流圈）托垫着，部分地壳则沉没在密度更 大的壳下物质里，就像冰块浮在水中那样。设想在地幔内部（软流圈内）的某一深度上 可以找到一个水平面，称为补偿基面。高山地区的地势虽高，但其下部密度大的地幔厚
度小；大洋地区地势虽低，但其拥有的地幔厚度大，故两处单位面积上的岩块的总重量
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2、大洋脊四分之三在南半球，南半球膨胀、北半球压缩。
北半球 南半球
赤道
洋脊在三大洋中均有分布，且互相衔接，全长近65000km，是全球最大的“山系”。 28 洋脊常被一系列与轴线斜交或垂直的断裂错开，错移距离达300—500km。
3、全球大地震大部分集中在北半球。
Earthquake and Volcanic activity locations
第二章
地球的起源和基本特征
1
第二章 地球的起源和基本特征 第一节 地球的起源(自学)
第二节 地球的圈层结构 第三节 地球的非对称性 第四节 地球构造活动的韵律性
2
第二节 地球的圈层结构
赤道半径：6378.137km 平均半径：6371.012km 表面积: 5.1007×108km2 体积: 10832×108km3
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第三节 地球的非对称性
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一、地球南、北非对称性
1、大陆占全球面积十分之三，三分之二在北半球，北半球是 陆半球，南半球是水半球。
65%的陆地集中北半球（陆半球），陆地占该半球39%。
北半球 南半球
赤道
海洋与陆地构成了地球表面 南半球（水半球）陆地面积较少，只占该半球19%。
地球表面面积70.8%被海洋覆盖，陆地只占29.2%。 大陆和海洋在地球的表面分布不均匀
莫霍面
古登堡面
5150
33km处的界面是莫霍面（M）。该面上、下Vp由6.8km/s陡升至8.1km/s；Vs由 3.9km/s升至4.5km/s，这一突变面具有全球性，在大陆深，在海洋浅。 2891km处的界面是古登堡面（G）。该面上、下Vp由13.7km/s降至8.0km/s；Vs从 7.3km/s到突然消失。表明该面之上为固态岩石，该面以下为液态物质。此突变面也具有 12 全球性。
（三）地核
古登堡面以下直至地心的部分称为地
核。其体积占地球的16.2%，质量约占 地球的 1/3，平均密度为10.83 g/cm3。根 据地震波的传播速度特征，可将地核划 分为外核、过渡层和内核。
外核 为深2891—4771km的部分。 Vp从8.0增至10.0km/s，Vs消失，表明 外核呈液态。密度由9.90增至11.87 g/cm3。 过渡层 为深4771km—5150km的圈层。Vp为10.2km/s， Vs为0， 表明物质 仍为液态。平均密度增至12.06 g/cm3。 内核 为深5150km至地心的部分。 Vp达11.0-11.3km/s， Vs为5.5-5.7km/s， 说明其物质为固态。其密度为12.77-13.08 g/cm3。 地核的物质主要由铁及少量的镍组成，外核可能还含有少量的硅、硫等轻 18 元素。
其它
A
5.8 6.8 8.1 8.0 8.7 9.1 10.3 11.7 13.7 8.0 10.0 10.2 11.0 11.3
3.2 3.9 4.5 4.4 4.7 4.9 3.6 6.5 7.3 0 0 0 3.5 3.7
2.65 2.90 3.37 3.36 3.48 3.72 3.99 4.73 5.55 9.90 11.87 12.06 12.77 13.09
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第二节 地球的圈层结构
四、地层分层现象的主要假说
1、化学分异说 地球内部由于物质分异作用呈一定状态的分布，当地球 处于熔融状态时，地核是亲铁元素带；地幔是亲铜元素带、 地壳是亲石元素带。 2、原子集合分异假说 地球内部物质由于原子集合作用呈一定状态的分布，在 地球内部条件下，地球内部物质在不同深度上产生相变，物 质电子重新分布形成不同的物质构成不同圈层。 3、重力分异假说 地球内部物质在重力作用下呈一定状态的分布、密度小 的上升、密度大的下沉，构成多个同心圈层。
续传播。
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纵波（P波） 质点的振动方 向与波的传播方 向一致，是推进 波 。 可在固态、液