第二章 地球圈层结构

第四节 核-幔边界
核-幔边界(简称CMB)——是地球的固态地幔 和液态外核之间的界面。深度为2900km，既古 登堡间断面。
第 四 节
核 － 下地幔 外核 半径 3480 3480 密度 5560 9900
表2-2 核-幔边界附近地核和地幔的物理参数
P波速度 13.71 8.06 S波速度 7.26 0 电导率 ~10 ~3×105 运动粘滞系数 ~1019 10 2~10-7
地壳 上地幔
0～33 33～410 410～1000 1000～2700
复杂 梯度正常 梯度较大 梯度正常 梯度近于零
C D′ 下地幔 D″ E F G 外核 过渡区 内核
2700～2900 2900～4980 4980～5120 5120～6370
VP梯度正常，VS为零
不详 梯度很小
Hale Waihona Puke Baidu
第二节上地幔软流圈
第 二 节
上 地 幔 软 流 圈
二、软流圈的特点 （1）深度一般为60～250 km，各地厚薄不一，如在南帕米 尔和喀喇昆仑一带，软流圈底板深度可达300 km； （2）软流圈的顶、底部不是一个平整的面，而是逐渐过渡的 层带，一般在大约60 km深处地幔开始由脆性向塑性过渡，在大 于250 km深处物质又变为较坚硬的状态； （3）岩石处于熔融或塑性状态时，很小的应力作用就能引起物 质的流动，而软流圈物质的流动或对流会带动岩石圈的运动； （4）洋壳下的软流圈比陆壳下的软流圈厚，底板深度为400 km， 厚约350 km，陆壳下面的软流圈顶板深度为100 km，底板为 200～250 km，厚约100～150 km； （5）软流圈物质的密度比周围地幔小，软流圈轻物质可能在岩 石圈薄弱处上涌，引起岩石圈的各种岩浆活动和构造运动。
第三节 岩石圈
第 三 节
岩 石 圈 （ 概 念 、
一、岩石圈的概念 岩石圈——是指软流圈之上的地壳和上地 幔顶部（岩石圈地幔）构成的地球坚硬外壳。 二、岩石圈的变形机制与强度 在地球表面的各种地球动力学过程中，无一不同岩石圈的构造 与性质有关。例如，在地震发生时，积累在地震区岩石圈中的巨 大能量在瞬间释放出来，断层快速滑动，岩石发生突然破裂，地 表可以观察到在短时间所造成的岩石圈变形，主要是脆性变形。 伴随着大的地震，通常都发生一系列前震和余震。这是岩 石圈介质在外力作用下不断地调整其平衡位置，从而导致了一 系列小的破裂的发生。岩石的变形是脆性变形和流变变形共存 的。在地表我们看到的褶皱、断层和高原隆起等一系列构造活 动都是岩石圈发生不同规模的变形与流动所造成的。
通过不同实验室高温高压变形实验结果得出的大洋 和大陆岩石圈的强度包络线。岩石的滑动摩擦强度随着 第 压力近乎线性的增加，岩石的塑性变形强度随着温度的 三 节 增加而逐渐增大，并在25~40km处达到最大。随后其强 岩 度逐渐降低。
石 圈 （ 概 念 、
大陆岩石圈，由于其地壳结构同大洋岩石圈的差异，在岩石 牵范围内它的强度剖面有两个峰值。第一个峰值出现在莫霍面以 上，深度在10~20km之间，这个区域被认为是地壳岩石由脆性变 形向塑性变形的转换区域。莫霍面下部出现了第二个峰值。
地壳厚度与岩石圈厚度之间并无必然联系，地壳和岩 石圈上地幔的关系概括为：壳厚幔薄、壳薄幔薄、壳薄幔 厚和壳厚幔厚型。壳厚幔薄型，如祁连山地壳厚度达64km，而 第 岩石圈仅厚120~150km；壳薄幔薄型，如华北地区，地壳厚度 三 32~42km，而岩石圈厚度仅60~80km；壳薄幔厚型，如四川盆 节 地，地壳厚度仅41.5~44km，而岩石圈厚度可超过200km。塔 岩 石 里木地块，地壳厚度仅44~50km，而岩石圈厚度可达210km， 圈 地壳厚度仅为岩石圈厚度的1/4~1/15。壳厚幔厚型，如青藏地 （ 区，地壳厚度为64~74km，而岩石圈厚度也比较大，为 160~170km。
一、软流圈的概念
第 二 节
上 地 幔 软 流 圈
软流圈——是上地幔的一部分，深度在60~400km范围内 —— 60~400km （大洋区位于50~400km处，厚约350km；大陆区位于 100~220km深处，厚约100~150km），地震波速显著降低，纵 波波速可由8.2km/s降到7.7km/s，横波速可从4.6km/s降到 4.0km/s，因而亦被称为低速层。热量约为（1.l～1.5）×1031J， 高于物质在该深度的熔点，使该层以固体为主并在局部呈熔融 或软化状态，因而此层亦被称为软流层（圈），一般认为它可 能是基性或超基性岩浆的发源地。
本节学习要求： 了解地壳、上地幔的不均一性及岩石圈和软流圈的特点； 了解地壳的基本构造、核-幔过渡带的特征。
本 节 学 习 要 求
重点及难点： 岩石圈及软流圈的特点 。地壳的基本构造、核-幔过 渡带的特征。 作业及思考题： 1.地球被划分成几个圈层？所处位置 距地表多少公里？ 2.软流圈有何特征？ 3.何为岩石圈？其特征包括哪些？ 4.简述核-幔过渡带的特征？
中国区域地质
第二章 地球的圈层结构
江西应用技术职业学院 谢宇飞 谢文伟
第二章 地球的圈层结构
第一节 地球的内部结构
第 一 节
地 球 内 部 结 构
一、固体地球内部结构的研究方法 第一种方法：通过地表岩石或钻探 直接观测；第二种方法，即地球物理手 段来间接的研究。其中最主要、最有效 的方法就是利用地震波来研究。 地震波——从震源产生的弹性波。 ①纵波（P波） ——是由震源向外传递的压缩波（推进波）， 可以通过液体和气体。速度快达7~8KM/S。 ②横波（S波） ——是由震源向外传递的一种摆动波，不能穿 过液体和气体。速度为4.5~5KM/S。 ③面波（表面波）——是由纵波、和横波在地面相遇产生 的， 沿着地表面传播，速度为3.5KM/S。 根据地震波在地球内部传播速度的变化来推测地球内部层圈 构造。高速区对应地球冷的、刚性物质区；而低速区则对应地球 内部炽热的、或部分熔融的软物质区。
核—幔边界存在地形起伏，地形起伏幅度可达6km左右。这 种地形起伏表现为两个明显的隆起区和三个凹陷区，隆起区分别 位于亚速尔群岛中心区和东太平洋；凹陷区则分别位于日本南面、 哥伦比亚和新西兰东北部。 核-幔边界是不均匀的。地核与地幔之间巨大的温差而产生 热边界层，核-幔边界正是出于这个热边界层中的一个不均匀的 化学边界层。核-幔边界存在超低速带 、高密度差，地磁场的低 次谐波 ，影响了核-幔边界地形或地核形态 。
第 一 节
地 球 内 部 结 构 （ 层 圈 结 构 的 划 分 ）
A B
地 球 圈 层 K.E.Bullen,1975 F.Press et al.,1982 0～33 33～400 400～670 670～2885 约2885 2885～4640 4640～5155 5155～6371
VP和VS特征
第 一 节
地 球 内 部 结 构 （ 研 究 方 法 ）
二、地球圈层结构的划分
第 一 节
地 球 内 部 结 构 （ 结 构
在地球内部地震波速随深度的增加而加快。当波速出现急剧变 化时，称为不连续界面。主要有两个波速不连续面就是莫霍面 和古登堡面。把地球内部分为地壳、地幔和地核三大层圈。
深度范围/km
2. 岩石圈厚度变薄机制 自从板块学说兴起以来，岩石圈底面一 直被认为是板块运动的主要滑脱面，甚至是 唯一的滑脱面。但是在大陆岩石圈构造研究 第 中，逐渐认识到岩石圈内部还存在许多界面， 三 节 有可能发生不同程度的滑脱作用，如在盖层 岩 与基底之间、中地幔低速高导层、莫霍面附 石 近等。 圈 中国东部太古宙—元古宙的岩石圈厚度在200~250 km之间， （ 从元古宙到古生代末期岩石圈厚度变化小，在160~220 km之间， 在中生代中期（160~100Ma）岩石圈厚度迅速变成为60~80 km 之间，新生代岩石圈厚度略微增加了一些。这就是说，在侏罗纪， 中国东部出现了岩石圈显著变薄的现象。 万天丰（2004）认为，中国大陆岩石 圈减薄，主要是和燕山期沿着中地壳低塑 层，上地壳逆时针转动、滑脱东移，并坐 落到热的、比较薄的海洋型岩石圈地幔之 上有关 。
第 三 节
岩 石 圈 （
三、岩石圈厚度变化 1. 岩石圈厚度的不均一性 根据地震波层析成像反演的资料，证实大陆岩石圈的厚度 变化很大。如西伯利亚的岩石圈厚度达195~205km；印度北 部－阿富汗地区在160~230 km之间；海洋型岩石圈厚度一般 较小，如菲律宾板块的岩石圈厚度为50~60 km；西太平洋边 缘海与沟弧系的岩石圈平均厚度为55~65 km。 中国西部属于典型的大陆岩石 圈，厚度一般大于150 km，中国大 陆上岩石圈厚度最大的地区为：塔 里木地区厚度为170~210 km和青 海南部—四川西北地区平均厚度 170 km。中国大陆东部的华北与东 北地区岩石圈平均厚度为70~73 km；华南地区岩石圈平均厚度为 75~79 km，它们属于大陆与大洋 的过渡型岩石圈。