中国地质大学普通地质学第一章-地球的圈层结构

调课通知调整后的讲课教室：教三楼306调课原因：学校安排地调院组织为武警黄金部队进行野外地质工作培训序号原讲课时间原讲课周/星期/节原讲课教室申请将时间调整为111月15日11周/周五/3、4节教三楼20711月7日第10周/周四/7、8节211月19日12周/周二/1、2节教三楼20711月28日第13周/周四5、6节调课通知调整后的讲课教室：教三楼306调课原因：学校安排地调院组织为武警黄金部队进行野外地质工作培训序号原讲课时间原讲课周/星期/节原讲课教室申请将时间调整为111月15日11周/周五/1、2节综合楼20511月7日第10周/周四/5、6节211月19日12周/周二/3、4节综合楼20511月28日第13周/周四7、8节第四节地球内部的圈层结构地球内部圈层及其划分依据地球内部圈层的基本特征地壳的物质组成第一章地球俄国科拉学院世界最深钻俄国钻了15年多，最终钻到地壳内部40226英尺(~12km)深处。因此，对地球内部物质的研究主要依靠各种间接手段和依据。地球内部圈层划分依据•宇宙地质的依据铁陨石：主要由铁镍组成，相对密度8.0-8.5或更大。石陨石：主要由橄榄石、辉石等铁镁硅酸盐矿物组成，相对密度为3-3.5或更大。铁石陨石：为上述两种的过渡类型。铁陨石石铁陨石石陨石宇宙物质具有内在的统一性，组成宇宙天体的化学元素种类，都没有超出地球上现已发现的种类。•因此，利用陨石的成分、特性等资料，结合地球内部的密度、地震波波速等可推断地球内部的物质状态。地球内部圈层划分依据地球内部圈层划分依据•地质学依据通过研究深源岩石及其形成时的温压条件来了解地球内部的物质状况及环境。例如：含金刚石的金伯利岩（超基性岩）。实验室内人工试验表明，金刚石生成温度为1100~2200℃、压力为5万个大气压，它相当于150km深处的环境。金伯利岩中常含有石榴二辉橄榄岩的包体，显示出岩浆来源于上地幔地球内部圈层划分依据•地球物理依据通过对重力、地磁、地电、地热及地震波等的研究，确定地球内部各处的物性参数和结构。地震波的类型•纵波(P)、横波(S)和面波(M)地震波对地球内部的“透视”•波速一致，说明其物质成分、物理条件相对均一；波速不一致，说明物质成分或其他条件有明显差异；•由波速可求出各圈层物质的密度；•根据S波能否通过和波速衰减的快慢，可推断各圈层物质是固态或液态；•根据地球内部物质的密度、波速等数据，结合宇宙地质和地表地质资料，可推断出各圈层的物质成分。•根据地球内部地震波速的变化，首先可将地球内部分出三个一级圈层，即地壳、地幔和地核。地球内部圈层的划分地壳地幔地核蛋壳蛋清蛋黄•不连续面（discontinuity）：地震波的速度在某些深度发生明显的改变，这个深度可以作为上下物质的分界面，称为不连续面。地球内部圈层的划分Mohodiscontinuity(莫霍面）(莫霍洛维奇1909年发现)•深度:大陆地表之下平均33km;大洋地下5-8km；是地壳与地幔的分界。•地震波传播特点：S波、P波速显著增加。Gutenbergdiscontinuity(古登堡面)(Gutenberg1914年提出)•深度:2900km深度处，是地幔与地核的分界。•地震波传播特点:S波到此终止，P波波速急剧降低。Lemanndiscontinuity(雷曼面)(Lemann1936年发现)•深度:5000km深度处，是内核与外核的界面。•地震波传播特点:P波波速在此显著升高。用地震波研究地球的圈层结构地球物理证据雷曼面古登堡面莫霍面地球物理证据地壳地幔盖层低速层过渡层下地幔均匀层上地幔地球内部的圈层结构雷曼面康拉德面(地幔圈)(地核圈)古登堡面莫霍面雷曼面地球内部圈层的划分Earth'sinternalstructure地壳低速层地壳上地幔盖层岩石圈陆壳洋壳地幔软流圈盖层均匀层下地幔岩石圈(lithosphere)•概念：软流圈之上的固体地球部分为岩石圈。•特征：岩石圈的厚度在不同地区变化很大。大洋岩石圈厚度一般为60km左右，最厚不超过100km；大陆大部分岩石圈均超过100km，平均为120km。地球内部圈层的基本特征•大陆岩石圈的三层结构硅铝层A1地壳------康拉德面Conraddis.硅镁层A2岩石圈-------------莫霍面Mohodis.上地幔硅镁层B1康拉德面和莫霍面标志着岩石圈内部物质在化学成分和晶体结构方面的变化，而不是物质从硬到软的一种突然转变。地壳是岩石圈上部的次级圈层，可分为：大陆型地壳（陆壳）：指大陆及大陆架部分的地壳,具有上部硅铝层(花岗质层)和下部硅镁层(玄武质)层的双层结构,以康德拉面为分界；大洋型地壳（洋壳）：往往缺失硅铝层,仅发育硅镁层,不具双层结构。大陆型地壳大洋型地壳陆壳和洋壳的区别大陆地壳大洋地壳分布大陆及大陆架洋底平均厚度33km6-8km硅铝层花岗质层厚10-40km缺失硅镁层玄武质层厚20km厚5.5-7km最古老的岩石41亿年2亿年构造运动强烈，大部分岩石已发生了变形轻微，大部分洋壳岩层很少发生变形硅铝层硅镁层密度（g/cm3)2.6~2.72.9~3.0P波速度(km/s)5.6~6.06.8厚度(km)10~4015~20别称花岗质层玄武岩质层地壳双层结构物理性质的区别层名性质ThicknessofEarth'scrustbyUSGS岩石圈底部——上地幔硅镁层•在莫霍面之下软流圈之上的固体圈层。•在大洋区厚度约50km,而大陆区约80km,平均65km。密度3.5g/cm3,物质成分一般认为是含Fe、Mg较多的硅酸盐矿物组成的超基性岩。地幔硅镁层•概念：又称低速带，是指地下60-250km之间，地震波速度减低的地带。•特征：1、全球范围内普遍存在，厚度不一。2、平均密度3.5g/cm3，物质成分由含铁镁较多的硅酸盐矿物组成。3、具有可塑性和流动性。软流圈(Asthenosphere)软流圈（Asthenosphere）的作用•大规模岩浆活动的策源地•中源地震的发源地•岩石圈漂浮的载体•全球岩石圈循环的基础•概念：软流圈之下(~250km)至古登堡面的部分•特征：–厚度2650km。–包括上地幔下部的均匀层、过渡层、和下地幔–成分与石陨石相当，主要由铁、镁硅酸盐矿物组成。地幔圈（中间圈）•概念：古登堡面之下至地心的部分。•特征：–厚度3500km–包括外核、过渡层和内核–与铁陨石相当，主要由铁、镍组成地核圈（内圈）•外核：厚1742km，平均密度10.4g/cm3，P波速度急剧下降，S波不能通过，—液态•过渡层：厚515km，层内波速复杂，能测到波速不大的横波，表明液态开始向固态转化。•内核：厚1200km，平均密度12.9g/cm3，S、P波均能通过，—固态地核圈（内圈）主流翻涌(地幔翻转)模型壳-幔耦合威尔逊模型上地幔下地幔威尔逊模型：岩石圈板块运动由发生在上地幔的对流过程驱动；上、下地幔彼此孤立地发生地幔对流，二者之间基本不发生物质和能量交换。主流翻涌(地幔翻转)模型:俯冲的地壳冷物质下沉并越过上、下地幔之间的界面(660km深度)，压迫和推动产生于下地幔与外核界面(2900km深度)处的热柱向上到达地幔上部的岩石圈底部，再推动岩石圈板块的运动并实现壳-幔-核之间的物质和能量交换。RockMineralElement(Atoms)ThemineralconsistsofdifferentElementorAtoms.TherockconsistsofMineral（矿物）.Rock（岩石）：SedimentaryRock（沉积岩）IgneousRock（岩浆岩）MetamorphicRock（变质岩）固体地球的物质组成地壳的物质组成元素•元素丰度：是指研究体系中被研究元素的相对含量，用重量百分比表示。•克拉克值（又称地壳元素丰度）：是指各种元素在地壳中的重量百分比。Abundanceofchemicalelementsintheearth’scrust基性岩浆酸性岩浆(大洋地壳)(大陆地壳)•大陆地壳与大洋地壳的化学组成特征大洋地壳主体为硅镁质基性岩，大陆地壳主体为硅铝质酸性岩。但大陆地壳的总质量约是大洋地壳的四倍，因此地壳总的化学成分与大陆地壳很接近。地壳中元素分布不均匀•总量分布不均匀：O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,等8种元素占了地壳总重的97.52%•空间分布不均匀：–硅铝层以O,Si,Al为主，Ca,Na,K也比较多；–硅镁层中Ca,Na,K含量减少，Mg,Fe增加什么是矿物？Mineralisanynaturallyformedsubstancewithacharacteristicchemicalcomposition（成分）andacrystallinestructure（晶体结构）.矿物:由地质作用形成的天然单质或化合物，具有相对固定的化学成分和物理性质。绝大多数矿物为无机物呈固态。液态、气态和有机矿物甚少。八面体金刚石(Diamond)六边形状生长的石墨石英（Quartz）紫色萤石（CaF）与石英水晶电气石（Tourmalin)橄榄石（Olivine）矿物的鉴定特征形态物理性质（颜色、条痕、光泽、透明度、密度、硬度、解理、断口、脆性和延展性、弹性和挠性、比重、磁性、导电性等）形态（morphology）矿物的形态由晶形和结晶程度决定。结晶程度取决于矿物生长时的物理化学环境；晶形则与矿物的晶体结构有关。不同形态的石英•晶体结构：指组成矿物的原子或离子的几何排列形式。石盐（halite）•晶体:是具有内部晶体结构和一定的几何外形的固体。矿物形态的分类•依据单个晶体在空间上的发育程度可分为三类：一向伸长型,二向伸长型和三向伸长型.•结晶矿物集合体形态:纤维状,放射状,片状,粒状集合体和晶簇.•非晶质矿物形态:球状，豆状，瘤状，葡萄状，肾状，土状.一向伸长的晶体石英绿柱石单个晶体的形态晶体呈一个方向发展，如柱状、针状矿物两向伸长晶体石墨云母单个晶体的形态晶体呈两向发展，如片状、板状矿物方铅矿和莹石单个晶体的形态黄铁矿三向伸长晶体晶体各向大致等长晶质矿物集合体形态：纤维状、放射状、片状、粒状集合体和晶簇放射状石膏放射状辉锑矿非晶质矿物集合体：主要由胶体凝结而成肾状赤铁矿土状孔雀石集合体颜色（Color）颜色是物质对不同波长可见光吸收不同的反映，由矿物的成分和内部结构决定。•对各种波长可见光的不同程度的均匀吸收，则显示黑色、灰色；•矿物选择吸收某些波长的可见光，则显示出各种不同的颜色。•组成矿物的离子的颜色、矿物中的杂质等也可影响矿物的颜色。矿物的物理性质条痕（streak）:矿物粉末的颜色矿物的物理性质当矿物的基本颜色受多种因素影响而发生变化时，条痕保持不变。光泽（luster）光泽：矿物新鲜面对可见光的反射、折射或吸收能力的综合反映。根据反射率由高到低将矿物光泽分为三级：•金属光泽、半金属光泽、非金属光泽•非金属光泽又分：玻璃光泽、油脂光泽、金刚光泽、珍珠光泽、丝绢光泽等矿物的物理性质金属光泽矿物赤铁矿黄铁矿半金属光泽矿物：闪锌矿非金属光泽矿物金刚光泽玻璃光泽非金属光泽矿物油脂光泽2008.08，柴达木硬度(Hardness)•Hardnessistheresistanceofamineraltoscratching.硬度是矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的程度。是矿物内部结构牢固性的表现。•摩氏硬度计（Mohshardnessscale)：德国人摩斯（1773-1839）曾选定了10种软硬不同的常见矿物作为标准，组成相对硬度系列，这就是摩氏硬度计。•硬度主要取决于化学键的类型和强度：离子键和共价键型矿物硬度较高，金属键型矿物硬度较低。矿物的物理性质等级标准矿物等级标准矿物1度滑石（Talc）6度正长石（Orthoclase）2度石膏（Gypsum）7度石英（Quartz）3度方解石（Calcite）8度黄玉（Topaz）4度萤石（Fluorite）9度刚玉（Corundum）5度磷灰石（Apatite）1