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第一章地球内部构造地球物理学与地球内部构造地球物理学与地球内部构造地球物理学的目地球物理学的目标之一就是利用标之一就是利用地面观测和试验地面观测和试验的各种地球物理的各种地球物理场来推断地球内场来推断地球内部深不可见的构部深不可见的构造情况造情况地球物理场““地球内部构造地球内部构造””的涵义的涵义几何关系几何关系地球内部各单元之间几何关系的结构地球内部各单元之间几何关系的结构如分层、裂隙、断裂等如分层、裂隙、断裂等物质组成物质组成内部物质组成的岩石、矿物或化学成分等内部物质组成的岩石、矿物或化学成分等一、地球起源、年龄与演化一、地球起源、年龄与演化二、地球的表面形态二、地球的表面形态三、地球的内部结构三、地球的内部结构四、地球的物质组成四、地球的物质组成五、固体地球各圈层间的关系五、固体地球各圈层间的关系““阿波罗阿波罗””1717号号19721972年拍摄的地球照片年拍摄的地球照片NASA公布昀详尽地球照片——““蓝色大理石蓝色大理石””由安装在“特拉”卫星上的“中分辨率成像光谱仪”获取的图片进行合成一、地球起源、年龄与演化一、地球起源、年龄与演化地球的起源“开天辟地一星云，十球演变要分清。星云旋转成盘状，沉向赤道密度增。局部扰动成星子，撞击聚集成行星。轨道同向共面圆，行星位置解释清。”地球年龄“曲径通幽何处求？几多哲人愁白头。幸有铀铅作丹青，石迹天涯耿千秋。四十六亿付流水，太元古中新可求。帷幄之中知天下，功推放射钟铅铀。”地球演化“说天道地破万书，孰冷孰热几时休。弹指桑麻寻常事，裂谷汪洋更风流。”2地球的内部结构地球表面昀大的地形构划是海、陆的划分：大陆大陆大陆边缘大陆边缘海洋海洋二、地球的表面形态二、地球的表面形态海洋约占地球表面的70%，陆地面积占30%；大陆和海底从宏观上看，都具有平面的特点，分别代表了两个高低不同的平台。大陆平台大致高800m左右，海底则以深四千多米的深海底为主体平面。两者相差约5Km左右。这个高差远远超过海、陆内部的一般相对高差。这一宏观的特征表明大陆和海洋的深部地质情况有区别。大陆与海洋之间的过渡地带—大陆边缘陆地和海底都有许多线状的特殊地形和面状的地形，如大陆和洋底的山脉，海底的深沟等，以及它们之间相对较平坦的地带。大陆上按形态和成因昀具典型意义的地形单元为呈线状延展的山脉、裂谷系；呈面状展布的平原、高原和丘陵等。海底重要的地形单元为洋脊、海沟、大洋盆地、岛屿和海山等。大陆和海洋之间的过渡带为大陆边缘,常包含有大陆架(continentalshelf)、大陆坡(continentalslope)和大陆基（continentalrise）大陆边缘大陆边缘--大陆架围绕大陆分布的浅水台地，是大陆在水下自然延伸的部分，表面平坦，平均坡度为0o07’，靠近大陆的部分坡度稍大，平均达0o12.4’。大陆架外缘有一坡度明显变陡的坡折线，坡折线的平均深度为133m，大陆架平均宽50~70Km。1.大西洋的大陆架较宽一般为100~200Km。北欧沿海、北冰洋的大陆架昀宽，达500Km以上。2.我国东部大陆架宽达500Km左右，是世界上较宽的大陆架之一。3.太平洋沿岸因有海沟，大陆架很窄，有的地方只有4~8Km。大陆边缘--大陆坡大陆架坡折线以下为一较陡的斜坡，其平均坡度为4.3o，昀大可达20o，宽度平均为28Km，坡脚的深度为1400~3200m左右。大陆坡是海底地形昀复杂的地段，常常有许多通向大洋方向的深峡谷．这些峡谷深可达数百米，两壁很陡可达45o以上，是真正的海底峡谷，在形态上与大陆山区的峡谷相似。大陆边缘--大陆基大陆坡脚坡度逐渐变缓，过渡为大洋盆地。这一过渡地带称为大陆基(continentalrise)。大陆边缘类型大陆边缘类型——海陆交互作用带海陆交互作用带大西洋型大陆边缘大西洋型大陆边缘以扩张的大西洋为代表，由大陆以扩张的大西洋为代表，由大陆→→大陆架大陆架→→大陆坡大陆坡→→大大陆基陆基→→大样盆地组成，特点是没有海沟。大样盆地组成，特点是没有海沟。太平洋型大陆边缘太平洋型大陆边缘以南美洲西岸为典型，有海沟，并在大陆上有与之并行以南美洲西岸为典型，有海沟，并在大陆上有与之并行的山脉。由大陆的山脉。由大陆→→大陆边缘山脉大陆边缘山脉→→大陆架和大陆坡大陆架和大陆坡→→海沟海沟→→大洋盆地组成，大陆架很窄。大洋盆地组成，大陆架很窄。日本海型大陆边缘日本海型大陆边缘与太平洋类似，由岛弧代替了大陆边缘山脉，岛弧与与太平洋类似，由岛弧代替了大陆边缘山脉，岛弧与大陆之间还有一片海域，称为弧后盆地大陆之间还有一片海域，称为弧后盆地,,由大陆由大陆→→弧后盆弧后盆地地→→岛弧岛弧((包括其旁侧很窄的大陆架和大陆坡包括其旁侧很窄的大陆架和大陆坡))→→海沟海沟→→大洋盆地组成。弧后盆地可以是深海或浅海，或过渡类型大洋盆地组成。弧后盆地可以是深海或浅海，或过渡类型的海的海((边缘海边缘海))。。地球收缩说16世纪意大利学者布鲁诺提出、19世纪法国博蒙用此学说解释地球表面的褶皱等构造地球膨胀说17世纪英国学者培根提出、19世纪学者用此学说解释大西洋两岸的相似性板块构造学说的建立在魏格纳（1912年）的大陆漂移说与海底扩张学说基础上形成的地球上为什么存在海陆地形的差异？地球上为什么存在海陆地形的差异？板块运动对地球的影响是深刻的，它改变了整个地球的地形，让一些地方高耸入云，让另一些地方深不见底。板块运动还导致了地球物质的循环。如水、二氧化碳、壳幔岩石等地球上的地形--板块运动的结果大陆漂移—海底扩张—板块构造“大地如筏荡无根，碰撞漂移去瓜分。海底扩张岩浆涌，二亿春秋又更新。欧亚美非南极洲，太平印度板块分。大地构造三部曲，魏氏犹生歌复吟。”洋中脊的海底扩张作用海沟下的俯冲作用陆--陆碰撞作用俯冲作用昀终导致大洋盆地的消失大陆裂谷作用使大陆分开逐步发展为海底扩张作用热点—热柱说解释远离板块边界的火山成因地幔柱地幔柱可认为是地幔圈层中相对热和低密度而具备一些浮力，使它们有上升的趋势。1963年TuzoWillson在解释岛链形成时首先提出了这一名词。1971年Morgon提出热柱驱动理论解释弹药玄武岩火山链成因。1984年全球地震体波层析成像揭示出许多地幔波速异常，地幔柱学说开始流行，并开始与新板块构造学说发生冲突。三、地球的内部结构板块构造学说以来地学的发展地球的内部结构“地球层次细细分，功推J.B.惊鬼神。薄壳三十莫霍面，两千九百水声闻。剥壳揭幔露真相，五千公里铁坠心。”1.1.地球内部的圈层划分地球内部的圈层划分根据根据地震波地震波在地球内部传播规律的研究得在地球内部传播规律的研究得出波速分布特征，将其与实验岩石学的高出波速分布特征，将其与实验岩石学的高温高压测试资料相结合，发现地球内部相温高压测试资料相结合，发现地球内部相应深度处存在不同的波速与密度界面。这应深度处存在不同的波速与密度界面。这些结果成了推算地球内部的密度分布状些结果成了推算地球内部的密度分布状况，这是分析地球内部物理结构和物质分况，这是分析地球内部物理结构和物质分布特征的昀基本的依据。布特征的昀基本的依据。地球模型：模型：为了避免地球模型过多而不统一，给以地为了避免地球模型过多而不统一，给以地球模型为基础的地学领域的研究工作带来球模型为基础的地学领域的研究工作带来不必要的混乱和麻烦，不必要的混乱和麻烦，19211921年国际地球物年国际地球物理联合会提出了一个初步的地球参考模型理联合会提出了一个初步的地球参考模型(PreliminaryReferenceEarthModel)(PreliminaryReferenceEarthModel)，，简称简称PREMPREM模型。模型。将地球内部划分了三种级别的圈层结构：将地球内部划分了三种级别的圈层结构：CrustMantleInnercoreOutercore33个一级圈层：即地壳、地幔和地核，这也个一级圈层：即地壳、地幔和地核，这也是地球内部昀主要的物性及化学组分的分是地球内部昀主要的物性及化学组分的分界单元。界单元。22个一级界面：地壳和地幔之间的分界面称个一级界面：地壳和地幔之间的分界面称作作莫霍面莫霍面，平均深度，平均深度33km33km；地幔和地核之；地幔和地核之间的分界面称作间的分界面称作古登堡面古登堡面，深度为，深度为891km891km。。这两个界面上下的物质，无论在化学组这两个界面上下的物质，无论在化学组成、物质状态和物理性质上，都有很大的成、物质状态和物理性质上，都有很大的区别。区别。根据更细致的分异特性，可以进一步将地球内部划分为7个二级圈层，从地表向地球深部依次为A(地壳)；B，C，D(地幔)；以及E，F和G层(地核)。进一步划分可将大陆区壳幔分为2+5层（A1-2、B1-3、D1-2)，其中地壳分为上、下地壳，即A1和A2；地幔的B层中则包含3个次级分层：B1，B2(为一地震波低速层，故推断为熔融状态，也称软流圈)和B3；D层中包含着两个次级分层，它们依次被称为D’和D”层。地球内部圈层的形成，一般认为是由于地球内部加热、原始物质分异和分层作用共同产生的结果。'D'DD2.2.地壳的特征地壳的特征地壳的厚度在全球各处是不均匀的。地壳的厚度在全球各处是不均匀的。大陆之下，地壳平均厚度约为大陆之下，地壳平均厚度约为33km33km，但变，但变化很大。世界屋脊化很大。世界屋脊——青藏高原下面的地壳青藏高原下面的地壳厚度约为厚度约为70km70km左右，而华北地区有些地方左右，而华北地区有些地方还不到还不到30km30km。。海洋下面的地壳厚度只有海洋下面的地壳厚度只有55--8km8km。。11）大陆的稳定地区地壳）大陆的稳定地区地壳地壳厚约地壳厚约3535--45km45km，一般分为两层。，一般分为两层。上层中的上层中的PP波速度由波速度由5.85.8--6.4km/s6.4km/s随深度递加到下层随深度递加到下层的的6.56.5——7.6km/s7.6km/s，但递加的情况各处不同。，但递加的情况各处不同。康拉德康拉德(V(V．．Conrad)Conrad)间断面：在有些地区，上下层间断面：在有些地区，上下层中存在着一个速度间断面，叫做康拉德中存在着一个速度间断面，叫做康拉德(V(V．．Conrad)Conrad)间断面。但也有地区的速度随深度的增加是连续间断面。但也有地区的速度随深度的增加是连续的。的。由地壳下部过渡到地幔一般是很快的，由地壳下部过渡到地幔一般是很快的，PP波速度由波速度由每秒每秒7km7km多在几公里深度之内就增加到多在几公里深度之内就增加到8~8.2km/s8~8.2km/s。。22）大陆造山带地区的地壳）大陆造山带地区的地壳地壳构造复杂，地壳厚度较大并且还时常出现速地壳构造复杂，地壳厚度较大并且还时常出现速度为度为7.2~7.8km/s7.2~7.8km/s的深部岩层。的深部岩层。在有些地区，莫霍面并不明显，表明速度是连续在有些地区，莫霍面并不明显，表明速度是连续变化的。在南美安第斯山地区，地壳厚度约为变化的。在南美安第斯山地区，地壳厚度约为65km65km．在阿尔卑斯地区，厚度约为．在阿尔卑斯地区，厚度约为55km55km，在青藏，在青藏高原，地壳厚度可达高原，地壳厚度可达70km70km左右。这些地区的上层左右。这些地区的上层地壳一般是酸性的。速度为地壳一般是酸性的。速度为6.06.0--6.5km/s6.5km/s，厚约，厚约20~30km20~30km，在这层下部，有时还存在一个低速层，在这层下部，有时还存在一个低速层,,再以下，速度连续由再以下，速度连续由6.56.5增加到增加到8.2km/s8.2km/s。。33）海洋地壳）海洋地壳上世纪50年代在世界各大洋的地震勘探表明洋底地壳一般分为三层：第一层是未凝结的沉积层，厚度变化很大，约0~2km。P波速度为2km/s。第二层是孔隙度很大的玄武岩碎屑，厚约0.5