《大地构造学》第二讲

1、1第二章第二章 地球的起源和基本特征地球的起源和基本特征第二章第二章 地球的起源和基本特征地球的起源和基本特征第一节第一节 地球的起源地球的起源( (自学自学) )第二节第二节 地球的圈层结构地球的圈层结构第三节第三节 地球的非对称性地球的非对称性第四节第四节 地球构造活动的韵律性地球构造活动的韵律性23第二节第二节 地球的圈层结构地球的圈层结构 4第二节第二节 地球的圈层结构地球的圈层结构一、地球内部圈层结构划分的依据一、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。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（目前世界上最深的钻井（科拉半岛科拉

2、半岛）仅达）仅达12km多，多，仅及地球平均半径的仅及地球平均半径的1/530。因此，现阶段研究地球。因此，现阶段研究地球内部的构造及其物质状态，只能依靠一些内部的构造及其物质状态，只能依靠一些 （一）（一）提供的信息提供的信息 （二）（二）提供的信息提供的信息5（一）陨石提供的信息（一）陨石提供的信息 坠落在地表的陨石按成分分为三类：坠落在地表的陨石按成分分为三类： 陨石陨石 密度（密度（g/cm3） 陨石含量比陨石含量比 3.5-5.0 94.0% 8.0-8.5 4.5% 5.5-6.0 1.5% 推断：太阳系的物质组成应具有统一性，推断：太阳系的物质组成应具有统一性， 即可能由：即可能

3、由： 铁陨石铁陨石组成地球的组成地球的 石铁陨石石铁陨石组成地球的组成地球的 石陨石石陨石组成地球的组成地球的一、地球内部圈层结构划分的依据一、地球内部圈层结构划分的依据6一、地球内部圈层结构划分的依据一、地球内部圈层结构划分的依据（二）地震波提供的信息（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：形式和传播速度的变化情况分为： 在地球内部沿在地球内部沿3维方向传播维方向传播 沿界面或地球表面呈沿界面或地球表面呈2 2维方式传播维方式传播 1 1、体波又分为：、体波又分为： （P P波）波） （S S波

4、）波） 当纵波或横波传播到不同介质的界面时会发生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速的变化，发生反射和折射，部分转化为另一种波继续传播。续传播。 7 （P波）波） 质点的振动方质点的振动方向与波的传播方向与波的传播方向一致，是推进向一致，是推进波波 。 可在固态、液可在固态、液态和气态的介质态和气态的介质中传播。中传播。 纵波的速度快，纵波的速度快，是最先到达地震是最先到达地震仪的波动，所以仪的波动，所以又称为又称为P波波（Primary）。8 （S S波）波） 质点的振动方质点的振动方向与波的前进方向与波的前进方向垂直，是剪切向垂直，是

5、剪切波。波。 仅能在固态介仅能在固态介质中传播。质中传播。 横波波速较小，横波波速较小，仅相当于纵波在仅相当于纵波在同一介质中传播同一介质中传播速度的速度的4/7。是第。是第二个到达地震仪二个到达地震仪的波动，故又称的波动，故又称S波波（Secondary）。9和和在地球内部的传播在地球内部的传播地核地核地幔地幔地壳地壳地核地核地幔地幔地壳地壳10 2 2、面波主要有：、面波主要有： （R波），波），质点呈椭圆形，椭圆面垂直传质点呈椭圆形，椭圆面垂直传播方向。播方向。 （L波），质点振动方向与波），质点振动方向与S波的水平分量波的水平分量相近。相近。 面波传播速度较慢，面波传播速度较慢，R波为

6、波为S波的波的0.92倍。倍。一、地球内部圈层结构划分的依据一、地球内部圈层结构划分的依据 密度随深度增加而增大，相应密度随深度增加而增大，相应P波、波、S波波速波波速增大。增大。 波速在钢性物质中比在塑性物质中传播快。波速在钢性物质中比在塑性物质中传播快。116702891515033 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（指大陆区）、（指大陆区）、及及等四处，波速发生显著的跃变。等四处，波速发生显著的跃变。 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，形成几个大的结由此推

7、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。构面。126702891515033 33km 33km处的界面是处的界面是（M M）。该面上、下）。该面上、下VpVp由由6.8km/s6.8km/s陡升至陡升至8.1km/s8.1km/s；VsVs由由3.9km/s3.9km/s升至升至4.5km/s4.5km/s，这一突变面具有全球性，在大陆深，在海洋浅。，这一突变面具有全球性，在大陆深，在海洋浅。 2891km2891km处的界面是处的界面是（G G）。该面上、下）。该面上、下VpVp由由13.7km/s13.7km/s降至降至8.0km/s8.0km/s；Vs

8、Vs从从7.3km/s7.3km/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。此突变面也具有全球性。全球性。莫霍面古登堡面13地球内部圈层划分表地球内部圈层划分表软流圈软流圈塑性为主塑性为主固态固态 下部波速梯度大下部波速梯度大固态固态 波速较均匀波速较均匀固态固态 波速梯度大波速梯度大 3.36 3.364.44.4 8.0 8.0 3.48 3.484.74.7 8.7 8.7 4.73 4.73 5.55 5.556.56.57.37.311.711.713.713.7 3.72 3.72 3.99 3.

9、994.94.93.63.6 9.1 9.110.310.3固态固态 2.90 2.903.93.9 6.8 6.8C CD D下地幔下地幔A A2 2下地壳下地壳代号代号名称名称其它其它特征特征密度密度（g/cmg/cm2 2）V Vs s（km/skm/s）V Vp p（km/skm/s）深度深度(km)(km)圈层圈层岩石圈岩石圈固态固态 陆壳地区横向变化大陆壳地区横向变化大 2.65 2.653.23.2 5.8 5.8A A1 1A A上地壳上地壳地地壳壳固态固态 3.37 3.374.54.5 8.1 8.1B B上地幔上地幔地地幔幔液态液态 9.90 9.9011.8711.87

10、0 00 0 8.0 8.010.010.0E E外核外核地地核核液态液态 波速梯度小波速梯度小12.0612.060 010.210.2F F过渡层过渡层固态固态12.7712.7713.0913.093.53.53.73.711.011.011.311.3G G内核内核莫霍面莫霍面陆壳洋壳陆壳洋壳15 15 2 233 1233 12808022022040040067067028912891477147715150515063716371古登堡面古登堡面14 和和这两个波速突变面（也叫不连这两个波速突变面（也叫不连续面）将地球内部划分为三个圈层，即：续面）将地球内部划分为三个圈层，即：

11、（一）（一）莫霍面之上的部分称为地壳。 （二）（二）古登堡面以上至莫霍面之间的部分。 （三）（三）古登堡面以下至地心的部分。二、地球内部圈层的特征二、地球内部圈层的特征第二节第二节 地球的圈层结构地球的圈层结构16 （一）地壳（一）地壳 莫霍面以上由固体岩石组成的地球最外部圈层，称为地壳。莫霍面以上由固体岩石组成的地球最外部圈层，称为地壳。地壳平均厚约地壳平均厚约18km，平均密度为，平均密度为2.8g/cm3。 地壳可分为大陆型（地壳可分为大陆型（陆壳陆壳）与大洋型（）与大洋型（洋壳洋壳）两种，两者）两种，两者有根本性的差别。有根本性的差别。 大陆地壳（陆壳）大陆地壳（陆壳）厚度厚度20-8

12、0km，高山区厚，平原区薄，平均，高山区厚，平原区薄，平均厚厚33km。 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产于陆壳之中。地壳中部较普遍存在一个次级界面（产于陆壳之中。地壳中部较普遍存在一个次级界面（康拉德面康拉德面），），据此面将地壳分为上地壳和下地壳。据此面将地壳分为上地壳和下地壳。 上地壳上地壳岩石成分复杂，密度较低（平均岩石成分复杂，密度较低（平均2.79g/cm3），为），为硅铝层硅铝层。 下地壳下地壳岩石密度较高岩石密度较高（平均（平均2. 9g/cm3），），为为硅镁层硅镁层。 大洋地壳（洋壳）大洋地壳（洋

13、壳）厚厚5-10km，较为均匀，平均厚，较为均匀，平均厚7km。 洋壳的形成年代新，内部构造简单。洋壳的岩石平均密度达洋壳的形成年代新，内部构造简单。洋壳的岩石平均密度达2.9 g/cm3，与大陆地壳的下地壳一样，也，与大陆地壳的下地壳一样，也为为硅镁层硅镁层。 地幔地幔莫霍面莫霍面硅镁层硅镁层（下地壳）（下地壳）（玄武岩）（玄武岩）康拉德面康拉德面硅铝层硅铝层（上地壳）（上地壳）（花岗岩）（花岗岩）深度深度（km）海洋海洋沉积物沉积物大陆大陆地壳地壳17 （二）（二） 莫莫霍面以下霍面以下至古登堡至古登堡面的圈层为地幔。面的圈层为地幔。 地幔厚约地幔厚约2870km，密，密度由顶层的度由顶层

14、的3.31 g/cm3增至增至5.55 g/cm3，平均，平均4.5 g/cm3。 在在670km深处深处，地震波，地震波速速发生显著的跃变，因此发生显著的跃变，因此可将此面作为上、下地幔可将此面作为上、下地幔的分界面。的分界面。Upper mantle6,3712,891670 上地幔上地幔内地震波传播速度并不均匀，从莫霍面到内地震波传播速度并不均匀，从莫霍面到 50-60km处，传播速度较快。在处，传播速度较快。在50-250km范围内，地震波传播速度降低，为范围内，地震波传播速度降低，为低速层低速层，暗示此带内的物质可能呈熔融状态。从，暗示此带内的物质可能呈熔融状态。从250-670km

15、，地震波传播速度不均匀地加快。，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3.3 g/cm3。 下地幔下地幔中地震波速平缓增加，变化较均匀。平均密度为中地震波速平缓增加，变化较均匀。平均密度为5.1 g/cm3。 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、镍成分显著增加，有人认为下地幔的成分接近于陨石中的铁陨石。增加，有人认为下地幔的成分接近于陨石中的铁陨石。18 （三）（三） 古登堡

16、面以下直至地心的部分称为地古登堡面以下直至地心的部分称为地核。其体积占地球的核。其体积占地球的16.2%，质量约占地，质量约占地球的球的 1/3，平均密度为，平均密度为10.83 g/cm3。根据根据地震波的传播速度特征，可将地核划分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。为外核、过渡层和内核。 外核外核 为深为深28914771km的部分。的部分。 Vp从从8.0增至增至10.0km/s，Vs消失，表明消失，表明外核呈液态。密度由外核呈液态。密度由9.90增至增至11.87 g/cm3。 过渡层过渡层 为深为深4771km5150km的圈层。的圈层。Vp为为10.2km/s，

17、 Vs为为0， 表明物质表明物质仍为液态。平均密度增至仍为液态。平均密度增至12.06 g/cm3。 内核内核 为深为深5150km至地心的部分。至地心的部分。 Vp达达11.0-11.3km/s， Vs为为5.5-5.7km/s，说明其物质为固态。其密度为说明其物质为固态。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、硫等轻元素。元素。19 （四）（四） 在上地幔深约在上地幔深约50-250km m范围内，范围内，还存在一还存在一推测这是因为放推测这是因为放射性元素蜕变生

18、热产生高温异常，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，所以又形成的塑性层或局部熔融，所以又称为称为。在大洋该圈层。在大洋该圈层的顶面的深度较浅，的顶面的深度较浅，一般一般50-60km；在大陆则深度较大，多在在大陆则深度较大，多在100km以以上。其厚度在大洋之下较大，在大上。其厚度在大洋之下较大，在大陆之下较小。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软流圈之上是地球物理性质方面有许多相似之处的及及，且，且都是由固态岩石组成的，称都是由固态岩石组成的，称。它平均厚约。它平均厚约80km，平均密度，平均密度3.25 g/cm3。大洋地区岩石圈较薄，为大洋地区岩

19、石圈较薄，为30-90km；大陆地区岩石圈较厚，为；大陆地区岩石圈较厚，为60-150km。 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。热、较软。一般认为，岩石圈发生的运动可能与此有关。地幔地幔2021第二节第二节 地球的圈层结构地球的圈层结构莫霍面莫霍面古登堡面古登堡面22地壳结构及其剖面图（据李四光图修编）地壳结构及其剖面图（据李四光图修编）莫霍面莫霍面 地壳厚度各处不一，不仅陆壳与洋壳厚度相差很大，而且不地壳厚度各处不一，不仅陆壳与洋壳厚度相差很大，而且

20、不同地区陆壳的厚度也有明显的差别。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。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，与此相应的是，莫霍面莫霍面表现出明显起伏。地势高的地方，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。低；地势低的地方，莫霍面高。 三、地壳重力均衡三、地壳重力均衡 23 （确切说是确切说是）由下伏物质（）由下伏物质（）托垫着，部分地壳则沉没在密度更）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）的某一深度上大的壳下物质里，就像冰块浮在

21、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，称为可以找到一个水平面，称为。高山地区的地势虽高，但其下部密度大的地幔厚。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，度小；大洋地区地势虽低，但其拥有的地幔厚度大，故故，从而能保持，从而能保持。补偿基面补偿基面补偿基面补偿基面莫霍面莫霍面24 这种均衡总是这种均衡总是和和。因为大陆是剥蚀区，特别。因为大陆是剥蚀区，特别是山区，其剥蚀速度快，剥蚀强烈，岩石不断被破坏，破坏产是山区，其剥蚀速度快，剥蚀强烈，岩石不断被破坏，破坏产物不断被搬运到低地或海洋之中堆积下来，增加这些地区的负物不断

22、被搬运到低地或海洋之中堆积下来，增加这些地区的负荷，这就改变了原有的重力均衡。结果是轻者上浮，重者下沉，荷，这就改变了原有的重力均衡。结果是轻者上浮，重者下沉，引起引起地壳的地壳的。 构造应力、构造应力、热力及地幔物质的调整热力及地幔物质的调整等因素能造成原有均衡等因素能造成原有均衡的破坏，也能引起的破坏，也能引起地壳的地壳的。 均衡原理对了解均衡原理对了解很重要。很重要。三、地壳重力均衡三、地壳重力均衡 25第二节第二节 地球的圈层结构地球的圈层结构四、地层分层现象的主要假说四、地层分层现象的主要假说 1、化学分异说、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，当地球地球内部由于物

23、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、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。地壳是亲石元素带。 2、原子集合分异假说、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。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、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、密度小地球内部物质在重力

24、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。的上升、密度大的下沉，构成多个同心圈层。26第三节第三节 地球的非对称性地球的非对称性27北半球北半球南半球南半球一、地球南、北非对称性一、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、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。陆半球，南半球是水半球。大陆和海洋在地球的表面分布不均匀大陆和海洋在地球的表面分布不均匀65%65%的陆地集中北半球的陆地集中北半球（陆半球）（陆半球），陆地占该半球，陆地占该半球39%39%。南半球南半球（水半球）（水半球）陆地面积较少，只

25、占该半球陆地面积较少，只占该半球19%19%。地球表面面积地球表面面积70.8%被海洋覆盖，陆地只占被海洋覆盖，陆地只占29.2%。海洋与陆地构成了地球表面海洋与陆地构成了地球表面赤道赤道282、大洋脊四分之三在南半球，南半球膨胀、北半球压缩。、大洋脊四分之三在南半球，南半球膨胀、北半球压缩。 在三大洋中均有分布，且互相衔接，全长近在三大洋中均有分布，且互相衔接，全长近65000km，是全球最大的，是全球最大的“”。 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300500km。29Earthquake and Volcanic ac

26、tivity locations3、全球、全球大地震大地震大部分集中在北半球。大部分集中在北半球。30Volcanoes北半球北半球南半球南半球赤道赤道31Earthquakes北半球北半球南半球南半球赤道赤道32第三节第三节 地球的非对称性地球的非对称性一、地球南、北非对称性一、地球南、北非对称性4、全球热流分布情况，南半球高于北半球；、全球热流分布情况，南半球高于北半球；5、大气运动复杂程度呈现北繁南简的特征；、大气运动复杂程度呈现北繁南简的特征；6、海流的形式与环流带的位置南北不对称；、海流的形式与环流带的位置南北不对称；7、全球中、新生代造山带四分之三集中在北半球；、全球中、新生代造山

27、带四分之三集中在北半球；8、南、北半球上的构造不对称；、南、北半球上的构造不对称；9、全球三个活构造带环太平洋构造带、大洋脊构造、全球三个活构造带环太平洋构造带、大洋脊构造带和北大陆构造带地理分布和动力学环境不同，表现带和北大陆构造带地理分布和动力学环境不同，表现了南北的非对称性。了南北的非对称性。33第三节第三节 地球的非对称性地球的非对称性二、地球东、西非对称性二、地球东、西非对称性1、东半球以欧亚大陆为主、陆多于海；西半球只有、东半球以欧亚大陆为主、陆多于海；西半球只有 北美大陆；北美大陆；2、180度经度为界，东西半球的地质构造、成矿带、度经度为界，东西半球的地质构造、成矿带、地震和火

28、山带等有较大差别；地震和火山带等有较大差别；3、以西经、以西经20度为界，东西半球在海底构造、深度、度为界，东西半球在海底构造、深度、海水温度、盐度等存在明显差异；海水温度、盐度等存在明显差异；4、太平洋半球和大西洋半球差异大，前者挤压，后、太平洋半球和大西洋半球差异大，前者挤压，后再引张。再引张。34第四节第四节 地球构造活动的韵律性地球构造活动的韵律性 一、地球韵律性变动的分级一、地球韵律性变动的分级 以不同事件尺度的代表性事件为参考，划分出长韵律、以不同事件尺度的代表性事件为参考，划分出长韵律、中韵律、短韵律和微韵律四个层次（教材中韵律、短韵律和微韵律四个层次（教材P33P33表表2-3

29、2-3）。）。 不同韵律层次的研究对象不同，研究内容和研究方法不不同韵律层次的研究对象不同，研究内容和研究方法不同。长韵律反映地壳的变动；中韵律的直接表现为新构造运同。长韵律反映地壳的变动；中韵律的直接表现为新构造运动；短韵律层次主要是几千年内的运动；微韵律是反映地球动；短韵律层次主要是几千年内的运动；微韵律是反映地球正在进行的变动。正在进行的变动。35二、地球构造活动长韵律的证据二、地球构造活动长韵律的证据 根据地表岩层记录恢复的地球演化史显示，地球形成后大约根据地表岩层记录恢复的地球演化史显示，地球形成后大约每每1Ga左右经历一次明显的突变。左右经历一次明显的突变。第四节第四节 地球构造活动的韵律性地球构造活动的韵律性36第四节第四节 地球构造活动的韵律性地球构造活动的韵律性二、地球构造活动长韵律的证据二、地球构造活动长韵律的证据 一个超级大陆的演化时间，全球地壳至少形成过四个超级大一个超级大陆的演化时间，全球地壳至少形成过四个超级