《大地构造学》第二讲解析课件

1第二章地球的起源和基本特征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23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

4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，现阶段研究地球内部的构造及其物质状态，只能依靠一些间接的依据。

（一）陨石提供的信息（二）地震波提供的信息5（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

3.5-5.094.0%

铁陨石

8.0-8.54.5%

石铁陨石

5.5-6.01.5%

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（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续传播。7

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、液态和气态的介质中传播。纵波的速度快，是最先到达地震仪的波动，所以又称为P波（Primary）。8

横波（S波）质点的振动方向与波的前进方向垂直，是剪切波。仅能在固态介质中传播。横波波速较小，仅相当于纵波在同一介质中传播速度的4/7。是第二个到达地震仪的波动，故又称S波（Secondary）。9P波和S波在地球内部的传播地核地幔地壳地核地幔地壳102、面波主要有：

瑞利波（R波），质点呈椭圆形，椭圆面垂直传播方向。

勒夫波（L波），质点振动方向与S波的水平分量相近。面波传播速度较慢，R波为S波的0.92倍。一、地球内部圈层结构划分的依据

地震波波速的大小与介质的密度和弹性有关。

密度

密度随深度增加而增大，相应P波、S波波速增大。

弹性

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33km（指大陆区）、670km、2891km及5150km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，形成几个大的结构面。12670289151503333km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。此突变面也具有全球性。莫霍面古登堡面13地球内部圈层划分表软流圈塑性为主固态下部波速梯度大固态波速较均匀固态波速梯度大3.364.48.03.484.78.74.735.556.57.311.713.73.723.994.93.69.110.3固态2.903.96.8CD下地幔A2下地壳代号名称其它特征密度（g/cm2）Vs（km/s）Vp（km/s）深度(km)圈层岩石圈固态陆壳地区横向变化大2.653.25.8A1A上地壳地壳固态3.374.58.1B上地幔地幔液态9.9011.87008.010.0E外核地核液态波速梯度小12.06010.2F过渡层固态12.7713.093.53.711.011.3G内核莫霍面陆壳洋壳15

23312802204006702891477151506371古登堡面14

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。二、地球内部圈层的特征第二节地球的圈层结构16

（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。地壳平均厚约18km，平均密度为2.8g/cm3。

地壳可分为大陆型（陆壳）与大洋型（洋壳）两种，两者有根本性的差别。

大陆地壳（陆壳）厚度20-80km，高山区厚，平原区薄，平均厚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），据此面将地壳分为上地壳和下地壳。

上地壳岩石成分复杂，密度较低（平均2.79g/cm3），为硅铝层。

下地壳岩石密度较高（平均2.9g/cm3），为硅镁层。

大洋地壳（洋壳）厚5-10km，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2.9g/cm3，与大陆地壳的下地壳一样，也为硅镁层。地幔莫霍面硅镁层（下地壳）（玄武岩）康拉德面硅铝层（上地壳）（花岗岩）深度（km）海洋沉积物大陆地壳17

（二）地幔

莫霍面以下至古登堡面的圈层为地幔。地幔厚约2870km，密度由顶层的3.31g/cm3增至5.55g/cm3，平均4.5g/cm3。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。Uppermantle6,3712,891670

上地幔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50-250km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3.3g/cm3。

下地幔中地震波速平缓增加，变化较均匀。平均密度为5.1g/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、镍成分显著增加，有人认为下地幔的成分接近于陨石中的铁陨石。18

（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10.83g/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11.87g/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12.06g/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12.77-13.08g/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、硫等轻元素。19

（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3.25g/cm3。大洋地区岩石圈较薄，为30-90km；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，而软流圈则较热、较软。一般认为，岩石圈发生的运动可能与此有关。地幔2021第二节地球的圈层结构莫霍面古登堡面22地壳结构及其剖面图（据李四光图修编）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。

地势的起伏与莫霍面的起伏呈镜像关系。三、地壳重力均衡

23均衡原理

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相等，从而能保持重力均衡。补偿基面补偿基面莫霍面24

这种均衡总是暂时的和相对的。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，引起地壳的升降运动。构造应力、热力及地幔物质的调整等因素能造成原有均衡的破坏，也能引起地壳的升降运动。均衡原理对了解地球的动力现象很重要。三、地壳重力均衡

25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。26第三节地球的非对称性27北半球南半球一、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。大陆和海洋在地球的表面分布不均匀65%的陆地集中北半球（陆半球），陆地占该半球39%。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%。海洋与陆地构成了地球表面赤道28北半球南半球2、大洋脊四分之三在南半球，南半球膨胀、北半球压缩。

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”。

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。赤道29EarthquakeandVolcanicactivitylocations3、全球大地震大部分集中在北半球。30Volcanoes北半球南半球赤道31Earthquakes北半球南半球赤道32第三节地球的非对称性一、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；5、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；7、全球中、新生代造山带四分之三集中在北半球；8、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。33第三节地球的非对称性二、地球东、西非对称性1、东半球以欧亚大陆为主、陆多于海；西半球只有北美大陆；2、180度经度为界，东西半球的地质构造、成矿带、地震和火山带等有较大差别；3、以西经20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；4、太平洋半球和大西洋半球差异大，前者挤压，后再引张。34第四节地球构造活动的韵律性

在地球的演化过程中，地质事件基本上是有规则的重复发生，显示出周期性或准周期性的特征。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、中韵律、短韵律和微韵律四个层次（教材P33表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；微韵律是反映地球正在进行的变动。35二、地球构造活动长韵律的证据

（一）时间尺度为1~2Ga的韵律

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1Ga左右经历一次明显的突变。第四节地球构造活动的韵律性4.6Ga3.6Ga2.6Ga1.6Ga0.6Ga以基性-超基性岩浆岩为主出现了海洋化学岩和斜长岩类的第一个峰值，有了叠层石及富钠的最古老的“花岗岩”等真正的富钾花岗岩出现典型的普通花岗岩、纯净的海相石灰岩和典型的碱性岩出现了大范围的地台盖层沉积斜长岩的第二次峰值也发生在1．6～1．0Ga之间以绿岩建造和碧玉铁质岩建造的交互层占优势从古元古代开始，白云岩增多太古宙末，“花岗岩”开始富钾36第四节地球构造活动的韵律性二、地球构造活动长韵律的证据（二）时间尺度为1Ga-250Ma的韵律

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陆。

1、3200～2800Ma间形成的陆核型超级大陆；2、2000～1800Ma间形成的古陆块型超级大陆；3、1100～800Ma间形成的陆块型超级大陆；4、257～205Ma间形成的大陆型超级大陆。3738第四节地球构造活动的韵律性二、地球构造活动长韵律的证据（三）时间尺度为250-50Ma的韵律一次区域不整合的时间，我国可分为祁连构造阶段、天山构造阶段、印支构造阶段、燕山构造阶段和四川构造阶段。祁连构造阶段(513～386Ma)、天山构造阶段(386～257Ma)、印支构造阶段(257～205Ma)、燕山构造阶