奇石地質(zhì)講壇|第六講：地球內(nèi)部圈層的主要特征

第六講 地球內(nèi)部圈層的主要特征

1. 地殼

地殼是地球固體地表構(gòu)造的最外圈層，為海洋之下深約12km、大陸之下深20~80km的顯著地震界面之上的一層。全球地殼厚度等值線(xiàn)圖(圖1)顯示了地殼厚度的雙峰標(biāo)度。海洋盆地的地殼（洋殼）厚度為6~7km（不含4~5km的水層），而大陸部分地殼（陸殼）的平均厚度為39.7km。在海洋-大陸內(nèi)部邊緣的典型地殼厚度是30km，并向大陸內(nèi)部逐漸增厚到40~45km。厚度超過(guò)50km（最高可達(dá)80km）的地殼局限在幾個(gè)地區(qū)，包括中國(guó)西部的青藏高原、南美洲西部的安第斯山脈和芬蘭南部的前寒武紀(jì)地盾。大洋地殼則遠(yuǎn)比大陸地殼薄，厚度只有幾千米。我國(guó)地形由西而東呈三個(gè)下降臺(tái)階，恰與地殼厚度成宏觀鏡像關(guān)系，青藏高原(第一級(jí)階梯)地殼厚度平均在60-70km范圍內(nèi)變化；中部地區(qū)(第二級(jí)階梯) 地殼厚度平均在35-45km范圍內(nèi)變化；東部地區(qū)(第三級(jí)階梯)地殼厚度平均30km左右（圖2）。

圖1 基于地震折射數(shù)據(jù)的地殼厚度等值線(xiàn)麥卡托投影圖（據(jù)Mooney,Laske and Masters,1998.J.Geophys.Res.103:727~747)

地殼分為上下兩層（圖3），上層化學(xué)成分以氧、硅、鋁為主，平均化學(xué)組成與花崗巖相似，稱(chēng)為花崗巖層（“硅鋁層”）。此層在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆底地區(qū)，太平洋中部甚至缺失，是不連續(xù)圈層。下層富含硅和鎂，平均化學(xué)組成與玄武巖相似，稱(chēng)為玄武巖層（“硅鎂層”），在大陸和海洋均有分布，是連續(xù)圈層。兩層以康拉德不連續(xù)面隔開(kāi)。隨著地震測(cè)深技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)地殼的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，并存在明顯的側(cè)向變化。最近觀測(cè)資料表明，即使在大陸塊體中，也不是普遍都存在康拉德間斷面的。當(dāng)此界面存在時(shí)，常誘發(fā)淺源地震。

圖3 地殼結(jié)構(gòu)示意圖

2. 地幔

地殼下面是地球的中間層，叫做2地幔2，深度約2900km，主要由致密的造巖物質(zhì)構(gòu)成，這是地球內(nèi)部體積最大、質(zhì)量最大的一層。地幔又可分成上地幔和下地幔兩層。軟流層位于上地幔頂部由于放射性元素大量集中，蛻變放熱，使巖石高溫軟化，并局部熔融造成的，很可能是巖漿的發(fā)源地（巖漿房）。軟流層以上的地幔是巖石圈的組成部分。下地幔溫度、壓力和密度均增大，物質(zhì)呈可塑性固態(tài)。最近，美國(guó)一些科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)方法推算出地幔與地核交界處的溫度為3500℃以上，外核與內(nèi)核交界處溫度為6 300℃，核心溫度約6 600℃。

結(jié)合地球化學(xué)研究認(rèn)為，上地幔的成分接近于超基性巖即二輝橄欖巖的組成。林伍德認(rèn)為上地幔的化學(xué)成分相當(dāng)于由3份阿爾卑斯型橄欖巖（橄欖石79%、斜方輝石20%和尖晶石1%）和1份夏威夷型拉斑玄武巖組成。

3. 地核

地球內(nèi)部從古登堡面起，一直到地球中心，稱(chēng)之為地核。地核的質(zhì)量占整個(gè)地球質(zhì)量的31.5%，體積占整個(gè)地球體積的16.2%。根據(jù)縱波速度變化，可將地核分為外核、過(guò)渡層、內(nèi)核三層。外核平均密度約10.5g/cm3，厚度1705km。由于在外核中縱波傳播速度急劇降低，橫波不能通過(guò)，證明外核是液態(tài)物質(zhì)，溫度超過(guò)巖石的熔點(diǎn)。過(guò)渡層厚度只有515km，速度變化復(fù)雜，并能測(cè)到速度不大的橫波，可能是液態(tài)向固態(tài)過(guò)渡的一個(gè)圈層。內(nèi)核厚1251km，平均密度12.9 g/cm3。同時(shí)測(cè)得縱波與橫波，從地面接收到的橫波是由縱波轉(zhuǎn)換形成的，因此，肯定內(nèi)核是固體。