奇石地质讲坛|第六讲：地球内部圈层的主要特征

第六讲 地球内部圈层的主要特征

1. 地壳

地壳是地球固体地表构造的最外圈层，为海洋之下深约12km、大陆之下深20~80km的显著地震界面之上的一层。全球地壳厚度等值线图(图1)显示了地壳厚度的双峰标度。海洋盆地的地壳（洋壳）厚度为6~7km（不含4~5km的水层），而大陆部分地壳（陆壳）的平均厚度为39.7km。在海洋-大陆内部边缘的典型地壳厚度是30km，并向大陆内部逐渐增厚到40~45km。厚度超过50km（最高可达80km）的地壳局限在几个地区，包括中国西部的青藏高原、南美洲西部的安第斯山脉和芬兰南部的前寒武纪地盾。大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度只有几千米。我国地形由西而东呈三个下降台阶，恰与地壳厚度成宏观镜像关系，青藏高原(第一级阶梯)地壳厚度平均在60-70km范围内变化；中部地区(第二级阶梯) 地壳厚度平均在35-45km范围内变化；东部地区(第三级阶梯)地壳厚度平均30km左右（图2）。

图1 基于地震折射数据的地壳厚度等值线麦卡托投影图（据Mooney,Laske and Masters,1998.J.Geophys.Res.103:727~747)

地壳分为上下两层（图3），上层化学成分以氧、硅、铝为主，平均化学组成与花岗岩相似，称为花岗岩层（“硅铝层”）。此层在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆底地区，太平洋中部甚至缺失，是不连续圈层。下层富含硅和镁，平均化学组成与玄武岩相似，称为玄武岩层（“硅镁层”），在大陆和海洋均有分布，是连续圈层。两层以康拉德不连续面隔开。随着地震测深技术的发展，发现地壳的结构十分复杂，并存在明显的侧向变化。最近观测资料表明，即使在大陆块体中，也不是普遍都存在康拉德间断面的。当此界面存在时，常诱发浅源地震。

图3 地壳结构示意图

2. 地幔

地壳下面是地球的中间层，叫做²地幔²，深度约2900km，主要由致密的造岩物质构成，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。地幔又可分成上地幔和下地幔两层。软流层位于上地幔顶部由于放射性元素大量集中，蜕变放热，使岩石高温软化，并局部熔融造成的，很可能是岩浆的发源地（岩浆房）。软流层以上的地幔是岩石圈的组成部分。下地幔温度、压力和密度均增大，物质呈可塑性固态。最近，美国一些科学家用实验方法推算出地幔与地核交界处的温度为3500℃以上，外核与内核交界处温度为6 300℃，核心温度约6 600℃。

结合地球化学研究认为，上地幔的成分接近于超基性岩即二辉橄榄岩的组成。林伍德认为上地幔的化学成分相当于由3份阿尔卑斯型橄榄岩（橄榄石79%、斜方辉石20%和尖晶石1%）和1份夏威夷型拉斑玄武岩组成。

3. 地核

地球内部从古登堡面起，一直到地球中心，称之为地核。地核的质量占整个地球质量的31.5%，体积占整个地球体积的16.2%。根据纵波速度变化，可将地核分为外核、过渡层、内核三层。外核平均密度约10.5g/cm3，厚度1705km。由于在外核中纵波传播速度急剧降低，横波不能通过，证明外核是液态物质，温度超过岩石的熔点。过渡层厚度只有515km，速度变化复杂，并能测到速度不大的横波，可能是液态向固态过渡的一个圈层。内核厚1251km，平均密度12.9 g/cm3。同时测得纵波与横波，从地面接收到的横波是由纵波转换形成的，因此，肯定内核是固体。