地球科学概论第三章地球的内部圈层

1、第三章第三章 地球的内部圈层地球的内部圈层 第一节第一节 地球的内部圈层地球的内部圈层 第二节第二节 地壳地壳 第一节第一节 地球的内部圈层地球的内部圈层一、地球内部圈层的划分一、地球内部圈层的划分二、地球内部的主要物理性质二、地球内部的主要物理性质三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 一、地球内部圈层的划分一、地球内部圈层的划分34 地地球球内内部部圈圈层层结结构构及及各各圈圈层层的的主主要要地地球球物物理理数数据据二、地球内部的主要物理性质二、地球内部的主要物理性质（二）压力（二）压力 指地球内部不同深度上单位面积上的压力，实质上是压强。指地球内部不

2、同深度上单位面积上的压力，实质上是压强。压力与上方物质的重量（或质量）成正比；压力与上方物质的重量（或质量）成正比；Phh单位：帕单位：帕 PaMpa(MPa读兆帕，读兆帕，1 MPa106N/m2) 地内的这种压力又称为地内的这种压力又称为静压力或围压：静压力或围压：在地内深处某点，来自在地内深处某点，来自其周围各个方向的压力相等。其周围各个方向的压力相等。 地内的压力总是随深度向下连续而逐渐地增加的。地内的压力总是随深度向下连续而逐渐地增加的。（二）（二）压力压力（三）重力（三）重力 地球内部圈层结构及各圈层的主要地球物理数据地球内部圈层结构及各圈层的主要地球物理数据重力在地球内部的变化重

3、力在地球内部的变化 （四）温度（四）温度 （五）磁场（五）磁场（六）弹塑性（六）弹塑性弹性弹性地震波、固体弹性弹性地震波、固体潮幅度潮幅度78cm ；塑性地球扁球体、岩石塑性地球扁球体、岩石褶皱变形等；褶皱变形等；弹性塑性的转变关系：弹性塑性的转变关系：作用力大小、速度、持续作用力大小、速度、持续时间长短；时间长短；作用的温度、压力条件等。作用的温度、压力条件等。三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 地壳地壳是莫霍面以上的地是莫霍面以上的地球表层。球表层。 其厚度变化在其厚度变化在5-705-70kmkm之之间。其中大陆地区厚度较间。其中大陆地区厚度较大

4、，平均约大，平均约3333kmkm；大洋地大洋地区厚度较小，平均约区厚度较小，平均约7 7kmkm；总体的平均厚度约总体的平均厚度约1616kmkm。 占地球总体积的占地球总体积的1.551.55，占地球总质量的，占地球总质量的0.80.8。 地壳物质的密度一般为地壳物质的密度一般为2.62.62.92.9g/cmg/cm3 3。为固态岩。为固态岩石组成。石组成。有三大类岩石有三大类岩石 宇宙、太阳系、地球、地壳主要元素的平均质量百分比宇宙、太阳系、地球、地壳主要元素的平均质量百分比 第二节第二节 地地 壳壳一、地壳的物质组成一、地壳的物质组成二、地壳的类型二、地壳的类型三、地壳的重力异常与重

5、力均衡三、地壳的重力异常与重力均衡 一、地壳的物质组成一、地壳的物质组成 地壳主要元素的平均质量百分比地壳主要元素的平均质量百分比 矿物是地壳中天然形成的单质或化合矿物是地壳中天然形成的单质或化合物，它具有一定的化学成分和内部结物，它具有一定的化学成分和内部结构，因而具有一定的物理、化学性质构，因而具有一定的物理、化学性质及外部形态。及外部形态。 自然界大多数矿物是由两种以上的元自然界大多数矿物是由两种以上的元素组成的素组成的化合物化合物，如石英，如石英( (SiOSiO2 2) )、方解方解石石( (CaCOCaCO3 3) )、磁铁矿磁铁矿( (FeFe3 3O O4 4) )等；少数是由

6、等；少数是由一种元素组成的一种元素组成的单质矿物单质矿物，如自然金，如自然金( (Au)Au)、自然硫自然硫( (S)S)、金刚石金刚石( (C)C)等。等。在通常状况下，绝大多数矿物是固体，在通常状况下，绝大多数矿物是固体，只有极少数是液体只有极少数是液体( (如自然如自然汞汞(Hg)、水水(H2O)等等)。不仅与它的不仅与它的化学成分化学成分相关；相关；更受到它更受到它内部结构内部结构（或构造或构造）的控制；）的控制；固体矿物按其内部质点的结构不同可分为固体矿物按其内部质点的结构不同可分为晶质矿物晶质矿物和和非晶质矿物非晶质矿物两类。两类。晶质矿物晶质矿物的内的内部部质点质点(原子、离原子

7、、离子或分子子或分子)呈有呈有规律的排列规律的排列 晶质矿物晶质矿物在有利的条件下都能生长成规在有利的条件下都能生长成规则的几何多面体外形，这种几何多面体称则的几何多面体外形，这种几何多面体称为为晶体晶体， 包围晶体的平面称包围晶体的平面称晶面晶面。晶体的。晶体的大小不等，小的可以是几微米到几毫米，大小不等，小的可以是几微米到几毫米，大的可以达几十厘米甚至几米以上。大的可以达几十厘米甚至几米以上。 由于仪器观测精度越来越高，过去许多以为是由于仪器观测精度越来越高，过去许多以为是非晶质的矿物，其实是晶体微小的非晶质的矿物，其实是晶体微小的“ 隐晶质隐晶质” 原来被列为非晶质矿物的种数变得越来越少

8、原来被列为非晶质矿物的种数变得越来越少 非晶质矿物随时间增长可自发转变为晶质矿物非晶质矿物随时间增长可自发转变为晶质矿物 非晶质矿物非晶质矿物的内部质点排列无规律，颇类似的内部质点排列无规律，颇类似于液体，可以说是于液体，可以说是硬化了的液体硬化了的液体，它在外形上常，它在外形上常表现为均一的、无颗粒的不定形表现为均一的、无颗粒的不定形凝固体面貌凝固体面貌。 自然界中绝大多数固体矿物是晶质矿物，只自然界中绝大多数固体矿物是晶质矿物，只有少数矿物，如火山玻璃（有少数矿物，如火山玻璃（黑曜岩黑曜岩）及一些胶体）及一些胶体凝固矿物（如凝固矿物（如蛋白石蛋白石）属非晶质矿物。）属非晶质矿物。2矿物的形

9、态矿物的形态单体形态：一向延长型、二向延长型、单体形态：一向延长型、二向延长型、三向等长型三向等长型 图图39 矿物集合体的几种形态矿物集合体的几种形态1粒状粒状 2片状片状 3晶蔟晶蔟 4鲕状鲕状 5钟乳状钟乳状 3矿物的物理性质 主要包括光学性质和力学性质 光学性质：对可见光的吸收、 透射和反射的程度不同所表现出的各种性质。 颜色：矿物吸收可见光后呈现的色调。如：白、灰、黑、彩色。 条痕色：矿物粉末的颜色。可去杂质色。 透明度：可见光透过矿物的程度。可分为透明、半透明和不透明三个等级 。 光泽：矿物表面反射光波的能力。由强到弱分为三级：金属光泽、半金属光泽和非金属光泽。非金属光泽中常见有：

10、玻璃光泽、油脂光泽、丝绢光泽、金刚光泽、珍珠光泽等。硬硬度度等等级级1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 10 0代代表表矿矿物物滑滑石石 石石膏膏 方方解解石石萤萤石石 磷磷灰灰石石正正长长石石石石英英 黄黄玉玉 刚刚玉玉 金金刚刚石石摩氏硬度计摩氏硬度计硬度：硬度：矿物抵抗外力刻划的能力。矿物抵抗外力刻划的能力。 相对硬度分相对硬度分10个等级。个等级。 矿物的力学性质：矿物受外力作用矿物受外力作用(敲打、敲打、 刻划等刻划等)后所表现出的性质后所表现出的性质 。 包括：硬度、解理、断口。方解石的三组菱面体解理方解石的三组菱面体解理解理：矿物受力后沿一定方向规则裂开的性

11、质。解理：矿物受力后沿一定方向规则裂开的性质。断口：断口：矿物受力后沿任意方向裂开成凹凸矿物受力后沿任意方向裂开成凹凸不平的断面的性质。不平的断面的性质。 石英（石英（SiOSiO2 2）其它性质：其它性质：密度密度磁性磁性压电性压电性化学性质化学性质 4 4地壳中的矿物地壳中的矿物 地壳中目前已发现的矿物有地壳中目前已发现的矿物有2270余种，常见矿物约余种，常见矿物约二三百种，按矿物的化学成分可分为下述五大类：二三百种，按矿物的化学成分可分为下述五大类： （1 1）自然元素矿物）自然元素矿物： 如金，金刚石、石墨、硫磺，如金，金刚石、石墨、硫磺，还有铜、银、汞等还有铜、银、汞等 （2 2）

12、卤化物矿物：）卤化物矿物： 如石盐、钾盐、萤石等如石盐、钾盐、萤石等 （3 3）硫化物矿物）硫化物矿物： 如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等闪锌矿、辉钼矿、雄黄等 （4 4）氧化物和氢氧化物矿物）氧化物和氢氧化物矿物： 如赤铁矿、磁铁如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等。青铀矿、石英等。 （5 5）含氧酸盐矿物）含氧酸盐矿物： 最重要的是下面三种：最重要的是下面三种： 硫酸盐矿物：硫酸盐矿物： 有石膏、芒硝、重晶石等有石膏、芒硝、重晶石等 碳酸盐矿物：碳酸盐矿物： 如方解石、

13、白云石、孔雀石如方解石、白云石、孔雀石 硅酸盐矿物：硅酸盐矿物：硅酸盐矿物 氧离子和硅离子结合的基础上（酸根），再与金属阳离子结合而成硅酸盐矿物； 种类繁多，约占已知矿物种数的1/4，占地壳总重量的80% 其中最常见的就是各类长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等几种。硅酸盐矿物的晶体结构硅酸盐矿物的晶体结构复杂多样，但其基本结复杂多样，但其基本结构单位均是构单位均是硅氧四面体硅氧四面体（SiO44-），），即由即由四个氧离子包围一个硅四个氧离子包围一个硅离子构成锥形离子构成锥形 硅酸盐矿物的晶体结构硅酸盐矿物的晶体结构这种这种硅氧四面体硅氧四面体的基本结构单元以不同的方式进一步连的基本结构单元以

14、不同的方式进一步连接（接（如链状、层状、架状、岛状等方式）如链状、层状、架状、岛状等方式），并与不同的，并与不同的阳离子相结合，从而形成了繁多的硅酸盐矿物种类。阳离子相结合，从而形成了繁多的硅酸盐矿物种类。 ( (三三) )岩石岩石 1. 1.岩石的概念岩石的概念 岩石岩石是天然形成的、由是天然形成的、由固体矿物固体矿物或或岩屑岩屑组成的集合体。组成的集合体。 组成岩石的组成岩石的主要矿物主要矿物仅有仅有2020多种。多种。 岩石岩石可以是由一种矿物组成的可以是由一种矿物组成的单矿物岩单矿物岩石石，如大理岩主要由方解石组成；，如大理岩主要由方解石组成； 也可以是由几种矿物组成的也可以是由几种矿

15、物组成的复矿物岩石复矿物岩石，如花岗岩是由长石、石英、云母等组成；，如花岗岩是由长石、石英、云母等组成； 岩石岩石还可以是由还可以是由岩屑所组成岩屑所组成。花岗岩花岗岩 2. 2.岩石的矿物成分及结构、构造岩石的矿物成分及结构、构造 地壳中的岩石种类虽多，但它并不是矿物的任地壳中的岩石种类虽多，但它并不是矿物的任意组合，而是受意组合，而是受地质作用地质作用的规律所支配。的规律所支配。 不同岩石具有不同的不同岩石具有不同的矿物成分矿物成分及及结构结构、构造构造特特点，这些特点正是区别与点，这些特点正是区别与鉴定鉴定岩石种类的主要依岩石种类的主要依据。据。 岩石的矿物成分岩石的矿物成分 不同类型的

16、岩石往往具有不同不同类型的岩石往往具有不同的矿物共生组合，这主要是的矿物共生组合，这主要是地质作用地质作用自然选择的自然选择的结果。这种特定的矿物共生组合不仅表现在结果。这种特定的矿物共生组合不仅表现在矿物矿物的种类的种类上，而且还表现在上，而且还表现在矿矿物的含量物的含量上。如：花上。如：花岗岩、大理岩、页岩等。岗岩、大理岩、页岩等。花岗岩花岗岩石灰岩石灰岩 岩石的结构岩石的结构 岩石的结构是指组成岩岩石的结构是指组成岩石的矿物石的矿物( (或岩屑或岩屑) )的结晶程度、颗粒大小的结晶程度、颗粒大小、形状及其相互关系。、形状及其相互关系。也就是说，它主要也就是说，它主要是指岩石中是指岩石中颗

17、粒本身颗粒本身的一些特点。的一些特点。 陕西延安某地砂岩的碎屑结构与层理构造陕西延安某地砂岩的碎屑结构与层理构造 全晶质、中粗粒结构全晶质、中粗粒结构 岩石的构造岩石的构造 岩石的构造是指岩石中的岩石的构造是指岩石中的矿物矿物( (或岩屑或岩屑) )颗粒在空间上的分布和排列颗粒在空间上的分布和排列方式方式特点。特点。沉积岩的层理构造沉积岩的层理构造花岗岩的块状构造花岗岩的块状构造 3 3、地壳中的岩石类型、地壳中的岩石类型 根据岩石形成的原因，地壳中的岩石可分为根据岩石形成的原因，地壳中的岩石可分为岩浆岩岩浆岩、沉积岩沉积岩和和变质岩变质岩三大类。三大类。 (1) (1)岩浆岩岩浆岩 由岩浆冷

18、凝后形成的岩石称为由岩浆冷凝后形成的岩石称为岩浆岩岩浆岩，又称，又称火成岩火成岩。 岩浆岩按其形成的环境有两种类型：岩浆岩按其形成的环境有两种类型： 岩浆喷出地表后冷凝形成的岩石称为岩浆喷出地表后冷凝形成的岩石称为喷出岩喷出岩( (火山岩）火山岩）；岩浆在地表以下冷凝形成的岩石称岩浆在地表以下冷凝形成的岩石称为为侵侵入岩入岩。按照按照SOSO含量的多少，岩浆岩可含量的多少，岩浆岩可分为四种基本类型分为四种基本类型：酸性岩浆岩（酸性岩浆岩（SiOSiO 65 65）中性岩浆岩（中性岩浆岩（65-5265-52）基性岩浆岩（基性岩浆岩（52-4552-45）超基性岩浆岩（超基性岩浆岩（ 45 45

19、）常见的岩浆岩常见的岩浆岩：酸性岩类酸性岩类花岗岩（侵入岩）花岗岩（侵入岩）中性岩类中性岩类闪长岩（侵入岩）闪长岩（侵入岩）基性岩类基性岩类玄武岩（火山岩）玄武岩（火山岩）简单了解：岩浆岩的矿物成分、结构、构造特征简单了解：岩浆岩的矿物成分、结构、构造特征 岩浆岩在地表的分布面积约占岩浆岩在地表的分布面积约占2020左左右，但地下深处有增加的趋势，从体积上右，但地下深处有增加的趋势，从体积上看估计占地壳的看估计占地壳的30304040。地壳中最常。地壳中最常见、分布最广的岩浆岩是见、分布最广的岩浆岩是玄武岩玄武岩( (基性喷基性喷出岩出岩) )与与花岗岩花岗岩(酸性侵入岩酸性侵入岩)。 (2)

20、 (2)沉积岩沉积岩 沉积岩是在地表或近地表的条件下，由沉积岩是在地表或近地表的条件下，由母岩母岩( (岩浆岩岩浆岩、变质岩和早先形成的沉积岩、变质岩和早先形成的沉积岩) )风化、剥蚀风化、剥蚀的产物经的产物经搬运搬运、沉积和硬结成岩、沉积和硬结成岩而形成的岩石。而形成的岩石。 沉积岩绝大部分是在水中沉积形成的，但也有少数沉积岩绝大部分是在水中沉积形成的，但也有少数是在空气中沉积形成的是在空气中沉积形成的( (如风积岩、火山碎屑岩如风积岩、火山碎屑岩) )。沉积沉积岩岩按成分可分为碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩按成分可分为碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩、火山碎屑岩等、火山碎屑岩等4类类

21、。简单了解：沉积岩的矿物成分、结构、构造特征简单了解：沉积岩的矿物成分、结构、构造特征 沉积岩沉积岩在地表分布广泛，约占地表面积在地表分布广泛，约占地表面积的的7070，但其主要集中于地壳表层，全球的，但其主要集中于地壳表层，全球的平均厚度约平均厚度约1.8 1.8 kmkm，估计占地壳体积的估计占地壳体积的1010左右。沉积岩中最常见、分布最广的是左右。沉积岩中最常见、分布最广的是泥岩泥岩、页页岩、砂岩和碳酸盐岩岩、砂岩和碳酸盐岩(石灰岩及白云岩石灰岩及白云岩)。 (3) (3)变质岩变质岩 变质岩变质岩是地壳中是地壳中原已形成原已形成的岩石的岩石( (岩浆岩浆岩、沉积岩或变质岩岩、沉积岩或

22、变质岩) )在高温、高压及化学在高温、高压及化学活动性流体的作用下，使原岩石的物质成分活动性流体的作用下，使原岩石的物质成分、结构、构造发生改造而形成的、结构、构造发生改造而形成的新岩石新岩石。 变质作用与变质岩类型示意图变质作用与变质岩类型示意图1动力变质作用；动力变质作用；2接触热变质作用；接触热变质作用；3-接触交接触交代变质作用；代变质作用；4区域变质作用；区域变质作用；5混合岩化作用混合岩化作用变质岩变质岩按形成的地质背景及原因主要包括按形成的地质背景及原因主要包括接触变接触变质岩质岩、动力变质岩、区域变质岩和混合岩等几类动力变质岩、区域变质岩和混合岩等几类。简单了解：变质岩的矿物成

23、分、结构、构造特征简单了解：变质岩的矿物成分、结构、构造特征 变质岩变质岩在地表分布面积较小，约占在地表分布面积较小，约占1010。地。地表的这些变质岩一般是由地下深处升起并剥蚀出表的这些变质岩一般是由地下深处升起并剥蚀出露的，变质岩在地下深处分布广泛。就体积而言露的，变质岩在地下深处分布广泛。就体积而言，变质岩可能约占地壳的，变质岩可能约占地壳的50506060。 地壳中含量多、分布广的变质岩主要有地壳中含量多、分布广的变质岩主要有片岩片岩、片麻岩片麻岩、混合岩、麻粒岩及大理岩等混合岩、麻粒岩及大理岩等。二、地壳的类型二、地壳的类型地壳在横向上是极不均一的。地壳在横向上是极不均一的。可分为大陆地可分为大陆地壳与大洋地壳两种类型壳与大洋地壳两种类型。 （一）大洋地壳（一）大洋地壳 层层1 1或称沉积层。为未固结或弱固结或称沉积层。为未固结或弱固结的大洋沉积物，厚度具有变化，一般在洋中的大洋沉积物，厚度具有变化，一般在洋中脊的轴部地区缺失该层，由洋中脊向两侧到脊的轴部地区缺失该层，由洋中脊向两侧到海沟或大陆坡坡脚处厚度逐渐增大，该层一海沟或大陆坡坡脚处厚度逐渐增大，该层一般厚几百米。般厚几百米。 层层2 2或称玄武岩层。主要为玄武岩组成，或称玄武岩层。主要为玄武岩组成，有时夹有少量沉积岩。有时夹有少量沉积岩。 玄武岩常具有玄武岩常具有枕状