《寶石地質(zhì)基礎(chǔ)》03地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu).ppt

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地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu),本節(jié)內(nèi)容,一、地球內(nèi)部圈層的劃分依據(jù)二、地震波速突變的主要界面三、地球內(nèi)部各層圈的物質(zhì)組成四、固體地球主要物理性質(zhì),本節(jié)提示,1、探測(cè)地球內(nèi)部的圈層結(jié)構(gòu)依靠地震波，由此而確定兩個(gè)一級(jí)界面（即莫霍面和古登堡面）。2、根據(jù)一級(jí)界面，固體地球內(nèi)部可分為地殼、地慢、地核三個(gè)圈層：地殼主要由低密度的富鋁硅酸鹽巖石所組成。地幔主要由中等密度固態(tài)富鎂硅酸鹽巖石組。地核主要由高密度的鐵鎳合金所組成，外核呈液態(tài)，內(nèi)核呈固態(tài)。3、地磁與重力是在地表影響最明顯的兩種地球物理現(xiàn)象。,1、地震波的傳播速度與介質(zhì)的密度成正比，2、地震波在不同介質(zhì)界面會(huì)發(fā)生折射、反射，3、不同地震波在傳播介質(zhì)中表現(xiàn)形式不同。由此研究，揭示出地球的層圈構(gòu)造。,地震波可以提供地球內(nèi)部構(gòu)造的依據(jù)，原理是：,一、地球內(nèi)部圈層的劃分依據(jù),地震波以波的形式通過巖石中的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行傳播。地震波按傳播的方式，分為三種：縱波橫波表面波,縱波，又稱P波，推進(jìn)波質(zhì)點(diǎn)的傳播方向與波的傳播方向一致，在各種介質(zhì)都能傳播，在地殼中的傳播速度是5.5-7.0Km/s。最先到達(dá)震中，上下振動(dòng)，破壞性弱。橫波，又稱S波，剪切波質(zhì)點(diǎn)的傳播方向與波的傳播方向垂直，只能在固體中傳播，在地殼中的傳播速度是3.2-4.0Km/s。到達(dá)震中，橫向振動(dòng)，破壞性強(qiáng)。表面波，也稱L波由上述兩種波在地表相遇后產(chǎn)生，僅沿介質(zhì)間界面?zhèn)鞑?。其波長(zhǎng)大、振幅大，傳播速度小，振動(dòng)方向兼縱、橫波特點(diǎn)，是破壞建筑物的主要因素。,二、地震波速突變的主要界面,1、莫霍面（Moho）莫霍面：是劃分地殼和地幔的界面，首先由南斯拉夫地球物理學(xué)家莫霍洛維奇于1909年發(fā)現(xiàn)的，而被稱為莫霍洛維奇面，簡(jiǎn)稱莫霍面（MohorovicicDiscontinuity）。該界面普遍存在于地表以下幾Km-30、40Km，地震縱波波速在此界面上由6-7Km/s，向下突然升至8.1Km/s。,古登堡面：是劃分地幔和地核的界面，為紀(jì)念最早研究者美國(guó)的地球物理學(xué)家古登堡（1914）而命名。該界面出現(xiàn)在地表以下2900Km。地震橫波在此消失，而縱波波速在此界面突然減慢，由13.64Km/s減至8.1Km/s。并且縱波通過古登堡面后，產(chǎn)生的折射在一定區(qū)間收不到縱波，表明地核表面存在液態(tài)物質(zhì)。莫霍面和古登堡面是地球內(nèi)部劃分的一級(jí)界面，由此分成地殼、地幔和地核三個(gè)層圈，隨后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了以下三個(gè)界面。,2、古登堡面（GutenbergDiscontinuity）,3、康拉德面（ConradDiscontinuity）康拉德面：位于地殼內(nèi)部，地震縱波波速表現(xiàn)出從6Km/s突變至6.6Km/s，是由康拉德（1925）首先發(fā)現(xiàn)的，故稱康拉德面。根據(jù)地震波速推測(cè)分別相當(dāng)花崗質(zhì)和玄武質(zhì)成分，故將此面叫做上部花崗巖層和下部玄武巖層。上世紀(jì)末，國(guó)際上開展的超深鉆探計(jì)劃，在俄羅斯科拉半島12Km深鉆孔揭示的地質(zhì)依據(jù)，使地質(zhì)學(xué)家對(duì)此面的存在與否產(chǎn)生懷疑？,,4、巖石圈和軟流圈界面巖石圈：包括地殼和地幔頂部。地震橫波的波速在地殼和地幔頂部一直處于逐漸加快的狀態(tài)，在地下約60Km深度，速度逐漸降低（4.6Km/s），至150Km深達(dá)到最低（4.0Km/s），在250Km深度橫波的波速又開始增速。由此認(rèn)為：底下平均深度從50-250Km地帶，物質(zhì)由固態(tài)和液態(tài)組成的混合物，混合比大于90︰10，因含液態(tài)物質(zhì)，相比上下固體狀態(tài)顯示塑性,性質(zhì)，故稱之為軟流圈。,5、內(nèi)地核和外地核界面在地核5120Km深處，縱波波速又由8.1Km/s增高到11Km/s，說明地核內(nèi)部又出現(xiàn)物質(zhì)狀態(tài)的變化，據(jù)此，將地核分為液態(tài)外核和固態(tài)內(nèi)核，兩者間的界面是4703-5154Km深的過渡地帶。除上述一些界面外，在地幔中900Km深處也出現(xiàn)地震波速的變化。因此，也可將地幔再分為上地幔和下地幔兩部分。,三、地球內(nèi)部各層圈的物質(zhì)組成,地球內(nèi)部各層圈的物質(zhì)組成是通過地表觀察、洋底考察、深海鉆探、巖石包裹體、隕石和高溫高壓實(shí)驗(yàn)所獲得的。1、地殼（Crust）目前認(rèn)為：組成地殼的巖石主要是各種火成巖和變質(zhì)巖，地殼表層覆蓋著厚度不等的沉積巖。但是，各種巖石在大陸和大洋是有明顯不同：大陸地殼（ContinentalCrust），簡(jiǎn)稱陸殼?？偟奶卣魇牵汉穸却螅骄?5Km厚，高山區(qū)厚達(dá)60-70Km，平原區(qū)最薄20Km。平均成分為接近中性火成巖，向下變?yōu)樯钭冑|(zhì)巖。時(shí)代老，構(gòu)造復(fù)雜。大洋地殼（OceanicCrust），簡(jiǎn)稱洋殼?？偟奶卣魇牵悍植紡V（占地殼面積的2/3），厚度?。ㄆ骄?-8Km，變化范圍5-10Km厚），主要由玄武巖組成，時(shí)代新。,2、地幔（Mantle）地幔的物質(zhì)組成是通過洋底考察、深海鉆探、巖石包裹體和高溫高壓實(shí)驗(yàn)，結(jié)合地震波速資料獲得。上地幔的巖石成分由55%的橄欖石、35%的輝石和10%的石榴石混合，經(jīng)高溫高壓實(shí)驗(yàn)證實(shí)。其巖石相當(dāng)于輝石橄欖巖，一般稱地幔巖（Pyrolite）。下地幔因壓力大、推測(cè)巖石組成中FeO、MgO含量更高，并且橫向存在不均一的現(xiàn)象。3、地核（Core）地核的物質(zhì)組成是通過物質(zhì)的密度推測(cè)的，一般認(rèn)為是鐵和少量鎳、硫的混合物，其密度應(yīng)在10-11g/cm3。,四、固體地球主要物理性質(zhì),主要物理性質(zhì)包括：質(zhì)量：5．94721024kg密度：平均5．516g／cm3溫度：分為變溫層、常溫層和增溫層壓力：與所處的深度、上覆物質(zhì)的平均密度及平均重力加速度成正比。重力：隨緯度有關(guān)。磁性：地磁軸與地球自轉(zhuǎn)軸成11．5角。彈塑性：變形,地溫梯度℃／100m,,,地球的重力是地球?qū)Φ乇砘虻厍騼?nèi)部物質(zhì)的吸引力。地表物質(zhì)除了重力外，還受地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力、與地心的距離影響，赤道的重力為978.0318伽，兩極為983.2177伽，理論重力值設(shè)為海平面為0米。因地球是個(gè)橢球體，自轉(zhuǎn)離心力和離地心的距離隨緯度而變，因而，重力也隨緯度而變。,1、重力,由于地形高度、巖石密度的差異，都使重力偏離正常理論值，形成局部的重力異常。在海洋地質(zhì)學(xué)，采用經(jīng)高度校正的重力異常，即自由空氣異常，它是經(jīng)海平面校正后與理論重力值之差。一般高差每增減1米，重力差為0.3083毫伽。另一種重力異常稱布格重力異常，地球的平均密度是5.517g/cm3，而花崗巖、玄武巖的密度分別是2.6g/cm3和2.9g/cm3，一般取地表平均值2.67g/cm3。,海底重力測(cè)量首先是荷蘭地球物理學(xué)家W.Meinesz在上世紀(jì)三十年代，在印度洋爪哇海溝進(jìn)行的，他們發(fā)現(xiàn)了海溝有較大的重力負(fù)異常。根據(jù)地殼均衡原理：在地下一定深度以上單位面積內(nèi)巖石柱的總質(zhì)量相等。該深度稱作補(bǔ)償基準(zhǔn)面，一般視為莫霍面或軟流圈頂部，補(bǔ)償?shù)哪Ｊ街饕袃煞N：普拉特模式艾利模式。,2、磁異常,地球的磁性是由地核外層液態(tài)金屬鐵鎳導(dǎo)體的對(duì)流、感應(yīng)而自動(dòng)激發(fā)產(chǎn)生的。地磁極和地理極的位置并不完全重合，兩者的夾角稱磁偏角。磁力線的方向也并非水平，北半球下傾而南半球上翹，其傾角隨緯度而變，它與水平面的夾角稱為磁傾角。巖石的磁性是由含鐵磁性礦物引起的，當(dāng)巖漿開始冷卻時(shí)，其中的含鐵礦物會(huì)結(jié)晶成固相，在溫度降到居里點(diǎn)時(shí)便獲得磁性（如磁鐵礦的居里點(diǎn)是600℃），礦物獲得的磁性會(huì)按當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)定向，礦物的這種磁性稱之為天然剩磁。,巖石的磁性研究始于陸地，法國(guó)地球物理學(xué)家B.布倫尼斯（1909）在測(cè)量法國(guó)中央地塊玄武巖的天然剩磁時(shí)發(fā)現(xiàn)了磁性的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，1930年日本火山學(xué)家松山在研究本國(guó)的火山巖時(shí)，也觀察到同樣想象。如何解釋？不外乎兩個(gè)答案：磁極倒轉(zhuǎn)——難以想象！大陸漂移——不能接受！因?yàn)锳.Wegener大陸漂移的兩條重要理論依據(jù)，花崗巖陸殼飄在熔融的玄武巖上發(fā)生漂移、飄移的驅(qū)動(dòng)力來自極移力和潮汐引力均遭到否定。,上世紀(jì)50年代以來，大陸上巖石古地磁的研究成果表明：研究的巖石中近一半是正向磁化，而另一半則是反向磁化。說明在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中，地磁場(chǎng)南、北極的極性并不固定，而發(fā)生周期性的反轉(zhuǎn)。極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象是地磁場(chǎng)演化的一個(gè)基本特征，通常把保持一定地磁極性的大的時(shí)間段（約1Ma萬年以上）稱為極性期，把每個(gè)極性期內(nèi)的短期轉(zhuǎn)向時(shí)間稱為極性事件。根據(jù)地磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向的先后順序排列，結(jié)合巖石同位素年齡測(cè)定各極性期和極性事件的延續(xù)時(shí)間，就可以建立古地磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向年代表。,復(fù)習(xí)思考題,重要術(shù)語：莫霍面，軟流圈，巖石圈，地溫梯度，均衡原理思考題：1、為什么各處地溫梯度值有高有低？2、地球內(nèi)部有哪些重要的分界面？3、地殼與巖石圈有什么差別？,END,