2第二章地球的物理性质和圈层结构解析.ppt

1第二章第二章 地球的物理性质和圈层结构地球的物理性质和圈层结构2第第一一节节 地球的密度与弹性地球的密度与弹性一一 地球的形状和大小地球的形状和大小  形状：形状：象一个象一个“梨子梨子”，赤道半径比，赤道半径比两极半径大两极半径大21.36km，（分别为，（分别为6378.1km和和6356.8km），且南半球要比），且南半球要比北半球北半球“膨大膨大”一些，南极内凹约一些，南极内凹约30m，，北极外凸约北极外凸约10m  体积：体积：1.0832×1012km3  表面积：表面积：5.1007×108km2（（5.1亿亿km2））  质量：质量：（（5.9742±0.0006））×1024kg                （（60万亿亿吨）万亿亿吨）3密度与压力密度与压力 （一）密度（一）密度 平均密度：平均密度：5.516g/cm3据布伦的研究：地壳表层的密度：据布伦的研究：地壳表层的密度：2.7g/cm3      地内地内33km处：处：3.32g/cm3 ；；2885公里处：公里处：自自5.56陡增至陡增至9.98g/cm3       6371公里处：公里处：12.51g/cm3  （（二二））压压力力        地地球球内内部部的的压压力力是是指指不不同同深深度度处处单单位位面面积积上上的的压压力力，，实实质质上上是是压压强，强，地内压力随深度而增大：地内压力随深度而增大：地下地下10km处：处：压力约为压力约为3×103atm,约约304kpa莫莫 霍霍 面面 （（ 33km处处 ）） ：： 约约 为为 10×103atm  约约1200Mpa古古登登堡堡面面（（2885km处处））：：约约为为150×103atm  ，，13.52万兆帕万兆帕地心地心压力压力：：36.17万兆帕万兆帕（（1大气压＝大气压＝101.3kpa））4第一节第一节 地球的密度与弹性地球的密度与弹性    六六 地球的弹塑性地球的弹塑性  （一）弹性（一）弹性    地震波能在地球内部传播，表明地球具弹性。

地震波能在地球内部传播，表明地球具弹性    此此外外，，精精确确仪仪器器测测量量表表明明，，固固体体地地球球表表面面在在日日、、月月引引力力作作用用下下也也有有周周期期性性交交替替涨涨落落现现象象，，其其幅幅度度为为7－－15米，这种现象称为米，这种现象称为固体潮固体潮    5六六 地球的弹塑性地球的弹塑性  （一）弹性（一）弹性  （二）塑性（二）塑性    岩岩石石能能弯弯曲曲表表明明地地球球具具塑塑性性此此外外，，地地球球自自转转的的惯惯性性离离心心力力能使能使地球赤道半径加大地球赤道半径加大而成为椭球体也表明地球具有塑性而成为椭球体也表明地球具有塑性    地地球球具具弹弹塑塑性性是是地地内内物物质质能能发发生生变变形形、、运运动动和和移移位位的的重重要要原原因 6第二节第二节 地球的重力地球的重力       二二  地球的重力与重力异常地球的重力与重力异常  （一）重力和重力场（一）重力和重力场    1 重力（重力（gravity））：：是指地球质量对物体产生的引力和该物是指地球质量对物体产生的引力和该物体随着地球自转而引起的惯性离心力的合力体随着地球自转而引起的惯性离心力的合力 。

    2 重力场：重力场：地球内部及其附近存在的受重力作用的空间地球内部及其附近存在的受重力作用的空间     (二二) 重力异常重力异常    1 正正常常重重力力值值：：地地表表上上某某一一纬纬度度上上相相当当于于平平均均海海平平面面高高度度的的（理论）重力值理论）重力值     go=9.780318（（1+0.0053024sin2φ-0.0000058sin2 (2φ)））(φ为纬度为纬度)7   (二二) 重力异常重力异常    2 重重力力异异常常：：往往往往在在现现场场实实测测的的重重力力值值多多数数与与正正常常重重力力值值不不符，且有一定的偏差，这种现象称为重力异常符，且有一定的偏差，这种现象称为重力异常      其其原原因因有有二二：：①①测测点点不不一一定定位位于于平平均均海海平平面面上上；；②②测测点点与与平均海平面之间有剩余物质（如测点在高山上）平均海平面之间有剩余物质（如测点在高山上）    3 重重力力校校正正：：将将重重力力值值校校正正到到相相当当于于平平均均海海平平面面高高度度上上的的重重力力值值的的过过程程（（校校正正后后的的值值与与正正常常值值偏偏离离的的部部分分称称“重重力力异异常常值值”））。

重重力力校校正正又又称称为为布布格格校校正正，，可可分分为为高高程程校校正正和和中中间间层层校校正    凡凡是是校校正正后后的的重重力力值值大大于于正正常常重重力力值值的的称称正正异异常常，，反反之之为为负负异异常常大大陆陆部部分分物物质质密密度度小小，，多多为为（（正正／／负负异异常常？？））；；大大洋洋部部分物质密度大，大洋部分为分物质密度大，大洋部分为（正／负异常？）（正／负异常？） 8第三节第三节 地球的磁场地球的磁场     地球的磁性地球的磁性   (一一)  地磁场和地磁要素地磁场和地磁要素    1 地地磁磁场场：：地地球球周周围围存存在在的的受受磁磁力力作作用用的的空空间间地地磁磁场场近近似似于于一一个个放放置置于于地地心心的的磁磁棒棒所所产产生生的的磁磁偶偶极极子子磁磁场场，，它它的的南南极极位位于于地地理理北北极极附附近近，，北北极极位位于于地地理理南南极极附附近近，，但但并并不不重重合合，，有有150的夹角，并围绕地理极附近进行缓慢迁移的夹角，并围绕地理极附近进行缓慢迁移9第三节第三节 地球的磁场地球的磁场     地球的磁性地球的磁性   (一一)  地磁场和地磁要素地磁场和地磁要素    2 地磁三要素：地磁三要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度磁偏角、磁倾角、磁场强度  （（1））磁磁偏偏角角（（declination））：：磁磁子子午午线线与与地地理理子子午午线线的的夹夹角角，，也就是磁场强度矢量的水平投影与正北方向的夹角。

也就是磁场强度矢量的水平投影与正北方向的夹角        我国大部分地区为我国大部分地区为西偏西偏，甘肃九泉以西多为东偏甘肃九泉以西多为东偏10  地球的磁性地球的磁性   (一一)  地磁场和地磁要素地磁场和地磁要素  （（2））磁磁倾倾角角：：是是磁磁场场强强度度矢矢量量与与水水平平面面间间的的夹夹角角通通常常以以磁磁场场强强度度矢矢量量指指向向下下为为正正值值，，指指向向上上为为负负值值，，在在赤赤道道为为00由由磁磁赤道到磁赤道到磁北极北极磁倾角由磁倾角由00变变900  （（3））磁磁场场强强度度（（磁磁感感应应强强度度））：：是是指指磁磁场场强强度度矢矢量量的的绝绝对对值值，，地球平均为地球平均为50μt（微特斯拉），在赤道附近最小，为（微特斯拉），在赤道附近最小，为30μt 11（二）地磁场的组成（二）地磁场的组成      地磁场由地磁场由基本磁场、变化磁场基本磁场、变化磁场和和磁异常磁异常三个部分组成三个部分组成     1 基基本本磁磁场场：：占占地地磁磁场场99％％以以上上，，是是构构成成地地磁磁场场主主体体的的稳稳定定磁磁场场，，其其强强度度随随远远离离地地表表而而减减弱弱，，这这一一特特点点说说明明了了基基本本磁磁场场起起源于地球源于地球内部／外部？内部／外部？。

     2 变变化化磁磁场场：：是是指指起起源源于于地地球球外外部部并并叠叠加加在在基基本本磁磁场场上上的的各各种种短短期期变变化化的的磁磁场场，，主主要要是是由由太太阳阳辐辐射射、、带带电电粒粒子子流流、、黑黑子子活活动动等等因因素素所所引引起起的的有有日日变变化化、、年年变变化化、、长长期期性性变变化化和和突突然然性性变化以及磁暴等变化以及磁暴等     3 磁磁异异常常：：是是地地球球浅浅部部具具有有磁磁性性的的矿矿物物和和岩岩石石所所引引起起的的局局部部磁磁场场叠叠加加在在基基本本磁磁场场之之上上的的部部分分因因此此，，利利用用磁磁异异常常可可进进行行找找矿勘探和了解地下的地质情况，矿勘探和了解地下的地质情况，  古地磁（古地磁（paleomagnetism）：）：是地质历史时期的地磁场是地质历史时期的地磁场12第四节第四节  地球的圈层结构和圈层耦合地球的圈层结构和圈层耦合    大大量量资资料料充充分分证证明明，，地地球球不不是是一一个个均均质质体体，，它它具具有有明明显显的的圈圈层层结结构构，，而而且且各各圈圈层层之之间间的的物物理理化化学学性性质质和和物物质质运运动动状状态态的的差差异异较较大。

大一、地球内部圈层划分一、地球内部圈层划分  地地震震波波：：是是地地震震所所激激发发出出的的弹弹性性波波在在地地球球中中传传播播的的结结果果，，包包括括纵波（纵波（P）、横波（）、横波（S）和面波（）和面波（L）），，其中前两者最有意义其中前两者最有意义1）纵波／原波：）纵波／原波：质点振动方向与地震波传播方向一致的波质点振动方向与地震波传播方向一致的波     特特点点是是：：能能在在固固、、液液和和气气态态中中传传播播，，比比横横波波速速度度快快，，是是横横波波的的1.73倍  13第四节第四节  地球的地球的圈层圈层结构和圈层耦合结构和圈层耦合一、地球内部圈层划分一、地球内部圈层划分  （（2））横横波波／／次次波波（（S））：：是是指指质质点点振振动动方方向向与与地地震震波波传传播播方方向垂直的波向垂直的波特点：特点：只能在只能在固态固态中传播    当当遇遇到到不不同同介介质质的的突突变变界界面面时时，，地地震震波波射射线线就就会会发发生生反反射射和和折折射射，，而而且且其其传传播播速速度度也也会会发发生生变变化化，，这这界界面面称称为为波波速速不不连连续续界面14一、地球内部圈层划分一、地球内部圈层划分  （（3））面面波波(L)：：最最后后到到达达的的地地震震波波，，沿沿地地球球表表面面传传播播，，像像波波浪浪起落起落,  是破坏性最强的地震波。

是破坏性最强的地震波    15   一一 地球内部圈层的划分地球内部圈层的划分   1 地球内部主要波速不连续界面地球内部主要波速不连续界面   大量研究发现，地震波速随深度而大量研究发现，地震波速随深度而递增，在地球内部出现了递增，在地球内部出现了2个个明显的明显的一级波速不连续界面：一级波速不连续界面：（（1）莫霍洛维奇不连续面）莫霍洛维奇不连续面（简称莫霍面）（简称莫霍面）    1909年由南斯拉夫学者年由南斯拉夫学者莫霍洛莫霍洛维奇发现，其深度在维奇发现，其深度在大陆之下平均大陆之下平均33km处，在处，在大洋之下平均为大洋之下平均为7km特点：特点：在该界面附近，纵波速度在该界面附近，纵波速度由由7km／／s突然增加到突然增加到8.1km／／s，，横波从横波从4.2km／／s突然增至突然增至4.4km／／s该面之上的部分为该面之上的部分为地壳 16  一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分  1  地球内部主要波速不连续界面地球内部主要波速不连续界面（（2）古登堡不连续面（简称古登堡面））古登堡不连续面（简称古登堡面）    是是1914年由美国的古登堡首次发现，年由美国的古登堡首次发现，这个面位于地下这个面位于地下2885km的深处。

的深处    特点：特点：在该面上下，纵波速度由在该面上下，纵波速度由13.64km ／／s突然降低为突然降低为7.98km／／s，，而横波由而横波由7.23km向下突然消失到了向下突然消失到了5155km处又出现处又出现       通常把古登堡面以上至莫霍面通常把古登堡面以上至莫霍面之间部分称为之间部分称为地幔地幔，，古登堡面古登堡面以下至地心的部分称为以下至地心的部分称为地核地核17    一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分    此此外外，，在在地地下下6060～～250km250km深深度度带带内内，，地地震震波波速速降降低低5 5～～1010％％，，但但其其上上下下无无明明显显变变化化，，我我们们把把这这一一地地震震波波的的低低速速带带所所构构成成的的圈圈层层称称为为软软流流圈圈，，软软流流圈圈之之上上的的部部分分由由岩岩石石构构成成，，统统称称为为岩岩石石圈圈岩岩石石圈圈包包括括哪哪些些部部分分（？）（？）18一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分  地球内部圈层特征地球内部圈层特征（（1 1）地壳）地壳    地地壳壳是是莫莫霍霍面面以以上上的的地地球球表表层层，，其其特特征征有有：：a.a.厚厚度度：：变变化化在在5 5～～70km70km之之间间。

其其中中大大陆陆地地区区厚厚度度较较大大，，平平均均为为33km33km；；大大洋洋地地区区厚厚度度较较小小，，平平均均约约7km7km总总体体的的平平均均厚厚度度约约16km16km，，b.b.体体积积：：占占地地球球总总体体积积的的1.551.55％％，，仅仅占占地地球球总总质质量量的的0.80.8％％c.c.密密度度：：一一般般为为2.62.6～～2.9g/cm2.9g/cm3 3d.d.成成分分及及状状态态：：由由固固态态岩岩石石所所组组成成，，包包括括沉沉积积岩岩、、岩岩浆岩和变质岩三大岩类浆岩和变质岩三大岩类 19  一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分  地球内部圈层特征地球内部圈层特征（（1 1）地壳）地壳（（2））地地幔幔（（圈圈））：：是是指指莫莫霍霍面面之之下下至至古古登登堡堡面面的的部部分分特特征征：：a.厚厚度度：：约约2650～～2850km，，占占地地球球体体积积82.3％％；； b. 密密度度：：3.5～～5.1g／／cm3; c. 物物质质组组成成：：由由固固态态物物质质组组成成，，主主要要为为铁铁镁镁硅硅酸酸盐盐矿矿物物，，顶顶部部60～～250km为为软软流流圈圈；；d. 结结构构：：以以650km深度为界分为深度为界分为上地幔上地幔和和下地幔下地幔次级圈层。

次级圈层 20一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分  （一）地球内部圈层特征（一）地球内部圈层特征（（1 1）地壳）地壳（（2）地幔圈：）地幔圈：（（3））地地核核：：是是古古登登堡堡面面至至地地心心的的部部分分特特征征有有：：a.体体积积：：占占地地球球的的16.2％％，，质质量量占占31.3％％；； b. 密密度度：：为为9.98～～12.5g／／cm3 ；； c. 结结构构：：可可分分为为三三层层，，外外核核（（2885－－4170km）），，液液态态，，横横波波不不能能通通过过，，纵纵波波大大幅幅衰衰减减，，平平均均密密度度10.4g／／cm3；；过过渡渡层层（（4170－－5155km））呈呈过过渡渡状状态态；；内内核核（（5155km－－地地心心））为为固固态态，，平平均均密密度度12.9g／／cm3；； d. 物物质质成成分分：：以以铁铁镍镍为为主主（（铁铁和镍的合金）和镍的合金） 21 （二）（二） 地壳的结构和类型地壳的结构和类型 地地壳壳是是不不均均匀匀的的，，根根据据组组成成地地壳壳的的物物质质成成份份的的差差异异、、地地壳壳的的厚厚度度和和结结构构的的不不同同，，可可将将地地壳壳划划分分成成：：大大陆地壳陆地壳和和大洋地壳。

大洋地壳  地壳结构示意图地壳结构示意图       地壳结构示意图221 大大陆陆地地壳壳／／陆陆壳壳：：包包括括大大陆陆及及大大陆陆架架部部分分的的地地壳壳，，其特征有其特征有:（（1）） 结构与成分：结构与成分：具有双层结构，具有双层结构，即即上部：上部：硅铝层硅铝层和和下部：下部：硅镁层硅镁层，，硅铝层与花岗岩成分相近硅铝层与花岗岩成分相近, 也称为也称为花岗质层花岗质层；；而硅镁层则与玄武岩成分相近，也称为而硅镁层则与玄武岩成分相近，也称为玄武岩层玄武岩层;硅硅铝铝层层与与硅硅镁镁层层之之间间的的界界面面称称为为康康拉拉德德面面,厚厚度度15～～20km2）） 地地层层变变形形特特征征：：由由于于经经历历多多次次地地壳壳运运动动，，大大部部分岩石发生变形（如褶皱、断裂）分岩石发生变形（如褶皱、断裂） （（3）） 年龄：年龄：形成年代老，一般形成于形成年代老，一般形成于46亿年亿年前前231 大大陆陆地地壳壳／／陆陆壳壳：：包包括括大大陆陆及及大大陆陆架架部部分分的的的地壳，其特征有的地壳，其特征有: 地壳结构示意图24 (二二) 大洋地壳／大洋地壳／洋壳洋壳：（（1）） 结构：结构：单层结构，由单层结构，由硅镁层硅镁层组成，缺失硅铝层组成，缺失硅铝层（（2）） 组组成成：：除除上上覆覆极极薄薄沉沉积积物物之之外外，，几几乎乎由由富富含含Fe、、Mg 的火山岩、橄榄岩（即硅镁层）组成。

的火山岩、橄榄岩（即硅镁层）组成 （（3）） 厚厚度度特特征征：：厚厚度度有有一一定定的的变变化化，，如如西西太太平平洋洋较较厚厚，，平平均均为为8.3km，，东东太太平平洋洋为为5.8km，，洋洋中中脊脊处处可可达达10km以上，全球洋壳平均厚度以上，全球洋壳平均厚度6～～8km （（4）） 年年龄龄：：洋洋壳壳岩岩石石一一般般很很年年轻轻，，最最老老的的洋洋壳壳形形成成于于2亿年前，大部分则形成于亿年前，大部分则形成于1亿亿年以来（？）年以来（？） 25  （三（三 ）地壳的重力均衡）地壳的重力均衡 地地壳壳为为适适应应重重力力的的作作用用而而不不断断调调整整达达到到平平衡衡的的现现象象一一般般来来说说，，重重力力异异常常越越高高，，地地壳壳越越薄薄，，莫莫霍霍面面越越（（浅浅／／深深？？）），，反反之之，，地地壳壳越越厚厚，，莫莫霍霍面面越越（（浅浅／／深深？？））这这种种现现象象反反映映了了地地表表质质量量的的过过剩剩（（地地形形隆隆起起））由由地地壳壳深处质量亏损（莫霍面的下凹）所补偿深处质量亏损（莫霍面的下凹）所补偿 通常来讲，在大陆地区内部表现为负异常，山脉的重力异常值表现为负异常（低／高？）， 反映山脉地区地壳厚，莫霍面下凹（（浅浅／／深深？？）） ，仿佛存在着“山根”；而盆地或平原地区重力异常（低／高？），反映其地壳变薄，莫霍面变浅，形成“反山根”，因此，地地形形高高程程与莫霍面起伏形成一种类似镜像相对称的关系。

26    地壳均衡现象总是在不断发生着，地壳均衡现象总是在不断发生着，最近最近1万年来万年来：： ①①斯堪地纳维亚半岛因冰雪消融上升了斯堪地纳维亚半岛因冰雪消融上升了250m；；    ②②格陵兰因冰雪覆盖而持续下沉着；格陵兰因冰雪覆盖而持续下沉着；    此此外外，，美美国国科科罗罗拉拉多多河河上上的的湖湖弗弗水水库库积积累累了了240亿亿吨吨水水和和沉沉积积物物，，自自1935以以来来，，使使得得水水库库周周围围形形成成了了一一个个大大致致圆圆形形的的地地壳沉陷区，最大沉降量为壳沉陷区，最大沉降量为1.7m 27第五节第五节  地球的能量和地震地球的能量和地震  （一）地温场及地球的温度（一）地温场及地球的温度    1 地地温温场场（（地地热热场场））：：是是指指地地球球内内部部各各层层中中温温度度的的分分布布状状态态，，是地球内部空间各点在某一瞬间的温度总和是地球内部空间各点在某一瞬间的温度总和    2  地壳浅层温度分层：地壳浅层温度分层：由表至内大致可分为三层由表至内大致可分为三层（（1））变变温温层层（（外外热热层层））：：距距地地表表平平均均厚厚度度为为15m，，主主要要受受太太阳阳辐辐射射热热的的影影响响，，其其温温度度有有昼昼夜夜变变化化、、季季节节变变化化和和年年周周期期变变化化等。

等2））常常温温层层：：一一般般在在变变温温层层的的下下界界面面处处，，其其温温度度常常年年保保持持不不变，等于或略高于当地年平均气温，这一深度带称为常温层变，等于或略高于当地年平均气温，这一深度带称为常温层 28 （（3）增温层：）增温层：在常温层以下，在常温层以下，温度逐渐增高，通常把常温温度逐渐增高，通常把常温层之下的部分称为增温层层之下的部分称为增温层    3 地温梯度（地热增温率）：地温梯度（地热增温率）：   地球表面恒温层以下深度每向地球表面恒温层以下深度每向下加深下加深100m所增加的温度所增加的温度    根据目前最新资料推算，在根据目前最新资料推算，在莫霍面处（地下莫霍面处（地下33km）温度大）温度大约为约为400～～1000° ，在岩石圈，在岩石圈底部大约为底部大约为1100° ，在古登堡，在古登堡面（核幔界面）附近大约为面（核幔界面）附近大约为3700° ，地心处为，地心处为4300～～4500° 29（二）地热流及地热异常（二）地热流及地热异常    1 地地热热流流（（大大地地热热流流密密度度））：：是是指指单单位位时时间间单单位位面面积积内内通通过过地地球表面所散失的热流量。

球表面所散失的热流量     地地表表不不同同地地区区地地热热流流值值不不同同，，一一般般在在构构造造活活动动的的地地区区（（如如年年轻轻山山脉脉、、大大洋洋中中脊脊、、火火山山等等））偏偏高高，，而而在在构构造造稳稳定定地地区区则则偏偏低低（为什么？）（为什么？）    2 地地热热异异常常：：地地表表热热流流值值或或地地温温梯梯度度明明显显高高于于平平均均值值或或背背景景值的现象称为地热异常，这样的地区为地热异常区值的现象称为地热异常，这样的地区为地热异常区  （三）（三）地震地震（自学）（自学）30 重点掌握重点掌握 1 1 地壳均衡的含义地壳均衡的含义 2 2 大大陆陆地地壳壳与与大大洋洋地地壳壳有有何何不同不同         3  地球内部圈地球内部圈层及特征及特征 4 地震波不连续面地震波不连续面         5  重力异常（布格校正）重力异常（布格校正）    地温梯度地温梯度 、磁场三要素、磁场三要素。