1、第三章第三章 地壳和岩石圈地壳和岩石圈地质学基础地质学基础地壳地壳G大陆地壳和大洋地壳大陆地壳和大洋地壳大陆地壳和大洋地壳的划分大陆地壳和大洋地壳的划分大陆地壳和大洋地壳的特点大陆地壳和大洋地壳的特点陆壳和洋壳的关系陆壳和洋壳的关系A 稳定状态地壳和活动状态地壳稳定状态地壳和活动状态地壳B 地壳的化学组成地壳的化学组成岩石圈岩石圈地壳是莫霍面以上的地球表层。地壳是莫霍面以上的地球表层。厚度变化约在厚度变化约在 5 80km 之间，之间，平均厚度约平均厚度约 16km。大陆较厚，平均约大陆较厚，平均约3035km。大洋较薄，平均约大洋较薄，平均约 7km。地壳(Crust)活动大陆边缘活动大陆边
2、缘，海沟以外为洋壳；，海沟以外为洋壳；被动大陆边缘被动大陆边缘，大陆基以外为洋壳。，大陆基以外为洋壳。分界线上可形成特殊的中性喷出岩分界线上可形成特殊的中性喷出岩类类安山岩类安山岩类(“安山岩线安山岩线”)，此线的大陆一侧主要是安山岩、此线的大陆一侧主要是安山岩、英安岩、流纹岩等，为大陆型地英安岩、流纹岩等，为大陆型地壳；而大洋一侧主要是橄榄玄武壳；而大洋一侧主要是橄榄玄武岩、粗面岩等，为大洋型地壳。岩、粗面岩等，为大洋型地壳。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳活动大陆边缘活动大陆边缘被动大陆边缘被动大陆边缘(1)大陆地壳和大洋地壳的划分大陆地壳和大洋地壳的划分陆壳面积约占地壳总面积的
3、陆壳面积约占地壳总面积的40%，质量约占地壳的质量约占地壳的63%。厚度较大，。厚度较大，平均约平均约 33km(3035km)，在某些，在某些高山地区可厚达高山地区可厚达 7080km(如珠穆如珠穆朗玛峰朗玛峰)，在某些盆地和裂谷区，在某些盆地和裂谷区仅仅 20km 左右左右(东非大裂谷东非大裂谷)。大陆地壳的结构在横向和纵向上均大陆地壳的结构在横向和纵向上均表现出很强的不均一性，总体上表现出很强的不均一性，总体上看，由上向下亦可分为看，由上向下亦可分为 3 层：层：1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(2)大陆地壳大陆地壳(Continental Crust)上地壳上地壳(Upper
4、 crust)：一般厚：一般厚 10 15km，主要，主要由沉积岩和变质岩组成，其中常侵入或穿插着由沉积岩和变质岩组成，其中常侵入或穿插着一些来自下部层位的花岗岩和混合岩体。该层一些来自下部层位的花岗岩和混合岩体。该层物质的平均化学成分接近物质的平均化学成分接近酸性岩酸性岩，大致与花岗，大致与花岗岩相当。物质的密度约为岩相当。物质的密度约为 2.5 2.7g/cm 3，地，地震波震波Vp随岩性不同变化较大，一般为随岩性不同变化较大，一般为 4 6.1km/s。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(2)大陆地壳大陆地壳(Continental Crust)中地壳中地壳(Middle cru
5、st)：一般厚：一般厚 5 10km，横向厚度，横向厚度变化大，各地区厚度不一。主要由混合岩、花岗岩变化大，各地区厚度不一。主要由混合岩、花岗岩及糜棱岩等岩石组成，平均化学成分接近于及糜棱岩等岩石组成，平均化学成分接近于中中(酸酸)性岩性岩，与，与(花岗花岗)闪长岩相当，密度约为闪长岩相当，密度约为 2.7 2.8g/cm 3，地震波，地震波Vp一般为一般为 5.56 6.3km/s。由于该层岩石中的含水性一般较下地壳强，并且其温由于该层岩石中的含水性一般较下地壳强，并且其温度和压力又较上地壳高，因此，常表现出较强的塑度和压力又较上地壳高，因此，常表现出较强的塑性流变特征，地震波速度常出现壳内
6、低速层，而视性流变特征，地震波速度常出现壳内低速层，而视电阻率特征则常出现高导层。电阻率特征则常出现高导层。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(2)大陆地壳大陆地壳(Continental Crust)下地壳下地壳(Lower crust)：一般厚：一般厚 10 20km，可能主要，可能主要为麻粒岩、麻粒岩相角闪岩和片麻岩组成，其中常为麻粒岩、麻粒岩相角闪岩和片麻岩组成，其中常散布着一些中、酸性的岩浆岩体散布着一些中、酸性的岩浆岩体(下地壳部分熔融下地壳部分熔融)，并可能穿插着较多的基性岩脉并可能穿插着较多的基性岩脉(幔源幔源)。下地壳物质。下地壳物质的总体化学成分可能为的总体化学成分
7、可能为(中中)基性基性，相当于基性成，相当于基性成分较高的闪长岩分较高的闪长岩(玄武岩、粗玄岩和辉长岩组分？玄武岩、粗玄岩和辉长岩组分？认识不一认识不一)。该层物质的密度约为。该层物质的密度约为 2.8 2.9g/cm 3，地震波地震波Vp一般为一般为 6.4 7.0km/s。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(2)大陆地壳大陆地壳(Continental Crust)全球不同构造单元地壳结构全球不同构造单元地壳结构(Rudnick and Fountain,1995;Rev.Geophys.)普遍认为下地壳具基性（镁铁质）成分特征普遍认为下地壳具基性（镁铁质）成分特征我国不同构造单元
8、平均地壳结构我国不同构造单元平均地壳结构(Gao s.,1998,EPSL)总体来看总体来看，陆壳的厚度变化较大，结构较复杂，物质，陆壳的厚度变化较大，结构较复杂，物质成分主要相当于中、酸性岩，物质的平均密度较洋成分主要相当于中、酸性岩，物质的平均密度较洋壳小，约为壳小，约为 2.7 2.8g/cm 3。陆壳内岩石变形强烈，。陆壳内岩石变形强烈，而且陆壳的形成年代较老，演化时间漫长，自地球而且陆壳的形成年代较老，演化时间漫长，自地球形成的早期便开始发育，并一直演化至今。形成的早期便开始发育，并一直演化至今。如南美洲圭亚那的古老角闪岩年龄为如南美洲圭亚那的古老角闪岩年龄为4.1301.7 Ga。
9、1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(2)大陆地壳大陆地壳(Continental Crust)洋壳面积约占地壳的洋壳面积约占地壳的60%，质量，质量占占37%。厚度较薄，一般为。厚度较薄，一般为 5 10km，在洋中脊地区较，在洋中脊地区较薄，远离洋中脊地区厚度有薄，远离洋中脊地区厚度有增厚趋势。结构相对比较稳增厚趋势。结构相对比较稳定、简单，从上到下一般可定、简单，从上到下一般可分为分为 3 层：层：1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(3)大洋地壳大洋地壳(Oceanic Crust)层层 1 或称沉积层，或称沉积层，未固结或弱未固结或弱固结的大洋沉积物，厚度不固结的大洋沉积
10、物，厚度不一，一般在洋中脊的轴部地一，一般在洋中脊的轴部地区缺失该层，由洋中脊向两区缺失该层，由洋中脊向两侧到海沟或大陆坡坡脚处厚侧到海沟或大陆坡坡脚处厚度逐渐增大，该层一般厚几度逐渐增大，该层一般厚几百米，物质的平均密度为百米，物质的平均密度为 2.3g/cm 3，地震波，地震波 Vp约为约为 2.2km/s。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(3)大洋地壳大洋地壳(Oceanic Crust)层层 2 或称玄武岩层或称玄武岩层，主要为玄武，主要为玄武岩组成，有时夹有少量沉积岩。岩组成，有时夹有少量沉积岩。玄武岩常具有枕状构造。该层玄武岩常具有枕状构造。该层的厚度变化较大，一般在的厚
11、度变化较大，一般在 0.5 2.5km 之间，物质的密之间，物质的密度为度为 2.55 2.65g/cm 3，地，地震波震波 Vp 一般为一般为 5.2km/s。枕状构造枕状构造，由于熔岩在海水层之，由于熔岩在海水层之下溢散时，因压力较大，使其下溢散时，因压力较大，使其无法起泡并快速冷却收缩而形无法起泡并快速冷却收缩而形成的一种椭球状外形。成的一种椭球状外形。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(3)大洋地壳大洋地壳(Oceanic Crust)层层 3 或称大洋层或称大洋层，该层的物质可，该层的物质可能主要为变质的玄武岩、辉长能主要为变质的玄武岩、辉长岩及蛇纹岩。该层的厚度从大岩及蛇纹
12、岩。该层的厚度从大洋中脊向两侧有规律地增加，洋中脊向两侧有规律地增加，一般厚度一般厚度 3 5km，物质的，物质的密度为密度为 2.68 3g/cm 3，地震，地震波波Vp为为(6.70.25)km/s。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(3)大洋地壳大洋地壳(Oceanic Crust)总体来看总体来看，洋壳的厚度变化较小，物质成分，洋壳的厚度变化较小，物质成分主要相当于基性岩，物质的平均密度较陆主要相当于基性岩，物质的平均密度较陆壳大，约为壳大，约为 2.8 2.9g/cm 3。洋壳内部的。洋壳内部的岩石变形程度较弱，具有较统一的刚性性岩石变形程度较弱，具有较统一的刚性性质。质。洋
13、壳形成的年代较新，一般形成于距今洋壳形成的年代较新，一般形成于距今 2 亿亿年以来。年以来。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(3)大洋地壳大洋地壳(Oceanic Crust)大陆造山带内的镁铁质岩石为主大陆造山带内的镁铁质岩石为主的蛇绿岩套，是洋壳俯冲消亡的蛇绿岩套，是洋壳俯冲消亡后残留的古老洋壳。后残留的古老洋壳。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(4)陆壳和洋壳可以相互转化陆壳和洋壳可以相互转化冀东，冀东，25亿年前的大洋地壳遗迹，是亿年前的大洋地壳遗迹，是世界上迄今发现的最古老的大洋地壳世界上迄今发现的最古老的大洋地壳遗迹遗迹.在大陆基础上也可以形在大陆基础上也可以形
14、成洋壳，如东非大裂成洋壳，如东非大裂谷和红海，认为是未谷和红海，认为是未来海洋的雏形。来海洋的雏形。1、大陆地壳和大洋地壳、大陆地壳和大洋地壳(4)陆壳和洋壳可以相互转化陆壳和洋壳可以相互转化地壳地壳G 大陆地壳和大洋地壳大陆地壳和大洋地壳A 稳定状态地壳和活动状态地壳稳定状态地壳和活动状态地壳地壳的活动性地壳的活动性地壳稳定区的特征地壳稳定区的特征地壳活动区的特征地壳活动区的特征B 地壳的化学组成地壳的化学组成岩石圈岩石圈地壳的活动性，地壳的活动性，表现在频繁表现在频繁的地震和火山喷发，地壳的地震和火山喷发，地壳的急剧升降的急剧升降(如造山运动如造山运动和裂谷作用和裂谷作用)。地壳活动区，地
15、壳活动区，通常分布在板通常分布在板块边缘块边缘(板块理论板块理论)或地槽或地槽(槽台理论槽台理论)、大陆边缘和、大陆边缘和造山带等。造山带等。现代地壳活动区主要分布在：现代地壳活动区主要分布在：环太平洋带、大洋中脊带环太平洋带、大洋中脊带和地中海喜马拉雅带。和地中海喜马拉雅带。稳定状态地壳和活动状态地壳稳定状态地壳和活动状态地壳(1)地壳的活动性地壳的活动性地壳稳定区，地壳稳定区，也称作克拉通也称作克拉通(Craton)和地块等。和地块等。克拉通克拉通，指地壳上长期稳定的构造单元，指地壳上长期稳定的构造单元(与造山带相对与造山带相对应应)。仅用于大陆地区，是地盾和地台的统称。仅用于大陆地区，是
16、地盾和地台的统称。地块地块，具有一定综合结构形态的地质块体。是一个大，具有一定综合结构形态的地质块体。是一个大小不限，既可出现在地台内，又可出现在地槽褶皱小不限，既可出现在地台内，又可出现在地槽褶皱带中。如塔里木地块、柴达木地块、四川地块等。带中。如塔里木地块、柴达木地块、四川地块等。特点为：特点为：由结晶岩石组成；由结晶岩石组成；没有或很少沉积盖没有或很少沉积盖层；层；在地史发展上表现较长期隆起，因此它四周在地史发展上表现较长期隆起，因此它四周沉积往往向中心消失或减薄，并有地层间超覆现象；沉积往往向中心消失或减薄，并有地层间超覆现象；它的延伸没有方向性。它的延伸没有方向性。现代地壳稳定地区主
17、要分布在：非洲、美洲、印度、现代地壳稳定地区主要分布在：非洲、美洲、印度、澳大利亚、东欧、西伯利亚和中国，以及南极大陆澳大利亚、东欧、西伯利亚和中国，以及南极大陆和深海平原等。和深海平原等。稳定状态地壳和活动状态地壳稳定状态地壳和活动状态地壳(1)地壳的活动性地壳的活动性1）地壳厚度稳定，陆壳）地壳厚度稳定，陆壳3040km，洋壳，洋壳57km，地震波反映的，地震波反映的界面清晰；界面清晰；2）平面呈浑圆状，无明显延伸方向，面积广大，地形起伏很小，）平面呈浑圆状，无明显延伸方向，面积广大，地形起伏很小，可形成大的平原或盆地；可形成大的平原或盆地；3）物质组成较简单稳定，陆壳和洋壳明显的分层，成
18、分稳定；）物质组成较简单稳定，陆壳和洋壳明显的分层，成分稳定；4）构造变动微弱，地震和火山等不发育；）构造变动微弱，地震和火山等不发育；5）岩浆活动和变质作用微弱，岩石类型单调；）岩浆活动和变质作用微弱，岩石类型单调；6）地壳顶部一般具有双层结构，既由基底和盖层组成，二者为）地壳顶部一般具有双层结构，既由基底和盖层组成，二者为角度不整合接触。角度不整合接触。稳定状态地壳和活动状态地壳稳定状态地壳和活动状态地壳(2)地壳稳定区的特征地壳稳定区的特征 1）地壳厚度变化大，如年轻造山带地壳厚度）地壳厚度变化大，如年轻造山带地壳厚度50km(喜马拉雅喜马拉雅7080km)，大陆裂谷区，大陆裂谷区202
19、5km(东非大裂谷东非大裂谷)；2）平面形态多呈狭长带状，延伸达数百到数千公里；）平面形态多呈狭长带状，延伸达数百到数千公里；3）物质组成复杂，造山带的下部可能是超镁铁质岩和榴辉岩）物质组成复杂，造山带的下部可能是超镁铁质岩和榴辉岩与中酸性岩的混合物，在洋中脊为拉斑玄武岩、辉长岩或与中酸性岩的混合物，在洋中脊为拉斑玄武岩、辉长岩或斜长岩；斜长岩；4）构造变动强烈，形成复杂的褶皱和断裂，地震和火山活动）构造变动强烈，形成复杂的褶皱和断裂，地震和火山活动的密集带；的密集带；5）岩浆活动强烈、广泛；）岩浆活动强烈、广泛；6）沉积厚度大，但岩性和厚度不稳定；）沉积厚度大，但岩性和厚度不稳定；7）地球物
20、理异常带，如地热异常，具有高的地温梯度，地热）地球物理异常带，如地热异常，具有高的地温梯度，地热流可能是正常值的流可能是正常值的2-3倍，重力异常和磁异常都呈条带状分倍，重力异常和磁异常都呈条带状分布，具明显方向性。布，具明显方向性。稳定状态地壳和活动状态地壳稳定状态地壳和活动状态地壳(3)地壳活动区的特征地壳活动区的特征 地壳地壳G 大陆地壳和大洋地壳大陆地壳和大洋地壳A 稳定状态地壳和活动状态地壳稳定状态地壳和活动状态地壳B 地壳的组成地壳的组成地壳的无机组成地壳的无机组成地壳的有机组成地壳的有机组成 岩石岩石岩石圈岩石圈地壳由各种岩石组成，岩石由一种或几种矿物组成，矿物则由一种或几地壳由
21、各种岩石组成，岩石由一种或几种矿物组成，矿物则由一种或几种元素构成，因此元素是组成地壳的基本物质。元素在地壳中的含种元素构成，因此元素是组成地壳的基本物质。元素在地壳中的含量和分布都是极不均匀的，当一些有用元素在某一地区高度富集时量和分布都是极不均匀的，当一些有用元素在某一地区高度富集时便形成矿产，如铁元素富集形成铁矿、金元素富集形成金矿、有机便形成矿产，如铁元素富集形成铁矿、金元素富集形成金矿、有机碳富集形成煤矿等。碳富集形成煤矿等。美国化学家美国化学家F.W.Clarke(克拉克克拉克,1889）最早研究了地壳中元素的平均含最早研究了地壳中元素的平均含量。他根据采自世界各地的量。他根据采自
22、世界各地的 5159 个岩石样品的化学分析数据，求个岩石样品的化学分析数据，求出了地壳内出了地壳内 50 种元素的平均质量百分比。鉴于他在这项工作中的种元素的平均质量百分比。鉴于他在这项工作中的贡献，地质学上把元素在地壳中的平均质量百分比称为元素的贡献，地质学上把元素在地壳中的平均质量百分比称为元素的克拉克拉克值克值。克拉克值克拉克值(Clarke value),化学元素在一定自然体系化学元素在一定自然体系(通常为地壳通常为地壳)中的相对中的相对平均含量平均含量,又称元素丰度又称元素丰度(Abundance of Elements)。一、地壳的无机组成一、地壳的无机组成一、地壳的无机组成一、地
23、壳的无机组成(1)元素在地壳中的分布极不元素在地壳中的分布极不均匀均匀。地壳中已发现元素。地壳中已发现元素周期表中周期表中1-92号元素，按号元素，按重量重量%的前的前8名顺序名顺序:OSiAlFe CaNaKMg。占地壳总。占地壳总量的量的98%-。称主量元素。称主量元素或常量元素，也称造岩元或常量元素，也称造岩元素。素。其余其余84个元素仅占地壳总量个元素仅占地壳总量的的2%+，称微量元素。，称微量元素。(2)地壳、地球、太阳系元素丰度对比地壳、地球、太阳系元素丰度对比(分布最广元素分布最广元素)太阳系：太阳系：HHeONeNCSiMgFeS地地 球：球：FeOMgSiNiSCaAlCoN
24、a地地 壳：壳：OSiAlFeCaNaKMgTiH地壳和地球同太阳系相比，贫地壳和地球同太阳系相比，贫H、He、N等气体元素，表等气体元素，表明宇宙物质形成地球的演化过程伴随着气体的散失；明宇宙物质形成地球的演化过程伴随着气体的散失；地壳同地球相比，贫地壳同地球相比，贫Fe和和Mg，富，富Al、K和和Na，说明地球，说明地球的原始化学演化中，较轻的易熔碱金属铝硅酸盐在地的原始化学演化中，较轻的易熔碱金属铝硅酸盐在地壳表层富集，较重难熔的镁铁硅酸盐和金属壳表层富集，较重难熔的镁铁硅酸盐和金属Fe、Ni存存在于地幔和在于地幔和/或地核深处。或地核深处。一、地壳的无机组成一、地壳的无机组成有机物：有
25、机物：是有机化合物的简称，是指碳氢化是有机化合物的简称，是指碳氢化合物及其衍生物，是具有碳键的含碳化合合物及其衍生物，是具有碳键的含碳化合物，例如氨基酸、煤、石油等，它们所含物，例如氨基酸、煤、石油等，它们所含的碳，通称有机碳。的碳，通称有机碳。n 所有的有机物都含有碳元素，但并非所有含碳所有的有机物都含有碳元素，但并非所有含碳的化合物都是有机化合物，比如的化合物都是有机化合物，比如CO、CO2。n 除水和一些无机盐外，生物体的组成成分几乎除水和一些无机盐外，生物体的组成成分几乎全是有机物，如淀粉、蔗糖、油脂、蛋白质、全是有机物，如淀粉、蔗糖、油脂、蛋白质、核酸以及各种色素。核酸以及各种色素。
26、二、地壳的有机组成二、地壳的有机组成有机物特点有机物特点(与无机物相比与无机物相比)：n 种类众多，但自然界独立从在的不多；种类众多，但自然界独立从在的不多；n 热稳定性差、易燃、主要生成热稳定性差、易燃、主要生成CO2和和H2O；n 一般挥发性较大，熔点和沸点低一般挥发性较大，熔点和沸点低(400)；n 难溶于水、溶于有机溶剂，反应速度缓慢、难溶于水、溶于有机溶剂，反应速度缓慢、复杂。复杂。二、地壳的有机组成二、地壳的有机组成地壳中的有机物：地壳中的有机物：自然作用形成的，多与自然作用形成的，多与生物体有关的物质，主要指的是有机矿产生物体有关的物质，主要指的是有机矿产和化石生物。和化石生物。
27、意义：意义：n 地壳的重要组成部分；地壳的重要组成部分；n 生物化石，阐明地壳演化、环境变迁生物化石，阐明地壳演化、环境变迁(古古生物学、地史学生物学、地史学)；n 有机矿产，煤、石油、天然气等，与人类有机矿产，煤、石油、天然气等，与人类的生存和发展息息相关的生存和发展息息相关(生物化石能源生物化石能源)。二、地壳的有机组成二、地壳的有机组成C、H、O和和N四种元素的总含量，占地壳有四种元素的总含量，占地壳有机物总量的机物总量的98以上，其中以上，其中C约约66.1%。可。可见，见，C的存在对地壳有机物的丰度具有决定的存在对地壳有机物的丰度具有决定性意义。性意义。C66.1H8O21.7N3.
28、1other1.1二、地壳的有机组成二、地壳的有机组成地壳中地壳中C的平均克拉克值的平均克拉克值0.04%，有机碳仅占，有机碳仅占18，大部分固定在沉积物中，如碳酸盐类。大部分固定在沉积物中，如碳酸盐类。化石能源：煤约占地壳的化石能源：煤约占地壳的1/500；石油约占地壳的；石油约占地壳的1/1600。有机碳有机碳1818无机碳无机碳8282二、地壳的有机组成二、地壳的有机组成三、岩石三、岩石(Rock)岩石是地质作用的产物，是由一种或一岩石是地质作用的产物，是由一种或一种以上的矿物种以上的矿物(或岩屑或岩屑)组成的有规律组成的有规律的集合体，是组成地壳和岩石圈的基的集合体，是组成地壳和岩石圈
29、的基本物质。本物质。按岩石形成的自然作用类型，可分为三按岩石形成的自然作用类型，可分为三大岩类：大岩类：岩浆岩岩浆岩沉积岩沉积岩变质岩变质岩岩浆岩：岩浆岩：是由高温的熔融岩浆是由高温的熔融岩浆(熔浆熔浆)冷凝结晶而成的岩石冷凝结晶而成的岩石喷出岩喷出岩侵入岩侵入岩沉积岩：沉积岩：由外动力地质作用及部分火山作由外动力地质作用及部分火山作用形成的沉积物经成岩作用后形成的岩石用形成的沉积物经成岩作用后形成的岩石变质岩：变质岩：早先形成的岩石为适应新的地质环早先形成的岩石为适应新的地质环境和物理化学条件变化境和物理化学条件变化(一般是温度和一般是温度和/或压力或压力升高升高)，总体在固态下发生矿物组成
30、、化学成，总体在固态下发生矿物组成、化学成分和结构构造改变而形成的一种新岩石。分和结构构造改变而形成的一种新岩石。地壳中三大岩类n岩浆岩约占地壳总体积岩浆岩约占地壳总体积的三分之二（的三分之二（67.6%67.6%）。）。n变质岩约占地壳总体积变质岩约占地壳总体积的四分之一的四分之一(27.4%)(27.4%)。n沉积岩仅占地壳总体积沉积岩仅占地壳总体积的的5%5%，但由于它广泛分，但由于它广泛分布于陆地表面及海洋盆布于陆地表面及海洋盆地中，因而它占据了地地中，因而它占据了地表面积的表面积的75%75%。三大岩类可以相互转换三大岩类可以相互转换地壳地壳G 大陆地壳和大洋地壳大陆地壳和大洋地壳A
31、 稳定状态地壳和活动状态地壳稳定状态地壳和活动状态地壳B 地壳的化学组成地壳的化学组成岩石圈岩石圈基本概念基本概念岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说软流圈之上，地球最外层的固体软流圈之上，地球最外层的固体圈层称为岩石圈。包括整个地圈层称为岩石圈。包括整个地壳和莫霍面以下、软流圈以上壳和莫霍面以下、软流圈以上的固体上地幔岩石部分，前者的固体上地幔岩石部分，前者成为地壳岩石圈，后者成为地成为地壳岩石圈，后者成为地幔岩石圈。厚度约幔岩石圈。厚度约25(大大洋洋)150km(大陆大陆)。岩石圈是地球的刚性外壳，是地岩石圈是地球的刚性外壳，是地震波高速带。震波高速带。岩石圈岩石圈(Lith
32、osphere)(1)现代板块的划分依据：全球地震和火山分布资料岩石圈划分为岩石圈划分为七大板块七大板块：欧亚、欧亚、北美、北美、南美、南美、非洲、非洲、印澳、印澳、南极、南极、太平洋太平洋及若干小板块及若干小板块n板块边界不同于洋陆界线，大部分板块兼有陆板块边界不同于洋陆界线，大部分板块兼有陆壳和洋壳。壳和洋壳。n板块边界是岩石圈构造运动的活跃部位。板块边界是岩石圈构造运动的活跃部位。岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说(2)板块边界的类型三类边界位置：三类边界位置：洋中脊洋中脊俯冲带俯冲带转换断层转换断层对应三类边界：对应三类边界：离散型离散型汇聚型汇聚型走滑型走滑型岩石圈板块
33、与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说沿此边界板块分裂并作离散相背沿此边界板块分裂并作离散相背运动，地幔物质涌出，产生运动，地幔物质涌出，产生洋壳，因此又称为生长型板洋壳，因此又称为生长型板块边界。块边界。沿边界广泛出露基性超基性侵沿边界广泛出露基性超基性侵入岩或喷出岩，浅源地震线入岩或喷出岩，浅源地震线状分布，具高地热流值。普状分布，具高地热流值。普遍发育低中级热变质作用。遍发育低中级热变质作用。属于这类边界的有大洋中脊属于这类边界的有大洋中脊扩张带和某些大陆裂谷地区扩张带和某些大陆裂谷地区(如东非大裂谷和红海如东非大裂谷和红海)。岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说离散型离散型
34、(张裂型张裂型)板块边界板块边界又称挤压型边界或消减带，是又称挤压型边界或消减带，是一个板块与另一板块聚合、一个板块与另一板块聚合、碰撞、对冲、消减的部位。碰撞、对冲、消减的部位。由于这些运动，边界表现为由于这些运动，边界表现为强烈挤压性质，造成复杂的强烈挤压性质，造成复杂的构造现象。构造现象。沿边界广泛发育强烈地震沿边界广泛发育强烈地震(如如Benioff zone)和火山喷发。和火山喷发。岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说汇聚型板块边界汇聚型板块边界岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说汇聚型板块边界汇聚型板块边界(Convergent)(Convergent)(C
35、ollision)两板块相互平行边界滑错，边界一般平直，延伸远，两板块相互平行边界滑错，边界一般平直，延伸远，发育宽度不大的碎裂岩带。沿边界既无板块的增生，发育宽度不大的碎裂岩带。沿边界既无板块的增生，又无板块的消减，而是相邻两个板块作剪切错动，又无板块的消减，而是相邻两个板块作剪切错动，边界上浅源地震活跃。地质构造上表现为转换断层边界上浅源地震活跃。地质构造上表现为转换断层(Transform fault)或大型走滑断层。或大型走滑断层。岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说走滑型板块边界走滑型板块边界(3)板块运动与Welson旋回从大陆分裂到大洋形成，然后从大洋收缩到大洋关闭和
36、消失，是从大陆分裂到大洋形成，然后从大洋收缩到大洋关闭和消失，是一个连续演变的过程。威尔逊旋回分一个连续演变的过程。威尔逊旋回分6个阶段：个阶段：1.萌芽阶段：岩石圈受拉力变薄，东非裂谷；萌芽阶段：岩石圈受拉力变薄，东非裂谷；2.幼年阶段：海洋初成，海湾式的狭窄盆地，红海；幼年阶段：海洋初成，海湾式的狭窄盆地，红海；3.成熟阶段：广阔的大洋，其中部为洋脊，两侧稳定大陆边缘，成熟阶段：广阔的大洋，其中部为洋脊，两侧稳定大陆边缘，大西洋；大西洋；4.收缩阶段：沿稳定大陆边缘与洋底交接带，岩石圈发生断裂，收缩阶段：沿稳定大陆边缘与洋底交接带，岩石圈发生断裂，洋壳俯冲形成岛孤洋壳俯冲形成岛孤-海沟或山
37、孤海沟或山孤-海沟，太平洋；海沟，太平洋；5.结束阶段：大洋板块进一步俯冲，残留狭窄的洋盆，地中海；结束阶段：大洋板块进一步俯冲，残留狭窄的洋盆，地中海；6.大陆碰撞阶段：海洋消失，大陆相碰，使大陆边缘原有的沉积大陆碰撞阶段：海洋消失，大陆相碰，使大陆边缘原有的沉积物强烈变形隆起成山，喜马拉雅山。物强烈变形隆起成山，喜马拉雅山。岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说(4)板块运动的驱动力(?)地幔对流模式地幔对流模式地幔柱模式地幔柱模式浮动模式浮动模式岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说地幔对流模式(Mantle convection hypothesis)一种说明地球内
38、部物质运动和解释地壳或一种说明地球内部物质运动和解释地壳或岩石圈运动机制的假说。它认为在地幔岩石圈运动机制的假说。它认为在地幔中存在物质的对流环流。中存在物质的对流环流。在地幔的加热中心，物质变轻，缓慢上升在地幔的加热中心，物质变轻，缓慢上升形成上升流，到软流圈顶转为反向的平形成上升流，到软流圈顶转为反向的平流，平流一定距离后与另一相向平流相流，平流一定距离后与另一相向平流相遇而成为下降流，继而又在深处相背平遇而成为下降流，继而又在深处相背平流到上升流的底部，补充上升流，从而流到上升流的底部，补充上升流，从而形成一个环形对流体。对流体的上部平形成一个环形对流体。对流体的上部平流驮着的岩石圈板块
39、作大规模的缓慢的流驮着的岩石圈板块作大规模的缓慢的水平运动。在上升流处形成洋中脊，下水平运动。在上升流处形成洋中脊，下降流处造成板块间的俯冲和大陆碰撞。降流处造成板块间的俯冲和大陆碰撞。岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说n地幔分层对流(地球化学)：形成传统板块构造的传送带式模式。n巨型全地幔对流(地球物理)：热地幔柱上升流,冷地幔柱下降流岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说地幔对流模式地幔对流模式(Mantle convection hypothesis)地幔柱模式(Mantle Plume)深部地幔热对流运动中的一股上升深部地幔热对流运动中的一股上升的圆柱状固态物质
40、的热塑性流，的圆柱状固态物质的热塑性流，即从软流圈或下地幔涌起并穿透即从软流圈或下地幔涌起并穿透岩石圈而成的热地幔物质柱状体。岩石圈而成的热地幔物质柱状体。它在地表或洋底出露时就表现为它在地表或洋底出露时就表现为热点。热点。J.Morgan于于1972年提出年提出,事实依据：事实依据：洋底有一系列呈链状分布的死火洋底有一系列呈链状分布的死火山脉，它一端连接着现代活火山，山脉，它一端连接着现代活火山，沿此链距离活火山越远，其年龄沿此链距离活火山越远，其年龄越老。被认为是当岩石圈板块运越老。被认为是当岩石圈板块运动时，固定不动的地幔柱在板块动时，固定不动的地幔柱在板块表面留下的热点迁移的轨迹。如表
41、面留下的热点迁移的轨迹。如夏威夷活火山热点。夏威夷活火山热点。岩石圈板块与板块构造学说岩石圈板块与板块构造学说学科前沿学科前沿(Frontier)“板块上陆板块上陆”(大陆动力学大陆动力学)要现实地解决以下选定的科学问题：要现实地解决以下选定的科学问题：(1)(1)地幔对流及其大陆动力学的板块动力学成因；地幔对流及其大陆动力学的板块动力学成因；(2)(2)下地壳和上地幔内的陆根；下地壳和上地幔内的陆根；(3)(3)壳幔内异常结构及其深度延伸与特征；壳幔内异常结构及其深度延伸与特征；(4)(4)陆根的化学研究；陆根的化学研究；(5)(5)幔根内的地震各向异性；幔根内的地震各向异性；(6)(6)与
42、大陆与大陆海洋过渡带相垂直方向上的壳幔研究；海洋过渡带相垂直方向上的壳幔研究；(7)(7)地壳构造的不连续性及台地的发展史；地壳构造的不连续性及台地的发展史；学科前沿学科前沿(Frontier)“板块上陆板块上陆”(大陆动力学大陆动力学)要现实地解决以下选定的科学问题：要现实地解决以下选定的科学问题：(8)(8)单个地壳台地及其边界的性质；单个地壳台地及其边界的性质；(9)(9)下地壳和莫霍界面；下地壳和莫霍界面；(10)(10)收缩的边缘和火山弧；收缩的边缘和火山弧；(11)(11)变形和大陆增长；变形和大陆增长；(12)(12)大陆扩张及断裂；大陆扩张及断裂；(13)(13)大陆变形及地震
43、活动；大陆变形及地震活动；(14)(14)板内变形；板内变形；(15)(15)沉积盆地的热力学和水力学演化过程；沉积盆地的热力学和水力学演化过程；(l6)(l6)大陆、陆柱及核幔边界。大陆、陆柱及核幔边界。思考题1.大陆地壳和大洋地壳的划分，及其结构大陆地壳和大洋地壳的划分，及其结构特征；特征；2.稳定地壳与活动地壳的特征；稳定地壳与活动地壳的特征；3.什么是岩石圈？什么是岩石圈？4.简述板块边界类型及其特征。简述板块边界类型及其特征。学科前沿学科前沿(Frontier)“板块上陆板块上陆”(大陆动力学大陆动力学)在大陆动力学科学中，试图说明的问题有在大陆动力学科学中，试图说明的问题有：(1)
44、(1)大陆形成的合理机制；大陆形成的合理机制；(2)(2)大陆变形中发生了什么样的物理过程；大陆变形中发生了什么样的物理过程；(3)(3)大陆和整个地球系统是大陆和整个地球系统是怎样相互作用的；怎样相互作用的；(4)(4)岩浆在何处产生，当岩浆通过地球深部上涌时岩浆在何处产生，当岩浆通过地球深部上涌时它们是怎样演变的；它们是怎样演变的；(5)(5)大陆与板块运动系统是怎样相互作用的；大陆与板块运动系统是怎样相互作用的；(6)(6)来自板块运动的力和来自地幔对流的力是怎样和地壳变形、火山和地来自板块运动的力和来自地幔对流的力是怎样和地壳变形、火山和地震耦合的；震耦合的；(7)(7)大陆是怎样破裂
45、的，断块是什么性质的，它们和火山大陆是怎样破裂的，断块是什么性质的，它们和火山喷发、地震突发是什么关系；喷发、地震突发是什么关系；(8)(8)怎样的动力学机制会产生地震；怎样的动力学机制会产生地震；(9)(9)大陆是怎样增长的，几个增长地区的特征过程是怎样描述的；大陆是怎样增长的，几个增长地区的特征过程是怎样描述的；(10)(10)为为什么大陆能继续存在下去呢；什么大陆能继续存在下去呢；(11)(11)大陆的动力学相互作用是怎样控制大陆的动力学相互作用是怎样控制沉积盆地演化过程的，盆地动力学的特征是如何描述的；沉积盆地演化过程的，盆地动力学的特征是如何描述的；(12)(12)沉积盆沉积盆地和大陆的增长是怎样关联的，盆地内的地层记录说明了什么；地和大陆的增长是怎样关联的，盆地内的地层记录说明了什么；(13)(13)怎样描述地球历程中构造和岩浆的演化过程；怎样描述地球历程中构造和岩浆的演化过程；(14)(14)地球灾变过程中构地球灾变过程中构造变化和气候变化是什么关系；造变化和气候变化是什么关系；(15)(15)大陆和海洋是怎样相互作用的，大陆和海洋是怎样相互作用的，怎样描述两种动力学相互作用；怎样描述两种动力学相互作用；(16)(16)全球动力学和区域性动力学是怎全球动力学和区域性动力学是怎样的关系。样的关系。
