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地球的岩石圈

岩石圈是地球上部相对于软流圈而言的坚硬的岩石圈 层。厚约60~120公里，为地震高波速带。包括地壳的全部和上地幔的上部，由花岗质岩、玄武质岩和超基性岩组成。其下为地震波低速带、部分熔融层和厚度100公里的软流圈。对岩石圈的认识，分歧很大，有人认为岩石圈与地 壳是同义词，而与下部软流圈即上地幔有区别，但岩石圈与上地幔系过渡关系而无明显界面；有人认为 岩石圈至少应包括地壳和地幔上层。

岩石圈与地球表层结构

范围是从上地幔软流层向上至地表的由岩石组成的空间，包括地壳。

顾名思义，岩石圈是由岩石组成的，包括地壳和上地幔顶部。要理解岩石圈的概念，首先要了解什么是地壳和上地幔？进而了解岩石在地壳和上地幔中是如何分布的？

地球是一个半径有6370多公里的椭球体，它从表面向地心可以分为地壳、地幔和地核三部分。地壳是地球的最表层，由于地球表面有陆地和海洋，因此，又有大陆地壳和大洋地壳之分。大陆地壳一般厚度为33-35公里，最厚地区大约为50-70公里。中国青藏高原是世界上地壳厚度最大的地区之一，平均厚度可以达到70公里。

大陆地壳通常分为三层，由三种不同成分的岩石组成。最上面是沉积岩层，向下依次是花岗岩层和玄武岩层；大洋壳的厚度很小，平均仅为6-8公里；大洋地壳最上面是很薄的海底沉积物，向下是玄武岩，在海底形成的玄武岩由于海水的作用，岩石被塑造成一个接一个排列的“枕头”，地质学家把这种玄武岩叫做“枕状熔岩”，这是在大陆玄武岩中见不到的一种地质现象。深海钻探和地震研究发现，洋壳玄武岩下面还发育有岩墙状的辉长岩和辉绿岩，以及由超镁铁质岩石蚀变形成的蛇纹岩。

从大陆地壳和大洋地壳的结构可以看出，遍布于地壳中的岩石在分布上具有一定规律性。洋壳和陆壳在岩石组成上最明显的区别在于大洋地壳中至今没有发现花岗岩层，而在大陆地壳中花岗岩体却有大面积的分布。

在对地壳的结构有了大概的了解之后，人们自然会问：地幔又是由什么岩石组成的呢？它们和地壳中的岩石又有什么不同？在地球结构中，地幔厚约2800公里，分为上地幔和下地幔两部分。上地幔主要由橄榄岩类组成，下地幔是由密度高的铁镁氧化物组成。

根据地球物理测量的研究成果，上地幔顶部主要是由镁铁质和超镁铁质成分的岩石组成的，只是橄榄岩类岩石比地壳中的硅铝质和硅镁质岩石的比重要大。由于地壳和上地幔顶部都是由岩石组成的，所以，地质学家们把它们统称为岩石圈。岩石圈厚度不均一，通常认为在大洋中脊处岩石圈厚度接近于零，到大陆下部大约100-150公里处，岩石圈厚度和地球的半径比较起来，只是薄薄的一层，几乎可以忽略不计。

早在1926年，地震学家古德宝就发现在坚硬的岩石圈下边存在着一个低速带，这个低速带相当于软流圈，深度大约在100-250公里。实际上，软流圈并不软。从计算和模拟实验表明，在软流圈中，只有大约0.5%的局部地区发生了熔化。但是，因为岩石圈刚性较大，相比之下，软流圈就多少带有一点塑性和流动性。

1910年，德国气象学家A·魏格纳提出了大陆漂移学说。到本世纪六十年代，板块构造学说问世。这个学说的实质是岩石圈板块运动学，连续的地震活动带把岩石圈分裂分割成若干大小不同的板块在软流圈上漂移。实际上，不仅大陆板块在漂移，大洋板块也在漂移。科学家们在古气候、古生物、古地磁和深海钻探等很多方面找到了大陆飘移的证据。

岩石圈板块运动与岩石的形成和演化有非常密切的关系。例如，岩浆岩带和变质岩带常分布在板块边缘，而且，板块的类型不同，岩石组合也随之变化；全球现代活火山也主要分布在板块边界上，著名的环太平洋“火山链”是火山活动带，集中了全球三分之二的活火山。同时，火山活动带也是地震活动频繁的地区。

 

岩石圈可分为6大板块：欧亚板块、太平洋板块 、美洲板块、非洲板块、印 度-大洋洲板块、南极洲板块 。还有一些较小板块镶嵌其间。板块边界有4种类型： 海岭洋脊板块发散带、岛孤海沟板块消减带、转换断层带 和大陆碰撞带。

岩石圈六大板块

另外对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。 它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示 的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩 石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学 有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。 由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底 总面积的45％，其平均水深为4000～5000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延 伸着广阔的海底丘陵 。因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成 了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。

地表形态的塑造过程也是岩石圈物质的循环过程，它们存在的基础是岩石圈三大类岩石——岩浆岩、变质岩和沉积岩的变质转化。

在地球内部压力作用下，岩浆沿着岩石圈的薄弱地带侵入岩石圈上部或喷出地表，冷却凝固 形成岩浆岩。裸露地表的岩浆岩在风吹、雨打、日晒以及生物作用下，组件崩解成为砾石、沙子和泥土。 这些碎屑被风、流水等搬运后沉积下来，经过固结成岩作用，形成沉积岩。同时，这些已经生成的岩石 ，在一定的温度 和压力下发生变质作用，形成变质岩。岩石在岩石圈深处或岩石圈以下发生重熔再生作用，又成为新的 岩浆。岩浆在一定的条件下再次侵入或喷出地表，形成新的岩浆岩，并与其他岩石一起再次接受外力的风化、侵蚀、搬运和堆积。 如此，周而复始，使岩石圈的物质处于不断的循环转化之中。

人们今天看到的山系和盆地，以及流水、冰川、风成地貌等， 是岩石圈物质循环在地表留下的痕迹。

岩石圈厚度图

利用不同物理性质所估计的岩石圈厚度可能具有不同的地球动力学意义。大陆岩石圈等效弹性厚度往往只与岩石圈内部的某些岩层相关， 因此它可能不代表一般意义上的岩石圈厚度。

地震学岩石圈厚度虽然有较高的精度，但依赖于人为地对岩石圈的定义；并且其具有的短时间尺度效应决定了它与长时间尺度的岩石圈概念不一致。

热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此其厚度定义的标准是较合理的。

地震-热学岩石圈厚度研究利用地震波速反演得到的温度数据按照热学岩石圈标准来对岩石圈厚度进行研究，具有地震学和热学岩石圈厚度两者的优点，是较合理的对岩石圈厚度的估计。

中国大陆地震-热学岩石圈厚度分布有如下特点：
（1）中国东部岩石圈较薄，厚度约100km，其中包括中国东北、中朝克拉通、扬子克拉通东部和华南造山带；（2）青藏高原和塔里木克拉通以南地区的厚度变化较大，厚度约在160-220km；
（3）三大克拉通的岩石圈厚度有较大区别，扬子克拉通的核心最厚达约170km，塔里木克拉通的核心厚度约140km ，中朝克拉通的厚度约100km；
（4）昆仑秦岭造山带的岩石圈上地幔内部较复杂，可能有大面积的部分熔融；
（5）整个大陆岩石圈厚度分布并没有显示出与地壳年龄的线性相关关系，却表现出了与大地构造格局的直接关系。受板块碰撞强烈影响的地区，岩石圈较厚；受大洋俯冲带影响较强的地区，岩石圈较薄。

软流圈	上地幔	熔融层	花岗质岩	玄武质岩
超基性岩	地震波	地球动力学	岩浆岩	变质岩
沉积岩	地震学	尺度效应	风化	砾石

 

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