2地球内部结构概述及固体地球研究方法

走廊北山、燕山 －太行山、喜马 拉雅山、天山等
花岗质岩石
二辉橄榄岩
亏损程度较高，以 二辉橄榄岩为主， 少量二辉橄榄岩
陆华辽沿海壳北SiOS成Sii2OO分为22为各6为36盆6.857％地..63％有％，，差， 闽异粤松，华 盆 闽地 粤北、 沿盆海地 、松 辽
深 源 俘 虏 体 87Sr/86Sr 较 高
大陆裂谷（如 东非红海等）
Ⅰ、地壳（岩石圈） 大洋裂谷（如 大西洋脊等）
分离带
边缘海或小洋盆（如 南海、亚丁湾等）
大洋盆地（如 太平洋等）
Ⅱ、岩石圈板块滑
动区（坚稳带）
大陆被动边缘（如 大西洋沿岸等） 地台或结晶地盾（如 华北、北美、南非等） 转换断层（包括裂谷－裂谷型、裂谷－俯冲带
型、俯冲－俯冲带型转换断层）
地台－地壳上的相对稳定区
德国学者 Stille 对槽－台学的发展做出很大贡献，他的划分：
地壳
克拉通（Craton）－稳定区 正地槽（Orthogeosyncline）－活动区
高克拉通（High Craton）－大陆稳定区 克拉通
低克拉通（Oceanic Craton ）－大洋稳定区
优地槽（Eugeosyncline）－远离稳定区，活动性强，蛇
亏损地幔－－指大离子亲石元素（K、Rb、U、Th） 亏损的地幔；
（2）不同构造环境玄武质岩石元素组成特征
岛弧环境玄武质岩石：富集LiL（大离子亲石元素， 即K、Rb、Cs、Sr、Ba、Th 等）；
大陆内部玄武质岩石：同时富集LREE、LiL和HFS
大陆各种环境（包括克拉通与岛弧）的钙碱性玄武 岩：只富集LREE、LiL；
大洋拉斑玄武岩稀土配分模型分为：亏损型 （NMORB），指LREE强烈亏损；过渡型（T-MORB）,具平坦 或轻稀土富集；富集型（E-MORB）,轻稀土不同程度明 显富集；
一般认为：N-MORB形成于强亏损地幔源区的高度部 分熔融（＞15%）；E-MORB源于较深的富集地幔源区；
（3）岩石微量元素构造环境判别图解
Ⅲ、岩石圈板块
汇聚－碰撞带
（造山带）
岛弧 安第斯型大陆边缘 深海沟 科迪勒拉型大陆边缘 俯冲带（包括 洋壳－岛弧型和岛弧－大陆型俯冲带） 板块碰撞带
地壳－上地幔或岩石圈构造单元划分方案 很多，应注意不同学术观点的划分和要点。但 基本类型（活动型和稳定型构造单元）及其特 点要掌握
五、李廷栋等的分类（2006）
形成了不同的大地构造学说。 • 槽台说；大陆漂移说；海底扩张说；板块构
造说；国内：地质力学；多旋回说；断块说； 地洼说；波浪镶嵌说等。
地壳－上地幔构造类型的划分方案很多，与学 术观点有关
一、槽－台学说的方案
主要根据大陆地质资料的分析对比，把地壳构造 类型分为两种基本单元：
地槽－地壳上的强烈活动带 地壳
按岩石圈结构特点，将中国岩石圈分为5种类型：
岩石圈类型 地壳岩石组成
岩石圈地幔 岩石组成
主要特点
代表地区
克拉通型
TTP岩套为主
强亏损方辉橄榄岩 为主
主体于17亿年前形成
塔里木、扬子、 中朝等地台
造山带型 裂谷型 岛弧型
花岗质－花岗 闪长质岩石
方辉橄榄岩－二长 橄榄岩或二辉橄榄 岩－方辉橄榄岩
分古生代、中生代、新 生代3个时代
大洋稳定区－具大洋型地壳的地台。是地史构造单 元（如西太平洋洋盆是中生代发展形成的）
活动带
大陆活动带－包括大陆裂谷活动带（东非裂谷） 和大陆边缘活动带（中国东部）
大洋活动带－即地槽活动带，包括大洋裂谷活动带 （洋脊）和大洋边缘活动带（安第斯）
四、板块构造观点的分类
按板块运动的基本形式（分离、相对滑动、汇 聚），将地壳构造类型分为3类13种主要类型：
地
绿岩和火山岩为主的地槽
槽
冒地槽（Miogeosyncline）－靠近稳定区，蛇绿岩和火山
岩不发育，以巨厚碎屑岩和碳酸盐岩为主的地槽
二、布鲁内（Brune,J.N，1969）的分类
是一种即考虑地壳又考虑地幔的分类，共分出四 种地壳－上地幔构造类型： 1、稳定地幔的大陆地壳
包括地盾、内陆（地台），很稳定或稳定的构造区
第二讲：固体地球研究方法与地球内 部构造概述
•固定地球构造的主要研究方法 •地球的成分及流变学分层特征(简 介)—体现在不均一性
固体地球构造的研究与探测方法
地壳上地幔构造的不均一性
一、地壳、上地幔的纵向不均一性
（一）
岩石圈化学结构
1、地壳
地壳的岩石成分和化学成分尚不完全确定，不同地区差别 很大，地壳从上到下波速增加既与变质程度有关也与化学成分 有关。
活动元素－指易溶于流体且易被流体携带迁移的元 素，如 K、Rb、Sr、Ba、Th等，它们均具大半径、低 电能特征（又称低场强元素, LFS）
非活动元素－指不易溶于流体和被携带迁移的元素， 如Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等，它们均具小半径、高电能 特征（又称高场强元素, HFS）
富集地幔－－指大离子亲石元素（K、Rb、U、Th） 富集的地幔；
• 根据强度和变形方式将地球由地表往地心分 为:岩石圈 软流圈 中间圈 和地核
地球内部圈层结构示意图
陆地 海洋
地幔
地核
岩石圈
二、地壳、上地幔的横向不均一性
三、地壳、上地幔构造类型划分
两大类型：活动带和稳定区。 • 两种类型间具有不同的特征和发展演化历史。 • 不同学者对其运动规律提出了不同的观点，
目前一般认为：
中、上地壳成分接近花岗质－闪长质层；
下地壳接近闪长质－花岗闪长质层，下地壳底部才可能有 基性麻粒岩；
大陆边缘可能由薄的大洋型硅镁层和大陆型硅铝层组成， Vp7.7－7.8km/s，厚15－30km。称过渡壳
洋中脊和大洋盆地中，地壳底部Vp7.1－7.6km/s，为壳
幔混合层。
2、不稳定地幔的大陆地壳
包括盆－岭、造山带、岛弧、大陆裂谷等，活动性极强
3、稳定地幔的大洋型地壳
指大洋盆地，较稳定
4、不稳定地幔的大洋地壳
包括洋脊、海沟等，活动性强
三、黄汲清分类（1980）
从现代地质学观点出发，结合地球物理和壳－ 幔深部构造的划分方案：
大陆稳定区－具大陆型地壳的地台
稳定区
（如俄罗斯、北美、西伯利亚、中朝地台）
地壳成分质量分数（％）（以中国为例，据高山等，1992）
2、地幔岩石圈
据波速、包裹体及实验研究，目前多认为地幔岩石圈的岩 石的是橄榄石、辉石和石榴子石的某种组合，化学成分相当于 纯橄榄岩和橄榄岩组成（见表）。
上地幔成分质量分数（％）（以中国为例，据刘玲根等，1992）
3、壳－幔成分的不均一性
台湾岛弧
边缘海 洋壳型
洋壳，以辉长 质岩石为主
斜长二辉橄榄岩
南中国海中央海 盆
TTG岩套--以奥长花岗岩—英云闪长岩组合为特征，经历麻粒岩相变质
岩石的源区与其形成的构造环境密切相关； 用于构建图解的不活动高场元素（HFS）和稀土元素 (REE）环境敏感度高，分析精度也日愈提高；
多图解的联合使用，可提高判别效果。
微量元素构造环境判别图解很多，基本形式有三角图、 坐标图、对数图解等。如：
用于钾质火成岩三角图解
滩间山群不同 火山岩组：
玄武岩Ti-Zr-Y的判别图解（据Pearce和Cann,1973）
由于壳－幔化学组成具不均一性，上世纪70年代开始，不 少学者通过对不同构造环境中岩石，特别是火成岩的化学成分 和微量元素组成进行了大量研究对比，构建了一系列岩石化学 构造环境判别图解，以火成岩微量元素构造环境判别图解的应 用越来越广泛，在大地构造研究中发挥重要作用。
基 本 原 理：
用已知确切构造环境的岩石厘定图解中相应构造环境 区域；
A+B:岛弧拉斑玄武岩 ； B:洋底玄武岩 B+C:钙碱性玄武岩； D:板内玄武岩
用于玄武岩对数图解
碱性花岗岩Nb-Y-3Ga判别图解 区分的构造环境： A1: 非造山，大陆裂谷或板内； A2：大陆边缘，后造山，热点
（二）.地球内部物质的力学特征分层
• 地球内部圈层物质的力学和流变学特征突变 面与成分界面不一致。
（1）几个概念
相容元素（compatible element）－－易被结晶 相收容的元素，包括部分过渡元素（Sc、Cr、Ni、 Co）和部分大离子亲石元素（如Sr、Rb、K对部分矿 物相容）。
不相容元素（incompatible element）－－不易 被结晶相收容的元素。包括：
不相容元素
弱不相容元素 Zr、V、Ti、Hf、HREE 强不相容元素 Rb、Ba、K、Th、La、Ce、Nb、Ta