地球圈层结构研究(7)

地球圈层结构研究（7）
胡经国
㈢、地壳
1、地壳概述
地壳（Earth Crust），是指地球内部莫霍界面以上由岩石组成的地球固体外壳。

它是地球内部圈层结构中的最外层，岩石圈的主要组成部分。

通过地球内部地震波种类和传播速度的研究判断，地壳与地幔之间的界面为莫霍洛维奇不连续面（简称莫霍界面、莫霍面或Ｍ界面）。

2、地壳厚度及其它特点
整个地壳平均厚度约为17千米。

其中，大陆地壳厚度较大，平均约为39～41千米。

高山、高原地区地壳更厚，最厚可达70千米；平原、盆地地壳相对较薄。

而大洋地壳则远比大陆地壳薄，其厚度只有几千米。

青藏高原是地球上地壳最厚的地方，其地壳厚度达70千米以上；而在靠近赤道的大西洋中部海底山谷中，其地壳厚度只有 1.6千米；太平洋马里亚纳群岛东部深海沟（马里亚纳海沟）的地壳是地球上地壳最薄的地方。

有的资料显示，马里亚纳海沟底部距离莫霍面还有6公里的距离。

而有的资料则显示，马里亚纳海沟既是地球地壳最薄的地方，同时也是海洋最深的地方。

目前认为，马里亚纳海沟的最深处达到11000米，而此处的地壳厚度却可能只有2公里左右。

总体而言，地壳厚度约占地球半径的1/400。

地壳体积约占地球总体积的
1.55%。

地壳质量约占地球总质量的0.8%。

地壳物质的密度一般为
2.6-
2.9g/cm³；其上部密度较小，向下部密度增大。

地壳由固态岩石组成，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类岩石。

3、地壳物质组成
由于不同的地学学科从不同的角度、采用不同的方法手段研究地壳物质组成，因而有各不相同的研究成果。

⑴、地震学
地震学根据地震波纵波传播速度Vp，将典型大陆地壳分为：上地壳，包括沉积层（Vp=4.0km/s）、结晶基底（Vp=5.9km/s）、硅铝低速层（Vp=5.5km/s）；中地壳（Vp=6.3km/s）和下地壳（Vp=6.7km/s）。

上地壳、中地壳为硅铝（质）层；下地壳为硅镁（质）层。

大洋地壳只有硅镁层，沉积层之下就是玄武岩和蛇纹岩。

大洋地壳可分为三层：第一层（未固结的沉积层，平均厚度0.4km，Vp=2.0km/s）；第二层（固结的沉积层和玄武岩，平均厚度 1.2km，Vp=4.6km/s）；第三层（拉斑玄武岩，厚度约为4.7km，Vp=6.7km/s）。

⑵、岩石学和矿物学
根据岩石学和矿物学的研究成果，石英和长石两种矿物占地壳体积的63%；辉石和橄榄石两种矿物占地壳体积的14%；硅酸盐类矿物占地壳体积的
14.6%；碳酸岩类矿物占地壳体积的20%；其它矿物占地壳体积的6.4%。

⑶、地球化学
根据地球化学的研究成果，SiO2占地壳化学成分的1/2以上；其次是Al2O3占地壳化学成分的1/6以上；其余是铁、钙、镁的氧化物。

在大陆地壳化学成分中，K、Na及其化合物的含量较高；在大洋地壳化学成分中，Ca、Mg和Fe的含量较高。

4、地壳结构
⑴、康拉德面
康拉德不连续面（Conrad Discontinuity），简称康拉德面，是地壳中地震波传播速度变化的不连续面，也是地壳内部的次级不连续面。

其位置在地面以下22公里深度左右。

它将地壳分为上下两层。

其中，上层纵波速度Vp为5.9～6.3公里/秒；下层纵波速度Vp为6.5～7.6公里/秒。

上层为花岗岩（质）层，其下为玄武岩（质）层。

康拉德面在大陆地壳中的平均深度约为20千米。

其深度变化较大，最深约为40千米；最浅约为10千米。

在大洋地壳中，康拉德面的深度明显浅得多，甚至不存在康拉德面。

在康拉德面上，地震波发生加速，纵波（P波）速度Vp由5.6千米/秒左右增加到7.6千米/秒左右；横波（S波）速度Vs由3.2千米/秒左右增加到4.2千米/秒左右。

这种地震波加速表明，在康拉德面以下的地壳层的密度、硬度都已增大。

一般认为，康拉德面以上的地壳层平均化学组成与花岗岩相似（密度 2.7左右）；而康拉德面以下的地壳层平均化学组成与玄武岩相似（密度 2.9左右）。

因此，康拉德面成为地壳花岗岩层和玄武岩层的分界面。

⑵、上地壳和下地壳
上地壳（即地壳上层）化学成分以氧、硅、铝为主，平均化学组成与花岗岩相似，故称为花岗岩层或硅铝层。

花岗岩层在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆地地区，如在太平洋中部甚至缺失。

可见，花岗岩层是地壳中的次级不连续圈层。

下地壳（即地壳下层）富含硅和镁，平均化学组成与玄武岩相似，故称为玄武岩层或硅镁层。

玄武岩层在大陆和海洋均有分布，是地壳中的次级连续圈层。

需要指出的是，有一种说法认为，整个地壳都是硅铝层。

因为地壳下层的铝含量仍然超过镁，而地幔上部岩石部分镁含量极高，所以将地幔上部岩石部分称为硅镁层。

⑶、陆壳和洋壳
陆壳（大陆地壳）和洋壳（大洋地壳）在结构上存在明显的区别。

陆壳具有双层结构，上部为硅铝层，下部为硅镁层。

大陆地壳厚度各处不一，平均厚度为35km；高大山系地区的地壳较厚。

例如，欧洲阿尔卑斯山地壳厚达65km，亚洲青藏高原某些地方地壳厚度超过70km，而中国北京地壳厚度与大陆地壳平均厚度相当，约为36km。

洋壳主要为硅镁层，平均厚度为6km。

大洋地壳很薄，例如大西洋南部地壳厚度为12km，北冰洋为10km，有些地方的大洋地壳的厚度只有5km左右。

另外，据认为，大陆地壳通常分为花岗质上地壳、英云闪长质中地壳和玄武质下地壳。

总体来说，大陆地壳是安山质，二氧化硅含量为59%～61.5%，成分有明显的垂直分层，从上到下二氧化硅含量呈现降低的特征。

在微量元素方面，明显亏损Nb、Ta等高场强元素，富集Pb。

上地壳存在明显Eu（铕）负异常；而下地壳则存在Eu正异常，总体来说异常不平衡，呈现Eu正异常。

大洋地壳比起大陆地壳更薄，平均厚度仅仅为10km；而且在垂直方向上物质成分均一。

一个完整的大洋剖面为蛇绿岩套，由下向上为块状辉长岩、席状岩墙，枕状玄武岩和沉积岩四层，所以为玄武质的。

大洋物质成分分为洋中脊的亏损地幔玄武岩和大洋盆地的富集地幔洋岛玄武岩。

在微量元素方面，Pb亏损和Nb富集，刚好和大陆地壳相反，这一点是同大陆地壳的最大区别。

原始地幔、亏损地幔和富集地幔的划分，是根据地球化学成分划分的。

原始地幔是指在地核形成以后、地壳形成以前的地幔。

亏损地幔是指在原始地幔经过部分熔融形成地壳以后残余的地幔。

富集地幔一般是指下地壳中幔源物质较富集的地方。

2020年1月21日编写于重庆
2020年2月10日修改于重庆。