固體地球物理學(xué)導(dǎo)論12課件

固體地球物理學(xué)概論課程主要內(nèi)容第一章序言第二章地球的起源、運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)第三章地球形狀、密度及重力場第四章地球的磁場第五章地球的電磁感應(yīng)和電性結(jié)構(gòu)第六章地球內(nèi)部的熱狀態(tài)與地?zé)釄鎏卣鞯谄哒碌厍騼?nèi)部的地震波場第八章地球內(nèi)部介質(zhì)的各向異性與地震層析成像第九章實(shí)驗(yàn)與計(jì)算地球物理第十章若干熱點(diǎn)問題第一章什么是地球物理?地球物理學(xué)研究那些內(nèi)容?地球物理與其他學(xué)科的關(guān)系.地球物理的發(fā)展地球物理對社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)第一章序言第一章固體地球物理學(xué)的學(xué)科分支重力學(xué)

地球的形狀、重力場的變化、物質(zhì)密度的變化與分布，等等地磁學(xué)

地磁場的分布和變化、地磁場的起源、地磁場的演變，等等地震學(xué)

地震發(fā)生機(jī)制與震源分布、地震波類型與傳播、地震預(yù)報(bào)，等等地?zé)釋W(xué)

地溫場的分布和變化、地?zé)嵩醇捌浞植?，地?zé)岬膫鞑?，等等地電學(xué)

地球電磁感應(yīng)特征和變化、地電結(jié)構(gòu)，等等第一章地球物理學(xué)與其它學(xué)科地球物理學(xué)是天文學(xué)、物理、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)之間的邊緣學(xué)科，是一個(gè)涉及多學(xué)科的、與其它學(xué)科相互交叉、相互滲透的學(xué)科。

數(shù)學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)是研究地球物理學(xué)三大基礎(chǔ)?，F(xiàn)代儀器技術(shù)、信息科學(xué)、運(yùn)載工具技術(shù)的發(fā)展，是推動(dòng)其發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。地球物理學(xué)已經(jīng)成為人類社會(huì)發(fā)展的不可缺少的科學(xué)。

應(yīng)用地球物理——資源勘察、災(zāi)害調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、工程檢測、軍事戰(zhàn)略……第一章地球物理學(xué)的發(fā)展

地球物理學(xué)從19世紀(jì)末到20本世紀(jì)初已形成體系，但對地球物理現(xiàn)象的觀察和探討，從遠(yuǎn)古就開始了。公元前六世紀(jì)，希臘人從亞那薩哥拉時(shí)代已把大地看成球體；公元前三世紀(jì)，古希臘的學(xué)者亞里士多德曾提出：運(yùn)動(dòng)物體的下落時(shí)間與其重量成比例；戰(zhàn)國時(shí)期，我國發(fā)明了指南針，并開始應(yīng)用于指引方向；公元三世紀(jì)我國東漢的地震學(xué)家張衡成功地進(jìn)行了地震觀測；公元八世紀(jì)，我國唐代的天文學(xué)家張遂(僧一行)獨(dú)立得出地球圓周長，其誤差約小于20％；……

公元16世紀(jì)以來，作為物理學(xué)中熱門，地球物理學(xué)得到較快的發(fā)展。伽利略從大量的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出：物體墜落的路徑與它經(jīng)歷的時(shí)間的平方成正比，而與物體自身的重量無關(guān)；里舍(在利用擺鐘從巴黎到南美進(jìn)行天文觀測時(shí)發(fā)現(xiàn)重力加速度在各地并非恒值；牛頓的萬有引力定律以及他推算的地球扁率；南斯拉大地震學(xué)家莫霍洛維奇在1909年研究阿爾卑斯地區(qū)的區(qū)域地震波震相時(shí)發(fā)現(xiàn)了地殼與地幔的分界面——莫霍(Moho)界斷面；……第一章地球物理學(xué)的研究方法

最初，地球物理學(xué)研究就是從對地球的觀測開始的，所以地球物理學(xué)研究是建立在對地球充分地觀測基礎(chǔ)進(jìn)行的。地球物理學(xué)研究方法可分為以下幾個(gè)方面：觀測方法研究數(shù)據(jù)分析與處理方法研究模擬真實(shí)對象的理論模型計(jì)算與實(shí)驗(yàn)推測真實(shí)對象反演計(jì)算第一章如何學(xué)好本課程閱讀參考書籍聽、記、問掌握基本概念領(lǐng)會(huì)分析問題和解決問題的方法了解數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用第一章第二章地球的起源、運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)太陽系及其組成與演化地球的轉(zhuǎn)動(dòng)與軌跡地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)地球內(nèi)部的物質(zhì)組成第二章大行星位置排列示意圖第二章小行星、彗星大行星衛(wèi)星圖片月球彗星小行星木星的衛(wèi)星第二章Distance(AU)Radius

(Earth's)Mass

(Earth's)Rotation

(Earth's)#Moons

Orbital

Inclination

Orbital

Eccentricity

Obliquity

Density

(g/cm3)Sun

0109332,80025.36*9---------1.410Mercury0.390.380.0558.8070.20560.1°5.43Venus0.720.950.8924403.3940.0068177.4°5.25Earth1.01.001.001.0010.0000.016723.45°5.52Mars1.50.530.111.02921.8500.093425.19°3.95Jupiter5.2113180.411161.3080.04833.12°1.33Saturn9.59950.428182.4880.056026.73°0.69Uranus19.24170.748150.7740.046197.86°1.29Neptune30.14170.80281.7740.009729.56°1.64Pluto39.50.180.0020.267117.150.2482119.6°2.03太陽系主要成員的基本特征2.1.2太陽系主要成員的基本特征

第二章軌道示意圖（一）第二章軌道示意圖（二）第二章軌道示意圖（三）第二章行星自轉(zhuǎn)示意圖第二章日冕：太陽大氣的最外層稀薄部分,由太陽表面伸展出數(shù)百萬公里,包含著鐵、鎳和其他氣體的極高度電離的原子,這表明溫度有幾百萬度,日全食時(shí)肉眼觀看它的外貌像是環(huán)繞月亮黑色圓盤的珍珠灰色光環(huán),但在其他時(shí)候要用日冕儀才可觀測到。日冕第二章太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖第二章水星及其表面圖片水星及其表面圖片第二章金星圖片金星圖片第二章航天飛機(jī)攝影圖片“非洲角”航天飛機(jī)攝影圖片“非洲角”第二章火星圖片火星圖片第二章木星圖片木星圖片第二章土星圖片土星圖片第二章天王星圖片天王星圖片第二章海王星圖片海王星圖片第二章冥王星圖片

冥王星圖片第二章隕石圖片隕石圖片第二章星云圖片星云圖片第二章2.1.3太陽系的起源

自從1775年康德根據(jù)牛頓的萬有引力定律提出星云說以來，先后出現(xiàn)了幾十種假說。歸結(jié)起來，主要有“災(zāi)變說”、“俘獲說”、“原始星云說”和“次生星云說”。

⑴災(zāi)變說災(zāi)變說認(rèn)為，太陽是先形成的，由于某個(gè)事件，如一個(gè)恒星與太陽相撞或距離很近時(shí)，從太陽中“拉出”一部分物質(zhì)，并賦予巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量，這些物質(zhì)后來逐漸形成了行星及其衛(wèi)星。⑵俘獲說（隕石說）俘獲說也是認(rèn)為太陽是先形成的，但與災(zāi)變說不同的是，它認(rèn)為原始行星物質(zhì)是來自其它星際，被太陽的引力俘獲而來的，如隕石。太陽系起源的假說（一）第二章

⑶原始星云說

原始星云說屬于‘漸變說”范疇。這種學(xué)說認(rèn)為，太陽系乃由同一原始星云物質(zhì)形成，行星和衛(wèi)星是由一度圍繞太陽的星云盤物質(zhì)凝聚而成的，并非某種偶然突變性事件的結(jié)果。1755年，康德根據(jù)牛頓的萬有引力定律，提出了關(guān)于太陽系起源的星云說。他認(rèn)為形成太陽系的物質(zhì)基礎(chǔ)是星云，即大團(tuán)的旋轉(zhuǎn)著的氣體和塵埃，形成太陽系的動(dòng)力是自引力，即星云各部分的相互吸引的引力。康德認(rèn)為處在混沌之中的宇宙初始物質(zhì)由于引力作用集結(jié)起來，更大的和更密集的一些質(zhì)點(diǎn)開始把周圍較小的和比較不密的質(zhì)點(diǎn)吸引過去，以后較小的物質(zhì)凝團(tuán)繼續(xù)向業(yè)已形成的中心體靠近，由于相撞使中心體獲得了更大的旋轉(zhuǎn)慣量和熱量，并產(chǎn)生了巨大的灼熱天體——太陽。隨著旋轉(zhuǎn)速度加大，大量微小塵埃物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)著的原始太陽的赤道上集中起來，形成了扁平的星云盤。之后，在星云盤的邊緣部分形成了物質(zhì)集中的中心，并從這些中心產(chǎn)生了行星和環(huán)繞行星的衛(wèi)星。在41年以后，拉普拉斯提出了和康德相似的“原始星云說”。

太陽系起源的假說（二）第二章在20世紀(jì)中葉出現(xiàn)的各種星云說中，霍伊爾(F．Hoyle)的學(xué)說較有代表性。霍氏認(rèn)為，太附系開始時(shí)是一團(tuán)凝縮的星云，溫度不高，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度因逐漸收縮而加快。當(dāng)初始的太陽星云收縮到現(xiàn)今水星軌道之內(nèi)不遠(yuǎn)處，就出現(xiàn)了自轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，星云外部不再收縮，兩極漸扁，物質(zhì)因此而拋出，形成一個(gè)環(huán)繞“原始太陽”的盤狀物，其質(zhì)量僅為太陽的百分之一。中心的“原始太陽”與圓盤脫離以后，繼續(xù)收縮，不再分裂，最后形成太陽。圓盤與太陽脫離后，質(zhì)量不再增加，最后形成行星。由于繼續(xù)收縮的太陽具有磁場，而圓盤星云內(nèi)有電離氣體，太陽與圓盤內(nèi)緣產(chǎn)生一種磁致力矩，使太陽的角動(dòng)量轉(zhuǎn)移給圓盤，因而由圓盤形成的行星具有較大的角動(dòng)量。在原始太陽從50倍太陽半徑收縮到1倍太陽半徑的過程中，表面溫度保持為3500度左右，在地球軌道附近地區(qū)，沸點(diǎn)低的揮發(fā)性物質(zhì)相繼逃逸，而不易揮發(fā)的鐵，鎂、硅等元素則凝聚為塵粒，通過碰撞粘合而形成塊狀物質(zhì)，直徑小于1米的固體留在類地行星的區(qū)域而形成類地行星。在木星、土星軌道附近的地區(qū)，沸點(diǎn)低的物質(zhì)可以保留，因而使得土星、木星的化學(xué)成分與原始星云以及太陽相近，H，He最多。在天王星、海王星的空間附近，由于逃逸速度小，H和He大部分逃逸，剩下的多為C，N，O與H2O等物質(zhì)。

太陽系起源的假說（二）(續(xù)）第二章太陽系起源的假說示意圖第二章太陽系起源的假說模擬動(dòng)畫1324第二章太陽系起源的假說模擬動(dòng)畫第二章2.2地球的轉(zhuǎn)動(dòng)與軌跡在廣闊的宇宙空間中，地球做為一個(gè)行星在不停地運(yùn)動(dòng)。它不僅繞著一條軸線自四向東自轉(zhuǎn)，同時(shí)也沿著近似圓形的軌道繞著太陽轉(zhuǎn)動(dòng)。由于日、月的吸引和地球慣量矩的季節(jié)性變化及其它目前還不甚清楚的原因，故地球的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是不均勻的。研究地球的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際上就是研究地球轉(zhuǎn)動(dòng)的不均勻性。地球旋轉(zhuǎn)軸叫地軸。地軸同地球表面的交點(diǎn)就是南北極。地軸的無限延長就是天軸。如果以地心為球心，以無限大為半徑構(gòu)成的球面叫天球，則天軸和天球的交點(diǎn)叫天極。地球的赤道面與天球的交線為天赤道，地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道叫黃道，月球繞地球公轉(zhuǎn)軌道叫白道。地球的轉(zhuǎn)動(dòng)第二章2.2.1地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，是地球諸多運(yùn)動(dòng)中最顯著的運(yùn)動(dòng)，這是一個(gè)天文學(xué)問題，也是一個(gè)地球物理學(xué)問題。在天文學(xué)中是將地球作為一顆行星，在太陽系的形成過程中，地球獲得的角動(dòng)量主要分配于地球繞太陽公轉(zhuǎn)、地一月轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)和地球的自轉(zhuǎn)中。⑴地球的自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)一周是一日。在天文學(xué)上日的定義有三種，即恒星日，太陽日和太陰日。恒星日是以恒星為參考點(diǎn)，太陽日和太陰日則是分別以太陽和月亮為參考點(diǎn)計(jì)算的一天的長度。如果把地球中心和一個(gè)遙遠(yuǎn)的恒星連成一線，那么地球自轉(zhuǎn)一周的過程中，這條直線要先后同地球的每一經(jīng)線相割。兩次相割同一經(jīng)線所需的時(shí)間，叫恒星日，如果這一直線是連結(jié)地球中心和太陽中心，那么，這一段時(shí)間就叫太陽日，如果這一直線是連結(jié)的地球中心和月球中心，這段時(shí)間就是太陰日。地球的自轉(zhuǎn)第二章恒星日是地球自轉(zhuǎn)的真正周期。因?yàn)楹阈堑奈恢迷谔烨蛏鲜枪潭ǖ?。而太陽日和太陰日則不然，它們不是地球自轉(zhuǎn)的真正周期，因?yàn)樘柡驮虑蛳鄬Φ厍蚴沁\(yùn)動(dòng)著的。由于太陽在天球上的運(yùn)動(dòng)是地球繞日公轉(zhuǎn)的反映。月球在天球上的運(yùn)動(dòng)是月球繞地公轉(zhuǎn)的反映。如果用24時(shí)00分表示一個(gè)恒星日的長度，那么太陽日的長度就是24時(shí)04分，太陰日的長度是24時(shí)54分。

地球的自轉(zhuǎn)（續(xù)）第二章

⑶地球公轉(zhuǎn)的軌跡地球在不停地自轉(zhuǎn)過程中帶著自己的衛(wèi)星——月球繞太陽公轉(zhuǎn)。嚴(yán)格地說來，地球所圍繞的并不是太陽或太陽中心，而是太陽和地球的共同質(zhì)量中心。據(jù)計(jì)算，這個(gè)共同的質(zhì)心距太陽的質(zhì)心僅450km。因此，可以把地球公轉(zhuǎn)說成地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)。地球公轉(zhuǎn)軌道是一個(gè)橢圓，其半長軸a=149.6×106km,半短軸b=149.579×106km，半焦距c=2.5×106km非常接近正圓。由于太陽位于地球公轉(zhuǎn)軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，因此地日距離的變化以一年為周期。十分明顯，參考點(diǎn)不同，一年的長度也不一樣。若把太陽中心和一個(gè)位于地球公轉(zhuǎn)軌道平面的恒星連成一直線，那么，地球兩度經(jīng)過這一直線的時(shí)間就是一恒星年。恒星年是地球公轉(zhuǎn)的真正周期。地球公轉(zhuǎn)及軌跡第二章除恒星年以外，在天文學(xué)上還有回歸年、近點(diǎn)年和食年等不同的定義。如以春分點(diǎn)，近日點(diǎn)和黃白交點(diǎn)(黃道和白道在天球上的交點(diǎn))為參考點(diǎn)，即得回歸年、近點(diǎn)年和食年。由于春分點(diǎn)，近點(diǎn)和黃白交點(diǎn)在天球上不是固定的，因此，以這些點(diǎn)為參考點(diǎn)所測得的年也不是地球公轉(zhuǎn)的真正周期。據(jù)測定恒星年:365日6時(shí)9分10秒；回歸年:365日5時(shí)48分46秒；近點(diǎn)年:365日6時(shí)12分53秒；

食年:346日14時(shí)52分53秒。地球公轉(zhuǎn)及軌跡（續(xù)）第二章地球的公轉(zhuǎn)與四季變化近日點(diǎn)遠(yuǎn)日點(diǎn)第二章地軸的進(jìn)動(dòng)2.2.2地軸的進(jìn)動(dòng)與章動(dòng)⑴地軸的進(jìn)動(dòng)月球軌道平面比較接近地球軌道平面，而黃平面和赤道面又有較大的交角。因此太陽和月球時(shí)而在地球赤道平面這邊，時(shí)而又在赤道平面那邊出現(xiàn)，這種對地球赤道隆起部分施加的不平衡的吸引力，特使地球以黃軸為軸作周期性的圓錐形運(yùn)動(dòng)，即所謂進(jìn)動(dòng)。由于地球自轉(zhuǎn)的方向是由西向東，因此地軸的進(jìn)動(dòng)的方向是由東向西。地軸進(jìn)動(dòng)的速度是每年50.26“，故地軸旋進(jìn)的周期為(36060‘60″/5.26”)25786(年)。這是一種極為緩慢的運(yùn)動(dòng)。由于地軸在不斷進(jìn)動(dòng)，所以其指向也在發(fā)生極其微小的變化，現(xiàn)在它指向北極星附近，公元13600年，它就會(huì)指向織女星。由于地軸在不斷進(jìn)動(dòng)，因而赤道平面的位置也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。其結(jié)果將導(dǎo)致春分、秋分、夏至和冬至四個(gè)點(diǎn)的改變，它們在黃道上也以每年50.26“的速度向西進(jìn)動(dòng)著。第二章地軸的進(jìn)動(dòng)軌跡示意圖第二章地軸的章動(dòng)⑵地軸的章動(dòng)研究表明，地軸這種象陀螺一樣以25786年為周期的旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)(或稱歲差)的主要原因是月球?qū)Φ厍虺嗟缆∑鸩糠炙┘拥奈?。但?shí)際上，太陽、月球和地球的位置是在不斷發(fā)生變化的。太陽每年兩次通過赤道，月亮每月兩次通過赤道，因而作用到地球上的引力十分復(fù)雜。由于這個(gè)緣故，在地軸長期的旋進(jìn)過程中，又在它原有位置上附加了一個(gè)短周期的擺動(dòng)，這個(gè)擺動(dòng)叫做章動(dòng)。章動(dòng)的周期為18.6年,也就是說，地軸的進(jìn)動(dòng)不是一個(gè)簡單的錐面，地軸沿錐面里外擺動(dòng)，使錐面帶上一個(gè)“荷花”式的花邊，其擺動(dòng)的振幅最大只不過9.206"。

第二章地軸的進(jìn)動(dòng)與章動(dòng)合成軌跡示意圖地軸進(jìn)動(dòng)軌跡地軸進(jìn)動(dòng)章動(dòng)合成軌跡地軸黃軸第二章地球的平動(dòng)

2.2.3地球的平動(dòng)地球一面不停地自轉(zhuǎn)，一面又帶著月球繞太陽公轉(zhuǎn)。而太陽本身除自轉(zhuǎn)外，義帶著它的行星族(包括地球)以每秒約20km的速度向織女星方向奔馳。地球隨整個(gè)太陽系在宇宙太空個(gè)不停地向前運(yùn)動(dòng)，即所謂平動(dòng)。從相對論的觀點(diǎn)來看,地球在宇宙太空中的運(yùn)動(dòng)并沒有到此為止。太陽系(包括地球)隨著它周圍的恒星群以大約每秒300km的速度繞銀河系的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，太陽系繞銀中心轉(zhuǎn)動(dòng)一周大約2億5千萬年。而銀河系本身又正以每秒600km的速度向長蛇星座運(yùn)動(dòng)……。

第二章2.3地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)

多年來對地球內(nèi)部的研究，在全球范圍內(nèi)已積累了豐富的資料，根據(jù)地震波速度的變異，地球內(nèi)部可概略地分為地殼、上、下地幔和內(nèi)、外地核幾個(gè)大的圈層，這些層圈之間都存在一個(gè)物性分界面，自外向內(nèi)可為：

殼幔界面 上下地幔之間的過渡層 幔核界面 內(nèi)外核邊界地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)第二章地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖第二章地球內(nèi)部圈層示意圖第二章地震資料揭示地球圈層結(jié)構(gòu)第二章地球圈層特征

(1)殼幔邊界在地殼下面30-60km深度處，P波速度從6-7km/s，跳到8km/s以上，它是地殼與地幔的分界面，這個(gè)界面是南斯拉大地震學(xué)家莫霍洛維奇(Mohorovicic)在1909年研究阿爾卑斯地區(qū)的區(qū)域地震P波震相時(shí)發(fā)現(xiàn)的，因此，這個(gè)界面又稱為莫霍間斷面(通常用Moho或M表示)。(2)上下地幔的過渡層從1956年開始澳大利亞地震學(xué)家布倫(Bullen)對地幔做了進(jìn)一步地分層的研究，認(rèn)為地幔由上地幔、過渡層（速度變化不均勻）和下地幔(速度變化均勻)組成。第二章地球圈層特征（續(xù)一）

(3)幔核邊界在地幔內(nèi)部，速度隨深度而增加，在大約2900km處，P波速度突然從13km/s下降到8km/s左右，在地球內(nèi)部出現(xiàn)第二大間斷面。這是美國的地震學(xué)家古登堡(Gutenberg)于1914年通過大量天然地震震相分析首先提出的，該界面又稱為古登堡界面。(4)內(nèi)外核邊界從2900km以下進(jìn)入地核，P波速度逐漸回升，S波速度因不能通過而恒為零，直到大約5300km深處．S波才出現(xiàn)，P波速度也呈現(xiàn)明顯跳躍，成為地球內(nèi)部的第三大間斷面。從而可見，外核物質(zhì)為液態(tài)，內(nèi)核物質(zhì)則為固態(tài)。這是丹麥地震學(xué)家萊曼(Lehmann)女士在1936年首先發(fā)現(xiàn)的，并記為L面。第二章地球圈層特征（續(xù)二）

上述地球分層，即主要簡單的劃分，從本世紀(jì)開始至50年代已大體確定，而且習(xí)慣上采用A-G字母廣以命名：A(地殼)，B(上地幔)，C(過渡層)，D(下地幔)，E(外核)，F(xiàn)間斷面，G(內(nèi)核)。最近30年來，對地球結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)逐步深入，目前在橫向變化、非彈性和各向異性諸方面的研究不斷深化，使地球模型逐漸發(fā)展和完善。在地球分層模型的發(fā)展過程中，曾先后出現(xiàn)佐普列茲蓋格模型，杰弗里斯模型，古登堡(Gutenberg)模型，布倫(Bullen)模型，安德森—哈特模型以及初步地球參考模型(PREM)。這些模型彼此有聯(lián)系，也有一些區(qū)別，其中布倫模型和初步地球參考模型，使用較廣。第二章地球圈層模型參數(shù)第二章地球內(nèi)部物質(zhì)組成2.4地球內(nèi)部物質(zhì)組成目前，許多學(xué)者都是借助于宇宙的豐度和已知的觀測事實(shí)，以及地球物理資料來構(gòu)筑地球物質(zhì)模型，主要考慮以下四個(gè)方面：①地球作為宇宙天體的一個(gè)成員并由宇宙物質(zhì)演化而來，地球的元素豐度應(yīng)與宇宙的元素豐度大致相同，因此可以根據(jù)宇宙豐度構(gòu)成地球基本成分的簡單模型；②地球基本成分及其分布必須符合深部地震資料所反映的物質(zhì)密度、波速等物理參數(shù)；③地球成分分布必須與地球總的質(zhì)量和慣性矩相協(xié)調(diào)；④地球元素分布必須符合地球內(nèi)部溫度、壓力分布的狀況。

第二章地殼物質(zhì)組成

2.4.1地殼物質(zhì)組成根據(jù)礦物學(xué)研究，長石(鉀長石、斜長石)是地殼中最豐富的礦物，其次是石英和含結(jié)晶水的礦物。地殼平均密度約為2.7-2.8g/cm3，基于較富集礦物的速度和Vs/Vp比值的差異，故利用地震波的速度便可以有效地進(jìn)行判別。由于蛇紋石化作用，橄欖石的波速可降低，在下地殼中蛇紋石化的超鎂鐵巖是一種不穩(wěn)定因素，有一些地區(qū)的Moho界面可能不在玄武巖層的底部，而是在上地幔頂部的蛇紋石化帶底部。海洋和大陸地殼成分有所不同。大陸地殼含石英和長石較豐富，故大陸地殼內(nèi)部密度一般小于海洋地殼。若Moho界面是巖石學(xué)界面，即為硅鋁質(zhì)的或鎂鐵質(zhì)的陸殼巖石與超鐵鎂巖的地幔巖石之間的邊界。若Moho界面是化學(xué)分界面，地殼最大厚度可能出現(xiàn)在玄武榴輝巖的邊界處，由此，可以把一個(gè)相位間斷面(玄武一榴輝巖)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)間斷面(玄武一橄欖巖)。第二章地幔物質(zhì)組成

2.4.2地幔物質(zhì)組成地幔的最上部也由堅(jiān)硬的硅酸鹽巖石組成，它們和地殼一起構(gòu)成了地球的巖石圈。目前人類還不能取回深度超過13km的任何物質(zhì)樣品。除了幔源巖漿及其所攜帶的少量地幔巖石（可給地球科學(xué)家提供最深達(dá)約200km深處的物質(zhì)）樣品外，直接研究地幔(及其以下部分)的愿望并未實(shí)現(xiàn)。巖石圈地慢中的最重要的礦物是鎂硅酸鹽和鋁硅鞍鹽兩大類，局部可能有氧化物或硫化礦物聚集，正常地幔中基本無含水礦物。其中，鎂硅酸鹽礦物的結(jié)構(gòu)變化能反映地幔不同部位的壓力條件。

第二章地幔物質(zhì)組成（續(xù)一）(1)上地幔根據(jù)地球物理資料和高溫高壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果，巖石圈地幔的硅酸鹽礦物應(yīng)為橄欖石，大洋下已觀測到的橄欖石，在上地幔的溫度壓力條件下，橄欖石、斜方輝石和單斜輝石是穩(wěn)定的，因而，認(rèn)為上地幔頂部可以看成是橄欖石和輝石的集合體。巖石圈地幔底界變化于60~220km深處，其下有一個(gè)地震波的低速層，無疑是高熱梯度區(qū)。在高溫條件下壓力效應(yīng)將被忽略，導(dǎo)致波速隨深度增加面減小。較多學(xué)者用部分熔融或斷層來解釋低速帶的成因，認(rèn)為它可能是大部分拉斑玄武巖聚集區(qū)，對于上覆巖石圈構(gòu)造演化有重要影響。220~400km深度的上地幔下部物質(zhì)又變得致密、剛性，溫度也回歸正常增長范圍。是固相超鐵鎂質(zhì)和鐵鎂質(zhì)巖石，也是大量堿性玄武巖巖漿的形成區(qū)。

第二章地幔物質(zhì)組成（續(xù)二）(2)過渡層地幔中在400km和670km深處存在兩個(gè)不連續(xù)面，其間稱為地幔過渡層。在400km深度的溫度和壓力條件下，斜方晶系的橄欖石變成等軸晶系的尖晶石，密度增加約60％。至600km處，尖晶石分解成更重的氧化物，如方鎂石(MgO)、方鐵礦(FeO))和斯石英(一種比重達(dá)到4.28的高密石英)。(3)下地幔下地幔中物質(zhì)結(jié)構(gòu)不再變化，地震波速度的平緩增加也可用物質(zhì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)壓縮成較