元素在地球各圈层中的分布.ppt

第二章 元素在地球各圈层中的分布 研究地球内部结构、 组成的方法： 1、地球物理: 依据地 震波(P波和S波)在地球 内部传播速度的变化， 确定地球内部由若干不 同速度的圈层组成。 地球除了大气圈、水圈和生物圈外自表层向内部分三个圈层：地 壳、地幔和地 核。 第一节 地球的圈层结构和组成 第一节 地 球的圈层结构和组成 一、地壳的结构与组成 （一）大陆地壳 1 大陆地壳的结构 大陆地壳一般以地震康拉德面为界划分 出上地壳和下地壳。 ① 上地壳 P波速度多为5.8-6.4km/s 相当于酸性火成岩和酸性变质 岩的波速。 但根据地表岩石加权计酸的平均 化学成分接近花岗闪长岩。 ② 下地壳 康拉德面到莫霍面 P波速多介于6.5-7.2 km/s，满足这一波 速范围的岩石类型较多，在含水条件下， 温度低于600℃时，主要为基性斜长角闪 岩和角闪岩类；相对干条件下稳定的岩 石类型为麻粒岩和石榴石粒变岩，大于50 公里范围内，则以榴辉岩相岩石为主。 目前研究结果倾向于: 下地壳的平均化学 成分相当于偏镁铁质的中性岩。在不同构 造背景下，岩石组合可有较大差别。 大陆超深钻探成果表明，上下地壳之间岩 石组合并无截然的界面，而是复杂的交错 和渗透关系。 第一节 地 球的圈层结构和组成 2 大陆地壳的化学组成 目前常采用两类方法计算地壳平均成分 （1）用细碎屑沉积物代表陆壳平均成分 （2）用地表各类岩石的加权平均成分，按一定的陆壳结构模型计算平均地壳成分。 不同陆壳结构模型计算出的大陆平均地壳成分存在一定差异。 研究地壳组成的意义 研究地壳平均成分的意义: 地球演化进程与能量衰减 原始地壳成因 上下地壳演化过程、地壳生长、地壳物质的再循环、底侵、拆沉作用等。 第一节 地球的圈层结构和组成 （二）大洋地壳 1、洋壳结构： 现代大洋地壳厚度约5-10公里 洋壳剖面：远洋沉积物→洋底玄武岩、席状岩墙群→辉长岩+超镁铁堆积岩+地幔橄榄岩。 洋壳的地球物理特征 （1）海洋沉积物P波速度2.0km/s （2）玄武岩和席状岩墙, P波速度4.5- 5.5km/s 密度2.55g/cm3. （3）辉长岩和超镁铁堆积岩平均厚5km P波速度6.5-7.1km/s 密度2.88g/cm3 （4）莫霍面以下为变形橄榄岩 P波8.1km/s 密度3.33g/cm3 2、洋壳化学组成 洋壳以拉斑玄武质成分为主体，化学成分 中碱金属含量低，K2O仅为陆壳的1/7 比陆壳贫硅、碱金属，而富镁铁。 洋底热水沉积作用极其发育，是许多金属 成矿的重要场所。 二、地幔和地核 （1）400公里P波速不连续面 地幔过渡带顶界 （2）670公里P波速不连续面 上地幔底界 （3）2900公里P波不连续面、 S波停止传播核幔边界 （4）2900-4640公里P波为8.1-8.9 km/s S波不通过 为流体状态的外核 （5）4640-5155公里P波增大10.4 km/s 流体外核和固体内核的过渡层 （6）5155-地心（6371） P波速度增大为11.0-11.3 km/s 地核以Fe Ni合金为主 含少量Si=7.35% S（2.30%） O（4.10%）等轻元素 三、岩石圈及上地幔结构的不均一性 现代地球物理研究表明，地幔存在横向和垂向的不均一性。 1 古老地台 地幔顶部波速大 达8.2-8.3 km/s 岩石 圈地幔厚度大 软流圈极弱或不存在 2 年轻地台 地幔顶部波速为7.9-8.1 km/s 具有正常软流圈 3 大陆裂谷 地幔顶部波速接近8 km/s ，软流圈波速低 厚度大，整个岩石圈都薄，出现大量玄武岩 4 年轻造山带 地壳厚，岩石圈地幔薄，出现巨量花岗岩。 (五) 地幔中的相变 实验表明： （1）约330公里处，地幔组成中发生辉石（含量29%）向石榴石结构转化（密度增加2.5%），约370公里，橄榄石（含量55%）向尖晶石-β-M2SiO4转变（密度增加，由3.38 g/cm3增大到3.63g/cm3） （2）670公里不连续面出现方镁石，斯石英 并发生石榴石结构向钛铁矿转变，尖晶石和β相镁硅酸盐向钙钛矿结构转变，岩石密度增大 (3.63增大到4.03 g/cm3) （3）1000公里深矿物转化为比复杂氧化物更致密的相（冲击实验外推结果）。 (六) 地幔岩模型 实验结果证实地幔中速度不连续界面主要是相变作用的结果，而不是化学界面，支持了地幔岩的模型思想。 （1）橄榄岩地