03 地球的物理性质和圈层结构.pptx

第1页：普通地质学课程封面

《普通地质学》课程课件封面，英文副标题为 Introduction of Physical Geology。

第2页：第二章习题回顾

本页为上一讲习题回顾，包含四道复习题。

1. 确定相对地质年代的方法？
2. 地层层序律、化石层序律。
3. 如何判断地层是否发生倒转？
4. 地质年代表 / 年代地层表。

习题附 A、B、C、D 选项。

第3页：地球的物理性质和圈层结构

本份课件围绕三条主线展开：

1. 地球的形状和大小
2. 地球的内部圈层
3. 地球的物理性质

第4页：地球的形状和大小

「天道圜，地道方。圣王法之，所以立上下。」——公元前 3 世纪《吕氏春秋》。

日月交替，东升西降，变换有序。如果大地是一个平面，日月星辰落到何处呢？板状的大地靠什么依托？大地的另一面又是什么样子？

第5页：月食显示的圆形与船只驶进时桅杆先出现

月食显示的圆形与船只驶进时桅杆先出现的现象，是古人判断地球形状为球形的两类直观证据。

第6页：埃拉托色尼指出地球呈球形并计算大致半径

古希腊人埃拉托色尼（Eratosthenes，约前 276—前 196）指出地球呈球形，并计算了大致半径约 920 km（注：原文如此，现代值为约 6371 km，相差一个数量级）。

第7页：斯普特尼克1号与完整的地球图像

1957 年 10 月 4 日，苏联成功发射「斯普特尼克」1 号人造卫星，人类第一次从太空中看到了完整的地球图像。

第8页：大地水准面（geoid）与地球半径

大地水准面（geoid）：指由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。

• 赤道半径略长，两极半径略短，南北半球也不对称（南凹北凸），表面凹凸不平，为不规则的旋转椭球体。
• 基本上仍是一个圆球。

第9页：地球圈层结构

地球圈层结构分为内圈与外圈：

• 内圈：地壳、地幔、地核
• 外圈：生物圈、大气圈、水圈

圈层划分的关键界面为莫霍面与古登堡面。

第10页：最深的钻井与亚洲第一深井

• 俄罗斯科拉半岛上的科拉 3 井（1970—1992），井深 12260 m，是世界上目前最深的钻井。
• 2006 年 7 月 12 日，中国西北部新疆塔河油田塔深 1 井完工，为亚洲第一深井，井深 8408 m。

第11页：唐山地震与地震波

Tangshan Earthquake, 1976.7.28。

地震波：地震所激发出的弹性波，是认识地球内部圈层的重要工具。

第12页：纵波（P波）与横波（S波）

体波：地震时从震源发出并能在地球内部各方向传播的弹性波，包括地震纵波和横波。

第13页：面波的形成与特点

面波：S 波和 P 波在地表相遇激发产生的一种弹性波，仅沿地表面或弹性分界面传播，不能传入地下。

特点：波长大、振幅大、传播慢、破坏性最大。

第14页：地震波在介质中的折射与反射

当地震波从一种介质进入另一种介质时，会出现折射或反射现象。如果地震波的传播沿着弯曲的路径，则表示沿途介质的性质在发生逐渐的改变。

实际上，地震波在地球内部的传播，既沿着曲线的路径，又有突变的现象。由震源所发出的 P 波与 S 波都应沿着直线传播，传播速度也应基本稳定。

第15页：地球内部结构与地震波速的变化

地球内部结构与地震波速的变化：共有七个显著的地震波速不连续界面，其中两个最为明显（即莫霍面与古登堡面）。

第16页：莫霍洛维奇面（莫霍面）

• 最先由南斯拉夫学者莫霍洛维奇（A. Mohorovičić，1857—1936）于 1909 年发现。
• 在莫霍面上下，纵波速度从 7.0 km/s 迅速增加到 8.1 km/s 左右；横波速度则从 4.2 km/s 增加到 4.4 km/s 左右。
• 莫霍面出现的深度：大陆下平均为 33 km，大洋下平均仅为 7 km。
• 莫霍面之上称为地壳。

第17页：地壳的组成与参数

• 体积约为地球的 1.55％，质量约占地球的 0.8％。
• 密度达 2.6～2.9 g/cm³。
• 由固态岩石组成，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类岩石，是地学主要的研究对象。

第18页：地壳的双层结构与康拉德面

地壳以康拉德面为界分为上下两层（硅铝层、硅镁层）。

康拉德面：位于地壳内部，表现为纵波速度由 6 km/s 突变为 6.6 km/s，由此推断地壳分为密度不同的上、下两层，上层为花岗岩层（硅铝层），下层为玄武岩层（硅镁层）。

第19页：地壳结构示意图

大陆地壳：上层为硅铝层（花岗岩质层），下层为硅镁层（玄武岩质层）；大洋地壳缺失硅铝层，只有玄武岩质层。

第20页：古登堡面

• 1914 年由美籍德裔学者古登堡（B. Gutenberg，1889—1960）发现。
• 在此不连续面上下，纵波速度由 13.64 km/s 突然降低为 7.98 km/s；横波速度从 7.23 km/s 到突然消失。
• 该界面位于地下 2885 km 处。
• 莫霍面之下到古登堡面之间称为地幔，此界面之下到地心称为地核。

第21页：地幔的厚度与分层

• 厚度约 2850 km，占地球体积的 82.3％，质量的 67.8％，是地球的主体部分。
• 地震波中的横波可以穿过整个地幔，说明地幔应由固态的岩石组成。
• 650 km 处地震波次级不连续面将地幔分为上、下地幔。

第22页：软流圈与岩石圈

• 在上地幔内部存在一个地震波的低速层，深度一般在地表之下 60 km—250 km 之间。
• 低速层的上下并没有明显的界面，地震波速表现为渐变的特征；低速层后来被命名为软流圈。
• 软流圈以上，岩石强度较大的部分（包括地壳和上地幔顶部）称为岩石圈。

第23页：地核的组成与分层

• 体积约为地球的 16.2％，质量约占地球的 31.3％，密度达 9.98～12.5 g/cm³。
• 成分以铁镍合金为主，一般认为地核还可能含有 10～15％ 的硅、硫化物。

第24页：地球的内部圈层划分小结

本页为「地球的内部圈层」内容小结页，标注★圈层划分，回顾内部圈层的划分依据与界面。

第25页：地球的质量与密度

• 地球的质量 5.98×10²⁴ kg，平均密度为 5.516 g/cm³。
• 地表岩石平均密度仅为 2.7～2.8 g/cm³，说明地球内部物质密度一定大于地球平均密度。

第26页：地球的弹塑性

弹性表现：（1）能传播地震波；（2）固体潮——地表的固体岩石在日、月引力的作用下也有交替的涨落现象，其幅度为 7—15 cm。

塑性表现：（1）地球为椭球体；（2）岩层褶皱。

第27页：振荡性与黏性

地球内部物质同时表现出振荡性与黏性。

第28页：重力与地心引力、离心力

地球表面某点的重力是该点所受地心引力和地球自转产生的离心力的合力。重力与质量成正比、与距离成反比，作用方向指向地心。

重力值随纬度的增加而增加，随高度的增加而减少。因为离心作用仅是地心引力的 0.3％，所以地球上的重力基本上就是地球的引力。

第29页：正常重力与重力异常

• 十分接近地球大地水准面形状的扁球体代表地球。
• 地球内部的物质成同心层状分布，每一层密度均匀。
• 地面观测点不在大地水准面上，剩余物质产生附加重力值。
• 地内物质密度分布不均匀。

正常重力：以大地水准面为基准计算出的重力值，只与纬度有关。重力异常：实测重力值与理论重力值的差异。

第30页：重力异常与找矿勘探

自由空气异常：经过高度校正的重力异常。

布格重力异常：经过高度和剩余物质校正的重力异常，与地壳厚度存在很好的相关关系，对找矿勘探有重要意义。

第31页：重力均衡与两种补偿模式

密度补偿模式（普拉特均衡模式）：岩石柱密度不同，补偿面高程相同。

深部补偿模式（艾里均衡模式）：岩石柱密度相同，补偿面高程不同。

区域重力异常与地壳厚度及莫霍面起伏具有相关性。重力均衡：地壳物质为适应重力的作用，总是力求与其更深部的物质之间达到质量或重量上的平衡状态的现象。

实际补偿方式 = 密度补偿（37%）+ 深部补偿（63%）。

第32页：地球内部的压力

地球内部的压力是由该处上覆地球物质的总重量产生的静岩压力。地球内部压力随深度加大而增高。

第33页：地磁场与磁性要素

地磁场：地球周围存在着的磁场。

• 地磁轴与地球自转轴并不重合，二者约呈 11.5° 的交角。
• 地磁极的位置不固定，呈逐年的变化，围绕地理极附近进行着缓慢的迁移。
• 磁子午线与地理子午线的交角称为磁偏角。
• 磁针在赤道附近为水平，向高纬度方向移动时磁针发生倾斜，与水平面之间形成磁倾角。

第34页：地磁场起源成因与居里温度

地磁场起源成因的三种假说：铁磁体假说、热电假说、双圆盘发动机假说。

由放射性发现者居里夫人的丈夫比埃尔·居里在 1895 年所做的实验发现：磁性体加热到一定温度（400—700℃ 左右），磁性就会完全丧失，这一温度已被命名为居里温度；反之，由高温降到居里温度时，磁性物质会恢复磁性。

第35页：岩石中的古地磁与地磁翻转

岩浆岩由高温的岩浆冷凝而成。当岩浆温度降低到居里温度时，岩石中的磁性物质会在当时的地磁场中被永久磁化而带上磁性。

地磁翻转：地磁异常带的正负异常对应于当时古地磁场的正反方向变化，是地磁场方向转变的历史记录。

第36页：地球的温度分层与地温梯度

内热层中深度每增加 100 m 所升高的温度数值，称地温梯度（地热增温率）；温度每升高 1℃ 所增加的深度，称地温深度（地热增温级）。地球表层平均地温梯度为 3℃；海底一般为 4—8℃，大陆为 0.9—5℃。

第37页：地球内部温度推算结果

若都用地表附近的地温梯度推算地球深部温度，则地壳底部将为 900℃，核幔边界将达 86,000℃，到地心将高达 192,100℃——据此产生「地心熔融或气化」「发生热核反应」等疑问。地球内部温度比较公认的推算结果如下：

第38页：地球内部的能量来源

地球内部能量的主要来源包括：太阳辐射、重力作用、放射性元素衰变、地球自转的动能、化学作用。

第39页：The End

The End ——《普通地质学》本份课件完结。