Question

岩石圈的组成和结构

Answer 1

一般认为，岩石圈包括整个地壳和上地幔的一部分，厚度在120km上下。通过地震波（P波与S波）及其他物理方法探测发现，岩石圈在沿地球半径方向上被两个明显的界面（地震波速不连续面）所分隔，上一个界面为康拉德面，下面一个界面为莫霍面。莫霍面将岩石圈分为地幔和地壳两大部分；康拉德面又将地壳分为上地壳和下地壳两部分。上地壳主要发育在大陆岩石圈，大洋岩石圈上基本不存在。岩石圈垂向上的结构可简示为表3-1。大洋岩石圈与大陆岩石圈的组成及结构有所不同，现简述如下。

表3-1 岩石圈结构简表

（一）大洋岩石圈的结构和组成

对大洋岩石圈的成分和结构认识主要是通过海洋钻探、洋底取样、对海洋玄武岩和海洋沉积物及蛇绿岩剖面的研究以及地球物理探测来获得的。同陆壳相比，洋壳较薄，一般在0～10km之间。多数人认为，它是由玄武质层加上不厚的（1～2km）海洋沉积层构成，从上至下分别为：海洋沉积物——洋底玄武岩——席状岩墙带——辉长岩及超镁铁堆积岩——上地幔顶部变形橄榄岩。而莫霍面是基性洋壳与上地幔橄榄岩之间的化学界面。

洋壳主要由洋底玄武岩组成，它是一种在全球范围内成分较均一的低K₂O、TiO₂、LREE及其他不相容元素，特别低Rb/Sr比和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始值的拉斑玄武岩，来源于“亏损型”地幔。除洋底玄武岩以外，构成洋壳的还有部分洋岛玄武岩，它是一套岩性比较复杂的富轻稀土及不相容元素、碱度较高的碱性玄武岩与拉斑玄武岩的组合，分布于大洋板块内部的洋岛中，来源于“未亏损型”或“富集型”地幔。

（二）大陆岩石圈的结构和组成

大陆的上地壳主要由沉积岩及花岗岩类组成，为浅变质富含水的“湿”的绿片岩相。中地壳由相当于混合岩的物质组成，富含钾、钍、铀，为含水的“湿”的角闪岩相。下地壳是由麻粒岩相组成的富含CO₂的“干”变质作用带，其中，下地壳上部主要由长英质麻粒岩组成；下地壳底部主要由镁铁质麻粒岩组成，其化学成分接近于幔源玄武岩。广泛分布的花岗岩类侵入体大多限于深为20km以上的中、上地壳内。K.H.Wedepohl于1995年提出了欧洲大陆的地壳结构模型（图3-1）。

图3-1 欧洲大陆地壳结构模式

（三）上地幔组成和结构

上地幔的物质组成是通过对天体化学、地球物理、地球化学及地幔岩石学的研究而获得的，其岩石成分主要是超镁铁岩和镁铁岩类，包括二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和橄榄拉斑玄武岩。上地幔的岩石和化学成分是不均一的，其原因可能既有地球初始形成时原始陨集物质（星子体）的差别，又有地球生成后演化过程中构造—物质运动的不均一性。路凤香曾据地幔岩石学研究并参考地球物理资料，初步提出中国东部上地幔的岩石结构模型（图3-2），从上而下划分为：

①莫氏面以上的深部地壳：主要由中基性麻粒岩构成，莫氏面自东北向东南沿海逐渐变浅；②上地幔最上部：莫氏面至软圈顶部，自北向南有变薄趋势，以尖晶石二辉橄榄岩为主，靠下部有流体交代作用形成含金云母或含角闪石的橄榄岩；③上地幔软流圈：以尖晶石橄榄岩为主，夹有辉石岩条带及透镜体，具高温塑性变形，交代作用发育。在华北和东南沿海地区出现石榴石二辉橄榄岩；④方辉橄榄岩及二辉橄榄岩互层：两种橄榄岩呈互层出现，被认为是地球早期阶段一次较广泛的熔融作用的残余，由于方辉橄榄岩熔点高于二辉橄榄岩，形成熔融作用的隔挡层，也可能相当于软流层底界的位置。

近年来的研究表明，岩石圈内部的构造和变形是不均匀的，并且随温度、压力的改变而改变。这些变化在板块边界区表现得更为明显。以25～200km深度的俯冲带为例，通过热模拟和地震层析可以确定地幔楔和俯冲板块上部的湿度和水化条件。通过地震台网的系统观测可以获取地壳和岩石圈地幔结构的详细图像。初步研究表明，俯冲带存在着明显的分段性，每一段落的物质组成、状态及温度、压力条件都有显著差异。

图3-2 中国东部上地幔结构剖面

大量的反射地震资料显示，陆壳的结构形式多样，随大地构造背景差异而不同。在地盾和地台区相对简单，在地槽区则在横向和纵向上都不均一，经历了多期的挤压和伸展的交替变化。逆冲岩片发育，以不同的方式相互叠置，显示出存在多个内部低速层的多层状反射体的形态。

大陆地壳和岩石圈地幔的不均一性主要表现在各种板块边界带，反映在地质、地球化学和地球物理的多个方面。在这些边界带中，构造运动强烈，物质和能量的交换显著，成岩和成矿作用活跃，常是主要成矿区（带）的所在地。