中间缺少一级不连续面,说明地幔物质较地壳具有很大的均匀性。但是,在 约400km和约1000km深处各有一个次一级不连续面存在,即拜尔勒面和雷 波蒂面(表1-4),并据此划分为B、C、D层。由此可见,地幔物质又具有 定的分异作用。目前,一般以1000km为界,把地幔分为上地幔和下地幔 1.上地幔由于震波数值和在橄榄岩中实验所得的数值相似,所以也称 橄榄岩层,又称榴辉岩层。橄榄岩的成分和广泛分布的石陨石(又称球粒陨 石)相似,和地壳相比,Si02成分减少,镁铁成分增加 上地幔包括B、C两层,其中B层又可分成B′和B两层。位于莫霍面 以下的B′层,相当于固态的橄榄岩层,故通常把这一层加上地壳(即A+B ′)合称为岩石圈。 在深度60—400km范围内,震波速度明显下降,特别是在100-150km 深度左右下降更多,这一层称为古登堡低速层(相当B′层)。所以如此 般认为在这一层可能有部分熔融,具有较大的塑性或潜柔性,因此又称为 软流圈。软流圈的深度、厚度和范围常随地而异,边界有起伏变化,有时呈 渐变关系。软流圈的温度大约为700-1600℃C,这里可能是岩浆的主要发源 地,同时地壳运动、岩浆活动、火山活动以及热对流等皆可能与此层有关 上地幔下部(C层)也有次一级不连续面,具体情况有待于继续探索。 中、深源地震(最深可达720km)的震源皆发生在上地幔中。因此,对上地 幔的研究日益受到国际上的重视,是固体地球物理学国际合作研究计划之 。为了进一步探索地球深部,1960年曾提出“上地幔计划”,于1970年 结束,对研究上地幔地球物理起了很大的推动作用。 2.下地幔(D层)这一层物质密度较大,一般在5g/cm3以上,在底 界接近地球的平均密度,压力可达1.5×1011a。化学成分目前认为仍然相 当于镁铁的硅酸盐矿物,与上地幔无甚差别。但由于这里压力很大,这些硅 酸盐矿物可能形成晶体结构紧密的高密度矿物。 由于纵波和横波都能在地幔通过,因此一般认为地幔呈固态存在。 (三)地核 位于深2900km古登堡面以下直到地心部分称地核。由于震波速度在这 一部分发生了突然变化,即纵波速度从每秒13.32km下降到8.1km,横波则 消失,表明组成地核物质的化学成分和物理性质等有了很大的变化。 根据地震纵波的变化情况(表1-4),地核又可分为外核(E层)、过 渡层(F层)和内核(G层)。 据推测,地核物质非常致密,密度9.7-13g/cm3,地核总质量为1.88 ×1021t,占整个地球质量的31.5%;压力可达3.0-3.6×1011a;温度为 3000℃C,最高可能达5000℃或稍高。 外核由于只有P波才能通过,呈液态。过渡层和内核有S波出现,呈固 态。关于地核的成分,很早就认为是铁镍成分,相当于铁陨石的成分,称为 铁镍地核说。后来有人认为组成地核的物质也是硅酸盐,但在高温高压下
中间缺少一级不连续面，说明地幔物质较地壳具有很大的均匀性。但是，在 约 400km 和约 1000km 深处各有一个次一级不连续面存在，即拜尔勒面和雷 波蒂面（表 1-4），并据此划分为 B、C、D 层。由此可见，地幔物质又具有 一定的分异作用。目前，一般以 1000km 为界，把地幔分为上地幔和下地幔。 1.上地幔 由于震波数值和在橄榄岩中实验所得的数值相似，所以也称 橄榄岩层，又称榴辉岩层。橄榄岩的成分和广泛分布的石陨石（又称球粒陨 石）相似，和地壳相比，SiO2成分减少，镁铁成分增加。 上地幔包括 B、C 两层，其中 B 层又可分成 B′和 B″两层。位于莫霍面 以下的 B′层，相当于固态的橄榄岩层，故通常把这一层加上地壳（即 A+B ′）合称为岩石圈。 在深度 60—400km 范围内，震波速度明显下降，特别是在 100—150km 深度左右下降更多，这一层称为古登堡低速层（相当 B″层）。所以如此， 一般认为在这一层可能有部分熔融，具有较大的塑性或潜柔性，因此又称为 软流圈。软流圈的深度、厚度和范围常随地而异，边界有起伏变化，有时呈 渐变关系。软流圈的温度大约为 700—1600℃，这里可能是岩浆的主要发源 地，同时地壳运动、岩浆活动、火山活动以及热对流等皆可能与此层有关。 上地幔下部（C 层）也有次一级不连续面，具体情况有待于继续探索。 中、深源地震（最深可达 720km）的震源皆发生在上地幔中。因此，对上地 幔的研究日益受到国际上的重视，是固体地球物理学国际合作研究计划之 一。为了进一步探索地球深部，1960 年曾提出“上地幔计划”，于 1970 年 结束，对研究上地幔地球物理起了很大的推动作用。 2.下地幔（D 层） 这一层物质密度较大，一般在 5g/cm3 以上，在底 界接近地球的平均密度，压力可达 1.5×1011Pa。化学成分目前认为仍然相 当于镁铁的硅酸盐矿物，与上地幔无甚差别。但由于这里压力很大，这些硅 酸盐矿物可能形成晶体结构紧密的高密度矿物。 由于纵波和横波都能在地幔通过，因此一般认为地幔呈固态存在。 （三）地核 位于深 2900km 古登堡面以下直到地心部分称地核。由于震波速度在这 一部分发生了突然变化，即纵波速度从每秒 13.32km 下降到 8.1km，横波则 消失，表明组成地核物质的化学成分和物理性质等有了很大的变化。 根据地震纵波的变化情况（表 1-4），地核又可分为外核（E 层）、过 渡层（F 层）和内核（G 层）。 据推测，地核物质非常致密，密度 9.7—13g/cm3，地核总质量为 1.88 ×1021t，占整个地球质量的 31.5％；压力可达 3.0—3.6×1011Pa；温度为 3000℃，最高可能达 5000℃或稍高。 外核由于只有 P 波才能通过，呈液态。过渡层和内核有 S 波出现，呈固 态。关于地核的成分，很早就认为是铁镍成分，相当于铁陨石的成分，称为 铁镍地核说。后来有人认为组成地核的物质也是硅酸盐，但在高温高压下
原子结构受到破坏,使各元素原子中的电子游离出来,好像原子核融于电子 之中,具有很大的密度,又具有良好的导电性,成为具有金属特性和液体特 性的物质,这称为压力电离现象,这种物质状态称超固态。近来又提出了更 新的看法。目前借助于冲击波的动力研究,已经能够进行超过地心压力的实 验。据实验,在5×1011Pa的超高压情况下,并不产生硅酸盐的金属化,即 压力电离现象;同时,可以求得在超高压下物质密度与压力的关系以及相当 的P波速度值,实验结果表明P波速度相当于铁族金属。因此,对上述硅酸 盐金属化的假设提出了怀疑,而重新肯定了铁镍地核说。其中可能还存在 些硅、硫等较轻的元素。 关于地核的形状也是科学家们所关注的问题。最近美国哈佛大学的地球 物理学家根据地震波在地球内部传播情况的监测和分析,发现地震波在包含 地球自转轴的平面方向容易穿透地核,而在与地球自转轴垂直的赤道平面则 较难穿透地核,从而提岀地核形状接近于圆柱体的形状,其中轴线与地球的 自转轴重合。当然这样的问题有待于不断深入论证
原子结构受到破坏，使各元素原子中的电子游离出来，好像原子核融于电子 之中，具有很大的密度，又具有良好的导电性，成为具有金属特性和液体特 性的物质，这称为压力电离现象，这种物质状态称超固态。近来又提出了更 新的看法。目前借助于冲击波的动力研究，已经能够进行超过地心压力的实 验。据实验，在 5×1011Pa 的超高压情况下，并不产生硅酸盐的金属化，即 压力电离现象；同时，可以求得在超高压下物质密度与压力的关系以及相当 的 P 波速度值，实验结果表明 P 波速度相当于铁族金属。因此，对上述硅酸 盐金属化的假设提出了怀疑，而重新肯定了铁镍地核说。其中可能还存在一 些硅、硫等较轻的元素。 关于地核的形状也是科学家们所关注的问题。最近美国哈佛大学的地球 物理学家根据地震波在地球内部传播情况的监测和分析，发现地震波在包含 地球自转轴的平面方向容易穿透地核，而在与地球自转轴垂直的赤道平面则 较难穿透地核，从而提出地核形状接近于圆柱体的形状，其中轴线与地球的 自转轴重合。当然这样的问题有待于不断深入论证
第三节地质作用和地质年代 、导致地球不断变化的作用一—地质作用 )基本概念 在漫长的地球历史中,组成地球的物质不断在变化和重新组合,地球内 部构造和地表形态也不断在改造和演变。地球的这种不断的变化,是和作用 于地球的自然力密切相关的。我们把作用于地球的自然力使地球的物质组 成、内部构造和地表形态发生变化的作用,总称为地质作用。引起地质作用 的自然力称为地质营力 所有地质营力来源于能,力是能的表现。按照能的来源不同,地质作用 分为内力地质作用和外力地质作用。内力地质作用是由地球内部的能(简称 内能〕引起的,主要有地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能。 外力地质作用是由地球以外的能(简称外能)引起的,主要有太阳辐射能、 潮汐能、生物能等。 (二)地质作用的能源 1.地内热能地球本身具有巨大的热能,这是导致地球发生变化的重要 能源。目前公认,放射性热能,即由地球内部放射性元素蜕变而产生的热能, 是地球热能的主要来源。一种观点认为,地球在由星际物质聚集而成的过程 中,在本身重力作用下体积逐渐压缩,产生压缩热,也是地球热能的一种来 源。另外,地球内部物质发生化学反应,或者产生结晶作用,也可以释放热 所以化学能和结晶能同样是地球热能的来源。据计算,地球内部每年产生的 总热量大于每年经地表散失的总地热流量,这部分剩余的地热能量,是导致 火山活动、岩浆活动、地震、变质作用、地壳运动的主要能源,根据岩石圈 板块理论,地内热对流是板块运动趋动力的主要能源。 2.重力能指地心引力给予物体的位能。在地球表面所有物体都处于重 力场的作用之下。同时,在地球形成和发展过程中,地内物质在地心引力作 用下,按不同比重发生分异,即轻者上升、重者下沉,导致物质的总位能释 放而转化为热能,这种热能称为重力分异产生的热能,成为地球热能来源之 3.地球旋转能地球自转对地球表层物质产生离心力和离极力。离心 力的大小随纬度而变化,两极为零,赤道最大,故离心力自两极向赤道是逐 渐增加的;同时离心力又可分解为两个分力,一是垂直地面的垂直分力,它 和重力作用方向相反,并为重力所抵消;一是过地表相应点沿经向的水平分 力(切向分力),这是使地壳表层物质产生由高纬度向低纬度沿水平方向移 动的有效分力。离极力是可变形旋转椭球体的转动惯量矩具有使自己取极大 值的趋势的力,其方向指向赤道,从而导致地球表层物质向赤道方向移动。 4.太阳辐射能太阳不断向地球输送热能,根据计算,一年中整个地
第三节 地质作用和地质年代 一、导致地球不断变化的作用——地质作用 （一）基本概念 在漫长的地球历史中，组成地球的物质不断在变化和重新组合，地球内 部构造和地表形态也不断在改造和演变。地球的这种不断的变化，是和作用 于地球的自然力密切相关的。我们把作用于地球的自然力使地球的物质组 成、内部构造和地表形态发生变化的作用，总称为地质作用。引起地质作用 的自然力称为地质营力。 所有地质营力来源于能，力是能的表现。按照能的来源不同，地质作用 分为内力地质作用和外力地质作用。内力地质作用是由地球内部的能（简称 内能）引起的，主要有地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能。 外力地质作用是由地球以外的能（简称外能）引起的，主要有太阳辐射能、 潮汐能、生物能等。 （二）地质作用的能源 1.地内热能 地球本身具有巨大的热能，这是导致地球发生变化的重要 能源。目前公认，放射性热能，即由地球内部放射性元素蜕变而产生的热能， 是地球热能的主要来源。一种观点认为，地球在由星际物质聚集而成的过程 中，在本身重力作用下体积逐渐压缩，产生压缩热，也是地球热能的一种来 源。另外，地球内部物质发生化学反应，或者产生结晶作用，也可以释放热， 所以化学能和结晶能同样是地球热能的来源。据计算，地球内部每年产生的 总热量大于每年经地表散失的总地热流量，这部分剩余的地热能量，是导致 火山活动、岩浆活动、地震、变质作用、地壳运动的主要能源，根据岩石圈 板块理论，地内热对流是板块运动趋动力的主要能源。 2.重力能 指地心引力给予物体的位能。在地球表面所有物体都处于重 力场的作用之下。同时，在地球形成和发展过程中，地内物质在地心引力作 用下，按不同比重发生分异，即轻者上升、重者下沉，导致物质的总位能释 放而转化为热能，这种热能称为重力分异产生的热能，成为地球热能来源之 一。 3.地球旋转能 地球自转对地球表层物质产生离心力和离极力。离心 力的大小随纬度而变化，两极为零，赤道最大，故离心力自两极向赤道是逐 渐增加的；同时离心力又可分解为两个分力，一是垂直地面的垂直分力，它 和重力作用方向相反，并为重力所抵消；一是过地表相应点沿经向的水平分 力（切向分力），这是使地壳表层物质产生由高纬度向低纬度沿水平方向移 动的有效分力。离极力是可变形旋转椭球体的转动惯量矩具有使自己取极大 值的趋势的力，其方向指向赤道，从而导致地球表层物质向赤道方向移动。 4.太阳辐射能 太阳不断向地球输送热能，根据计算，一年中整个地
球可以由太阳获得5.4×1024J的热量。太阳辐射热是大气圈、水圈和生物圈 赖以活动、发育并相互进行物质和能量交换的主要能源,并由此产生了一系 列的外营力,如风、流水、冰川、波浪等。 5.潮汐能地球在日、月引力作用下使海水产生潮汐现象。潮汐具有强 大的机械能,是导致海洋地质作用的重要营力之 6.生物能由生命活动所产生的能量,无论是植物的生长、动物的活动 以及人类大规模的改造自然活动,都会产生改变地球物质和面貌的作用。但 归根结底,任何生物能都源于太阳辐射能。 上述各种能源是导致内外地质作用的主要能源。源于内能的内力地质作 用主要在地下深处进行,但也常常波及地表,它使岩石圈发生变形、变质或 重熔,以至形成新的岩石,或者使岩石圈分裂、融合、变位、漂移,使大地 构造格局发生重大变化。源于外能的外力地质作用主要在地表或靠近地表进 行,不过也可能延伸至地下相当深处,它使地表岩石组成不断发生变化,使 地表形态不断遭受破坏和改造,但外力地质作用几乎均有重力能参予。自从 形成地壳以来,进行着的各种地质作用是相对独立的,又是相互依存的,是 对立的又是统一的。例如,内力作用形成高山和盆地,而外力作用则把高山 削低,把盆地填平;一个地区发生隆起,其相邻地区常会发生拗陷;高山上 的矿物岩石受到风化、侵蚀和破坏,而被破坏的物质又被搬运到另外地方堆 积下来形成新的矿物岩石,如此等等。地质作用对地球既产生破坏作用,同 时也产生建造作用。但在不同时空条件下,它们可能是不平衡发展的,或者 是彼此互为消长的。有些地质作用进行得十分迅速,如火山、地震、山崩、 泥石流、洪水等,有些地质作用却进行得十分缓慢,往往不为人们感官所察 觉,但经过悠久岁月却可产生巨大的地质后果。从地球发展的角度看,地质 作用是促使地球不断新陈代谢、汰旧更新的经久不息的动力 (三)地质作用的分类 地质作用的分类如表1-7所列。内力地质作用分为构造运动、岩浆活动 变质作用和地震作用。外力地质作用按照外营力的类型,可以分为河流的地 质作用、地下水的地质作用、冰川的地质作用、湖泊和沼泽的地质作用、风 的地质作用和海洋的地质作用等;若按其发生的序列则可分为风化作用、剥 蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。 表1-7地质作用分类
球可以由太阳获得 5.4×1024J 的热量。太阳辐射热是大气圈、水圈和生物圈 赖以活动、发育并相互进行物质和能量交换的主要能源，并由此产生了一系 列的外营力，如风、流水、冰川、波浪等。 5.潮汐能 地球在日、月引力作用下使海水产生潮汐现象。潮汐具有强 大的机械能，是导致海洋地质作用的重要营力之一。 6.生物能 由生命活动所产生的能量，无论是植物的生长、动物的活动 以及人类大规模的改造自然活动，都会产生改变地球物质和面貌的作用。但 归根结底，任何生物能都源于太阳辐射能。 上述各种能源是导致内外地质作用的主要能源。源于内能的内力地质作 用主要在地下深处进行，但也常常波及地表，它使岩石圈发生变形、变质或 重熔，以至形成新的岩石，或者使岩石圈分裂、融合、变位、漂移，使大地 构造格局发生重大变化。源于外能的外力地质作用主要在地表或靠近地表进 行，不过也可能延伸至地下相当深处，它使地表岩石组成不断发生变化，使 地表形态不断遭受破坏和改造，但外力地质作用几乎均有重力能参予。自从 形成地壳以来，进行着的各种地质作用是相对独立的，又是相互依存的，是 对立的又是统一的。例如，内力作用形成高山和盆地，而外力作用则把高山 削低，把盆地填平；一个地区发生隆起，其相邻地区常会发生拗陷；高山上 的矿物岩石受到风化、侵蚀和破坏，而被破坏的物质又被搬运到另外地方堆 积下来形成新的矿物岩石，如此等等。地质作用对地球既产生破坏作用，同 时也产生建造作用。但在不同时空条件下，它们可能是不平衡发展的，或者 是彼此互为消长的。有些地质作用进行得十分迅速，如火山、地震、山崩、 泥石流、洪水等，有些地质作用却进行得十分缓慢，往往不为人们感官所察 觉，但经过悠久岁月却可产生巨大的地质后果。从地球发展的角度看，地质 作用是促使地球不断新陈代谢、汰旧更新的经久不息的动力。 （三）地质作用的分类 地质作用的分类如表 1-7 所列。内力地质作用分为构造运动、岩浆活动、 变质作用和地震作用。外力地质作用按照外营力的类型，可以分为河流的地 质作用、地下水的地质作用、冰川的地质作用、湖泊和沼泽的地质作用、风 的地质作用和海洋的地质作用等；若按其发生的序列则可分为风化作用、剥 蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。 表 1-7 地质作用分类
物理风化作用 风化作用化学风化作用 生物风化作用 机械剥蚀作用 剥蚀作用化学剥蚀作用 外力作用搬运作用{机械搬运作用 大陆沉积作用机械沉积作用 沉积作用{海洋沉积作用化学沉积作用 成岩作用 构造运动{升降运动 质作入作用山作用) 内力作用岩浆活动 喷出作用(火 变 二、地质年代 地球自形成以来大约经历了46亿年的历史,和月球年龄(据月岩测定 大致相同。研究有关地球历史演化和测定地质事件的年龄与时间序列,称为 地质年代学。地质年代包括两种,相对地质年代和同位素地质年龄。 根据地球发展历史过程中生物演化和岩层形成的顺序,将地球历史划分 为若干自然阶段,称为相对地质年代。19世纪初期,英国地质学家W.史密 斯、C.莱伊尔等就开始利用生物地层学的方法划分地质年代。在地球发展过 程中,在地表一定地区沉积了许多地层,在地层中常保存下来当时生存过的 生物遗体和遗迹,称为化石。在层状岩层的正常序列中,先形成的岩层位于 下面,后形成的岩层位于上面,这一原理称为“地层层序律”,是1669年 丹麦地质学家N斯泰诺首先提出来的。同时,保存在地层中的生物化石,由 简单到复杂,由低级到高级,表现出清楚的不可逆性和阶段性,1816年W. 史密斯首次提出生物顺序发生的概念,这一概念称为“化石顺序律”。实际 上,化石顺序律和地层层序律是一致的,在最古老地层中找不到化石,在较 老地层中可以发现低级化石,在较新地层中可以发现高级化石,这种关系称 为“生物层序律”。生物的发展过程不是均一的或等速的,而是由缓慢的量 变、急速的突变或大量绝灭现象交替出现,而且在同一时期内,生物的总体 面貌具有全球的或至少是大区的一致性。因此,根据地层顺序和古生物种类 可以把地层划分为若干大小不同的单位。这种划分地层的方法称为生物地层
外力作用 风化作用 物理风化作用 化学风化作用 生物风化作用 剥蚀作用 机械剥蚀作用 化学剥蚀作用 搬运作用 机械搬运作用 化学搬运作用 沉积作用 大陆沉积作用 海洋沉积作用 机械沉积作用 化学沉积作用 生物沉积作用 成岩作用 ì í ï î ï ì í î ì í î ì í î ü ý þ ì í ï î ï ì í ï ï ï ï ï ï î ï ï ï ï ï ï 内力作用 构造运动 水平运动 升降运动 岩浆活动 喷出作用 火山作用 侵入作用 变质作用 地震 ì í î ì í î ì í ï ï ï î ï ï ï ( ) 二、地质年代 地球自形成以来大约经历了 46 亿年的历史，和月球年龄（据月岩测定） 大致相同。研究有关地球历史演化和测定地质事件的年龄与时间序列，称为 地质年代学。地质年代包括两种，相对地质年代和同位素地质年龄。 根据地球发展历史过程中生物演化和岩层形成的顺序，将地球历史划分 为若干自然阶段，称为相对地质年代。19 世纪初期，英国地质学家 W.史密 斯、C.莱伊尔等就开始利用生物地层学的方法划分地质年代。在地球发展过 程中，在地表一定地区沉积了许多地层，在地层中常保存下来当时生存过的 生物遗体和遗迹，称为化石。在层状岩层的正常序列中，先形成的岩层位于 下面，后形成的岩层位于上面，这一原理称为“地层层序律”，是 1669 年 丹麦地质学家 N.斯泰诺首先提出来的。同时，保存在地层中的生物化石，由 简单到复杂，由低级到高级，表现出清楚的不可逆性和阶段性，1816 年 W. 史密斯首次提出生物顺序发生的概念，这一概念称为“化石顺序律”。实际 上，化石顺序律和地层层序律是一致的，在最古老地层中找不到化石，在较 老地层中可以发现低级化石，在较新地层中可以发现高级化石，这种关系称 为“生物层序律”。生物的发展过程不是均一的或等速的，而是由缓慢的量 变、急速的突变或大量绝灭现象交替出现，而且在同一时期内，生物的总体 面貌具有全球的或至少是大区的一致性。因此，根据地层顺序和古生物种类 可以把地层划分为若干大小不同的单位。这种划分地层的方法称为生物地层