地球科学概论地球科学概论 第一章第一章 地球地球 地球是地球科学的研究对象，也是地质作用产生的发源地和场所 地球是太阳系的一个主要成员，是自太阳向外的第三颗行星 主要内容主要内容1 1地球的物理性质地球的物理性质地球的物理性质地球的物理性质地球的物理性质地球的物理性质2 2地球的结构地球的结构地球的结构地球的结构地球的结构地球的结构 通常所说的地球的形状是指大地水准面所圈闭的形状地球是一个椭球体，实际上近似于旋转的三轴椭球体地球南极凹进约30m，北极凸出10m，呈梨状第一节第一节 地球的物理性质地球的物理性质一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小 赤道半径： 6378.140Km 两极半径： 6356.755Km 平均半径： 6371.004Km 扁 率： 1/298.257 赤道周长： 40075.036Km 子午线周长：39940.670Km 体 积： 1.0832×1012Km3 质 量：（5.9742±0.0006）×1024kg （一）重力（一）重力（一）重力（一）重力1 1、地表重力、地表重力、地表重力、地表重力地球表面的重力地球表面的重力地球表面的重力地球表面的重力：指地面某处所受地心引力和该处的地球自转离心力的合力。
地面重力场的变化是随纬度增加而增加的，随高度增加而减小的赤道处为978.0318cm/s2；两极处为983.2177cm/s2二、二、二、二、 地球的物理性质地球的物理性质地球的物理性质地球的物理性质NRcFG设地球为一均质体,以海平面为基准计算可得出标准重力值计算公式为： g=978.0318(1+0.0053024sin2Φ–0.0000059 sin22Φ)Φ–纬度 正异常G负异常G密度大密度大密度小密度小重力勘探原理图示重力勘探原理图示重力异常重力异常重力异常重力异常：将实测值进行校正计算出各测站相当于海平面的校正值，如果与标准值仍有差异，其差值称为重力异常实测值大为正异常；实测值小为负异常 地 球 内 任 一 点 的 重 力 g=Gm/r2(G为 常 数 ＝ 6.672×10-13，N·cm2/g2) 2 2、地球内部的重力变化、地球内部的重力变化、地球内部的重力变化、地球内部的重力变化 在地球内部2900Km深度内，重力随深度逐渐增加，再往深处就迅速减小，到地心为零 地球的重力主宰着地球上一切物体的向心运动它足以形成地球如今的形状；地球内部的物质分异；地球的层圈构造。
（二）地球的密度（二）地球的密度（二）地球的密度（二）地球的密度平均密度：平均密度：平均密度：平均密度：5.51g/cm5.51g/cm3 3表面密度：表面密度：表面密度：表面密度： 2.7-2.8g/cm2.7-2.8g/cm3 3地心密度地心密度地心密度地心密度 ：：：：12.51g/cm12.51g/cm3 3密度变化密度变化密度变化密度变化与地球的重力变化密切相关与地球的重力变化密切相关与地球的重力变化密切相关与地球的重力变化密切相关 （三）地球内部压力及其变化（三）地球内部压力及其变化（三）地球内部压力及其变化（三）地球内部压力及其变化 地内压力是上覆物质的重量产生的静压力，按静压力平衡公式计算出来的数值大致为一条平滑的曲线地下深10Km处压力约为3×108Pa；35Km深处为10×108Pa；接近地心可达数百万巴，因而地心物质的原子结构可能完全被破坏 （四）地球的温度（四）地球的温度（四）地球的温度（四）地球的温度 根据地内温度分布状况可以分为外热层、常温层和内热层 1. 1.外热层（变温层）外热层（变温层）外热层（变温层）外热层（变温层） 固体地球的最表层，热量来自太阳辐射，太阳到达地面的热量绝大部分通过反射或散射又回到空中，只有极少一部分（约5%）透入地下使地面温度升高。
由于组成地表的岩石或土层热导率小，温度向下迅速减低到一定深度，温度变化开始不明显，而且趋于与常年平均温度一致，此处即为外热层的下界.2. 2.常温层（恒温层）常温层（恒温层）常温层（恒温层）常温层（恒温层） 在外热层下界一带（在太阳热能影响的深度以下），是一个厚度不大的层带，温度与当地的年平均温度相同，不受季节性变化的影响，故称常温层常温层在中纬度及内陆区位置较深，在海滨地区及高纬度地区位置较浅 3. 3.内热层（增温层）内热层（增温层）内热层（增温层）内热层（增温层） 在常温层以下，热量由地球内热提供，温度随深度增大而增加，而且很有规律，即每向下加深一定深度便增加一定温度，不受太阳辐射热的影响有两种方法计量这种增温的大小： （1）地温梯度（地温梯度（地热增温率）：在内热层里，深度每增加100m所升高的温度数值一般为0.9-5.2℃，平均为2.5℃ （2）地热增温级地热增温级（地温深度）：在内热层里，温度每升高1℃所需增加的深度,以米来表示 地热增温率：地热增温率：地热增温率：地热增温率：3030℃℃℃℃/km/km地壳平均：地壳平均：地壳平均：地壳平均：870870℃℃℃℃上地幔上部：上地幔上部：上地幔上部：上地幔上部：1300 1300 ℃℃℃℃上、下地幔界面：上、下地幔界面：上、下地幔界面：上、下地幔界面：1700 1700 ℃℃℃℃核核核核/ /幔界面：幔界面：幔界面：幔界面：4000 4000 ℃℃℃℃内外核界面：内外核界面：内外核界面：内外核界面：4300-5000 4300-5000 ℃℃℃℃球心：球心：球心：球心：7000 7000 ℃℃℃℃ 热流热流：单位时间内通过单位面积的热量称为热流值。
地热异常地热异常：热流值较大的地区 （五）地球的磁性（五）地球的磁性（五）地球的磁性（五）地球的磁性 地球是一个磁化的球体，具有地磁场地磁场的南北极和地理极相差1280Km，地磁轴和地球自转轴有11.5度交角地磁场包围着整个地球，其范围可延伸到10Km上空 1 1、地磁场三个要素、地磁场三个要素: : 磁偏角磁偏角磁偏角磁偏角： 磁子午线与地理子午线（南北两极在地表的连线）的交角偏东为正，偏西为负 磁倾角：磁倾角：磁力线与地表的夹角在地磁赤道水平， 两极垂直 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度：在地磁场内，磁力的大小 平均：0.6奥斯特；赤道：0.31奥斯特；磁北极：0.68奥斯特；磁南极：0.58奥斯特 地地地地磁磁磁磁异异异异常常常常：实际所测磁场与理论上的（将地球视为均匀化球体）差异称磁异常 古地磁古地磁古地磁古地磁：是指地质历史时期的地磁场 剩余磁性剩余磁性剩余磁性剩余磁性：岩石在其形成过程中因受古地磁场的影响而获得磁性，受磁化的岩石在磁场发生改变后仍可将原来磁化的性质部分地保留下来，形成所谓的剩余磁性 2、地磁场、地磁场 （六）地球的弹性（六）地球的弹性 地球具有弹性，地震就是地球弹性的最好的证明。
地震波通常可以分为纵波、横波和表面波三种地震波速的快慢与物体的密度成反比，与弹性模量成正比 地震波作为传播信息的使者，不仅在探索地球内部分带、物质组成和物态以及其它方面的特点起着重要的作用，就是在对地球表部有用矿产，特别是对覆盖区或海域的石油勘探方面也是重要的手段—地震勘探 地球的层圈划分（图中单位：地球的层圈划分（图中单位：地球的层圈划分（图中单位：地球的层圈划分（图中单位：kmkm）））） 地地球球不不是是一一个个均均质质体体，，具具有有层层圈圈结结构构，，以以地地表表为为界界可可以以分分为为内内圈和外圈圈和外圈第二节第二节 地球的结构地球的结构 一、地球的外部圈层一、地球的外部圈层 固体地球表层的部分，分为大气圈、水圈、生物圈固体地球表层的部分，分为大气圈、水圈、生物圈一）大气圈（一）大气圈 由最外部的气体组成，厚度在几万公里以上，由最外部的气体组成，厚度在几万公里以上，99%在地面至在地面至100km高度范围内高度范围内 对流层在赤道对流层在赤道17 km，，两极两极9 km，，全部大气的全部大气的3/4。
外动力地质作用外动力地质作用 不均匀的地表热辐射引起大气密度差异（气压差），不均匀的地表热辐射引起大气密度差异（气压差），形成大气对流形成大气对流 平流层以大气的水平运动为主，臭氧吸热使温度平流层以大气的水平运动为主，臭氧吸热使温度上升到上升到0 ºC ( (二二二二) )水圈水圈水圈水圈地球表层不同状态的水体构成连续而又不规则的圈层，称水圈u地表最大的水体是海洋，占地表水总量的97%，属于咸水；u另一部分为河流、湖泊、冰层、土壤和岩石孔隙中的水，属淡水u此外，在大气下层和生物中也含有水份 这些水包围着地球形成一个连续的封闭圈，水圈中水不停地循环 （三）生物圈（三）生物圈（三）生物圈（三）生物圈地球表层生命物质组成的圈层 生物圈是地球上生物生存和活动的范围，包括动物、植物和微生物微生物 10 km的高空和地表3 km以下 岩石孔隙中均有生命物质存在 在生物圈内，各种生物组合各自形成生物链，纵横交错互相依存，与水圈和大气圈进行着复杂的物质交换共同构成一个完整的自然平衡 二、地球的内圈及其主要特征二、地球的内圈及其主要特征 直接观察资料相对较少，最深钻井直接观察资料相对较少，最深钻井11 km，，因构造抬升最多因构造抬升最多25 km。
主要通过一些间接的手段进行研究主要通过一些间接的手段进行研究-地震波地震波 地震波在地球内部传播时，产生纵波（地震波在地球内部传播时，产生纵波（P波）波）和横波（和横波（S波）波）S波传播慢，波传播慢，且只能在固体且只能在固体中传播P波传播快，波传播快，可在固体或可在固体或液体中传播液体中传播 地震波在传播途中遇到不同的介面会发生折射和反射，同时改变波速地震波速变化明显的深度，反映该深度上下的地球物质在成份上或物态上有改变或两者都有改变，这个深度就可作为上下两种物质的分界面，地球物理学上称其为不不连连续续面面或称其为界面界面 地球内圈的主要界面地球内圈的主要界面地球内圈的主要界面地球内圈的主要界面 地球内部有两个主要的地震波速变化界面：地球内部有两个主要的地震波速变化界面： 1. 莫霍面（南斯拉夫，莫霍洛维契奇，莫霍面（南斯拉夫，莫霍洛维契奇，1909）：）： 大陆平均深度大陆平均深度33km VP 由由6 ~ 7km/s突增为突增为8.0km/s 地壳、地幔分界地壳、地幔分界 2. 古登堡面（美国，古登堡，古登堡面（美国，古登堡，1914）：）： 深深2898km，，VP 由由13.3km/s突降为突降为8.1km/s，，无横波通过，无横波通过， 幔、核分界。
幔、核分界据此将地球由外向内划分为地壳、地幔和地核三大圈层据此将地球由外向内划分为地壳、地幔和地核三大圈层各圈层之间的界面并不是光滑平整的球面各圈层之间的界面并不是光滑平整的球面 （一）地核（铁镍核）（一）地核（铁镍核） 古登堡面至地心古登堡面至地心，半径，半径3473km，，根据波速（根据波速（4640km、、5155km））又分为外核、过渡层、内核又分为外核、过渡层、内核外核：厚外核：厚1742km，，平均平均10.5g/cm3，，横波不过，横波不过，液态 过渡层：厚过渡层：厚515km，，变化复杂变化复杂，可具横波可具横波内核：厚内核：厚1216km，，平均密度平均密度13.0g/cm3，，纵、横波均有，纵、横波均有，固态 （二）地幔（二）地幔 莫霍面与古登堡面之间，厚莫霍面与古登堡面之间，厚2860km，，平均密度平均密度4.5g/cm3 ，， 波速在波速在984（（650km））突增，突增，分成上、下地幔分成上、下地幔 上地幔：上地幔：平均密度平均密度3.5g/cm3 ，，地震波速变化大超基性物质地震波速变化大超基性物质 60 ~ 400km地震波速地震波速下降，部分地段横波不过，下降，部分地段横波不过， 称软流圈。
其上固体岩层组成的圈层为岩石圈称软流圈其上固体岩层组成的圈层为岩石圈下地幔：下地幔：平均密度平均密度5.1g/cm3，，超基性物质，密度更高超基性物质，密度更高 （三）地壳（三）地壳 是固体地球的最外一圈，由岩石组成，是一个相对刚性是固体地球的最外一圈，由岩石组成，是一个相对刚性的外壳，下界为莫霍面的外壳，下界为莫霍面 平均厚度约为平均厚度约为16Km，只有地球半径的，只有地球半径的1/400，体积只有，体积只有地球体积的地球体积的0.8% 上地壳：上地壳：密度密度2.65g/cm3,VP5.6 ~ 6.0km/s，，又称硅铝层又称硅铝层下地壳：下地壳：密度密度2.965g/cm3，，VP 6.8km/s 又称硅镁层又称硅镁层 1、大陆地壳（简称陆壳）的厚度各地不一，、大陆地壳（简称陆壳）的厚度各地不一，20-80Km，平均厚，平均厚度为度为35Km，具双层结构具双层结构 2、大洋地壳、大洋地壳厚度变化在厚度变化在5-8Km之间，平均厚度之间，平均厚度6Km只发育硅镁层只发育硅镁层 （四）大陆地表形态（四）大陆地表形态 1. 山地山地 ：海拔：海拔500米以上，相对高差米以上，相对高差200米以上。
米以上 进一步进一步——极高山、高、中、低山极高山、高、中、低山线状延伸者称山脉线状延伸者称山脉 2. 丘陵：丘陵： 海拔海拔500以下，相对高差小于以下，相对高差小于200米 3. 平原平原 ：： 广阔、平坦，海拔广阔、平坦，海拔600米以下 4. 高原：高原：广阔、较为平坦，海拔广阔、较为平坦，海拔600米以上 5. 盆地盆地 ：： 周围是山地或高原，中央凹下且较平坦周围是山地或高原，中央凹下且较平坦 6. 裂谷：裂谷： 陆上宏伟的线状陆上宏伟的线状低洼谷地低洼谷地 （缘于地壳拉张，（缘于地壳拉张，非峡谷）非峡谷） （五）海底表面形态（五）海底表面形态与陆地类似，但形态相对简单与陆地类似，但形态相对简单1. 海岭海岭海岭海岭——海底山脉海底山脉 顶部有中央裂谷者顶部有中央裂谷者——洋脊；洋脊； 顶部无中央裂谷者顶部无中央裂谷者——洋隆（仅在太平洋）洋隆（仅在太平洋） 2. 大洋盆地大洋盆地 约占海底面积的一半，约占海底面积的一半， 包括深海平原和深海丘陵包括深海平原和深海丘陵。
3. 海山海山洋底孤立的隆起地形（火山成因），高度大于洋底孤立的隆起地形（火山成因），高度大于1000米 4.岛弧、海沟岛弧、海沟岛弧岛弧——弧状分布的火山列岛，弧状分布的火山列岛， 与海沟相伴与海沟相伴 5. 大陆边缘大陆边缘 （（1）大陆架：平坦，）大陆架：平坦， 一般深度小于一般深度小于200米，米，平均宽平均宽75公里2）大陆坡：）大陆坡：坡度坡度4.3º，最大，最大20º，平均宽，平均宽28公里 小小 结结 ：：重力异常、磁力异常重力异常、磁力异常 地温梯度地温梯度莫霍面、古登堡面莫霍面、古登堡面地核、地幔、地壳地核、地幔、地壳陆壳、洋壳陆壳、洋壳 。