岩石圈

基本介绍

顾名思义，岩石圈是由岩石组成的，包括地壳和上地幔顶部。其下为地震波低速带、部分熔融层和厚度100公里的软流圈。对岩石圈的认识，分歧很大，有人认为岩石圈与地壳是同义词，而与下部软流圈即上地幔有区别，但岩石圈与上地幔系过渡关系而无明显界面；有人认为岩石圈至少应包括地壳和地幔上层。

范围是从上地幔软流层向上至地表的由岩石组成的空间，包括地壳。地球是一个半径有6370多公里的椭球体，它从表面向地心可以分为地壳、地幔和地核三部分。地壳是地球的最表层，由于地球表面有陆地和海洋，因此，又有大陆地壳和大洋地壳之分。大陆地壳一般厚度为33-35公里，最厚地区大约为50-70公里。中国青藏高原是世界上地壳厚度最大的地区之一，平均厚度可以达到70公里。

大陆地壳通常分为三层，由三种不同成分的岩石组成。最上面是沉积岩层，向下依次是花岗岩层和玄武岩层；大洋壳的厚度很小，平均仅为6-8公里；大洋地壳最上面是很薄的海底沉积物，向下是玄武岩，在海底形成的玄武岩由于海水的作用，岩石被塑造成一个接一个排列的“枕头”，地质学家把这种玄武岩叫做“枕状熔岩”，这是在大陆玄武岩中见不到的一种地质现象。深海钻探和地震研究发现，洋壳玄武岩下面还发育有岩墙状的辉长岩和辉绿岩，以及由超镁铁质岩石蚀变形成的蛇纹岩。

从大陆地壳和大洋地壳的结构可以看出，遍布于地壳中的岩石在分布上具有一定规律性。洋壳和陆壳在岩石组成上最明显的区别在于大洋地壳中至今没有发现花岗岩层，而在大陆地壳中花岗岩体却有大面积的分布。

在对地壳的结构有了大概的了解之后，人们自然会问：地幔又是由什么岩石组成的呢？它们和地壳中的岩石又有什么不同？在地球结构中，地幔厚约2800公里，分为上地幔和下地幔两部分。上地幔主要由橄榄岩类组成，下地幔是由密度高的铁镁氧化物组成。

根据地球物理测量的研究成果，上地幔顶部主要是由镁铁质和超镁铁质成分的岩石组成的，只是橄榄岩类岩石比地壳中的硅铝质和硅镁质岩石的比重要大。由于地壳和上地幔顶部都是由岩石组成的，所以，地质学家们把它们统称为岩石圈。岩石圈厚度不均一，通常认为在大洋中脊处岩石圈厚度接近于零，到大陆下部大约100-150公里处，岩石圈厚度和地球的半径比较起来，只是薄薄的一层，几乎可以忽略不计。

早在1926年，地震学家古德宝就发现在坚硬的岩石圈下边存在着一个低速带，这个低速带相当于软流圈，深度大约在100-250公里。实际上，软流圈并不软。从计算和模拟实验表明，在软流圈中，只有大约0.5%的局部地区发生了熔化。但是，因为岩石圈刚性较大，相比之下，软流圈就多少带有一点塑性和流动性。

1910年，德国气象学家A·魏格纳提出了大陆漂移学说。到本世纪六十年代，板块构造学说问世。这个学说的实质是岩石圈板块运动学，连续的地震活动带把岩石圈分裂分割成若干大小不同的板块在软流圈上漂移。实际上，不仅大陆板块在漂移，大洋板块也在漂移。科学家们在古气候、古生物、古地磁和深海钻探等很多方面找到了大陆飘移的证据。

岩石圈板块运动与岩石的形成和演化有非常密切的关系。例如，岩浆岩带和变质岩带常分布在板块边缘，而且，板块的类型不同，岩石组合也随之变化；全球现代活火山也主要分布在板块边界上，著名的环太平洋“火山链”是火山活动带，集中了全球三分之二的活火山。同时，火山活动带也是地震活动频繁的地区。

相关构造

岩石圈可分为6大板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度-大洋洲板块、南极洲板块。还有一些较小板块镶嵌其间。板块边界有4种类型：海岭洋脊板块发散带、岛孤海沟板块消减带、转换断层带 和大陆碰撞带。

另外对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示 的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩 石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学 有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底 总面积的45％，其平均水深为4000～5000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延 伸着广阔的海底丘陵。因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成 了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。

相关组成

地壳是指固体地球表面的钢性外壳，属于岩石圈的上部。地壳的组成物质可从元素、矿物和岩石三方面来说明。元素是组成地壳的物质基础，大多数情况下各种元素化合形成各种矿物，各种不同矿物又组成各种岩石。

化学元素组成

地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98％以上，其他元素共占1%~2％。地壳中化学元素的平均含量相差极为悬殊。氧几乎占有一半，硅约占1/4，铝约占1/13，而表中未列入的大多数元素的含量是微不足道的。这些微量元素，其含量也十分悬殊，有些还是超微量的。对于整个岩石圈的原子组成来说，氧占60.4%，硅占20.5%，铝占6.2%，氢占2.9%，钠占2.49%，铁、钙、镁和钾分别占1.9%、1.88%、1.77%和1.37%，其他元素含量都小于1%。

矿物组成

矿物是人类生产资料和生活资料的重要来源之一，是构成地壳岩石的物质基础。自然界的矿物很多，约有3，000种，最常见的只有五六十种，至于构成岩石主要成份的不过二三十种。组成岩石主要成份的矿物，称造岩矿物，它们共占地壳重量的99%。最常见的造岩矿物有下列几种：

长石：是构成地壳的最主要的一类矿物，常见于火成岩、沉积岩和变质岩中。具瓷状光泽，摩氏硬度为6，二向完全解理。解理呈正交者为正长石（KAlSi3O­8，即钾长石），多为肉红色；解理呈斜交者称斜长石，多为浅灰白色。由于长石晶体构造中容许大量的离子置换，因而有多种类型。如斜长石中的钠和钙可以完全置换，故产生了从钠斜长石(NaAlSi3O­8)至钙斜长石（CaAlSi3O­8）的一系列种类和成分的变化。

石英：在大陆地壳中的数量仅次于长石，亦常见于各类岩石中。成分简单(SiO2­)，无解理，贝壳状断口，具典型的玻璃光泽，硬度7，性硬，比重2.5~2.8。石英在自由生长时结晶成六面锥体，但在结晶岩中因晶体发育受空间限制，皆呈不规则形状。石英性质稳定，难于风化。

云母：假六方柱状或板状晶体，通常呈片状或鳞片状，单向极完全解理，易剥成具有弹性的光滑透明薄片；玻璃及珍珠光泽，硬度2~3，成分复杂多样，常见的有黑云母、白云母和金云母，在酸性岩浆岩、砂岩和变质岩中常见。

角闪石：成分复杂多变，常见的一种为普通角闪石，呈长柱状或条状，暗绿至黑色，硬度5.5~6，比重3.1~3.3，二向完全解理呈彼此斜交，性脆；在中性和酸性岩浆岩和某些变质岩中常见。

辉石：成分与角闪石近似，但含铁镁较多而不含羟离子。其中常见的为普通辉石，呈短柱状，二向中等解理呈彼此正交，绿黑色，硬度5~6，比重3.2~3.6；常与角闪石、橄榄石、某些斜长石等共生，在基性和超基性岩浆岩中常见。

橄榄石：粒状，橄榄绿色，玻璃光泽，硬度6.5~7，性脆；为超基性岩和基性岩的主要组成矿物。

上述造岩矿物又可归纳为两种类型：一为长英质（或浅色）矿物，包括石英、长石和白云母，其色浅，比重较轻，含铁镁少；一为铁镁质（或深色）矿物，包括橄榄石、辉石、角闪石和黑云母，其色深，比重较大，富含铁镁而得名。两者共占地壳重量的80%多。

此外，其他常见的造岩矿物有方解石，白云石和各种粘土矿物，它们是某些沉积岩的主要造岩矿物

岩石组成

岩石是在各种地质作用下，按一定方式结合而成的矿物集合体，是构成地壳及地幔的主要物质。岩石是地质作用的产物，又是地质作用的对象，是研究各种地质构造和地貌的物质基础。岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状以及颗粒间相互关系的特征，称为岩石的结构。岩石中矿物的组合形状、大小和空间上相互关系和配合方式，称为岩石的构造。结构和构造是识别岩石的重要特征之一。根据成因，岩石可分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。如果根据变质母岩的性质，把变质岩归属于沉积岩和火成岩，那么在整个地壳的岩石组成中，火成岩占95%，而沉积岩只占到5%；但沉积岩却覆盖了整个地球表面的75%，火成岩却只覆盖了地球表面的25%。

火成岩目前，一般认为火成岩由两类岩石组成。一类是岩浆作用形成的岩浆岩；另一类是非岩浆作用形成的。火成岩以岩浆岩为主。岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65%。

沉积岩 暴露在地壳表部的岩石，在地球发展过程中，不可避免地要遭受到各种外力作用的剥蚀破坏，然后再把破坏产物在原地或经搬运沉积下来，再经过复杂的成岩作用而形成的岩石，就是沉积岩。沉积岩的形成过程一般可分：先成岩石的破坏（风化作用与剥蚀作用）、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用几个互相衔接的阶段。

沉积物变为沉积岩的过程既复杂又多样。

变质岩无论什么岩石，当其所处的环境与当初岩石形成时的环境发生变化后，岩石的成分、结构和构造等往往也要随之变化，以便使岩石和环境之间达到新的平衡关系。这种由地球内力作用引起的岩石性质的变化过程总称为变质作用。由变质作用形成的岩石，就是变质岩。变质岩的特点，一方面受原岩的控制，而具有一定的继承性；一方面由于变质作用的类型和程度不同，而在矿物成分、结构和构造上具有一定的特征性。

物质循环

地表形态的塑造过程也是岩石圈物质的循环过程，它们存在的基础是岩石圈三大类岩石——岩浆岩、变质岩和沉积岩的变质转化。

在地球内部压力作用下，岩浆沿着岩石圈的薄弱地带侵入岩石圈上部或喷出地表，冷却凝固 形成岩浆岩。裸露地表的岩浆岩在风吹、雨打、日晒以及生物作用下，组件崩解成为砾石、沙子和泥土。这些碎屑被风、流水等搬运后沉积下来，经过固结成岩作用，形成沉积岩。同时，这些已经生成的岩石，在一定的温度 和压力下发生变质作用，形成变质岩。岩石在岩石圈深处或岩石圈以下发生重熔再生作用，又成为新的 岩浆。岩浆在一定的条件下再次侵入或喷出地表，形成新的岩浆岩，并与其他岩石一起再次接受外力的风化、侵蚀、搬运和堆积。如此，周而复始，使岩石圈的物质处于不断的循环转化之中。

人们今天看到的山系和盆地，以及流水、冰川、风成地貌等，是岩石圈物质循环在地表留下的痕迹。

厚度分布研究

利用不同物理性质所估计的岩石圈厚度可能具有不同的地球动力学意义。大陆岩石圈等效弹性厚度往往只与岩石圈内部的某些岩层相关，因此它可能不代表一般意义上的岩石圈厚度。

地震学岩石圈厚度虽然有较高的精度，但依赖于人为地对岩石圈的定义；并且其具有的短时间尺度效应决定了它与长时间尺度的岩石圈概念不一致。

热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此其厚度定义的标准是较合理的。

地震-热学岩石圈厚度研究利用地震波速反演得到的温度数据按照热学岩石圈标准来对岩石圈厚度进行研究，具有地震学和热学岩石圈厚度两者的优点，是较合理的对岩石圈厚度的估计。中国大陆地震-热学岩石圈厚度分布有如下特点：

（1）中国东部岩石圈较薄，厚度约100km，其中包括中国东北、中朝克拉通、扬子克拉通东部和华南造山带；（2）青藏高原和塔里木克拉通以南地区的厚度变化较大，厚度约在160-220km；

（3）三大克拉通的岩石圈厚度有较大区别，扬子克拉通的核心最厚达约170km，塔里木克拉通的核心厚度约140km ，中朝克拉通的厚度约100km；

（4）昆仑秦岭造山带的岩石圈上地幔内部较复杂，可能有大面积的部分熔融；

（5）整个大陆岩石圈厚度分布并没有显示出与地壳年龄的线性相关关系，却表现出了与大地构造格局的直接关系。受板块碰撞强烈影响的地区，岩石圈较厚；受大洋俯冲带影响较强的地区，岩石圈较薄。

重要资源

矿产资源

例如中国的东北、华北、苏皖、四川盆地以及鄂尔多斯等地区，在岩层中埋藏有丰富的煤炭资源；中国松嫩平原、下辽河平原、华北平原、江汉平原、鄂尔多斯、西北各大型盆地以及东部与南部海域的沉积岩层内，有丰富的油气资源；中国辽宁、山东、山西、河北、湖北以及内蒙古等地区的前古生代变质岩层中，赋存有铁矿；中国山东的岩浆岩内盛产金矿；江西、广西、云南、贵州和湖南等省的岩浆岩中，产有钨、锑、锡、铜等特种金属与有色金属矿；此外，各地的若干岩浆岩、变质岩和沉积岩岩石，本身就是建筑材料资源。

环境资源

环境资源是指，除上述矿产资源之外可以提供人类利用，或有重要科研价值的各种地质体和地质现象。

主要包括：①地质景观资源，如中国湖南张家界由泥盆纪石英砂岩形成的峰林景观，北京房山碳酸盐岩石形成的石花洞岩溶洞穴景观等；②地质遗迹资源，如中国黑龙江五大连池与山西大同的火山遗迹，中国河南西峡白垩纪岩层中的恐龙蛋化石群；③地质空间资源，即岩石所占据的空问，可以用来储存和处置各类废料，包括核废料，或开辟作为地下油库、地下仓库、地下核试验的场地等；④地质生态资源，如岩石中对人类健康和生物生长发育有特殊生态优势或其他用途的化学场和物理场等，都是可以利用的环境资源。

之最

世界最深的洞穴

世界最深的洞穴是法国萨瓦山上的让伯纳洞，洞深1410米。世界最长的洞穴是美国肯塔基州的燧石岭——猛犸洞洞穴系统，累计已探测洞长341.2千米。世界最高的石笋是古巴埃斯坎布拉伊山的马丁山洞的石笋，高达63.20米。

最有趣的石头

鲜花常开的石头在中国贵州、湖南、湖北、陕西等地，有一种开满了闪闪发光的大菊花石头，花瓣在岩层中层次分明，白里带灰，格调高雅。这种石头被称为“菊花石”，形成于2亿年以前，呈层状分布。

悦耳动听的石头  苏州网师园里，有两块形似苍鹰展翅的石头。用锤轻轻敲打，会奏出：“1，2，3，4，5，6，7”的乐音。石头内部有许多封闭的大小孔洞，乐音由此而出。

香气扑鼻的石头  在广西天峨县向阳镇平腊村板凤屯的山路上，有一块能发出浓郁茴香气味的巨石，当地人称之为“茴香石”。行人路过石边，都被茴香味所吸引。倘若用手掌轻轻摩擦石头，香气便会浸入掌中存留约15分钟。

最高的山

珠穆朗玛峰是世界第一高峰，海拔8844．43米，这是中国登山队测绘人员于1975年测定的数字。高峰之上，冰峰雪岭连绵逶迤，它的壮丽雄伟，使人对天公造物的神奇力量，产生了深深的崇敬之感(图7)。

最低的盆地

新疆吐鲁番盆地是世界最低的盆地，比海平面低154米。

最深处的生物

近年来，科学家在8～9千米的超深钻岩石中，发现了活的细菌，这一发现突破了在地壳深部坚硬的岩石中没有活的生物传统概念。这些活的细菌如果能人工培养成功，将具有巨大开发价值，它的基因也将是无价之宝。

该页面最新编辑时间为 2024年3月18日