地壳的密度结构 地壳结构
\u4e2d\u56fd\u897f\u90e8\u5730\u58f3\u5bc6\u5ea6\u7ed3\u6784\u5730\u9707\u901f\u5ea6\u7ed3\u6784\u662f\u91cd\u529b\u53cd\u6f14\u7684\u6700\u597d\u7ea6\u675f\uff0c\u4e3a\u7a81\u51fa\u5730\u9707\u7ed3\u679c\u5f97\u5230\u7684\u5730\u58f3\u5c42\u72b6\u7ed3\u6784\uff0c\u5730\u58f3\u5bc6\u5ea6\u521d\u59cb\u6a21\u578b\u57fa\u672c\u6309\u7167\u5730\u9707\u5206\u5c42\u7ed9\u51fa4\u4e2a\u4e3b\u8981\u5bc6\u5ea6\u754c\u9762\uff0c\u5305\u62ec\u6c89\u79ef\u76d6\u5c42(\u57fa\u5e95\u9876\u754c\u9762)\u3001\u4e0a\u5730\u58f3\u3001\u4e2d\u5730\u58f3\u3001\u4e0b\u5730\u58f3\u548c\u83ab\u970d\u754c\u9762\u3002\u5229\u7528\u4e8c\u7ef4\u5747\u8d28\u591a\u8fb9\u6a21\u578b\u6b63\u6f14\u516c\u5f0f\u4eba\u673a\u4ea4\u4e92\u5f0f\u8ba1\u7b97\u6bcf\u4e00\u5c42\u7684\u91cd\u529b\u6548\u5e94\uff0c\u53e0\u52a0\u5f97\u5230\u5256\u9762\u6b63\u6f14\u5f02\u5e38\u3002\u5bf9\u7406\u8bba\u5e03\u683c\u91cd\u529b\u5f02\u5e38\u4e0e\u5b9e\u6d4b\u5e03\u683c\u91cd\u529b\u5f02\u5e38\u7684\u62df\u5408\u504f\u5dee\uff0c\u8fdb\u884c\u5730\u8d28\u3001\u6784\u9020\u7efc\u5408\u89e3\u91ca\uff0c\u5c3d\u91cf\u4fdd\u6301\u521d\u59cb\u5730\u9707\u6a21\u578b\u7684\u5c42\u72b6\u51e0\u4f55\u7ed3\u6784\uff0c\u5728\u5c42\u72b6\u521d\u59cb\u6a21\u578b\u5185\u90e8\u589e\u52a0\u6a2a\u5411\u5bc6\u5ea6\u5206\u5757\u3002\u62df\u5408\u597d\u4ee5\u540e\uff0c\u5f97\u51fa\u6700\u7ec8\u5bc6\u5ea6\u7ed3\u6784\u6a21\u578b\u3002\u4e2d\u56fd\u897f\u90e84\u6761\u91cd\u529b\u5256\u9762\u56fe\u4f4d\u7f6e\u89c1\u56fe7.1.1\u3002
7.4.1 \u897f\u85cf\u5676\u5c14-\u65b0\u7586\u5e03\u5c14\u6d25\u5256\u9762
\u897f\u85cf\u5676\u5c14-\u65b0\u7586\u5e03\u5c14\u6d25\u5256\u9762(\u56fe7.4.1)\uff0c\u9014\u7ecf\u65b0\u7586\u5927\u7ea2\u67f3\u6ee9\u3001\u548c\u7530\u3001\u5e93\u8f66\u548c\u514b\u62c9\u739b\u4f9d\uff0c\u5256\u9762\u957f\u5ea61920km\u3002\u5efa\u7acb\u5730\u58f3\u5c42\u72b6\u5bc6\u5ea6\u521d\u59cb\u6a21\u578b\u4e3b\u8981\u53c2\u8003\u4e86305\u9879\u76ee\u65b0\u7586\u5730\u5b66\u65ad\u9762\u548c\u5b59\u4fca\u731b\u535a\u58eb\u8bba\u6587(\u90b5\u5b66\u949f\u7b49\uff0c1994;\u79e6\u56fd\u537f\u7b49\uff0c1999;\u5362\u5fb7\u6e90\uff0c2000;\u674e\u79cb\u751f\u7b49\uff0c2000)\u3002
\u897f\u85cf\u5676\u5c14-\u65b0\u7586\u5e03\u5c14\u6d25\u5256\u9762\u5730\u58f3\u539a\u5ea6\u53d8\u5316\u5f88\u5927\u3002\u897f\u6606\u4ed1\u5c71\u8109\u548c\u5929\u5c71\u5c71\u8109\u90fd\u6709\u5c71\u6839\u3002\u897f\u6606\u4ed1\u5c71\u8109\u5730\u58f3\u539a\u5ea680km\u3002\u5929\u5c71\u5c71\u8109\u5730\u58f3\u539a\u5ea660km\u3002\u5854\u91cc\u6728\u76c6\u5730\u548c\u51c6\u5676\u5c14\u76c6\u5730\u5730\u58f3\u51cf\u8584\uff0c\u5730\u58f3\u539a\u5ea6\u4e3a50km\u3002
\u56fe7.4.1 \u897f\u85cf\u5676\u5c14-\u65b0\u7586\u5e03\u5c14\u6d25\u5e03\u683c\u91cd\u529b\u53cd\u6f14\u89e3\u91ca\u5256\u9762
\u897f\u85cf\u5676\u5c14-\u65b0\u7586\u5e03\u5c14\u6d25\u5256\u9762\u7684\u5730\u58f3\u6309\u7167\u5730\u9707\u901f\u5ea6\u5206\u5c42\uff0c\u7eb5\u5411\u4e0a\u53ef\u4ee5\u5206\u4e3a\u4e0a\u5730\u58f3\u548c\u4e0b\u5730\u58f3\u3002\u6a2a\u5411\u4e0a\u5206\u4e3a\u516d\u4e2a\u5757\u4f53\uff0c\u5305\u62ec\u4e86\u897f\u6606\u4ed1\u5c71\u8109\u3001\u5854\u91cc\u6728\u76c6\u5730\u3001\u5929\u5c71\u5c71\u8109\u3001\u51c6\u5676\u5c14\u76c6\u5730\u548c\u963f\u5c14\u6cf0\u5c71\u8109\u3002\u5730\u58f3\u7684\u5bc6\u5ea6\u5206\u5c42\u5219\u53ef\u4ee5\u5206\u4e3a\u4e94\u4e2a\u5bc6\u5ea6\u5c42\u3002\u7b2c\u4e00\u5c42\u81f3\u7b2c\u4e94\u5c42\u7684\u5c42\u95f4\u5bc6\u5ea6\u5dee\u5206\u522b\u4e3a0.1\uff0c0.06\uff0c0.05\uff0c0.05\u548c0.3g/cm3\u3002\u7b2c\u4e00\u5bc6\u5ea6\u5c42\u548c\u7b2c\u4e8c\u5bc6\u5ea6\u5c42\u4e3a\u4e0a\u5730\u58f3\uff0c\u7b2c\u4e09\u5bc6\u5ea6\u5c42\u81f3\u7b2c\u4e94\u5bc6\u5ea6\u5c42\u4e3a\u4e0b\u5730\u58f3\u3002\u7b2c\u4e00\u5bc6\u5ea6\u5c42\u4ee52.74g/cm3\u7684\u57fa\u5e95\u9ad8\u5bc6\u5ea6\u4e3a\u80cc\u666f\uff0c\u5176\u4e0a\u5c40\u90e8\u53e0\u52a0\u5bc6\u5ea6\u4e3a2.14\uff5e2.54g/cm3\u7684\u5730\u8868\u4f4e\u5bc6\u5ea6\u6c89\u79ef\u76d6\u5c42\u3002\u7b2c\u4e8c\u5bc6\u5ea6\u5c42\u7684\u5bc6\u5ea6\u4e3a2.84g/cm3\u3002\u53ea\u6709\u897f\u6606\u4ed1\u5c71\u8109\u7684\u5bc6\u5ea6\u8f83\u4f4e\uff0c\u4e3a2.81g/cm3\u3002\u7b2c\u4e09\u5bc6\u5ea6\u5c42\u4ee52.90g/cm3\u4e3a\u80cc\u666f\uff0c\u5c40\u90e8\u53e0\u52a0\u897f\u6606\u4ed1\u5c71\u8109\u548c\u51c6\u5676\u5c14\u76c6\u57302.87g/cm3\u7684\u4f4e\u5bc6\u5ea6\u5757\u4f53\u3002\u7b2c\u56db\u5bc6\u5ea6\u5c42\u4ee52.95g/cm3\u4e3a\u80cc\u666f\uff0c\u5c40\u90e8\u53e0\u52a0\u897f\u6606\u4ed1\u5c71\u8109\u548c\u51c6\u5676\u5c14\u76c6\u5730\u4f4e\u5bc6\u5ea6\u5757\u4f53\uff0c\u5bc6\u5ea6\u5206\u522b\u4e3a2.93g/cm3\u548c2.90g/cm3\u3002\u7b2c\u4e94\u5bc6\u5ea6\u5c42\u7684\u5bc6\u5ea6\u4e3a3.00g/cm3\u3002\u83ab\u970d\u754c\u9762\u4e4b\u4e0b\uff0c\u5bc6\u5ea6\u4e3a3.30g/cm3\u3002
\u4e00\u822c\u6765\u8bf4\uff0c\u5c71\u8109\u5730\u58f3\u5e73\u5747\u5bc6\u5ea6\u4f4e\uff0c\u5bf9\u5e94\u4f4e\u5f02\u5e38;\u4f8b\u5982\u897f\u6606\u4ed1\u5c71\u8109\u3002\u76c6\u5730\u5e73\u5747\u5bc6\u5ea6\u9ad8\uff0c\u5bf9\u5e94\u9ad8\u5f02\u5e38;\u4f8b\u5982\u5854\u91cc\u6728\u76c6\u5730\u3002\u4f46\u662f\uff0c\u51c6\u5676\u5c14\u76c6\u5730\u6574\u4f53\u4e0a\u5730\u58f3\u5e73\u5747\u5bc6\u5ea6\u4f4e\u3002\u51c6\u5676\u5c14\u76c6\u5730\u7684\u9ad8\u5f02\u5e38\u662f\u7531\u9ad8\u5bc6\u5ea6\u7684\u5ca9\u77f3\u5708\u5730\u5e54\u6240\u5f15\u8d77\u3002
7.4.2 \u897f\u85cf\u4e9a\u4e1c-\u5185\u8499\u53e4\u989d\u6d4e\u7eb3\u65d7\u5256\u9762
\u897f\u85cf\u4e9a\u4e1c-\u5185\u8499\u53e4\u989d\u6d4e\u7eb3\u65d7\u5256\u9762(\u56fe7.4.2)\uff0c\u9014\u7ecf\u9752\u6d77\u96c1\u77f3\u576a\u3001\u683c\u5c14\u6728\uff0c\u5256\u9762\u957f\u5ea61936km\u3002\u5efa\u7acb\u5730\u58f3\u5c42\u72b6\u5bc6\u5ea6\u521d\u59cb\u6a21\u578b\u4ee5\u897f\u85cf\u4e9a\u4e1c-\u5185\u8499\u53e4\u989d\u6d4e\u7eb3\u65d7\u5730\u5b66\u65ad\u9762\u4e3a\u9aa8\u67b6(\u9ad8\u9510\u7b49\uff0c1990;\u5b5f\u4ee4\u987a\u7b49\uff0c1990\uff0c1992\uff0c1995\uff0c1996;\u5434\u529f\u5efa\u7b49\uff0c1991;\u5d14\u4f5c\u821f\u7b49\uff0c1995\uff0c1999)\u3002
\u897f\u85cf\u4e9a\u4e1c-\u5185\u8499\u53e4\u989d\u6d4e\u7eb3\u65d7\u5256\u9762\u5730\u58f3\u539a\u5ea6\u5357\u539a\u5317\u8584\u3002\u9752\u85cf\u9ad8\u539f\u5730\u58f3\u539a\u5ea6\u8fbe\u523070\u591a\u5343\u7c73\u3002\u7941\u8fde\u5c71\u5c71\u8109\u6709\u5c71\u6839\uff0c\u5730\u58f3\u539a\u5ea660km\u3002\u67f4\u8fbe\u6728\u76c6\u5730\u548c\u6cb3\u897f\u8d70\u5eca\u5730\u58f3\u51cf\u8584\uff0c\u5730\u58f3\u539a\u5ea6\u5206\u522b\u4e3a50\u591a\u5343\u7c73\u548c40\u591a\u5343\u7c73\u3002
\u897f\u85cf\u4e9a\u4e1c-\u5185\u8499\u53e4\u989d\u6d4e\u7eb3\u65d7\u5256\u9762\u7684\u5730\u58f3\u6309\u7167\u5730\u9707\u901f\u5ea6\u5206\u5c42\uff0c\u7eb5\u5411\u4e0a\u53ef\u4ee5\u5206\u4e3a\u4e09\u5c42\u3002\u6a2a\u5411\u4e0a\u4ee5\u683c\u5c14\u6728\u4e3a\u754c\u5206\u4e3a\u5357\u5317\u4e24\u5927\u90e8\u5206\u3002\u5730\u58f3\u7684\u5bc6\u5ea6\u5206\u5c42\u7531\u4e8e\u683c\u5c14\u6728\u5357\u5317\u4e24\u4fa7\u5730\u58f3\u5c42\u4f4d\u7684\u9519\u4f4d\uff0c\u91c7\u7528\u5357\u5317\u4e0d\u540c\u7684\u5bc6\u5ea6\u5206\u5c42\u3002\u5357\u90e8\u53ef\u4ee5\u5206\u4e3a\u516d\u4e2a\u5bc6\u5ea6\u5c42\u3002\u7b2c\u4e00\u5c42\u81f3\u7b2c\u516d\u5c42\u7684\u5c42\u95f4\u5bc6\u5ea6\u5dee\u5206\u522b\u4e3a0.2\uff0c0.26\uff0c0.06\uff0c0.05\uff0c0.02\u548c0.3g/cm3\u3002\u5317\u90e8\u53ef\u4ee5\u5206\u4e3a\u4e94\u4e2a\u5bc6\u5ea6\u5c42\u3002\u7b2c\u4e00\u5c42\u81f3\u7b2c\u4e94\u5c42\u7684\u5c42\u95f4\u5bc6\u5ea6\u5dee\u5206\u522b\u4e3a0.25\uff0c0.03\uff0c0.12\uff0c0.1\u548c0.3g/cm3\u3002
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\u683c\u5c14\u6728\u4ee5\u5357\u9752\u85cf\u9ad8\u539f\u4e3b\u4f53\u90e8\u5206\u6709\u516d\u4e2a\u5bc6\u5ea6\u5c42\u3002\u7b2c\u4e00\u5bc6\u5ea6\u5c42\u4ee52.78\uff5e2.81g/cm3\u7684\u57fa\u5e95\u9ad8\u5bc6\u5ea6\u4e3a\u80cc\u666f\uff0c\u5176\u4e0a\u5c40\u90e8\u53e0\u52a0\u5bc6\u5ea6\u4e3a\u5c0f\u4e8e2.56g/cm3\u7684\u5730\u8868\u4f4e\u5bc6\u5ea6\u6c89\u79ef\u76d6\u5c42\u3002\u7b2c\u4e8c\u5bc6\u5ea6\u5c42\u4e3a\u4f4e\u5bc6\u5ea6\u5c42\uff0c\u5bc6\u5ea6\u4e3a2.61g/cm3;\u7b2c\u4e09\u5bc6\u5ea6\u5c422.87g/cm3;\u7b2c\u56db\u5bc6\u5ea6\u5c422.93g/cm3;\u7b2c\u4e94\u5bc6\u5ea6\u5c42\u5bc6\u5ea6\u4e3a2.98g/cm3;\u7b2c\u516d\u5bc6\u5ea6\u5c42\u5bc6\u5ea6\u4e3a3.00g/cm3\u3002\u83ab\u970d\u754c\u9762\u4e4b\u4e0b\uff0c\u5ca9\u77f3\u5708\u5730\u5e54\u5bc6\u5ea6\u4e3a3.36g/cm3\u3002
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\u65b0\u7586\u963f\u52d2\u6cf0-\u56db\u5ddd\u6210\u90fd\u5256\u9762(\u56fe7.4.3)\uff0c\u9014\u7ecf\u65b0\u7586\u5947\u53f0\u3001\u7518\u8083\u7ea2\u67f3\u56ed\u3001\u963f\u514b\u585e\u3001\u9752\u6d77\u82b1\u77f3\u5ce1\uff0c\u5256\u9762\u957f\u5ea62520km\u3002\u5efa\u7acb\u5730\u58f3\u5c42\u72b6\u5bc6\u5ea6\u521d\u59cb\u6a21\u578b\u4ee5\u5f90\u65b0\u5fe0\u7b49(1997)\u5efa\u7acb\u7684\u5730\u9707\u5256\u9762\u4e3a\u9aa8\u67b6\u3002
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7.4.4 \u5854\u4ec0\u5e93\u5c14\u5e72-\u9752\u6d77\u5fb7\u4ee4\u54c8\u5256\u9762
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在图5.1和5.7中，都已从有关实例展示了地壳的密度结构在综合解释中具有的重要作用。从这两个例子使我们认识到，正的重力异常可与深部物质的构造侵位有关，负的环形重力异常可能与陨石冲击坑有关。因此，研究地壳的密度结构可以追溯一些重要的地质历史事件。由于重力资料采集成本低，现已有大量资料可供综合解释利用，尤其是全球地学断面图的测制，为研究地壳密度结构提供了丰富的资料。图5.8展示了马杏垣先生等测制的江苏响水—内蒙满都拉地学断面的一段密度结构，穿过包头与白云鄂博。此图是在地震约束下重力反演取得的。可以看到，（1）岩石圈内密度总体上随深度增大，与压力增大引起压实的趋势相同，如下地壳为3100kg/m3，浅地幔为3300～3400km/m3。（2）上地壳的密度横向变化很大，如包头盆地，浅层有密度很低的疏松沉积物，但下方密度增高（2880kg/m3），并对应地幔上隆。（3）白云鄂博下方有直插下地壳的高密度体，地面上有超基性岩出露，与图5.1所示的构造侵位有些相似之处（但构造侵位的时间与阿尔卑斯期不同）。白云鄂博特大型矿与上地壳的高密度结构看来是有一定关系的。
图5.8 通过内蒙包头—白云鄂博的岩石圈密度反演剖面（据马杏垣等）
注意白云鄂博地壳中的高密度体，图中数字为g/cm3
如果说沉积盆地大都与浅部地壳的低密度有关，则中等尺度（几百至上千公里）的局部重力异常在研究大陆演化时就要特别重视，因为它们与深部岩浆上涌或侵位有关。除了5.1和5.8所示的例子之外，再来看一个典型的例子。在北美大陆中部有一条延绵上千公里的甘布拉重力异常带，走向北东，幅度可达60×10-5m/s2，正负伴生（图5.9）.图5.10（a）和（b）展示了两条穿过它的密度反演剖面，可见到直插Moho面的高密度体及其顶部的分叉。综合解释结果（图5.9c）认为，甘布拉异常带反映的是沿古裂谷大规模涌入的玄武岩流。在图5.9c上还注明了地震波速结构，它在上地壳出现6.6km/s的高波速体，与玄武岩对应，但在下地壳的显示不如密度反演结果明显，说明折射地震的横向分辨率差，必须用密度结构作为补偿，这样做同样符合本讲开头说的兼容性原则。重力资料是二维的数据集，如果没有地震约束，它的垂向分辨率很差，因此不能反演出精细的地壳密度结构。近年来，作者与侯遵泽使用了二维小波变换与多尺度分析技术，对中国布伽重力异常进行了多尺度分解，取得了反映中国大陆上地壳密度分布的重力小波细节。图中（见《地球物理学报》）负的小波细节异常，基本上与中新生代沉积盆地对应，反映了我国油气资源的潜在产地。正的小波细节异常，如果拿它与全国超基性岩分布图比较（如中国基性、超基性岩分布图），就会发现它与我国的超基性岩出露带吻合很好，尤其是与斜辉辉橄岩—斜辉橄榄岩带重合。空间位置的这种重合性表明，中国上地壳中的高密度反映了元古代以来地幔物质的向上迁移。但是，这种向上迁移是构造侵位引起的，还是由大陆裂谷作用引起的？为了回答这个问题，我又将一阶重力异常细节与中国西部的断裂体系进行了对比，之所以只对比中国西部地区，是因为西部地区正异常很强，一般可达（40～80）×10-5m/s2，而东部地区明显减弱。因此，用西部地区资料对比置信度更高。西部地区的主要正异常带为：冈底斯—念青唐古拉山带.大雪山—乌蒙山带，帕米尔—西昆仑—阿尔金山弧带、祁连山—龙门山弧形带及北天山加其北沿带，这些强正异常走向与当地巨型断裂带，尤其是板块俯冲带走向一致，而且多数出现在俯冲带上盘。例如，根据肖序常、许志琴等的研究，青藏高原的抬升与45Ma以来其四周板块向内俯冲有密切关系，而在俯冲带的上盘都有突出的上地壳高密度分布，暗示它们或者与板块碰撞时的仰冲作用及地壳增厚有关，或者与俯冲伴随的构造侵位或岩浆活动有关。当然，这种情况也有例外，如天山北沿的强重力异常中心位置在乌鲁木齐附近，是否与古俯冲带有关值得进一步研究。
图5.9 穿越美国大陆内部的甘布拉重力异常带
强度在30×10-5m/s2以上的布伽重力异常长达上千公里，正负伴生，其综合解释见图5.10
正如第一讲所述，根据大地电磁资料反演取得的岩石圈地电结构（见图1.10、1.14），在综合地球物理解释中有时也能提供重要的约束（见图3.5、图3.6）。但是由于电阻率变化范围大，与物质成分的关系（除石墨含量外）不如与温度及孔隙水含量关系密切，在这里就不再详细讨论了。
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