岩石圈包括什么（岩石圈系统）

微信公众号：环球地科

根据地球圈层的热力学性质和变形物理环境以及地震波速带，可将地球划分为岩石圈(Lithosphere)、软流圈(As The-nosphere)、中间圈(Mesosphere)和地核。岩石圈是固体地球的表层，它的定义是:“地球的刚性外壳层，是由一些能够相互独立运动的离散型板块构成的。概言之，板块的这种组合就成为岩石圈。根据现在模型，岩石圈板块在洋脊上形成，在俯冲带沉人地球内部”(美国地球动力学委员会，1987)。软流是易于动变形和缓慢移动的软弱层，是岩石圈之下包括上地幔低速层以下至过渡带上部的统称。正是由于软弱层对刚硬层的控制作用才形成了板块构造。因此，包括地壳和地慢盖层的岩石圈，特别是大陆岩石圈及软流圈是板块构造及大陆动力学研究的重点。由于岩石圈的非均一性十分突出，故通常又将岩石圈区分为大陆(型)岩石圈、大洋(型)岩石圈及过渡型岩石圈三类。大陆岩石圈以大陆地盾和地台为代表，大洋岩石以大洋盆地为代表，过渡型岩石圈存在于大陆和大洋地壳之间的大陆边缘或岛弧地区。

大陆岩石圈

板块构造所揭示的一种根本性认识是，大陆岩石圈与大洋岩石圈有重大差别。大陆岩石圈是在地球漫长的演化过程中，经过长期的热力、重力以及水平力的作用下逐渐分异改造的产物，是地球演化形成的“垃圾堆”。大陆岩石圈不仅位置高、厚度大、演化时间长、结构复杂，而且由不同物质组成，并在纵向上和横向上也有显著的不均匀性，分层分块并分层流变，化学边界层和热边界也比大洋边界层要厚得多、老得多。据此，可以把大陆岩石圈自上而下再区分为6个次级圈层(见图1)。当然，这种区分仍然是地质尺度的，仅仅是一种近似。

地壳盖层

地壳盖层，简称盖层，即覆盖在结晶基底之上，由沉积层加浅变质岩系组成的沉积盖层，厚度变化较大，一般为0~5km，而某些沉积盆地可厚达10km，Vp为2.0~5.5km/s在没有沉积盖层分布的地区，则结晶基底可直接出露于地表。由于沉积盖层尚未完全脱水及硬化，所以，层内除存在有不同的松软岩层外，还有不整合面等软弱层存在，加之接近地表应变空间，故整体强度较低，易产生盖层褶皱及逆冲断层等薄皮构造。薄皮构造即盖层在基底上的滑脱变形，亦即盖层的褶皱一冲断带(层)向下终止于一个巨大的滑脱面之上的构造全称。如果重力失稳，上覆岩层还常沿着下伏软弱层滑动，形成重力滑动构造。重力滑动和薄皮构造常常直接露出地表或埋深较浅，因而对人类生存环境最为密切。

大陆岩石圈次级圈层柱状剖面(据李扬鉴等，1996)

上地壳刚硬层

上地壳刚硬层即上地壳结晶基底刚硬层，全球大陆均有分布，它与盖层组合为双层结构。刚硬层主要由花岗岩、花岗片麻岩和结晶片岩等组成，厚度为3~7km，Vp为5.7~6.3km/s。由于该层埋深较浅，温压条件低于绿片岩相，相当于主要组分为石英、长石的脆性变形环境，故整体呈厚板状脆性性质，在上地壳的盆-山系和冲叠造山带等厚皮构造(薄皮构造滑脱面之下的结晶基底与其上的盖层一起卷入变形时称厚皮构造)的形成过程中起着能干层的作用。我国大陆在巨厚盖层之下均有结晶基底存在。

中地壳塑性层

中地壳塑性层也称壳内流体层，由相当于花岗闪长岩-闪长岩类的物质组成，厚8~20km，一般埋深10~15km，在正常地热增温条件下，其温度为300~450℃，围压为270~405MPa，相当于石英由脆性转变为塑性的绿片岩相变质环境，故呈现出一定的塑性性质。特别是中新生代等活动造山地带和盆-山系，比如美国西部的盆岭区，更是由于活动挤压，深部热流，以及放射性元素和挥发性组分等的加入，使之密度倒转，Vp降为5.6~6.0km/s，出现更广泛的选择性重熔，因而流变作用更为强烈，使上地壳的正断层因其重力能大量消耗于中地壳塑性层这一应力消耗空间而无力切入下地壳，故该层实际上控制着上地壳盆-山系的形成。上地壳的结晶基底也因沿不能累积应力的中地壳塑性层而“顺层俯冲”，形成了冲叠造山带。所以，中地壳塑性层发育区往往也是盆-山系和冲叠造山带等厚皮构造的发育区，也是中酸性岩浆、地热及金属元素等成矿物质的发源地，是大陆岩石圈中能量和物质交换最活跃的次级圈层之一，是为上地壳成矿作用提供物质来源的矿源层之一。

下地壳刚硬-软弱复合层

该层主要由辉长岩类组成，厚10~15km，上部值为6.5~6.7km/s，下部Vp值为7.3~7.6km/s，温度为400~700℃。由于该层自上而下随着埋深增加，因而使其分别处于相当于角闪岩相至麻粒岩相的高温、高压变质环境。由于该层主要由熔点较高的长石组成，并由自上部的偏脆性变形转变为至下部的偏塑性变形层位，故造成该层总体上呈刚硬、软弱复合层性质，并与下伏的莫霍面过渡带一起，对上覆岩层的构造变形起着拆离调节作用。

莫霍面过渡带

莫霍面过渡带是个遍及全球、厚薄不均、埋深不等、软硬层相间的明显间断面。20世纪90年代以来的地震探测表明，它是由一组高速和低速的薄层束所组成的(见图2)。薄层厚度为100~200m，而整个过渡带厚度则可达1~5km。Vp自上而下由7.6km/s增加到8.1km/s，在盆-山系分布区壳幔界面附近可出现Vp为7.0~7.8km/s的低速或低阻的异常地幔塑性层，对地壳张裂、分离、下滑所形成的过渡壳构造起着控制作用。莫霍面过渡带主要由镁铁质麻粒岩和超镁铁质岩所组成，它的起伏变化一方面反映了地壳厚度的变化，另一方面也是地幔上部构造的表象，年代愈新，起伏愈大，构造活动愈强烈，年轻造山带的起伏幅度可达10km以上。

在活动造山带下，挤压往往使莫霍面呈叠瓦状或雁行排列，其断距可大于10km，如喜马拉雅和阿尔卑斯造山带，而古生代造山带则断距较小(小于3km)。大陆莫霍面具有高、低速相间的互层特征，有学者认为是造山幕次的反映。

莫霍面(M)性质示意图

我国大陆莫霍面有较大的起伏，东高西低，向西倾斜，从东部平原到青藏高原东部仅2000.多km，但莫霍面埋深就增深了30多km。青藏高原之下是巨大的莫霍面凹陷区，华北平原和渤海等新生代裂谷区则是莫霍面的隆起带。

莫霍面过渡带在时间和空间上都具有动态性质，是地质历史上较年轻的构造形迹。

地幔盖层

地幔盖层即莫霍面与上地幔低速层顶面之间的刚硬地幔。主要由橄榄岩、辉石岩和榴辉岩等组成，厚度变化较大(30~150km不等)，Vp为8.1~8.5km/s。由于其上述物质组成中以厚度较大、熔融程度较高的难熔组分橄榄石为主，故地幔盖层就整体而言，为一种大密度、高强度的刚硬层。但是据地震观测表明，地幔盖层也是由一系列高速和低速夹层组成的。