岩石圈

岩石圈，地質學專業術語，是地球上部相對於軟流圈而言的堅硬的岩石圈層。厚約60~120公里，為地震高波速帶。包括地殼的全部和上地幔的頂部，由花崗質岩、玄武質岩和超基性岩組成。其下為地震波低速帶、部分熔融層和厚度100公里的軟流圈。對岩石圈的認識，分歧很大，有人認為岩石圈與地殼是同義詞，而與下部軟流圈即上地幔有區別，但岩石圈與上地幔系過渡關係而無明顯界面；有人認為岩石圈至少應包括地殼和地幔上層。

基本介紹

• 中文名：岩石圈
• 外文名：The lithosphere
• 特點：地震高波速帶
• 厚度：60~120公里
• 包括：地殼的全部和上地幔的頂部
• 組成：花崗質岩、玄武質岩和超基性岩

釋義

岩石圈，地質學專業術語，是地球上部相對於軟流圈而言的堅硬的岩石圈層。厚約60~120公里，為地震高波速帶。由地殼和上地幔頂部組成。岩石圈下面是軟流圈。岩石圈可分為6大板塊：歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度洋板塊、南極洲板塊 。岩石圈的厚度因地而異。一般而言，大陸地殼的岩石圈厚度大于海洋地殼的岩石圈厚度，但是其具體深度存在爭議。

特點

地表形態的塑造過程也是岩石圈物質的循環過程，它們存在的基礎是岩石圈三大類岩石-岩漿岩、變質岩和沉積岩的變質轉化。

在地球內部壓力作用下，岩漿沿著岩石圈的薄弱地帶侵入岩石圈上部或噴出地表，冷卻凝固形成岩漿岩。裸露地表的岩漿岩在風吹、雨打、日曬以及生物作用下，組件崩解成為礫石、沙子和泥土。這些碎屑被風、流水等搬運後沉積下來，經過固結成岩作用，形成沉積岩。同時，這些已經生成的岩石，在一定的溫度和壓力下發生變質作用，形成變質岩。岩石在岩石圈深處或岩石圈以下發生重熔再生作用，又成為新的岩漿。岩漿在一定的條件下再次侵入或噴出地表，形成新的岩漿岩，並與其他岩石一起再次接受外力的風化、侵蝕、搬運和堆積。如此，周而復始，使岩石圈的物質處於不斷的循環轉化之中。

我們今天看到的山系和盆地，以及流水、冰川、風成地貌等，是岩石圈物質循環在地表留下的痕跡。

另外對於地球岩石圈，除表面形態外，是無法直接觀測到的。它主要由地球的地殼和地幔圈中上地幔的頂部組成，從固體地球表面向下穿過地震波在近33公里處所顯示的第一個不連續面（莫霍面），一直延伸到軟流圈為止。岩石圈厚度不均一，平均厚度約為100公里。由於岩石圈及其表面形態與現代地球物理學、地球動力學有著密切的關係，因此，岩石圈是現代地球科學中研究得最多、最詳細、最徹底的固體地球部分。由於洋底占據了地球表面總面積的2/3之多，而大洋盆地約占海底總面積的45%，其平均水深為4000～5000米，大量發育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周圍延伸著廣闊的海底丘陵。因此，整個固體地球的主要表面形態可認為是由大洋盆地與大陸台地組成，對它們的研究，構成了與岩石圈構造和地球動力學有直接聯繫的"全球構造學"理論。

組成

元素

地殼中含有化學元素周期表中所列的絕大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8種主要元素占98%以上，其他元素共占1%~2%。地殼中化學元素的平均含量相差極為懸殊。氧幾乎占有一半，矽約占1/4，鋁約占1/13，而表中未列入的大多數元素的含量是微不足道的。這些微量元素，其含量也十分懸殊，有些還是超微量的。對於整個岩石圈的原子組成來說，氧占60.4%，矽占20.5%，鋁占6.2%，氫占2.9%，鈉占2.49%，鐵、鈣、鎂和鉀分別占1.9%、1.88%、1.77%和1.37%，其他元素含量都小於1%。

礦物

礦物是人類生產資料和生活資料的重要來源之一，是構成地殼岩石的物質基礎。自然界的礦物很多，約有3，000種，最常見的只有五六十種，至於構成岩石主要成份的不過二三十種。組成岩石主要成份的礦物，稱造岩礦物，它們共占地殼重量的99%。最常見的造岩礦物有下列幾種：

1、長石

是構成地殼的最主要的一類礦物，常見於火成岩、沉積岩和變質岩中。具瓷狀光澤，摩氏硬度為6，二向完全解理。解理呈正交者為正長石，多為肉紅色；解理呈斜交者稱斜長石，多為淺灰白色。由於長石晶體構造中容許大量的離子置換，因而有多種類型。如斜長石中的鈉和鈣可以完全置換，故產生了從鈉斜長石、至鈣斜長石、的一系列種類和成分的變化。

2、石英

在大陸地殼中的數量僅次於長石，亦常見於各類岩石中。成分簡單，無解理，貝殼狀斷口，具典型的玻璃光澤，硬度7，性硬，比重2.5~2.8。石英在自由生長時結晶成六面錐體，但在結晶岩中因晶體發育受空間限制，皆呈不規則形狀。石英性質穩定，難於風化。

3、雲母

假六方柱狀或板狀晶體，通常呈片狀或鱗片狀，單向極完全解理，易剝成具有彈性的光滑透明薄片；玻璃及珍珠光澤，硬度2~3，成分複雜多樣，常見的有黑雲母、白雲母和金雲母，在酸性岩漿岩、砂岩和變質岩中常見。

4、角閃石

成分複雜多變，常見的一種為普通角閃石，呈長柱狀或條狀，暗綠至黑色，硬度5.5~6，比重3.1~3.3，二向完全解理呈彼此斜交，性脆；在中性和酸性岩漿岩和某些變質岩中常見。

輝石：成分與角閃石近似，但含鐵鎂較多而不含羥離子。其中常見的為普通輝石，呈短柱狀，二向中等解理呈彼此正交，綠黑色，硬度5~6，比重3.2~3.6；常與角閃石、橄欖石、某些斜長石等共生，在基性和超基性岩漿岩中常見。

5、橄欖石

粒狀，橄欖綠色，玻璃光澤，硬度6.5~7，性脆；為超基性岩和基性岩的主要組成礦物。

上述造岩礦物又可歸納為兩種類型：一為長英質（或淺色）礦物，包括石英、長石和白雲母，其色淺，比重較輕，含鐵鎂少；一為鐵鎂質（或深色）礦物，包括橄欖石、輝石、角閃石和黑雲母，其色深，比重較大，富含鐵鎂而得名。兩者共占地殼重量的80%多。

此外，其他常見的造岩礦物有方解石，白雲石和各種粘土礦物，它們是某些沉積岩的主要造岩礦物。

岩石

岩石是在各種地質作用下，按一定方式結合而成的礦物集合體，是構成地殼及地幔的主要物質。岩石是地質作用的產物，又是地質作用的對象，是研究各種地質構造和地貌的物質基礎。岩石中礦物的結晶程度、顆粒大小和形狀以及顆粒間相互關係的特徵，稱為岩石的結構。岩石中礦物的組合形狀、大小和空間上相互關係和配合方式，稱為岩石的構造。結構和構造是識別岩石的重要特徵之一。根據成因，岩石可分為三大類：岩漿岩、沉積岩和變質岩。

岩漿岩

岩漿岩：是由地殼內部上升的岩漿侵入地殼或噴出地表冷凝而成的，又稱火成岩。岩漿主要來源於地幔上部的軟流層，那裡溫度高達1300℃，壓力約數千個大氣壓，使岩漿具有極大的活動性和能量，按其活動又分為噴出岩和侵入岩。未達到地表的岩漿冷凝而成的岩石叫侵入岩。深成侵入岩顆粒較粗。淺成侵入岩顆粒細小或大小不均。噴出岩是在岩漿噴出地表的條件下形成，溫度低，冷卻快，常成玻璃質、半晶質或隱晶質結構，具有氣孔、流紋等構造等。岩漿岩常見的如在地殼中分布很廣的中粗粒結構的侵入岩——花崗岩，氣孔構造發育，黑色緻密的玄武岩，流紋構造顯著的酸性噴出岩——流紋岩等。

沉積岩

沉積岩：是地面即成岩石在外力作用下，經過風化、搬運、沉積固結等沉積而成，其主要特徵是：①層理構造顯著；②沉積岩中常含古代生物遺蹟，經石化作用即成化石；③有的具有乾裂、孔隙、結核等。常見的沉積岩有：直徑大於3毫米的礫和磨圓的卵石及被其它物質膠結而形成的礫岩，由2毫米到0.05毫米直徑的砂粒膠結而成的砂岩，由顆粒細小的粘土礦物組成的頁岩，由方解石為其主要成分，硬度不大的石灰岩等。

變質岩

變質岩：是岩漿岩或沉積岩在變質作用下形成的一類新岩石。和前兩類岩石主要區別是變質岩屬重結晶的岩石，顆粒較粗，不含玻璃質和有機質的殘體。其主要特徵是：①有的具有片理（片狀）構造如片岩；②有的呈片麻構造（未形成片狀），岩石斷面上看到各種礦物成帶狀或條狀等，如花崗片麻岩；③有的呈板狀構造，顆粒極小，肉眼難辨，如板岩。常見的變質岩如由方解石或白雲石重新經過結晶而成的大理岩，由頁岩和粘土經過變質而形成原解理狀的板岩，由片狀、柱狀岩石組成的片岩，多由沉積岩和岩漿岩變質而成的片麻岩，由砂岩變質而成的石英岩等。

發現過程

從18世紀開始科學考察深入地下，通過地震波記錄獲得的地球物理資料揭示固體地球是由不同圈層構成的。人們認識到地球不是一個均質體，地球在其曲折動盪的46億年里形成了一套包括地核、地幔和地殼在內的複雜系統。地球圈層分為地球外圈和地球內圈兩部分。地球外圈有大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈四個部分；地球內圈進一步劃分為地幔圈、外核圈和核心圈三個基本圈層。此外在地球外圈和地球內圈之間還存在一個軟流圈，它是一個過渡圈層，位於地面以下平均深度約150公里處。岩石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了固體地球。

岩石圈是巴雷爾在1914年根據板塊理論提出的地球圈層概念。岩石圈包括地殼和上地幔的上部。岩石圈厚度不均一，大洋部分在洋中脊的最新部分只有6～8千米，在最老部分則有100千米；大陸岩石圈厚一些，大都在100～400千米之間。岩石圈厚度和地球的半徑比較，幾乎可以忽略不計。由於地殼和上地幔頂部都是由岩石組成的，所以地質學家們把它們統稱為岩石圈。

地殼是地球表面的構造層，只占地球體積的0.8%。據其性質可分大陸地殼和大洋地殼。地殼和地幔之間以莫霍面分界。大陸地殼一般厚度為33-35千米。我國青藏高原是世界上地殼厚度最大的地區之一，平均厚度達70千米。大陸地殼覆蓋地球表面的45%，化學組成以矽鋁質為特點。大洋地殼極薄，從上到下由三部分組成：海洋沉積物層平均厚度約300米(洋中脊附近幾乎為零)；鎂鐵質火成岩層以玄武岩和輝長岩為主，厚度為1.7±0.8千米；海洋層主要是地幔頂部水化作用形成的蛇紋岩，厚度為4.8±1.4千米。洋殼的厚度、年齡隨距洋中脊的距離加大而變厚、變老。洋殼和陸殼岩石組成上最明顯區別在於洋殼中至今沒有發現花崗岩層，而在大陸地殼中花崗岩體卻大面積分布。

地幔是位於地球金屬地核之外的巨厚矽酸鹽圈層，占地球體積的82%。地幔由於受到放射性同位素衰變的加熱，引起地幔內部的大規模物質對流，通常認為板塊運動就是由這一對流驅動的。地幔與地核的分界面為古登堡面。

軟流圈是巴雷爾和岩石圈同時提出的地球圈層概念。它位於上地幔低速層之下至過渡層上部。軟流層溫度較高，剛性較弱，能夠長期緩慢變形，相對低溫的、剛性的岩石圈可作為一個整體漂流在軟流圈之上。1915年，德國地球物理學家魏格納提出了大陸漂移學說。到20世紀六十年代，板塊構造學說問世。認為連續的地震活動帶把岩石圈分裂分割成若干個大小不同的板塊在軟流圈上漂移。實際上，不僅大陸板塊在漂移，大洋板塊也在漂移。科學家們在古氣候、古生物、古地磁和深海鑽探等方面都找到了大陸飄移的證據。

厚度分布

利用不同物理性質所估計的岩石圈厚度可能具有不同的地球動力學意義。大陸岩石圈等效彈性厚度往往只與岩石圈內部的某些岩層相關，因此它可能不代表一般意義上的岩石圈厚度。

地震學岩石圈厚度雖然有較高的精度，但依賴於人為地對岩石圈的定義；並且其具有的短時間尺度效應決定了它與長時間尺度的岩石圈概念不一致。

熱學岩石圈厚度體現了長時間尺度上的岩石圈熱學作用，因此其厚度定義的標準是較合理的。

地震-熱學岩石圈厚度研究利用地震波速反演得到的溫度數據按照熱學岩石圈標準來對岩石圈厚度進行研究，具有地震學和熱學岩石圈厚度兩者的優點，是較合理的對岩石圈厚度的估計。中國大陸地震-熱學岩石圈厚度分布有如下特點：

（1）中國東部岩石圈較薄，厚度約100km，其中包括中國東北、中朝克拉通、揚子克拉通東部和華南造山帶。

（2）青藏高原和塔里木克拉通以南地區的厚度變化較大，厚度約在160-220km。

（3）三大克拉通的岩石圈厚度有較大區別，揚子克拉通的核心最厚達約170km，塔里木克拉通的核心厚度約140km ，中朝克拉通的厚度約100km。

（4）崑崙秦嶺造山帶的岩石圈上地幔內部較複雜，可能有大面積的部分熔融。

（5）整個大陸岩石圈厚度分布並沒有顯示出與地殼年齡的線性相關關係，卻表現出了與大地構造格局的直接關係。受板塊碰撞強烈影響的地區，岩石圈較厚；受大洋俯衝帶影響較強的地區，岩石圈較薄。

重要資源

礦產資源

例如中國的東北、華北、蘇皖、四川盆地以及鄂爾多斯等地區，在岩層中埋藏有豐富的煤炭資源；中國松嫩平原、下遼河平原、華北平原、江漢平原、鄂爾多斯、西北各大型盆地以及東部與南部海域的沉積岩層內，有豐富的油氣資源；中國遼寧、山東、山西、河北、湖北以及內蒙古等地區的前古生代變質岩層中，賦存有鐵礦；中國山東的岩漿岩內盛產金礦；江西、廣西、雲南、貴州和湖南等省的岩漿岩中，產有鎢、銻、錫、銅等特種金屬與有色金屬礦；此外，各地的若干岩漿岩、變質岩和沉積岩岩石，本身就是建築材料資源。

環境資源

環境資源是指，除上述礦產資源之外可以提供人類利用，或有重要科研價值的各種地質體和地質現象。

主要包括：①地質景觀資源，如中國湖南張家界由泥盆紀石英砂岩形成的峰林景觀，北京房山碳酸鹽岩石形成的石花洞岩溶洞穴景觀等；②地質遺蹟資源，如中國黑龍江五大連池與山西大同的火山遺蹟，中國河南西峽白堊紀岩層中的恐龍蛋化石群；③地質空間資源，即岩石所占據的空問，可以用來儲存和處置各類廢料，包括核廢料，或開闢作為地下油庫、地下倉庫、地下核試驗的場地等；④地質生態資源，如岩石中對人類健康和生物生長發育有特殊生態優勢或其他用途的化學場和物理場等，都是可以利用的環境資源。