第三节 地球内部结构
地球是一个扁球体，所谓地球内部结构是指地球表面至地球中心壳—幔—核物质分层化学界面之间的圈层结构。圈层结构是地球所具有的最基本的结构形式。任何试图解释大陆和大洋起源的学者都不得不考虑地球的这种基本结构形式，及它们之间的基本差别。然而，根据大量观测资料表明，地球半径甚大，其赤道半径为6378139m，两极半径为6356755m，而目前被称力“伸入地球内部的望远镜”的大陆科学钻探最深为12300m（俄罗斯科拉半岛），德国大陆钻探计划为15000m，我国大陆钻探计划为5000m，海洋钻探的水下钻深为1412m，我国石油钻井最深为7175m。最深钻孔的钻深也仅仅是地球半径的皮毛！因此，还不能通过钻井来直接观察地球内部，而只能用间接的方法，即地球物理的方法来进行观测，其中最重要的就是利用天然地震以及核爆炸所进行的地震观测。地震可使能量突然释放，释放的弹性应变能由震源处以辐射波的形式向各方向传播，并将地球内部核—幔—壳及其不同物质层的物理性质传播给地震仪，通过对地震仪追踪穿过地球的地震波和人工爆破波的走时，求出它们的速度和画出它们的途径，这样就能够得到地球层状体的一种“X射线图”，这些图已被重力测量所证实，并在一定程度上进行补充后即可把地球内部不同物质层的不连续面揭示出来，达到了解地球内部圈层结构的目的。
地震波
弹性振动在地球内部的传播称为地震波。地震（天然或人工）发源于地球内部或地下深处，然后以弹性波形式传播而波及地表。地震波可分为纵波（P波）、横波（S波）和面波（surface wave）。纵波和横波可在地球内部传播，总称为体波（body wave），体波的传播是三维的，而面波则是体波传到介质表面或介质分界面附近时所产生的界面波，面波的传播是二维的。
纵波是压缩—膨胀波，如同声波。质点的振动方向与波的传播方向一致，并往返振动，是包括体积变化的疏密波或压缩波，它的周期短、振幅小、速度快，约以1.7倍于横波的速度首先到达接收台、站（地震仪），故也称初始波。纵波可以在固体、液体和气体中传播，其波速（假设地球是弹性体）公式为：
式中 Vp－P波波速；
K—体变模量；
μ—切变模量；
ρ—物质密度。
体变模量是施加于各向同性体上的压力变化与相应引起的体积相对变化（或膨胀度）之比，K值越大，岩石的体积弹性越小，愈难压缩。切变模量又称刚度模量，它是在遭受单剪应变时，各向同性体剪切面上剪切应力与切应变之比，μ值越大，形变越小。K和μ可利用地震波速和介质密度进行计算，单位以bar（巴）①或达因/cm2（1bar＝106达因/cm2）表示。K值随深度的增加（即静压力的增加）而加大，μ值在下地幔底部达到2910kbar的极大值，而在上地幔低速层（B″层）中μ为670～680kbar，在外地核（E层）中μ＝0或仅为55kbar，说明B″层和E层的刚度比其上、下圈层都低得多。
横波的质点振动方向与波的传播方向垂直（如同光波），它是使质点相互关系发生畸变而无体积变化的剪切波，它的周期长、振幅大、速度慢，晚于P波到达接收台、站，故又称次波，其波速（Vs）公式为：
由以上公式可知，地球内部任一点的波的传播速度与该点的介质性质（弹性和密度）有关，刚性物质比塑性物质传播为快，因此，当介质性质变化时，波速将随之改变，但不管如何改变，任一点上的VP总是大于VS（S波大约以P波的2/3的速度传播）。当介质为液体时，由于液体的μ＝0，故S波不能通过。这是S波的一个重要性质（P波可穿透地球的固体和液体部分，而S波只能穿过固体部分）。
面波有多种类型，其中较重要的是瑞雷波（R波）和勒夫波（L波）。瑞雷波的质点振动形式为逆进的椭圆形，能使表面同时产生前后或左右的晃动；勒夫波的质点振动方式与横波相似，能使表面产生近水平方向的左右摆动。面波的能量可分布到地球的相当深度内，是研究地球深部弹性性质的重要震波。
地震波不连续面
地震波在地球内部传播时波速常常突然发生改变（图1.8），出现若干地震波不连续面或间断面，其中最重要的有莫霍面、古登堡面和莱曼面。
VP＝纵波速；
VS＝横波速（km/s）；
ρ0＝零压力（室温）密度；
ρ＝密度（g/cm3）；
P＝压力（×106bar）；
Q（QP，QS）＝品质因数；
K＝体变模量（×106bar）；
μ＝切变模量（×106bar）；
η＝粘滞系数；
T＝温度（×103℃）；
需要指出的是，由于影响地球科学观测数据的不确定性因素较多，本书中所引用的地球不同界面的VP值往往不尽统一，并由此造成不同学者对不同界面深度的不同定义，希望读者在阅读时予以注意。
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