地壳

地壳（ Crust）是地球最外层的坚硬外壳，位于莫霍面以上。平均厚度约33公里，它主要由岩石构成，分为较浅的上层和较深的下层。地壳含有90多种元素和三千多种矿物。

冥古宙是地球天文演化历程中的一个阶段，标志着地壳最早期的形成。这一时期的地质记录在地壳中并未发现，只能通过比较行星学和凝聚理论间接推断地球冥古宙时期的地质活动。通过分析月球表壳、火星表壳以及陨石的特性进行类比，推测原始地壳主要由基性岩石组成，且地壳结构薄弱。

太古代，作为地壳形成之初期的一个重要时代，其跨越了大约10亿年的漫长岁月。在这一时期，根据地层的特征分析，科学家们能够对当时地球的地壳及其自然地理特征做出一定的推测。太古宙时代的地壳相对较薄，且稳定性不强，这一时期的地球特征为岩浆活动和火山爆发的频繁，这种剧烈的地质活动不仅使得地表岩石经历了深度的变质，还促进了大量铁矿资源的形成，展现出一个地壳薄弱且极度动荡的原始地球面貌。

元古代持续了大约20亿年，其间地球表面大部分仍被海洋覆盖，地壳运动频繁。距今18亿年，即早元古代末期，发生了一次重大的构造运动——在中国被称为吕梁运动。这次运动使得许多此前不断活动的区域逐渐趋于稳定，形成了若干古老的陆地，包括中国（亦称华夏）、西伯利亚、俄罗斯、加拿大、巴西、非洲、印度和澳大利亚等。其中，巴西、非洲、印度和澳大利亚这四块古陆合称为冈瓦那古陆。在中、晚元古代（距今18亿至6亿年间），华夏古陆的燕辽沉降带形成了一套厚度巨大、变质程度极低或未发生变质的完整沉积岩系。地质学界将这套地层命名为震旦系，其时代定为震旦纪（震旦是中国的古名）。同时，在中国南方，如长江三峡地区，也发现了属于震旦纪的地层。

古生代分为早期和晚期两个阶段。在早古生代，地壳经历了剧烈的变动，陆地面积增加，尽管如此，海洋依旧占据主导地位。这一时期，地壳的剧烈变动导致了多处地壳的反复抬升与下沉，这一过程表现为明显的沉积循环和岩石相变化。在古生代，地球经历了两次重要的构造活动，分别是早古生代的加里东运动和晚古生代的海西（亦称华力西）运动。这些构造活动导致许多海槽和褶皱地带隆起，陆地面积逐步增大。欧洲、亚洲等北方古陆开始逐渐联合，仅被一条古地中海海槽与南方古陆分隔，形成了南北两大古陆对立的格局。世界上许多大山脉都是古生代褶皱带的一部分。

中生代是一个环境复杂多变的时期，但总体趋势是陆地面积的增加。三叠纪的印支运动之后，侏罗纪至白垩纪期间的太平洋运动（在中国称为燕山运动）导致古地中海东部和环太平洋地区的地壳运动异常活跃，形成了地槽和山脉。但是，古地中海的海水侵入了欧洲和非洲，而中国大陆始终高耸于海平面之上。同时，南方的冈瓦那大陆开始瓦解，古大西洋和古印度洋陆续形成并发展，东非大裂谷也在这一时期形成。

在中国，中生代的地壳运动及其引发的岩浆活动的规模和强度是自古生代以来前所未有的。印支运动和燕山运动基本结束了南海北陆的格局，使华南和华北形成了一个统一的大陆。至此，中国的地质构造轮廓和地貌基础已基本形成。这一时期，中国的地貌以山脉纵横和盆地遍布为特点，只有西藏、喜马拉雅山区和台湾地区仍然是海洋。

结构分析

新生代的构造运动称为新阿尔卑斯运动（在中国称为喜马拉雅运动），主要发生在第三纪。这一运动导致太平洋东岸的海岸山脉和安第斯山脉得到进一步形成，同时太平洋西岸、东亚的岛弧和海沟也随之出现。古地中海地区经历了一系列强烈的褶皱隆起过程。中国的喜马拉雅山脉以及台湾山脉逐渐升高。在喜马拉雅运动期间，全球多地发生了断裂以及不同程度的升降运动。这些变化使得地球上的海陆分布、地形地貌、河流山脉和气候趋向于现代的样貌。

地壳与人类息息相关，蕴含了众多丰富的矿产资源，是人类研究的重点对象。地壳主要由各式岩石构成，而岩石则由不同矿物的颗粒（或晶体）组合而成，这些矿物进一步由若干基本元素构成。

地震学资料表明，地壳由层状结构组成，分为较浅的上层和较深的下层。上层主要由富含硅和铝的物质组成，质地类似花岗岩；而下层则主要由富含硅和镁的物质构成，与玄武岩相似。这两层的分界称作康拉德界面。位于地壳之下的是上地幔，主要由玄武橄榄岩构成，其与地壳的分界被称为莫霍洛维奇界面。

根据分析，地壳由90多种元素构成，主要包括氧(O)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、钙(Ca)、钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)、氢(H)等，其中氧和硅的含量最为丰富。这些元素在地壳中通常不以单独形式存在，而是形成一种或多种元素的矿物。

到目前为止，地壳中已识别出三千多种矿物，但构成地壳岩石的主要造岩矿物不超过30种，包括石英、正长石、斜长石、云母、角闪石、辉石、黄铁矿、磁铁矿、方解石、褐铁矿、菱铁矿、铝土矿等。这些矿物分布于各种岩石中，只有当一种或几种矿物大量富集时，才能形成具有工业开采价值的矿床。

尽管地壳中的岩石类型繁多，它们的形成原因主要可以归类为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

地壳结构

地壳构成了地球表面的薄外层，其平均厚度约为33公里，通常在30至40公里范围内。不过，由于各地的地质历史差异，地壳厚度有显著不同。例如，天山南部的地壳厚度大约为81至86公里，属于全球最厚之处。同样，中国西藏高原的地壳厚度也达到了60公里。相比之下，大洋盆地的地壳则相对较薄，仅有6至10公里厚。平原地区的地壳厚度则居中，大致在20至40公里之间。一般而言，地面到莫霍界面的垂直距离被视为地壳的实际厚度。

地壳结构

覆盖于稳定地幔之上的大陆地壳，是地盾型和中大陆型，覆盖于不稳定地幔之上的大陆地壳，是断块山岭型，阿卑斯型和岛弧型，覆盖于稳定地幔之上的海洋地壳，是深洋盆地型，覆盖于不稳定地幔之上的海洋地壳,是海岭型和海沟型。

在地球的发展演变过程中，地壳持续地运动、演进和变化。例如，大约2500万年前，喜马拉雅山区还是广阔的海洋，后因地壳上升而形成了今天被誉为“世界屋脊”的高原。这种地壳变化主要是由地球内部动力学引起的，导致岩石层或岩体发生形变和位移，这种现象称为地壳运动。地壳运动造就了多种地质构造，比如褶皱和断层等。因此，地壳运动也常被视为构造运动。它不仅控制了海洋与陆地的变化及其分布轮廓，还包括地壳的隆起与下沉，以及山脉和海沟的形成等。地壳运动至今依然在持续进行中。

水平运动指的是地壳沿着地表平行方向的移动，这种移动主要由岩石圈的水平压缩或拉伸引起，导致岩石发生褶皱和断裂。这种现象能够造成庞大的褶皱山脉、裂谷以及大陆的漂移等。比如，印度板块向欧亚板块施加压力并滑入其下方，导致五千万年前的喜马拉雅地区从广阔的海域逐步升起，形成了今天被誉为“世界屋脊”的壮观山脉。

垂直运动涉及地壳沿其表面垂线方向的活动，主要体现为岩石圈向上或向下的移动，导致地壳广泛隆起或下沉，从而形成海进和海退现象。如台湾高雄附近的珊瑚灰岩，已上升至海平面以上350米，而现今的江汉平原自晚第三纪起下沉超过10,000米，累积了厚重的沉积物。

水平运动与垂直运动紧密相连，通常在时间和空间中交替出现。地壳运动通常非常缓慢，以至于人们几乎感觉不到。例如，喜马拉雅山脉从海底升至海平面以上8000多米，年均上升速度仅为2.4厘米，但长期累积的效果却非常显著。有时，地壳运动会以极为剧烈的形式发生，比如地震和火山爆发。如1976年7月28日，唐山7.8级大地震导致极震区70%至80%的建筑物倒塌或严重损坏，约24万人遇难；2004年12月26日，印度洋发生的8.9级大地震触发了海啸，导致约29万人死亡。

地壳运动成因的理论旨在阐释地壳运动的力学原理，主要包括对流说、均衡说、地球自转理论和板块构造论等。

该理论指出，地幔物质呈塑性状态，上层温度较低，而下层温度较高。这种温度差引发了缓慢的对流过程，进而驱动了上方地壳的移动。

均衡说认为，地幔内部存在一个重力均衡面，该面以上的物质虽然重力相等，但由于密度差异，表现出不同的厚度。当地表发生剥蚀或沉积，导致重力发生变化时，为了保持均衡面上的重力平衡，均衡面上的地幔物质会相应移动，补偿地表重力的变化，进而引发上层地壳的运动。

地球自转说提出，地球自转的速度变化导致地壳运动。地球自转加速时，一方面，惯性离心力增强，使地壳物质向赤道迁移；另一方面，切向加速度的增加使地壳物质由西向东移动。不同的基底黏着力会导致地壳各区域移动速度不一，进而引发挤压、拉张、升降等地壳变形和位移。当地球自转减速时，惯性离心力和切向加速度同样减小，导致地壳发生反向的恢复运动。由于基底黏着力的差异，同样会引起地壳的变形和位移，从而在地壳上形成纬向和经向的山脉、裂谷、隆起和凹地。

板块构造论是基于大陆漂移和海底扩张理论提出的，它假设地球在形成时表层冷凝形成地壳，随后地球内部的热量在某些区域集中，形成高温点，导致地壳裂开形成六大板块。这些板块由大洋中脊和海沟隔开，地球内部的高温点通过大洋中脊的裂缝释放热能，当热流上升至大洋中脊的裂缝时，一部分热流遇到海水冷却，形成新的洋壳；而另一部分热流沿着洋壳底部向两侧流动，推动板块漂移。因此，大洋中脊不断生成新的洋壳，而在海沟地带，地壳通过相互挤压和碰撞，一部分抬升成巨大的山脉，另一部分则插入地幔内熔化。在这些挤压碰撞区域，由于板块间的剧烈摩擦，产生局部高温并积累了大量的应变能，形成了火山带和地震带。此外，大板块内部还可以划分出多个次级板块，这些板块因底部黏附力的差异，运动速度各不相同，也会导致地壳的变形和位移。

地壳运动

地震仪记录的是一条起伏不同的曲线，称为地震图。这条曲线能揭示许多信息，如通过地震波的振幅和密度分析波的类型及不同波的到达时间差。还可以根据地震波的最大振幅和周期计算地震的震级。若两个以上的观测站记录到同一地震，可以根据两站接收到的地震波时间差计算出地震的位置和震源深度。

地震波探测地球深部结构的能力源于其“转性”特性。地球内部结构不均一，介质变化时，地震波的性质和路径可能改变，称为“转性”。简而言之，地震波速度通常随深度增加而升高，若波速突然减慢或发生偏折，可能表示地震波遇到了介质突变区，这是科学家发现地球深部不同分层状态的理论基础。

地震仪

当内核的体积极其微小，占地球总体积不足1%时，研究这样小的体积成为了一项挑战。研究人员为了探究这一点，需要将地震仪部署在地球的另一端，即地震发生点的对面或接近对跖点的位置。

在此情境下，地震波将从地表开始，依次穿越地幔、外核、内核、再次穿过外核和地幔，最终到达地球另一侧的地表。这种地震波被称为PKIKP波。PKIKP波的传播时间和振幅已经成为了推测空间特性的关键短周期工具。为了更精确地探测内核的最内层（IMIC），这项新研究提出了一种创新的地震学方法：复合PKIKP法。

在深入探讨这一方法之前，先对地震波有更全面的了解。根据波的特性，地震波主要分为三类：体波、面波和尾波。体波能够在介质中传播，分为P波（纵波）和S波（横波），P波可以在固体和液体中传播，而S波仅能在固体中传播，因此只有P波能够抵达地核。

当P波到达震源对应的对跖点时，它可能会被地面反射，产生反射波。要产生多次反射波，需要遇到具有较高反射系数的反射界面，因为普通反射界面的反射强度较弱，多次反射后波的能量会进一步减弱，通常难以与噪声区分开。只有在具有较高反射系数的界面（如不整合面）处产生的多次反射，才能形成较强的多次波，这正是复合PKIKP法的应用基础。

该研究向我们展示了一种新的利用地震数据进行地球深部结构探测的方法。通过重新筛选和分析现有数据，我们可能会获得一些新的洞见。

地震波

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