第三章 地球的内部圈层第一节 地球的内部圈层一、地球内部圈层的划分

（一）划分依据

限于科学技术水平，人类可以直接观察到的地下深度十分有限。现在世界上最深的矿井仅 4～5km，最深的钻井不过 12.5km，即使是火山喷溢出来的岩浆，最深也只能带出地下几十到 200km 左右的物质。目前对地球内部的了解，主要是借助于地震波研究的成果。地震发生时，人们会感到地球在剧烈颤动，这是由于地震所激发出的弹性波在地球中传播的结果，这种弹性波就叫地震波（seismic wave）。地震波主要包括纵波（P 波）、横波（S 波） 和面波，其中对地球内部构造研究有意义的是纵波和横波（注：面波只沿地表传播）。质点的振动方向与地震波传播方向一致的波称纵波；质点的振动方向与地震波传播方向垂直的波称横波。地震波从地震的震源激发向四面八方传播，到达地表的各个地震台站后被地震仪所记录下来。根据这些记录， 人们可以推断地震波的传播路径、速度变化以及介质的特点，通过对许多台站的记录进行综合分析研究，便可以了解地球的内部构造。所以，有人把地震比喻为地球内部的一盏明灯，它发出的地震波“照亮”了地球的内部（图3.1）。

地震波传播速度的大小与介质的密度和弹性性质有关，其关系可用公式表示为：

 4 1/2

k + 3 μ 

 μ 1/2

vp =  ρ  vs =  

   ρ

 

式中，vp、vs 分别为纵波和横波速度，ρ为介质密度，K 为介质的体变模量

（即物体在围限压力下能缩小的程度，K 值愈大物体愈难缩小），μ为切变模量（即物体在定向力作用下形状能改变的程度，μ值愈大物体愈难变形。体变模量和切变模量可统称为弹性模量）。

所以，地震波速的变化就意味着介质的密度和弹性性质发生了变化。纵波的传播速度高于横波，在同一介质中纵波速度约为横波速度的 1.73 倍。在液体中，由于切变模量μ=0，所以横波不能通过。

地震波的传播如同光波的传播一样，当遇到不同波速介质的突变界面时，地震波射线就会发生反射和折射，这种界面称为波速不连续面。假如地球物质完全是均一的，那么由震源发出的地震波都将以直线和不变的速度前进。但实际分析的结果表明，地震波总是沿着弯曲的路径传播并且不同深度的波速不一致，这表明地球内部的物质是不均一的。传播路线的连续缓慢弯曲表示物质密度和弹性性质是逐渐变化的，传播速度的跳跃及传播路线的折射与反射表示物质密度和弹性性质发生了显著变化。