通过对出露地表的大陆地壳剖面、深部地壳包体、实验岩石学和地球物理测深等多学科的研究,揭示出大陆地壳的结构和组成具有如下特征 (图1-23):
1)大多数地区地壳由上、中、下地壳组成。全球大陆上地壳平均厚度为12km,vP为6.10km·s-1 ,中地壳厚度为 11km,vP 为6.46km·s-1 ,下地壳厚度为 14km,vP 为6.97km·s-1。大陆地壳整体平均厚度为37km,vP 为6.55km·s-1。
图1-23 大陆地壳组成模型
(据 Wedepohl,1995)
2)随深度增大,温度和压力增大、变质程度升高,因此不同深度的岩石对应不同的变质相。通常,上地壳由绿片岩相和未变质的岩石 (如沉积岩和花岗质侵入体)组成;中地壳由英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗质片麻岩为主的角闪岩相岩石组成;下地壳由成分不同的麻粒岩相岩石组成。在高含水量地区,如俯冲带,角闪岩相岩石亦可能是下地壳的组成部分,而在加厚 (>40km)的造山带,下地壳也可由榴辉岩相岩石组成。一般由上地壳至下地壳,侵入岩的成分由酸性岩逐渐变为基性岩,变沉积岩的数量逐渐降低。
3)地壳剖面和麻粒岩包体的研究表明,下地壳岩石组成是多种多样的,既包括不同成分的变火成岩,又包含数量不等的变沉积岩。如 Ivrea带下地壳主要由变基性岩侵入体和具部分熔融残余特征的变泥质岩组成,法国中央地块火山岩中的麻粒岩包体含有相对数量的变泥质岩。
根据上、中、下地壳的成分 (表1-32)及其厚度可以计算大陆地壳整体的成分(表1-33),资料综合了20世纪90年代以来多位学者研究的成果,同时列出了Taylor et al.给出的大洋地壳化学成分。
表1-32 上、中、下地壳的组成
续表
注:①为全铁;②Mg#=100×Mg/(Mg+FeT (全铁))(原子数)。主量元素重新计算至 100%不含挥发分的结果。 (据Rudnick et al.,2004)
表1-33 地壳的组成
续表
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注:主量元素重新计算至 100%不含挥发分的结果。①作为 FeO的全铁;②Mg#=100×Mg/(Mg+FeT(全铁))(原子数);③大洋地壳;④中国东部陆壳;⑤Fe2O3;⑥ FeO。 (据Rudnick et al.,2004)
由图1-24可见,尽管不同研究者获得的大陆地壳成分不尽相同,但和原始地幔成分对比均显示出明显富集大离子亲石元素和轻稀土元素,明显亏损Nb和Ti并显著富集Pb。Nb和Ti的亏损是岛弧岩浆岩的特征,这也正是提出大陆地壳的增长主要发生于岛弧环境的重要地球化学依据之一。
图1-24 不同研究者获得的大陆地壳多元素成分原始地幔标准化图解
(据高山,2005)
用作原始地幔标准化的元素丰度取自McDonough & Sun,1995