科學家主要是通過地震波研究的,
對與地球深部研究相關(guān)的方法進行介紹,包括靜態(tài)超高壓技術(shù)、深反射地震、大陸科學鉆探、全球地震層析成像.現(xiàn)今地球深部物質(zhì)的研究尤其是地幔和地核的研究,主要立足深部地球物理探測和高溫超高壓實驗.地震學不僅能夠提供地球的構(gòu)造信息,而且還能提供地球的成分、晶體結(jié)構(gòu)及礦物學和物理狀態(tài)的信息.較富集礦物的速度和Vp / Vs比率的差異,使地震波速度方法可以有效判別礦物.地震波速變化與壓力、礦物成分、溫度及是否局部熔融等因素有關(guān).大的波速間斷面與局部熔融或相變有關(guān).而高溫高壓實驗,模擬在地球深部溫度和壓力下,物質(zhì)的特征參數(shù)和演化,為深部遙測提供解釋依據(jù),最終回歸到地球本體認識本身.一、地球圈層機構(gòu) 根據(jù)地震波速可以確定地球的基本圈層結(jié)構(gòu),每一層均有次一級單位,其中下地幔是最大的次一級單位,而地殼是最小的主單位,也是與我們生活關(guān)系最密切的.作為稍微專業(yè)點的認識,不能滿足于一般的“三明治”地球圈層模型,更要看到各層內(nèi)部和各層之間的關(guān)系.下面依次對在地球系統(tǒng)中關(guān)鍵的圈層一一介紹,這些層構(gòu)并不嚴格按深度依次連續(xù),有重疊和間斷.圖1.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1、地殼 1.1地殼厚度與波速、電性結(jié)構(gòu) 地殼質(zhì)量占地球的0.4% ,類型有大陸地殼、海洋地殼和過渡地殼,平均厚度為陸殼（30~50km）、洋殼（5~8km）、過渡殼（15~30km）.值得注意的是海洋中大洋斷裂帶及其附近的地殼薄到只有3km,而海底高原和無震海嶺處超過30km,這些物質(zhì)源于海洋擴散中心或熱點產(chǎn)生的大量物質(zhì).與月球及火星的外殼比較并與地幔的潛在地殼厚度比較,地球地殼似乎異常的薄,由此推斷地殼物質(zhì)在比較淺的深度就轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿氖袷患?或者說具有與地殼物性性質(zhì)相同的物質(zhì)最大理論深度約50~60km.在一些大陸邊緣發(fā)現(xiàn)的蛇綠巖斷面表明海洋地殼和上地幔的抬升或仰沖分層,這些斷面處的巖石構(gòu)成所具有的實驗速度與海洋地殼和上地幔中實際觀測到的速度響應(yīng)很好.地殼各層波速結(jié)構(gòu)的特點有,波速的不均勻向下有增強的趨勢,可能反映下地殼及殼幔邊界由于溫度壓力增高而地質(zhì)作用相對比較劇烈.區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)研究時位場和折射地震資料較易取得,大地電磁及深反射資料較少.大地電磁反演可得到巖石圈地電結(jié)構(gòu),在綜合地球物理解釋中有時也能提供重要的約束.但由于影響電阻率的因素太多,其與物質(zhì)成分的關(guān)系不如與溫度及孔隙含水量關(guān)系密切,所以應(yīng)用較少.1.2造山帶和沉積盆地地殼 在大陸構(gòu)造單元中,中新生代造山帶和沉積盆地是兩個地殼研究的重要對象,前者是在擠壓作用下的地殼縮短和增厚,后者是在拉伸環(huán)境中產(chǎn)生的地殼減薄.根據(jù)年輕造山帶地殼的波速結(jié)構(gòu)對比研究,可得其部分特征：1、造山帶的地殼厚度甚至比一般地盾區(qū)厚5~10km,在青藏高原地區(qū)更是厚達70km以上,形成巨厚的山根.2、造山帶的上地殼底部常見波速在5.6.0km/s的低速層,可與大地電磁測量的低阻帶進行對比研究.3、在造山帶中康拉德面可能不存在,或者只與厚度不大的上述低速層對應(yīng).4、地殼大幅增厚的區(qū)域,下地殼可能存在低速層.這可能是沿碰撞破碎帶侵入的部分熔融巖漿層.5、未發(fā)生拆沉作用的年輕造山帶地殼底部帶有波速偏高的亞層,有人用殼幔過渡帶進行解釋.另外,一部分早期造山帶的地殼不地盾區(qū)還薄,而沒有像喜馬拉雅及阿爾卑斯等年輕造山帶所具有的山根,這與拆沉作用有關(guān).拆沉作用即山根或增厚的巖石圈拆離并沉入軟流圈的現(xiàn)象.這種拆離與造山帶兩側(cè)擠壓力產(chǎn)生的向下的分量及軟流圈內(nèi)部在巖石圈根部產(chǎn)生的局部湍流有關(guān).