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上具有以下特征(图1.8):
(1)大多数地区地壳由上、中、下地壳三层组成。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(Rudnick and Fountain,1995)。
图1.8 大陆地壳组成模型(据Wedenol,1995;略加修改)
(2)随深度增加,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-奥长花岗-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成基性岩、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。如伊夫利亚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当数量的变泥质岩。
表1.14中列出了国际地球化学参考模型GERM(Geochemical Earth ReferenceModel)给出的大陆上地壳、中地壳、下地壳和地壳整体的化学组成,这些资料主要综合了鲁德尼克和方丹(Rudnick and Fountain,1995)、高山等(Gao,et al.,1998)、泰勒和麦克伦南(Taylor nad McLennan,1995)以及韦德波尔(Wedepohe,1995)的研究成果。表中同时列出了泰勒和麦克伦南给出的大洋地壳化学成分。
由表1.14可见,大洋地壳成分是基性玄武质的,SiO2含量仅49.5%,而大陆地壳成分是中性花岗闪长质的,SiO2达59.1%。由图1.9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iT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。
表1.14 地壳元素丰度(wB)
续表
(大洋地壳数据引自Taylor and MceLnnna,1985;其余数据引自GERM,1998)
图1.9 不同研究者获得的大陆地壳成分(按原始地幔标准化;原始地幔元素丰度取自表1.9)分布型式