澳诗茉白金流明和极地有什么区别

澳诗茉白金流明和极地水乳在成分、功效和使用肤质上都有所不同。总体来说，极地水乳适合干皮，有消毒、去除角质和保养皮肤的成效；而白金流水乳可以满足日常保湿、调节水油的需求，让底妆更持久。

1 成分：澳诗茉极地水乳含有极地雪域红莓提取物、微胶囊技术、专利微胶囊技术等；而白金流明水乳则含有EGT大麦提取物、依克多因、烟酰胺等。

2 功效：澳诗茉极地水乳主要功效是消毒、去除角质和保养皮肤，可以代谢积聚在皮肤中的污垢，使皮肤更加滋润饱满；而白金流明水乳则注重日常保湿、调节水油平衡，让底妆更持久，同时具有抗衰老和防晒功效。

3 使用肤质：澳诗茉极地水乳适合干皮，涂抹后肌肤不会感到紧绷，非常适合大干皮使用；而白金流明水乳则适合所有肤质，尤其是油皮和混合肤质。

综上所述，澳诗茉护肤品极地水乳和白金流水乳在成分、功效和使用肤质上有所不同，需要根据自己的肤质和需求选择合适的护肤品。

中国石炭纪的古地理面貌是泥盆纪的继续和发展。华北-柴达木和华南板块的相互对峙，其间的秦岭小洋盆继续存在。华北板块西缘的古特提斯多岛洋进一步扩张发展。华北、塔里木和西伯利亚板块间的古亚洲洋内部发生了重要造山运动，导致古地理格局的变革。晚石炭纪至早二叠世极地大冰盖几乎覆盖整个冈瓦纳大陆。随着极地冰盖的增长消融变化，海平面升降频繁。由于海陆变迁和陆地森林的首次大规模出现，石炭纪成为中国地史上第一个重要成煤时期。

（一）华北-东北南部区

华北板块自奥陶纪晚期开始。一直处于隆起状态遭受缓慢剥蚀。早石炭世除大别山北麓出现较厚的近海和海陆交互含煤碎屑堆积以及辽东地区可能接受沉积之外，主体部分仍然是一个近乎准平原的低地，到晚石炭世开始缓慢沉陷，普遍接受海陆交互相沉积。因此上石炭统直接覆于下中奥陶统侵蚀面之上。

本区晚石炭世时，由于经历了长期的风化侵蚀，地形平坦，趋于准平原化。在地壳缓慢下降的条件下，引起海水不时内侵，形成一片“汪洋”；由于泥砂堆积充填（或地壳有微弱上升），又迫使海水退去，形成广阔的海滨低地，因气候湿润，植物繁盛，森林沼泽密布。这种极短暂的海侵、海退，造成薄的海相地层和陆相地层交替出现，即“海陆交互相”，它是重要的含煤地层。上石炭统下部以浅海相为主，夹部分陆相地层，不含重要的可采煤层；上石炭统上部是典型的海陆交互相沉积，其中常含重要可采煤层，形成许多大煤田，成为华北重要成煤时期之一。

1山西太原西山石炭系

太原西山上石炭统剖面为一套典型的海陆交互相含煤岩系，厚度不大，界线清楚，是华北地区研究最早和最详的石炭系，可作为华北地区的标准剖面。与下中奥陶统灰岩间，地层不连续，缺失中上奥陶统至下石炭统；风化壳及残积铁矿分布于下中奥陶统灰岩侵蚀面上。上界以含海相晚石炭世的Pseudoschwagerina灰岩而与下二叠统底部陆相砂岩分界。

上石炭统本溪组下部铁铝岩层是含矿层位，在中奥陶统风化面上首先看到的是松散的粘土中含不规则团块状褐铁矿或赤铁矿层，即一般所谓的“山西式”铁矿。其下部不具层理（可能是残积成因的）；上部稍具层理。向上铁质逐渐减少，铝质成分不断增加，逐渐过渡为浅灰色具豆状或鲕状结构、层次较为清楚的铝土矿层（即“G层铝土矿”），在所夹的页岩中曾发现属于晚石炭世的植物化石碎片，同时亦有海相腕足动物化石。这说明在晚石炭世早期，在中奥陶统的风化壳上开始了新的沉积。这种含铁铝质的沉积，是由于长期的风化侵蚀，铁铝等矿物相对富集的结果，当地壳重新下降海水侵进时，这些物质在适当的环境下最先沉积，因此这是代表海侵开始的滨浅海沉积。铁铝矿层以上为滨海砂岩、沼泽相页岩和煤层以及浅海相灰岩，产小型腕足动物和珊瑚，页岩中产有植物化石。

如上所述，上石炭统本溪组就是由古风化壳的陆相残积物开始→滨浅海铁、铝沉积→滨海沼泽含煤沉积→浅海沉积（灰岩）→滨海沼泽沉积所组成，构成一明显沉积旋回。

上石炭统上部太原组为一套典型的海陆交互相含煤地层，包括3个沉积旋回，反映3次海侵，可用上述同样方法进行分析。每一旋回底部内陆相或滨海相砂岩开始，向上为滨海沼泽含煤沉积到浅海相灰岩。其中第二旋回上部实际包含3层较稳定的灰岩和含煤沉积，反映次一级的韵律性。太原组含重要的可采煤层，经济价值大（图8-4）。

图8-4 中国石炭系柱状剖面对比图

（转引自刘本培等，1996）

1—豆状灰岩；2—鲕状灰岩；3—白云质灰岩；4—铝土矿（其他图例参见图8-2）

2横向变化和古地理

华北-东北南部地区经长期风化侵蚀后，晚石炭世海侵时，迅速淹没了除周围古陆以外的广大地区（见图8-5），并将风化作用产生的铁、铝氧化物富集，普遍形成含矿层。

在晚石炭世早期，华北-东北南部地区犹如山西太原一样，屡经多次海侵、海退，普遍形成厚度不大（数十米至300m）的海陆交互相含煤地层。上石炭统（本溪组）厚度和岩性变化有着明显的规律，东北部厚度大、地层全，向西和向南厚度变小，常缺失早期地层。如辽宁太子河流域本溪组厚达160～300m，含海相灰岩5～6层之多；河北开平一带厚70～80m，含海相灰岩3层；山东一带本溪组厚40～30m，具海相灰岩两层；山西太原一带，本溪组厚度一般不超过30m，含海相灰岩仅一层，再往南到河北峰峰，河南焦作，洛阳及安徽淮南等地，一般缺失本溪组的沉积。同时，在辽宁太子河流域本溪组包含两个化石带，下部是Eostaffella带，上部是Fusulina-Fusulinella带。在太原西山本溪组仅见上部化石带，由此看来太子河流域本溪组下部在接受沉积时，太原西山一带还没有接受海侵和沉积。以上事实证明华北-东北南部地区晚石炭世时，地势北低南高，海水自北而南的侵入规律。与当时整个北半球晚石炭世的海侵方向是吻合的。

晚石炭世晚期，海侵范围要广泛得多，在皖北、豫南、陕南及鄂尔多斯一带又有明显的超覆现象，华北地区晚石炭世太原组沉积的主要特点是厚度极为稳定，除淮南地区较薄，只有140m左右外，其他地区一般均为160～190m，说明当时地壳下降幅度微弱，不时遭受海侵。东南部淮南地区上石炭统含海相灰岩12层；贾汪地区含灰岩11层，淄博地区含灰岩4～5层，太原西山含灰岩4～5层，河北开平一带含灰岩2层，至北京西山即缺失晚石炭世海相灰岩，而主要为陆相沉积。这说明当时本区南部，尤其是东南部淮南一带，地势低凹，因此受海侵的时间较长，太原组以浅海相沉积为主，因而含煤性差。由此往北的广大地区，地形逐渐有所增高，不时遭受短暂的海侵，形成典型的海陆交互相沉积，并成为主要的含煤地层之一。本区最北部内蒙古陆南侧的大青山、京西、兴隆一带地势更高，太原组以陆相沉积为主。

由上所述，华北-东北南部地区晚石炭世晚期海侵主要自东南方向侵入，并在淮南一带与华南晚石炭世海侵相连。

（二）华南区

早石炭世的地层分布、岩相类型和晚泥盆世相似，海域主要分布于滇、黔、桂、湘地区，华夏古陆西缘的浙西-江西大部-粤东一带主要为陆源沉积物。与晚泥盆世不同的是下扬子地区开始出现海相沉积。晚石炭世海侵范围明显扩大，滨浅海成因的白云岩、灰岩广泛分布于除华夏古陆和上扬子古陆以外的广大地区，岩性岩相较为单一。

1华南板块石炭纪地层序列

贵州南部都匀独山一带石炭纪地层剖面，黔南都匀、独山一带的下石炭统发育极好，化石丰富，研究详尽，最具有代表性。该区下石炭统自下而上分为汤粑沟组、祥摆组、旧司组、上司组、摆佐组；上石炭统为滑石板组、达拉组、马平组。国际上石炭系—二叠系的分界一般置于Pseudoschwagerina带之底，即位于马平组的中部。因此马平组属于跨越石炭系—二叠系的岩石地层单位（图8-4）。

本剖面下石炭统主要为厚层泥晶灰岩夹砂页岩，含海相底栖生物化石，主体为滨岸-浅海陆棚沉积。汤粑沟组下部具脉状-透镜状层理，含藻球粒灰岩，为潮坪沉积，代表石炭纪海侵开始。祥摆组的砂页岩夹煤层，上司组下部所夹砂岩及摆佐组上部白云岩反映海平面的变浅。从上述地层在黔桂地区的空间分布看，祥摆组和旧司组及摆佐组分布范围分别大于其下的汤粑沟组和上司组，为两次较大的海侵超覆，组成两个大的沉积旋回。上石炭统基本上由潮坪碳酸盐岩组成。不过马平期海侵规模相对缩小。马平组顶部与上覆梁山组之间的假整合代表一次重要的海平面下降，可能与冈瓦纳冰盖的极盛有关。

图8-5 中国晚石炭世（含P1初期）古地理图

（转引自刘本培等，1996）

2华南板块古地理及横向变化

上述黔南都匀、独山一带下石炭统的划分在华南普遍适用，各地虽有特点，各不尽相同，但层位皆可对比。

湘中地区岩关阶底部的邵东组，含Cystophrentis kolaohoensis（革老河泡沫内沟珊瑚）的孟公坳组之下，层位上相当于黔南革老河组的下部（含Cystophrentis 层位之下，以含Syringopora为特征的部分）。邵东段组中的生物群既含有泥盆纪的分子（如Cyrtospirifer），也含有早石炭世的分子（如Camarotoechia kinligensis、Caninia等），属于过渡性的混合生物群。因此邵东组具有“过渡层”性质。

华南早石炭世地层分布、海侵范围和泥盆纪相似。东南地区和上扬子地区（四川盆地）仍为一古陆，海水限于西南一带，向北止于黔中；向东止于湘赣地区。泥盆纪时没有受到海侵的下扬子地区，早石炭世重新下降遭受海侵，说明海侵范围的加广。

早石炭世的海侵历程是比较复杂的，各地也不尽相同，一般说来为两次大海侵。一次在岩关期、另一次在大塘期和德坞期。岩关期海侵自早石炭世初开始，岩关期中后期达到顶峰，海洋中繁殖着 Cystophrentis、Pseudouralinia、Eochoristites（始分喙石燕）等，沉积物以灰质、泥灰质为主。此后海退，各地海退开始时期各有不同，都匀、独山一带开始较早，而桂北、湘中一带开始较晚。但总的看来，大塘期早期（或稍后）是一个海退的时期，各地均有反映，表现为此期沉积（旧司组及其相当地层）砂、页岩较为发育。在靠近古陆的边缘地区（如滇东、黔西北、桂北、湘中），由于海退形成滨海沼泽，发育了海陆交互相煤系地层，如湘中的测水组、桂北的寺门组、滇东的万寿山组等。大塘期后期至德坞期海侵比岩关期广，都发育了以石灰岩为主的浅海相沉积摆佐组及其相当地层，其中生物化石十分丰富，以Yuanophyllum、Dibunophyllum、Gigantoproductus等为代表，并在一些地区形成超覆。

华南晚石炭统远比下石炭统分布广泛，且几乎完全为浅海相碳酸盐相地层。在湘、粤、桂和下扬子地区称黄龙组和船山组。晚石炭统黄龙组（威宁组）主要为灰白色灰岩，下部常具白云岩。化石群以富含 类为主，以Fusulina（纺锤 ）、Fusulinellum（小纺锤 ），Pseudostaffella（假史塔夫 ）等为代表；此外伴有少量的珊瑚，如Koninchophyllum（康宁珊瑚）及腕足类，如Choristites（分喙石燕）等，厚度一般为100～400m。江南古陆以东的湖南、广东、浙江等皆有出露，一般皆为浅海相碳酸盐类沉积，说明晚石炭世海侵广泛，向东以超覆到东南一带的原古陆区上。船山组主要为一套富含 类化石的石灰岩层，有时具豆状结构，下部产Triticites，上部产Pseudofusulina foecunda等。向上与下二叠统为假整合接触，说明石炭纪末地壳上升，沉积间断。灰岩层由于遭受剥蚀，各地厚度不等，一般为数十米左右（图8-5）。

（三）其他地区

古地磁资料反映塔里木板块自早石炭世起迅速北移并作顺时针方向旋转，至晚石炭世晚期已达到北纬30°位置。本区石炭纪海侵范围扩大，仍以西北部柯坪地区发育最好，下石炭统为滨浅海碎屑岩和灰岩，产 Kueichouphyllum（贵州珊瑚），Striatifera（细线贝），和华南地区同属热带类型。上石炭统以碳酸盐岩为主，含 类化石。在柯坪以北南天山托木尔峰南坡，上石炭统下部碎屑岩中发现的植物化石Neuropteris，Pecopteris，属欧美区分子，也反映与华南、华北板块华夏植物区之间存在海洋隔离。

塔里木-祁连山-华北地块以北的天山-兴安地区，石炭纪时仍为一活动的海槽。本区石炭系主要为一套巨厚的含有中酸性，中基性火山岩的碎屑岩系（夹灰岩）地层，含腕足类、珊瑚、 、菊石等化石，局部发育有较厚的碳酸盐岩地层。

昆仑山、柴达木地区的石炭系研究程度低，沉积类型比较复杂，一般与下伏地层不整合接触。主要是一套厚度较大的碎屑岩系，夹灰岩、有时具含煤地层及中酸性火山岩及火山碎屑岩。总的看来，大部分地区，在石炭纪的大部分时期处于活动状态。

藏北、川西地区石炭系以碳酸盐岩及细碎屑为主，局部发育火山岩。珠穆朗玛峰北麓石炭系也较完整，以浅海碎屑岩为主，厚达2600m。近年研究表明，从喀喇昆仑、冈底斯到滇西腾冲一带，已多处发现杂砾岩和冷水动物群，证明上述地区当时部属冈瓦纳板块的北侧陆源带，为陆源浅海区（图8-5）。

地球有关资料

太阳系九大行星之一。地球在太阳系中并不居显著的地位，而太阳也不过是一颗普通的恒星。但由于人类定居和生活在地球上，因此对它不得不寻求深入的了解。

行星地球 按离太阳由近及远的顺序，地球是第3个行星，它与太阳的平均距离是1496亿千米，这个距离叫做一个天文单位（A）。地球的公转轨道是椭圆形，其轨道长半径为149597870千米，轨道偏心率为00167，公转轨道运动的平 均速度是2979千米／秒。

地球的赤道半径约为6378 千米，极半径约为6357千米，二者相差约21千米。地球的平均半径约为6371千米。地球的平均密度为5517克／厘米。地球的尺度和其他参量见表。

地面附近的温度梯度不能外推到几十千米深度以下。地下深处的传热机制是极其复杂的，由热传导的理论去估计地球内部的温度分布，常得不到可信的结果。但根据其他地球物理现象的考虑，地球内部某些特定深度的温度是可以估计的。结果如下：①在100千米的深度，温度接近该处岩石的熔点，约为1100～1200℃；②在400千米和650千米的深度，岩石发生相变，温度各约在1500℃和1900℃；③ 在核幔边界，温度在铁的熔点之上，但在地幔物质的熔点之下，约为3700℃；④在外核与内核边界，深度为5100千米，温度约为4300℃，地球中心的温度，估计与此相差不多。

内部结构 地球的分层结构基本上是按地震波（P和S）的传播速度划分的。地球上层有显著的横向不均匀性：大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同，海水只覆盖着2／3的地面。

地震时，震源辐射出两种地震波，纵波P和横波S。它们各以不同的速度向四围传播�经过不同的时间到达地面上不同的地点。若在地面上记录到P和S的传播时间随震中距离的变化，就可以推算地下不同深度地震波的传播速度υp和υs。

地球内部的分层就是由地震波速度分布定义的，在海水之下，地球最上层叫做地壳，厚约几十千米。地壳以下直对地核，这部分统称为地幔。地幔内部又有许多层次。地壳与地幔的边界是一个明显的间断面，称为M界面或莫霍界面。界面以下约到会80千米的深度，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度明显降低，直到约220千米深度才又回升。这部分叫低速带。以下直到2891千米深度叫做下地幔。核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核，S波消失，所以地球外核是液体。到了51495千米的深度，S波又出现，便进入了地球内核。

由地球的速度和密度的分布可以计算出地球内部的两个弹性常数、压力和重力加速度的分布。在地幔中，重力加速度g的变化很小，只是过了核幔边界才向地心递减至零。在核幔边界处的压力为136兆巴，在地心处为364兆巴。

从20世纪40年代中期起，人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的固体尘埃的观点。较早的倡议者有魏茨泽克、施米特和尤里。他们认为行星不是由高温气体凝固而成，而是由温度不高的固体尘物质积聚而成的。

地球形成时基本上是各种石质物体和尘、气的混合物积聚而成的。初始地球的平均温度估计不超过去时1000℃。由于长寿命放射性无素的衰变和引力势能的释放，地球的温度逐渐升高。当温度超过铁的熔点时，原始地球中的铁元素就化成液态，由于密度大就流向地球的中心部分，从而形成了地核。地球内部温度继续升高，使地幔局部熔化，引起了化学分异，促进了地壳形成。

海洋和大气都不是地球形成时就有的，而是次生的。因为原始地球不可能保持大气和水。海洋是地球内部增温和分异的结果。原始大气是从地球内部放出的，是还原性的。直到绿色植物出现后，大气中才逐渐积累了自由氧，在漫长的地质年代中逐渐形成现在的大气（见地球起源）。

地球的年龄，如果定义为原始地球形成后到现在的时间，则由岩石和矿物所含的放射性同位素可以测定。但是这样做时，仍免不了对地球的初始状态做一些假定，根据岩石矿物中和陨石中铅同位素的精密分析，现在一般都接受的地球年龄约为46亿年。回答者：丁点皮球黄哈达 - 高级经理 七级 10-21 12:25

地球是太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序为第三颗。它有一个天然卫星---月球，二者组成一个天体系统---地月系统。

地球自西向东自转，同时围绕太阳公转。地球自转与公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替和四季变化。地球自转的速度是不均匀的。同时，由于日、月、行星的引力作用以及大气、海洋和地球内部物质的各种作用，使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要

产生变化。地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前的略扁的旋转椭球体，极半径比赤道半径约短21千米。

阿波罗飞船看到的地球 阿波罗飞船看到的地球 地球升起在月球的地平线上地球可以看作由一系列的同心层组成。地球内部有核、幔、壳结构。地球外部有水圈和大气圈，还有磁层，形成了围绕固态地球的外套。

地球作为一个行星，远在46亿年以前起源于原始太阳星云。

地球基本数据 :赤道半径 6378140米,扁率因子 298257 ,质量 5976×1027克 ,平均密度 552克/厘米3 ,平均密度 552克/厘米3 ,表面重力加速度(赤道) 9780厘米/秒2 ,表面重力加速度(极地) 9832厘米/秒2 ,自转周期 23时56分4秒(平太阳时) ,公转轨道半长径 149597870千米 ,公转轨道偏心率 00167 ,公转周期 1恒星年 ,黄赤交角 23度27分 。

太阳系九大行星之一。地球在太阳系中并不居显著的地位，而太阳也不过是一颗普通的恒星。但由于人类定居和生活在地球上，因此对它不得不寻求深入的了解。

行星地球 按离太阳由近及远的顺序，地球是第3个行星，它与太阳的平均距离是1496亿千米，这个距离叫做一个天文单位（A）。地球的公转轨道是椭圆形，其轨道长半径为149597870千米，轨道偏心率为00167，公转轨道运动的平 均速度是2979千米／秒。

地球的赤道半径约为6378 千米，极半径约为6357千米，二者相差约21千米。地球的平均半径约为6371千米。地球的平均密度为5517克／厘米。地球的尺度和其他参量见表。

形状和大小 中国古代对天地的认识有所谓浑天说。东汉张衡在《浑天仪图注》里写道：“天体圆如弹丸，地如鸡中黄……天之包地犹壳之裹黄。”地球是圆的这个概念在远古就已模糊地存在了。723年唐玄宗派一行和南宫说等人，在今河南省选定同一条子午线上的13个地点，测量夏至的日影长度和北极的高度，得到子午线一度之长为351里80步( 唐代的度和长度单位)。折合现代的尺度就是纬度一度长1323千米，相当于地球半径为7600千米 ，比现代的数值约大20％。这是地球尺度最早的估计(埃及人的测量更早一些，但观测点不在同一 子午线上，而且长度单位核算标准不详，精度无从估计）。

精确的地形测量只是到了牛顿发现万有引力定律之后才有可能，而地球形状的概念也逐渐明确。地球并非是很规则的正球体。它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地逼近。扁率e为椭球长短轴之差与长轴之比，是表示地球形状的一个重要参量。经过多年的几何测量、天文测量以至人造地球卫星测量，它的数值已经达到很高的精度。这个椭球面不是真正的地球表面，而是对地面的一个更好的科学概括，用来作为全球各地大地测量的共同标准，所以也叫做参考椭球面。按照这个参考椭球面，子午圈上一平均度是1111千米，赤道上一平均度是1113千米。在参考椭球面上重力势能是相等的，所以在它上面各点的重力加速度是可以计算的，公式如下： 自转 由于地球转动的相对稳定性，人类生活历来都利用它作为计时的标准，简单地说，地球绕太阳公转一周的时间叫做一年，地球自转一周的时间叫做一日。然而由于地球外部和内部的原因，地球的转动其实是很复杂的。地球自转的复杂性表现在自转轴方向的变化和自转速率即日长的变化。

自转轴方向的变化中，最主要的是自转轴在空间绕黄道轴缓慢旋进，造成春分点每年向西移动50256〃的岁差。这是日、月对地球赤道突出部分吸引的结果。其次是地球自转轴相对于地球本身的位置变化，造成了地面各点的纬度变化。这种变化主要有两种成分 ：一种以一年为周期，振幅约为009〃，是大气和海水等季节性变化所引起的，是一种强迫振动；另一种成分以14个月为周期，振幅约为015〃，是地球内部变化所引起的，叫做张德勒摆动，是一种自由振动。此外还有一些较小的自由振动。

转速的变化造成日长的变化。主要有3类：长期变化是减速的，使日长每百年增加1～2毫秒，是潮汐摩擦的结果；季节性变化最大可使日长变化06毫秒，是气象因素引起的；不规则的短期变化，最大可使日长变化4毫秒，是地球内部变化的结果。

表面形态和地壳运动 地球的表面形态是极复杂的，有绵亘的高山，有广袤的海盆，还有各种尺度的构造。

地表的各种形态主要不是外力造成的，它们来源于地壳的构造运动。地壳运动的起因至少有以下几种设想：①地球的收缩或膨胀。许多地学家认为地球一直在冷却收缩，因而造成巨大的地层褶皱和断裂。然而观测表明，地面流出去的热量和地球内部因放射性物质的衰变而生出的热量是同量级的。也有人提出地球在膨胀的论据。这个问题现在尚无定论。②地壳均衡。在地壳以下的某一定深度，单位面积上的载荷有一种倾向于均等的趋势。地面上的巨大高差为地下深部横向物质流动所调节。③板块大地构造假说——地球最上层约八、九十千米厚的岩石层是由几块巨大的板块组成的。这些板块相互作用和相对运动就产生地面上一切大地构造现象。板块运动的动力来自何处，现在还不清楚，但不少人认为地球内部物质的对流起了决定性的作用。

电磁性质 地磁场并不指向正南。11世纪中国的《梦溪笔谈》就有记载。地磁偏角随地而异。真正地磁场的形态是很复杂的。它有显著的时间变化，最大的变化幅度可达到总地磁场的千分之几或更高。变化可分为长期的和短期的。长期变化来源于地球内部的物质运动；短期变化来源于电离层的潮汐运动和太阳活动的变化。在地磁场中，用统计平均或其他方法将短期变化消去后就得到所谓基本地磁场。用球谐分析的方法可以证明基本地磁场有99％以上来源于地下，而相当于一阶球谐函数部分约占80％，这部分相当于一个偶极场，它的北极坐标是北纬785°，西经690°。短期变化分为平静变化和干扰变化两大类。平静变化是经常出现的，比较有规律并有一定的周期，变化的磁场强度可达几十纳特；干扰变化有时是全球性的，最大幅度可达几千纳特，叫做磁暴。

基本磁场也不是完全固定的，磁场强度的图像每年向西漂移02°～03°，叫做西向漂移。这就指出地磁场的产生可能是地球内部物质流动的结果。现在普遍认为地球核主要是铁镍组成的（还包含少量的轻元素）导电流体，导体在磁场中运动便产生电流。这种电磁流体的耦合产生一种自激发电机的作用，因而产生了地磁场。这是当前比较最为人接受的地磁场成因的假说。

当岩浆在地磁场中降温而凝固成岩石时，便受到地磁场磁化而保留少许的永久磁性，称为热剩磁。大多数岩浆岩都带有磁性，其方向和成岩时的地磁场方向一致。由相同时代的不同岩石标本可以确定成岩时地球磁极的位置。但由不同地质时代的岩石标本所确定的地磁极位置却是不同的。这就给大陆漂移的假说提供了一个有力的证据。人们还发现，在某些地质时代成岩的岩石，磁化方向恰好和现代的地磁场方向相反。这是由于地球在形成之后，地磁场曾多次自己反向的结果。按照自激发电机地磁场成因假说，这种反向是可以理解的。地磁场的短期变化可以感应地下电流，而地下电流又引起地面的感应磁场。地下电流同地下物质的电导率有关，因而可由此估计地球内部的电导率分布。然而计算是复杂的，而且解答不单一。现在所能取得的一致意见是电导率随深度而增加，在60～100千米深度附近增加很快。在400～700千米的深处，电导率又有明显的变化，此处相当于地幔中的过渡层（又叫C层）。

温度和能源 地面从太阳接受的辐射能量每年约有10焦耳，但绝大部分又向空间辐射回去，只有极小一部分穿入地下很浅的地方。浅层的地下温度梯度约为每增加30米，温度升高1℃ ，但各地的差别很大。由温度梯度和岩石的热导率可以计算热流。由地面向外流出的热量，全球平均值约为627微焦耳／厘米秒，由地面流出的总热能约为10032×1020焦耳／年。

地球内部的一部分能源来自岩石所含的放射性元素铀、钍、钾。它们在岩石中的含量近年来总在不断地修正，有人估计地球现在每年由长寿命的放射性元素所释放的能量约为9614×1020焦耳，与地面热流很相近，不过这种估计是极其粗略的，含有许多未知因素。另一种能源是地球形成时的引力势能，假定地球是由太阳系中的弥漫物质积聚而成的。这部分能量估计有25×1032焦耳，但在积聚过程中有一大部分能量消失在地球以外的空间，有一小部分，约为1×1032焦耳，由于地球的绝热压缩而积蓄为地球物质的弹性能。假设地球形成时最初是相当均匀的，以后才演变成为现在的层状结构，这样就会释放出一部分引力势能，估计约为2×1030焦耳。这将导致地球的加温。地球是越转越慢的。地球自形成以来，旋转能的消失估计大约有15×1031焦耳，还有火山喷发和地震释放的能量，但其数量级都要小得多。

地面附近的温度梯度不能外推到几十千米深度以下。地下深处的传热机制是极其复杂的，由热传导的理论去估计地球内部的温度分布，常得不到可信的结果。但根据其他地球物理现象的考虑，地球内部某些特定深度的温度是可以估计的。结果如下：①在100千米的深度，温度接近该处岩石的熔点，约为1100～1200℃；②在400千米和650千米的深度，岩石发生相变，温度各约在1500℃和1900℃；③ 在核幔边界，温度在铁的熔点之上，但在地幔物质的熔点之下，约为3700℃；④在外核与内核边界，深度为5100千米，温度约为4300℃，地球中心的温度，估计与此相差不多。

内部结构 地球的分层结构基本上是按地震波（P和S）的传播速度划分的。地球上层有显著的横向不均匀性：大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同，海水只覆盖着2／3的地面。

地震时，震源辐射出两种地震波，纵波P和横波S。它们各以不同的速度向四围传播�经过不同的时间到达地面上不同的地点。若在地面上记录到P和S的传播时间随震中距离的变化，就可以推算地下不同深度地震波的传播速度υp和υs。

地球内部的分层就是由地震波速度分布定义的，在海水之下，地球最上层叫做地壳，厚约几十千米。地壳以下直对地核，这部分统称为地幔。地幔内部又有许多层次。地壳与地幔的边界是一个明显的间断面，称为M界面或莫霍界面。界面以下约到会80千米的深度，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度明显降低，直到约220千米深度才又回升。这部分叫低速带。以下直到2891千米深度叫做下地幔。核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核，S波消失，所以地球外核是液体。到了51495千米的深度，S波又出现，便进入了地球内核。

由地球的速度和密度的分布可以计算出地球内部的两个弹性常数、压力和重力加速度的分布。在地幔中，重力加速度g的变化很小，只是过了核幔边界才向地心递减至零。在核幔边界处的压力为136兆巴，在地心处为364兆巴。

内部物质组成 地震波的速度和密度分布对于地球内部的物质组成是一个限制条件。地球核有约90%是由铁镍合金组成的，但还含有约法三章10%的较轻物质；可能是硫或氧。关于地幔的矿物组成，现在还存在分歧意见。地壳中的岩石矿物是由地幔物质分异而成的。火山活动和地幔物质的喷发表明地幔的主要矿物是橄榄岩。地震波速度的数据表明在内400、500、和谐500千米的深度，波速的梯度很大 。这可解释为矿物相变的结果。在内400千米的深处，橄榄石相变为尖晶石的结构，而辉石则熔入石榴石。在家500千米的深度，辉石也分解为尖晶石和超石英的结构。在先650千米深度下，这些矿物都为钙钛矿和氧化物结构。在下地幔最下的200千米中，物质密度有显著增加。这个区域有无铁元素的富集还是一个有争论的问题。

起源和演化 地球的起源和演化问题实际上也就是太阳系的起源和演化问题。早期的假说主要分两大派：以康德和拉普拉斯为代表的渐变派和以GLL布丰为代表的灾变派。渐变派认为太阳系是由高温的旋转气体逐渐冷却而成的；灾变派主张太阳系是由此及彼2个或3个恒星发生碰撞或近距离吸引而产生的。早期的假说主要企图解释一些天文事实，如行星轨道的规律性，内行星和外行星的区别。太阳系中角动量的分布等。在全面解释上述观测事实时，两派都遇到不可克服的因难。

从20世纪40年代中期起，人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的固体尘埃的观点。较早的倡议者有魏茨泽克、施米特和尤里。他们认为行星不是由高温气体凝固而成，而是由温度不高的固体尘物质积聚而成的。

地球形成时基本上是各种石质物体和尘、气的混合物积聚而成的。初始地球的平均温度估计不超过去时1000℃。由于长寿命放射性无素的衰变和引力势能的释放，地球的温度逐渐升高。当温度超过铁的熔点时，原始地球中的铁元素就化成液态，由于密度大就流向地球的中心部分，从而形成了地核。地球内部温度继续升高，使地幔局部熔化，引起了化学分异，促进了地壳形成。

海洋和大气都不是地球形成时就有的，而是次生的。因为原始地球不可能保持大气和水。海洋是地球内部增温和分异的结果。原始大气是从地球内部放出的，是还原性的。直到绿色植物出现后，大气中才逐渐积累了自由氧，在漫长的地质年代中逐渐形成现在的大气（见地球起源）。

年龄 地球的年龄，如果定义为原始地球形成后到现在的时间，则由岩石和矿物所含的放射性同位素可以测定。但是这样做时，仍免不了对地球的初始状态做一些假定，根据岩石矿物中和陨石中铅同位素的精密分析，现在一般都接受的地球年龄约为46亿年。

一、天然气水合物与全球碳循环和温室效应

天然气水合物对全球碳循环和气候变化具有双重作用：一是水合物中甲烷气直接或通过化学和生物化学以CO2的形式间接释放进入大气；二是低碳的甲烷可替代多碳化石燃料而降低人为温室气体的排放。天然气水合物在自然界中极不稳定，温压条件的微小变化就会引起其分解或生成。在路易斯安那州海外水深500m以下拍摄到天然气水合物小丘和丘群，通过对1992年和1993年录像的对比辨识出一个小丘的消失和另一个小丘的新生。在小丘周围连续释放的气流含696%的CH4，63%的C2H6，17%的C3H8，114%的N2，8%的CO2及微量丁烷、戊烷和氧气。在沉积层中，有机质和CO2在细菌作用下可生成大量甲烷，深成作用亦可使地质历史时期埋藏的有机质转化成天然气，在适宜的温压条件下就可形成天然气水合物。相反，天然气水合物在温度增高或压力降低的条件下就会分解，向大气释放甲烷。由于天然气水合物蕴藏量极大，其甲烷的吞吐量也极大；因此，天然气水合物是地圈浅部一个不稳定的碳库，是全球碳循环中的一个重要环节，在岩石圈与水圈、大气圈的碳循环中起到了重要作用。

甲烷是一种重要的温室气体，因而天然气水合物释放或吸收甲烷对全球气候可产生重大的影响。虽然目前大气中甲烷的体积浓度仅为CO2浓度的1/200，但其全球变暖潜力指数（GWP）按摩尔数是CO2的37倍，按质量是CO2的10倍。在1980～1990年期间，甲烷对温室效应的贡献占12%，而甲烷和其他痕量温室气体的总贡献占43%，仅略低于CO2的贡献（57%）。从工业革命前到现在，大气中CO2的浓度提高了25%（由体积含量280×10-6提高至350×10-6），而甲烷浓度则翻了一番（由08×10-6提高到17×10-6），平均年增长率为09%。说明甲烷浓度提高得更快，因此它对温室效应的相对贡献今后还会增大。

甲烷是一种活动性强的温室气体，它对全球气体变暖的影响比相当量的二氧化碳大20倍。更新世时期，全球气候变化（海退）引起海陆环境中天然气水合物释放出大量甲烷，这些甲烷气体也反过来引起全球气候变化。全球变暖，冰川及冰盖融化，引起海平面上升；海平面上升造成水下静水压力增大，增大了天然气水合物的稳定性，而水温的上升又起到相反的作用。对多数陆缘海底天然气水合物来说，水深均大于300～500m，海平面的升降及海底水温变化都对天然气水合物产生影响。上述变化也因天然气水合物赋存区所处纬度不同，天然气水合物的稳定与不稳定变化关系有所差别。有人测算，在过去1万年，极地陆架表面气温升高了10℃或更多，温度升高的影响超过了海平面升高的影响，造成了大量甲烷释出，年均达56×109m3，相当于所有大气甲烷来源供给量的1%。又如，对英国大陆架面积约60×104km2海域的测量表明，每年逸出而进入大气的甲烷量达12×104t～35×106t，占整个英国甲烷排入量的2%～4%。因此，对广泛分布有海底天然气水合物的海区来说，这种排放情况更突出，成为开发利用天然气水合物工作需要先行监测研究的重要课题。

二、天然气水合物与全球气候变化的关系

天然气水合物既是一种未来能源的巨大载体，又是气候变化的重要因子。已有研究成果表明，大气圈中甲烷的含量在近20万年里与地球的温度是紧密耦合的（图1-10），但其中的原因和作用机制尚未弄清。人们猜测，全球性的温度增高可能是由于大量的天然气水合物的失稳作用造成的后果。事实上，仅仅融化1m3水合物就可释放高达160～200m3的甲烷，其中部分肯定进入大气。反过来，低层大气变暖将加热海洋，引发更多水合物分解和大气变暖这种恶性循环。

图1-10 过去20万年内温度、二氧化碳和甲烷变化的南极Vostock冰核记录

亚洲东岸鄂霍次克海大约相当于北海和波罗的海的总面积，冰层通常一年中有7个月覆盖着鄂霍次克海，从海底天然气水合物矿藏中不断有甲烷逸散形成羽状物。俄罗斯考察队1991年探测得冰层之下水中的甲烷浓度是65mL/L，第二年夏季冰融之时，该指标仅为013mL/L，其余部分显然已逃逸到大气之中。这次测定结果清楚表明，海洋下面的甲烷水合物是大气甲烷的重要来源。

水合物在海平面升降情况下的演化轨迹

在变化着的水深条件下，、流体静压力将对应于海平面变化而变化。水合物的稳定性取决于以下两个因素：①海平面上升或下降的量值；②海底温度的变化对海底沉积物温度改变影响的快速程度。一个初始的深度一般有一个低的温度基值，因此上覆水压高而且水温低正是产生大量水合物的条件。在浅水中，当水深浅、压力减小时，温度基值也会上升，这样水合物的稳定性将低于最低的稳定条件。因此，在那种初始深度浅、又有相当高的水温基值的条件下也许不可能有水合物的产生。

随水深增加和水温降低时，水合物的稳定条件在图1-11（a）和图1-11（b）中分别给出，图1-11（a）表明，水合物的相路在海平面从点A开始下降。相路的终止点是在B点还是B′或B″取决于海平面下降的程度。海平面下降较小时将使水合物稳定曲线上的压力保持不变，因此相路在点B处结束，然而海平面下降幅度较大时，将使相路越过水合物稳定曲线到达点B′，并且作为天然气/水的混合物，水合物将在点B″终止。反过来，如图1-11（b）所示，假如海平面上升幅度很小，并保持在原始点A，（气/水混合物）相路图将在点B处终止（如图1-11（b））；大规模的海平面上升时，相路图越过B′（如图1-11（b）），可达到水合物的生成条件，并在点B″结束演化历史（B″点代表的是水合物，而不是气/水混合物）。

海平面的上升与下降周期可产生3个相循环（如图1-11（c）并且分别由A，B，C标出）。因为存在对沉积物的热传导，对沉积物温度的调整过程存在时间上的延迟。任何一个循环相路绕反时针方向均从位置1开始，这意味着随着较慢的温度响应，将有滞后现象发生。在环形A中（图1-11（c）），海平面的升降越过了水合物稳定曲线，因此是一个从气/水混合物—水合物，然后又回到气/水混合物的过程。这个过程发生在海平面首次上升（位置1到位置2），然后沉积物温度降低（位置2到位置3），接着海平面下降（位置2到位置4），随着沉积温度最终上升（位置4到位置1）。在环形的B和C中，水合物被保存（环形B），气/水混合物也一直存在（环形C）。

许多学者讨论了天然气水合物对全球气候变化的反馈，这种反馈在极地与中低纬度地区不同。在间冰期，全球变暖，冰川和冰盖融化，永久冻土带地层中的天然气水合物由于温度升高和压力降低而不稳定，释放甲烷，产生温室效应，对全球变暖产生正反馈。同时，在中低纬度的陆缘海，一方面海水温度上升可使天然气水合物不稳定，另一方面由于海平面上升，海底静水压力增大，又使天然气水合物的稳定性增高。由于海水的热容量大，底层海水的升温不会很显著，静水压力的影响可能占主导地位，故总的效应可能是使天然气水合物的稳定性增高，对全球变暖产生负反馈。在冰期上述过程均可反向进行。Kvervolden（1988）认为，现代全球变暖过程中极地天然气水合物的正反馈起着主导作用，这一过程每年释放甲烷估计为3×1012g，即全球大气中甲烷增量的1%。一般认为，冰期由米兰科维奇轨道力引起，但这一机理虽可解释冰期旋回的宽缓变化，却不能解释冰期的突然中止。Paull等（1996）用陆缘海中天然气水合物对冰期的负反馈来解释冰期的中止，但这也不能解释这种中止的突发性。研究认为，只要温度稍一变暖，极地天然气水合物的正反馈就可加速这一过程，使冰期突然结束；但这一效应会导致甲烷从天然气水合物中的无控制释放，以及随之而来的全球无控制变暖；这种现象实际上并未观察到。所以，冰期的突然中止仍然是个谜。

图1-11 水合物在海平面升降条件下的演化轨迹示意

许多研究人员认为，某个较大区域发生爆发性甲烷释放能在短期内使气候发生急剧变化。加利福尼亚大学圣巴巴拉分校海洋地理学家James PKennett提出了假设，认为在大约15×104a前的最近一次冰河期，灾难性的甲烷释放可能在仅仅几十年内触发温度显著上升。

研究人员还发现天然气水合物释放甲烷影响全球气候变化的更古老的迹象，大约5500×104a前古新世末期影响全球气候的化石证据表明，该时期海洋和陆地的温度都急剧上升，在世界范围形成一次温度异常（LPTM=Late Paleocene Thermal Maximum——晚古新世温度峰值），许多生活于海底沉积物上的单细胞有机物物种都灭绝了。微生物的碳同位素成为解释温度迅速升高原因的关键。这次十分著名的全球范围温度异常，如同在此期间全球的碳同位素变化所显示的那样，是伴随着海洋天然气水合物矿藏中甲烷的一次极其强烈的释放而产生的。

对于天然气水合物与全球变化的关系，迫切需要深入并定量地研究其在全球碳循环中的作用，以及对全球变暖、变冷及相应的海平面变化的反馈。如上所述，这种反馈的方向和强度可能随纬度而变化，还可能随气候进程而变化；揭示其规律将对认识全球变化、尤其是冰期与间冰期交替的原因具有重要意义。为了研究天然气水合物对碳循环和温室效应的总贡献，需要在实验和模拟基础上对产生反馈的机理进行研究，对不同环境和条件下天然气水合物对甲烷的释放或吸收量、被释放的甲烷经过水层后未被溶解或氧化而到达大气的量进行较准确的估计，从而定量地估计在给定气候变化下全球天然气水合物释放或吸收甲烷的总量，即中低纬度陆缘海中两种相反效应及极地的正反馈效应之总和。

三、天然气水合物的地质灾害因素

科学界普遍认为，天然气水合物终将成为人类未来的极具潜力的洁净的能源资源。研究同时表明，沉积物中的天然气水合物在所处周围环境条件由于种种原因发生变化时，温度-压力平衡会遭到破坏，导致天然气水合物发生解体和逃逸，有可能造成地质灾害，或对全球气候变化产生影响。失稳现象的发生与天然气水合物赋存环境条件的变化呈复杂的互动关系。天然气水合物的稳定性是由压力、温度和气体的组合状况来确定的。在典型的水体温度变化过程中，一个纯甲烷水合物的稳定界限温度在大约5℃和压力50Pa（相当于约500m水深）情况下开始。在混合了另外气体，特别是硫化氢的情况下，稳定范围就会显著扩大。在同样温度条件下，向甲烷和二氧化碳混合水合物中加入约20%的硫化氢组分，会使压力降低大约10Pa，或者说，在保持相同压力情况下，可提高几乎2℃。具有各种各样组分的天然气水合物相应地会在各不相同的温度-压力范围里形成。此外，孔隙水的组成和可利用性、气体饱和状态、寄居岩石可能的催化特性，以及孔隙度和持续稳定性等问题，对于沉积物的稳定性范围也具有重要意义。

海底地质灾害是天然气水合物资源开发研究的重要内容。天然气水合物与海底滑坡有关早在20世纪70年代就认识到了。美国大西洋大陆边缘填绘出近200个滑坡，被认为是海平面下降，围压降低，甲烷气体从分解的天然气水合物中游离出来，造成边坡不稳定而引起的。同时，该海域多数滑坡均分布在天然气水合物分布区内或其附近也说明了这一点。在其他海域的海台塌陷也与天然气水合物有关（如西南非洲陆坡和海台、挪威陆缘、波弗特海陆缘、里海、北巴拿马陆架和加拿大纽芬兰）。在晚更新世海退期间，海平面下降约100m，造成对海底的压力降低了1000kPa，总压力的降低引起天然气水合物底部的分解，释放出过量的甲烷和水，造成边坡的不稳定性，并产生灾难性后果。研究表明，存在两种不同的机制引发亚马孙海底滑坡：①海平面快速下降，使天然气水合物失稳，上覆沉积物滑移；②安第斯山冰消作用以及其后亚马孙河沉积物冲入大陆坡，由于超负荷引起海底滑坡。依据冰心中观察到的大气甲烷含量的变化，前一种解释似乎更为合理。海底滑坡的触发因素可能是一次小地震，或者河流带来的一批洪积物，甚至是一次大风暴潮。一旦滑坡起动，水合物层之下的游离气就会沿裂隙上升，原来处于亚稳定状态的水合物也将分解释放甲烷气体。研究表明，绝大多数大型滑坡与天然气水合物失稳，或者说与崩塌物质在水合物之上“滑翔”有关（图1-12）。1929年，发生在加拿大纽芬兰的海底滑坡造成27人死亡和巨大经济损失；1979年，法国海岸发生的海底滑坡引起的海啸使11人丧生。因此，在开发利用海底天然气水合物时应充分考虑并研究海底地质灾害，设计可行的技术方案。

图1-12 海洋水合物环境效应的综合示意图

在海洋堆积物里，天然气水合物形成时能够在孔隙中产生一种胶结作用，致使大陆斜坡带处于明显较为稳定的状态。由于压力和温度条件发生变化而引发天然气水合物释放时，首先会导致大陆斜坡带较多部位产生失稳现象，在那里会形成巨大的滑塌块体滑入深海，并使深海生态环境遭受灾难性的后果。

根据先前对海底的探测结果，科学家解释说，08×104a前位于挪威大陆边缘总量大约5600m3的沉积物从大陆坡上缘向挪威海盆滑动了800km，巨量的泥土推开海水引起的海啸造成毁灭性的后果，可怕的浪涛突然间吞没了海岸线。科学家猜测，这个极为著名的Storrega海底山崩事件，大概是由于天然气水合物释放而形成的世界著名的最大滑塌体之一。

1998年夏，莫斯科谢尔索沃夫（Shirshov）海洋学研究所的俄罗斯研究人员在挪威西岸外发现了不稳定的水合物矿床。他们认为，海底断层产生的柱状物和水合物的自然分解均能向大气中缓慢地释放甲烷，但这一过程有时更具爆发性。挪威特罗姆瑟大学的Jurgen Mienert领导的国际小组最近发现在巴伦支海海底（正好在挪威东北端外）有许多类似弹坑的巨大凹陷，最大坑宽700m，深300m，这种大小不等的“弹坑”密布于甲烷水合物矿床的附近，清楚表明发生过灾难性甲烷爆发。断层和其他结构证据表明，它们可能发生于最近一次冰河期的末期。这种爆发可能遵循用来解释Storrega山崩原因的理论：变暖的海洋使水合物变得不稳定，当达到某一临界点时就像火山一样爆发了。

由于水合物中含有超出自生体积一百倍以上的气体，若遇断裂等构造作用，引起水合物在瞬间爆炸般分解，可形成密度为01kg/m气/水混合物，并在海面上形成强大的水动力流、涡流和气旋，轮船、飞机、海上钻井设施遭遇这种环境会迅速沉到海底。科学家认识到，天然气水合物的脆弱性对井位的选择、钻探和下套管的方案具有重要的影响，天然气水合物处于失稳状态也会对海底的管道、电缆等工程设施及施工造成威胁，甚至造成可怕的后果。

根据天然气水合物稳定的温压条件分析，其至少在始新世末就已存在，当时海洋冷水圈（水温＜10℃）已形成。在此以前，晚白垩世及古新世的底层海水温度估计为7～10℃，在较深水部位也可能形成较薄的天然气水合物层。在适宜的条件下形成的天然气水合物充填于沉积物层的空隙中，起到阻碍沉积物固结和矿物胶结的作用。当压力降低或温度升高时，天然气水合物稳定深度降低，水合物层的底部变得不稳定，释放出远大于水合物体积的甲烷，形成一个充气层，降低了沉积物的强度，导致大范围的滑坡。在渐新世以前不存在大的冰盖，在出现较长时间的低水面时天然气水合物的不稳定化可能成为海底滑坡及浅层构造变动的一级动因。在早始新世末（495Ma）及渐新世中期（30Ma）有两次海平面下降事件发生，都伴随有大型滑坡。经对新泽西州陆缘的地震剖面分析表明在早第三纪发生了4次大滑塌，都对应于主要低水面期。更新世冰期时海平面下降约100m，陆架和陆坡的静水压力降低约1000kPa，使天然气水合物的稳定深度下降约20m。这可能是当时在世界范围内普遍发生陆缘滑坡的原因。天然气水合物与海底滑坡的可能联系在世界各地都有报道，重新研究陆缘的地震剖面和地层数据，分析在天然气水合物稳定深度内的浅层构造现象，将可能找到更多地质历史中存在天然气水合物的证据。

在太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序为第三颗。它有一个天然卫星——月球。地球大约有46亿年的历史。不管是地球的整体，还是它的大气、海洋、地壳或内部，从形成以来就始终处于不断变化和运动之中。

地球自转一圈约为23时56分4秒，在地球赤道上的自转线速度为每秒465米。地球绕太阳公转的轨道是椭圆的，与太阳的平均距离为 1亿4千9百57万3000公里，转一周需36525天，公转平均速度为每秒2979公里。黄道与赤道交角为23 度27分，因为有这个角度，自转和公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替且长短不均、四季变化和五带（热带、南北温带和南北寒带）的区分。地球自转的速度是不均匀的，有长期变化、季节性变化和不规则变化。同时，由于日、月、行星的引力作用以及大气、海洋和地球内部物质的各种作用，使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生一些变化。

地球赤道半径为6，378，140米，极半径6357公里，赤道周长为40076公里。地球不是正球体，而是扁球体，或者说，更象个梨状的旋转体。人造地球卫星的观测结果表明，地球的赤道也是个椭圆，地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前的略扁的旋转椭球体形状，极半径比赤道半径约短21公里。地球内部物质分布的不均匀性，进一步造成地球表面形状的不规则性。日、月对地球的引力作用使地球上的海洋、大气产生潮汐现象。

地球的质量为5976×1027克（或约6×1021吨），平均密度为每立方厘米552克。地球上任何质点都受到地球引力和惯性离心力的作用，二者的合力就是重力。重力随高度递增而减小，也随纬度而变化。有些地方还会出现重力异常现象，这反映出地球内部物质分布的不均匀性。地球因受到日、月引潮力的作用，它的重力加速度也有微小的周期变化。

地球可以看作由一系列的同心层组成。地球内部，有核、幔、壳结构。地球外部，有水圈、大气圈，还有磁层，形成了围绕固态地球的外套。磁层和大气圈阻挡着来自空间的紫外线、 X射线、高能粒子和众多的流星对地面的直接轰击。

地球表面积约5亿零960万平方公里，其中十分之七以上为蓝色的海洋所覆盖，湖泊、江河只占地球表面水域很少的部分。地球表面的液态水层，叫做水圈，从形成至今至少已有30亿年。地球的表层由各种岩石和土壤组成，地面崎岖不平，低洼部分被水淹没成为海洋、湖泊；高出水面的陆地则有平原、高山。地球固体表面总垂直起伏约为20公里，它是珠穆朗玛峰顶和马里亚纳海沟之间的高差，它超过大陆地壳平均厚度的一半。洋底像陆地一样不平坦，也不平静。洋底岩石年龄要比陆地年轻得多。陆地上大多数岩石的年龄小于二十几亿年。陆地上到处可以找到沉积岩，说明在远古时期这些地方可能是海洋。地表虽有少量的环形山，但难以找到类似月球、火星和水星那样多的环形山，这是因为地球表面受到外力（水和大气）和内力(地震和火山)的作用，不断风化、侵蚀和瓦解的结果。

地球上部不仅有垂直运动，而且还有更大的水平运动，海洋和大陆的相对位置在地质时期也是变化着的。有科学家认为，地球早先存在两块古大陆——南半球的冈瓦纳古陆和北半球的劳亚古陆。后来由板块运动的巨大力量把原先的大陆块撕开，使各碎块分别逐渐漂移到今天的位置。科学家进而认为全球大地构造是洋底不断扩张的直接结果。

地球最上层约几十公里厚的一圈是强度很大的岩石圈，其下几百公里厚的一层是软流层，强度较小，在长期的应力作用下这一层的物质具有可塑性。岩石圈漂浮在软流圈上。在地球内部能量（原始热量和发射性热）释放时，地内温度和密度的不均匀分布，引起地幔物质的对流运动。地幔对流物质沿着洋底的洋中脊的裂隙向两侧方向运动，不断形成新的洋底。此外，老的洋底不断向外扩张，当它们接近大陆边缘时，在地幔对流向下拖曳力的作用下，插入大陆地壳下面，致使岩石圈发生一系列的构造运动。这种对流作用可使整个洋底在三亿年左右更新一次。岩石圈被一些活动构造带所割裂，分成几个不连续的单元，称为大陆板块。如欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块和南极板块。海底的扩张导致大陆板块发生运动。板块的相互挤压造成了巨大的山系，自阿尔卑斯山经过土耳其和高加索，最后到喜马拉雅山的山系正是属于这种情况；也有的地方，两个板块的岩石同时下沉，造成洋底的深渊；此外，板块的运动还造成了火山和地震。

对地球起源和演化问题进行系统的科学研究始于十八世纪中叶，至今已经提出多种学说。现在流行的看法是：地球作为一个行星，远在46亿年以前起源于原始太阳星云。它同其他行星一样，经历了吸积、碰撞这样一些共同的物理演化过程。地球胎形成伊始，温度较低，并无分层结构，只有由于陨石物质的轰击、放射性衰变致热和原始地球的重力收缩，才使地球温度逐渐增加。随着温度的升高，地球内部物质也就具有越来越大的可塑性，且有局部熔融现象。这时，在重力作用下物质分异开始，靠近表面的较重物质逐渐下沉，地球内部较轻的物质逐渐上升，一些重的元素（如液态的铁）沉到地球中心，形成一个密度较大的地核（地震波的观测表明，地球外核是液态的）。物质的对流伴随着大规模的化学分离，最后地球就逐渐形成现今的地壳、地幔和地核等层次。

在地球演化早期，原始大气逃逸殆尽。伴随着物质的重新组合和分化，原先在地球内部的各种气体上升到地表成为第二代大气；后来，因绿色植物的光合作用，进一步发展成为现代大气。另一方面，地球内部温度升高，使内部结晶水汽化。随着地表温度逐渐下降，气态水经过凝结、降雨落到地面形成水圈。约在三、四十亿年前，地球上开始出现单细胞生命，然后逐步进化为各种各样的生物，直到人类这样的高级生物，构成了一个生物圈。

在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围所形成的包层叫大气层。大气随着地球运动；日、月的引力也对它起着潮汐作用。大气层对地面的物理状况和生态环境有决定性的影响。地球大气的质量约占地球总质量的百万分之一。大气密度随高度的增加而下降，大气总质量的90％集中在离地表15公里高度以内， 999％在50公里高度以内。在2，000公里高度以上，大气极其稀薄，逐渐向行星际空间过渡，而无明显的上界。

地球大气的密度、 温度、 压力、化学组成等都随高度变化。可以按照大气的温度分布、组成状况、电离程度这些不同参数，对地球大气进行分层。

按大气温度随高度的分布可以分为：

对流层：靠地表的底层大气，对流运动显著。其厚度因纬度、季节以及其他条件而异，在赤道区约16～18公里，中纬度区约10～12公里，两极区约7～8公里。一般来说，夏季厚而冬季薄。对流层与地表联系最密切，受地表状况影响最大，大气中的水汽大部集中于此层，形成云和降水等现象。对流层的上部称为“对流层顶”，厚约几百米到1～2公里。对流层的温度几乎随高度直线下降，到对流层顶时约为零下50摄氏度。

平流层：（又称同温层）由对流层顶到离地表50公里高度的一层，大气主要是平流运动。层内温度随高度增加而略微上升，到约50公里高度处，达到极大值（约零下10～零上20摄氏度）。

中间层：（又称散逸层） 高度在离地表50～85公里的一层，温度随高度增加而下降，到离地表高度85公里的中间层顶，温度接近最小值，约为零下摄氏度。

热层：中间层以上的一层，温度随高度增加而上升，在离地表500公里处，即热层顶，达到1100摄氏度左右。这一层的温度因为大气大量吸收太阳紫外辐射而升高。热层顶以上为外大气层。这里的大气已极稀薄。

按大气的组成状况可以分为两层：离地表约100公里以下是均质层（大气由各种气体混合组成）；以上是非均质层。在均质层中离地表10～50公里处，太阳紫外辐射的光化作用产生臭氧，形成臭氧层，这一层的高度大抵与上述平流层相当。在离地表20～30公里处，臭氧浓度最大，不过这部分大气中的臭氧含量仍然不到这一层大气的十万分之一，各种气体依然视为均匀混合的。臭氧层吸收掉危害生命的太阳紫外辐射，使之不能到达地表。

按大气的电离程度可以分为两层：从地表到离地表80公里这一层，大气中的分子和原子都处于中性状态，称为中性层。离地表80～1000公里这一层，大气中的原子在太阳辐射（主要是紫外辐射）作用下电离，成为大量正离子和电子，构成电离层。电离分为4层，这些层的高度和电离情况都随一天中的不同时刻、一年中的不同季节和太阳活动程度而发生变化。许多有趣的天文现象，如极光、流星等都发生在电离层中。电离层还能反射无线电短波，从而使地面上可以实现短波无线电通讯。

近地表大气中78%为氮，21%为氧，其他还有二氧化碳、氩等多种气体成分以及水汽。水汽是大气中最不稳定的组成部分。在夏季湿热处，水汽在大气中的含量可以达到4％；而在冬季干寒处，它的含量可下降到001％。除水汽外，离地表 3公里内还有尘埃、花粉、火山灰及流星尘等微粒。地球形成初期的原始大气已不存在，它已全部或大部散逸到空间。后来，由于放射性元素的衰变和所谓“引力致热”，地球处于一种熔化阶段，从而加速了气体从地球内部逸出的过程。地球的引力使这些逸出的大气渐渐积蓄在地球的周围。这种第二代地球大气缺少氧，主要由二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨组成，称为还原大气。后来，主要是绿色植物的光合作用，其次是来自太阳的辐射使水分解为游离氧，从而使还原大气变为以氮和氧为主的氧化大气。有的科学家通过分析赤铁矿中的沉积物，推断出氧存在的时间至少在25亿年以上。从那时起，大气中便含有丰富的游离氧了。

地球是一个非均质体，内部具有分层结构，各层物质的成分、密度、温度各不相同。人们主要通过对地震波来研究地球内部结构。地震波的传播速度与地球内部物质的密度和性质密切相关。在不同性质和状态的介质中，地震波传播速度有显著变化。依据地球内部不同部分的地震波传播速度的资料，可以分析地球内部的结构。分析表明，地球内部存在两个间断面，这两个间断面把地球内部分成三个主要的同心层：地壳、地幔和地核。

地壳又称A层，它的厚度是不均匀的，大陆地壳平均厚度约30多公里（中国青藏高原的地壳厚度可达65公里多），而海洋地壳仅5～8公里。密度为地球平均密度的1／2。大陆地壳上层的成分约在花岗闪长岩和闪长岩之间，下层岩石可能是麻粒岩和闪岩。海洋地壳是橄榄岩。据目前所知，地壳岩石的年龄绝大多数小于 20多亿年。这意味着现在地球壳层的岩石不是地球的原始壳层，是以后由地球内部的物质通过火山活动与造山运动而形成的。

地幔的物质密度由近地壳处的每立方厘米33克增至近地核处的每立方厘米56克，地震波传播的速度也随之增大。地幔分为三层。B、C两层称为上地幔。再往下到2，900公里处称为D层，即下地幔。地幔物质的主要成分可能是同橄榄岩相似的超基性岩。

地核也分为三层。E层是外地核，可能是液体。 F层是外地核和内地核之间的过渡层。G层是内地核，可能是固体的。地核虽只占地球体积的162％，但由于它的密度相当高（地核中心物质密度达到每立方厘米13克，压力可能超过370万大气压），根据有些学者计算，它的质量超过地球总质量的31％。地核主要由铁和镍等金属物质构成。

地球内部的温度随深度而上升。根据地震波传播情况得知：地幔是固体状态的，100公里深处的温度已达1300摄氏度，300公里深处的温度是 2000摄氏度。据最近估计，地核边缘的温度约4000摄氏度，地心的温度为5500～6000摄氏度。由于地球表层是热的不良导体，来自太阳的巨大热量只有极少一部分能穿透到地下极浅处。因此，地球内部的热能可能主要来源于地球本身，即产生于天然放射性元素的衰变。

地球的重力加速度也随深度而变化。一般认为，从地表到地下2900公里深处，重力大致随深度而增加，在2900公里处重力达到最高值，从这里再到地心，重力急剧减小，到地心为0。

地球不停地绕自转轴自西向东自转，各种天体东升西落的现象就是地球自转的反映。地球自转是最早用来作为计量时间的基准（见时间及其计量），这就形成了通常所用的时间单位——日。二十世纪以来，天文学的一项重要发现，是确认地球自转速度是不均匀的，从而动摇了以地球自转作为计量时间的传统观念，出现了历书时和原子时。到目前为止，人们发现地球自转速度有三种变化：长期减慢、不规则变化和周期变化。

地球自转的长期减慢，使日长在一个世纪内大约增长1～2毫秒，使以地球自转周期为基准所计量的时间，二千年来累计慢了两个多小时。地球自转的长期减慢，可以通过对月球、太阳和行星的观测资料以及古代日月食资料的分析加以确认。通过对古珊瑚化石生长线的研究，可以知道地质时期地球自转的情况。例如，人们发现在泥盆纪中期，即3亿7千万年以前，每年约有400天左右，这与天文论证的地球自转长期减慢的量级是一致的。引起地球自转的长期减慢的主要原因，可能是潮汐摩擦。潮汐摩擦引起地球自转角动量减少，同时使月球离地球越来越远，进而使月球绕地球公转的周期变长。这种潮汐摩擦作用主要发生在浅海地区。另外，地球半径的胀缩，地核增生，地核与地幔之间的耦合也可能会引起地球自转的长期变化。

地球自转速度除长期减慢外，还存在着时快时慢的不规则变化。这种不规则变化同样可以在月球、太阳和行星的观测资料以及天文测时的资料中得到证实。根据变化的情况，大致可以分为三种:几十年或更长的一段时间内的相对变化；几年到十年的时间内的相对变化；几星期到几个月的时间内的相对变化。前两种变化相对来说比较平稳，而最后一种变化是相当剧烈的。产生这些不规则变化的机制，目前尚无定论。比较平稳的变化可能是由于地幔与地核之间的角动量交换或海平面和冰川的变化引起的；而比较剧烈的变化可能是由于风的作用引起的。

地球自转速度季节性的周期变化是在二十世纪三十年代发现的。除春天变慢和秋天变快的周年变化外，还有半年周期的变化。这些变化的振幅和位相，相对来说，比较稳定。相应的物理机制也研究得比较成熟，看法比较一致。周年变化的振幅约为20～25毫秒，主要是由风的季节性变化引起的。半年变化的振幅约为 9毫秒，主要是由太阳潮汐引起的。由于天文测时精度的不断提高，在六十年代末，从观测资料中求得了地球自转速度的一些微小的短周期变化，其周期主要是一个月和半个月，振幅的量级只有1毫秒左右，这主要是由月球潮汐引起的。

地球

Earth

太阳系九大行星之一。地球在太阳系中并不居显著的地位，而太阳也不过是一颗普通的恒星。但由于人类定居和生活在地球上，因此对它不得不寻求深入的了解。

行星地球 按离太阳由近及远的顺序，地球是第3个行星，它与太阳的平均距离是1496亿千米，这个距离叫做一个天文单位（A）。地球的公转轨道是椭圆形，其轨道长半径为149597870千米，轨道偏心率为00167，公转轨道运动的平 均速度是2979千米／秒。

地球的赤道半径约为6378 千米，极半径约为6357千米，二者相差约21千米。地球的平均半径约为6371千米。地球的平均密度为5517克／厘米。地球的尺度和其他参量见表。

形状和大小 中国古代对天地的认识有所谓浑天说。东汉张衡在《浑天仪图注》里写道：“天体圆如弹丸，地如鸡中黄……天之包地犹壳之裹黄。”地球是圆的这个概念在远古就已模糊地存在了。723年唐玄宗派一行和南宫说等人，在今河南省选定同一条子午线上的13个地点，测量夏至的日影长度和北极的高度，得到子午线一度之长为351里80步( 唐代的度和长度单位)。折合现代的尺度就是纬度一度长1323千米，相当于地球半径为7600千米 ，比现代的数值约大20％。这是地球尺度最早的估计(埃及人的测量更早一些，但观测点不在同一 子午线上，而且长度单位核算标准不详，精度无从估计）。

精确的地形测量只是到了牛顿发现万有引力定律之后才有可能，而地球形状的概念也逐渐明确。地球并非是很规则的正球体。它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地逼近。扁率e为椭球长短轴之差与长轴之比，是表示地球形状的一个重要参量。经过多年的几何测量、天文测量以至人造地球卫星测量，它的数值已经达到很高的精度。这个椭球面不是真正的地球表面，而是对地面的一个更好的科学概括，用来作为全球各地大地测量的共同标准，所以也叫做参考椭球面。按照这个参考椭球面，子午圈上一平均度是1111千米，赤道上一平均度是1113千米。在参考椭球面上重力势能是相等的，所以在它上面各点的重力加速度是可以计算的，公式如下：

自转 由于地球转动的相对稳定性，人类生活历来都利用它作为计时的标准，简单地说，地球绕太阳公转一周的时间叫做一年，地球自转一周的时间叫做一日。然而由于地球外部和内部的原因，地球的转动其实是很复杂的。地球自转的复杂性表现在自转轴方向的变化和自转速率即日长的变化。

自转轴方向的变化中，最主要的是自转轴在空间绕黄道轴缓慢旋进，造成春分点每年向西移动50256〃的岁差。这是日、月对地球赤道突出部分吸引的结果。其次是地球自转轴相对于地球本身的位置变化，造成了地面各点的纬度变化。这种变化主要有两种成分 ：一种以一年为周期，振幅约为009〃，是大气和海水等季节性变化所引起的，是一种强迫振动；另一种成分以14个月为周期，振幅约为015〃，是地球内部变化所引起的，叫做张德勒摆动，是一种自由振动。此外还有一些较小的自由振动。

转速的变化造成日长的变化。主要有3类：长期变化是减速的，使日长每百年增加1～2毫秒，是潮汐摩擦的结果；季节性变化最大可使日长变化06毫秒，是气象因素引起的；不规则的短期变化，最大可使日长变化4毫秒，是地球内部变化的结果。

表面形态和地壳运动 地球的表面形态是极复杂的，有绵亘的高山，有广袤的海盆，还有各种尺度的构造。

地表的各种形态主要不是外力造成的，它们来源于地壳的构造运动。地壳运动的起因至少有以下几种设想：①地球的收缩或膨胀。许多地学家认为地球一直在冷却收缩，因而造成巨大的地层褶皱和断裂。然而观测表明，地面流出去的热量和地球内部因放射性物质的衰变而生出的热量是同量级的。也有人提出地球在膨胀的论据。这个问题现在尚无定论。②地壳均衡。在地壳以下的某一定深度，单位面积上的载荷有一种倾向于均等的趋势。地面上的巨大高差为地下深部横向物质流动所调节。③板块大地构造假说——地球最上层约八、九十千米厚的岩石层是由几块巨大的板块组成的。这些板块相互作用和相对运动就产生地面上一切大地构造现象。板块运动的动力来自何处，现在还不清楚，但不少人认为地球内部物质的对流起了决定性的作用。

电磁性质 地磁场并不指向正南。11世纪中国的《梦溪笔谈》就有记载。地磁偏角随地而异。真正地磁场的形态是很复杂的。它有显著的时间变化，最大的变化幅度可达到总地磁场的千分之几或更高。变化可分为长期的和短期的。长期变化来源于地球内部的物质运动；短期变化来源于电离层的潮汐运动和太阳活动的变化。在地磁场中，用统计平均或其他方法将短期变化消去后就得到所谓基本地磁场。用球谐分析的方法可以证明基本地磁场有99％以上来源于地下，而相当于一阶球谐函数部分约占80％，这部分相当于一个偶极场，它的北极坐标是北纬785°，西经690°。短期变化分为平静变化和干扰变化两大类。平静变化是经常出现的，比较有规律并有一定的周期，变化的磁场强度可达几十纳特；干扰变化有时是全球性的，最大幅度可达几千纳特，叫做磁暴。

基本磁场也不是完全固定的，磁场强度的图像每年向西漂移02°～03°，叫做西向漂移。这就指出地磁场的产生可能是地球内部物质流动的结果。现在普遍认为地球核主要是铁镍组成的（还包含少量的轻元素）导电流体，导体在磁场中运动便产生电流。这种电磁流体的耦合产生一种自激发电机的作用，因而产生了地磁场。这是当前比较最为人接受的地磁场成因的假说。

当岩浆在地磁场中降温而凝固成岩石时，便受到地磁场磁化而保留少许的永久磁性，称为热剩磁。大多数岩浆岩都带有磁性，其方向和成岩时的地磁场方向一致。由相同时代的不同岩石标本可以确定成岩时地球磁极的位置。但由不同地质时代的岩石标本所确定的地磁极位置却是不同的。这就给大陆漂移的假说提供了一个有力的证据。人们还发现，在某些地质时代成岩的岩石，磁化方向恰好和现代的地磁场方向相反。这是由于地球在形成之后，地磁场曾多次自己反向的结果。按照自激发电机地磁场成因假说，这种反向是可以理解的。地磁场的短期变化可以感应地下电流，而地下电流又引起地面的感应磁场。地下电流同地下物质的电导率有关，因而可由此估计地球内部的电导率分布。然而计算是复杂的，而且解答不单一。现在所能取得的一致意见是电导率随深度而增加，在60～100千米深度附近增加很快。在400～700千米的深处，电导率又有明显的变化，此处相当于地幔中的过渡层（又叫C层）。

温度和能源 地面从太阳接受的辐射能量每年约有10焦耳，但绝大部分又向空间辐射回去，只有极小一部分穿入地下很浅的地方。浅层的地下温度梯度约为每增加30米，温度升高1℃ ，但各地的差别很大。由温度梯度和岩石的热导率可以计算热流。由地面向外流出的热量，全球平均值约为627微焦耳／厘米秒，由地面流出的总热能约为10032×1020焦耳／年。

地球内部的一部分能源来自岩石所含的放射性元素铀、钍、钾。它们在岩石中的含量近年来总在不断地修正，有人估计地球现在每年由长寿命的放射性元素所释放的能量约为9614×1020焦耳，与地面热流很相近，不过这种估计是极其粗略的，含有许多未知因素。另一种能源是地球形成时的引力势能，假定地球是由太阳系中的弥漫物质积聚而成的。这部分能量估计有25×1032焦耳，但在积聚过程中有一大部分能量消失在地球以外的空间，有一小部分，约为1×1032焦耳，由于地球的绝热压缩而积蓄为地球物质的弹性能。假设地球形成时最初是相当均匀的，以后才演变成为现在的层状结构，这样就会释放出一部分引力势能，估计约为2×1030焦耳。这将导致地球的加温。地球是越转越慢的。地球自形成以来，旋转能的消失估计大约有15×1031焦耳，还有火山喷发和地震释放的能量，但其数量级都要小得多。

地面附近的温度梯度不能外推到几十千米深度以下。地下深处的传热机制是极其复杂的，由热传导的理论去估计地球内部的温度分布，常得不到可信的结果。但根据其他地球物理现象的考虑，地球内部某些特定深度的温度是可以估计的。结果如下：①在100千米的深度，温度接近该处岩石的熔点，约为1100～1200℃；②在400千米和650千米的深度，岩石发生相变，温度各约在1500℃和1900℃；③ 在核幔边界，温度在铁的熔点之上，但在地幔物质的熔点之下，约为3700℃；④在外核与内核边界，深度为5100千米，温度约为4300℃，地球中心的温度，估计与此相差不多。

内部结构 地球的分层结构基本上是按地震波（P和S）的传播速度划分的。地球上层有显著的横向不均匀性：大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同，海水只覆盖着2／3的地面。

地震时，震源辐射出两种地震波，纵波P和横波S。它们各以不同的速度向四围传播�经过不同的时间到达地面上不同的地点。若在地面上记录到P和S的传播时间随震中距离的变化，就可以推算地下不同深度地震波的传播速度υp和υs。

地球内部的分层就是由地震波速度分布定义的，在海水之下，地球最上层叫做地壳，厚约几十千米。地壳以下直对地核，这部分统称为地幔。地幔内部又有许多层次。地壳与地幔的边界是一个明显的间断面，称为M界面或莫霍界面。界面以下约到会80千米的深度，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度明显降低，直到约220千米深度才又回升。这部分叫低速带。以下直到2891千米深度叫做下地幔。核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核，S波消失，所以地球外核是液体。到了51495千米的深度，S波又出现，便进入了地球内核。

由地球的速度和密度的分布可以计算出地球内部的两个弹性常数、压力和重力加速度的分布。在地幔中，重力加速度g的变化很小，只是过了核幔边界才向地心递减至零。在核幔边界处的压力为136兆巴，在地心处为364兆巴。

内部物质组成 地震波的速度和密度分布对于地球内部的物质组成是一个限制条件。地球核有约90%是由铁镍合金组成的，但还含有约法三章10%的较轻物质；可能是硫或氧。关于地幔的矿物组成，现在还存在分歧意见。地壳中的岩石矿物是由地幔物质分异而成的。火山活动和地幔物质的喷发表明地幔的主要矿物是橄榄岩。地震波速度的数据表明在内400、500、和谐500千米的深度，波速的梯度很大 。这可解释为矿物相变的结果。在内400千米的深处，橄榄石相变为尖晶石的结构，而辉石则熔入石榴石。在家500千米的深度，辉石也分解为尖晶石和超石英的结构。在先650千米深度下，这些矿物都为钙钛矿和氧化物结构。在下地幔最下的200千米中，物质密度有显著增加。这个区域有无铁元素的富集还是一个有争论的问题。

起源和演化 地球的起源和演化问题实际上也就是太阳系的起源和演化问题。早期的假说主要分两大派：以康德和拉普拉斯为代表的渐变派和以GLL布丰为代表的灾变派。渐变派认为太阳系是由高温的旋转气体逐渐冷却而成的；灾变派主张太阳系是由此及彼2个或3个恒星发生碰撞或近距离吸引而产生的。早期的假说主要企图解释一些天文事实，如行星轨道的规律性，内行星和外行星的区别。太阳系中角动量的分布等。在全面解释上述观测事实时，两派都遇到不可克服的因难。

从20世纪40年代中期起，人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的固体尘埃的观点。较早的倡议者有魏茨泽克、施米特和尤里。他们认为行星不是由高温气体凝固而成，而是由温度不高的固体尘物质积聚而成的。

地球形成时基本上是各种石质物体和尘、气的混合物积聚而成的。初始地球的平均温度估计不超过去时1000℃。由于长寿命放射性无素的衰变和引力势能的释放，地球的温度逐渐升高。当温度超过铁的熔点时，原始地球中的铁元素就化成液态，由于密度大就流向地球的中心部分，从而形成了地核。地球内部温度继续升高，使地幔局部熔化，引起了化学分异，促进了地壳形成。

海洋和大气都不是地球形成时就有的，而是次生的。因为原始地球不可能保持大气和水。海洋是地球内部增温和分异的结果。原始大气是从地球内部放出的，是还原性的。直到绿色植物出现后，大气中才逐渐积累了自由氧，在漫长的地质年代中逐渐形成现在的大气（见地球起源）。

年龄 地球的年龄，如果定义为原始地球形成后到现在的时间，则由岩石和矿物所含的放射性同位素可以测定。但是这样做时，仍免不了对地球的初始状态做一些假定，根据岩石矿物中和陨石中铅同位素的精密分析，现在一般都接受的地球年龄约为46亿年。

一、海上油气集输系统

油气集输是继地质勘探、油田开发、钻井采油之后的油田生产阶段。这阶段的任务是从油井井口开始，将油井的产出物在油田集中、油气分离、计量、净化处理、必要的初加工，生产出符合质量要求的油、气及副产品，而后输送给用户。

海上油气集输系统包括海上油气生产设备系统以及为其提供生产场地、支撑结构的工程设施。海上油气集输包括了整个油田生产设备及其工程设施。这些工程设施有井口平台、生产平台、生活平台、储油平台、储油轮、储油罐、单点系泊、输油码头等。根据所开发油田的生产能力、油田面积、地理位置、工程技术水平及投资条件，可分别组成不同的油气集输系统。

随着海上油田开发工程由近海向远海发展，海上油气集输形成了以下三种类型。

1全陆式集输系统

海上油田开发初期，是在离岸不远的地方修筑人工岛，建木质或混凝土井口保护架（平台）打井采油。油井的产出物靠油井的压力经出油管线上岸集油、分离、计量、处理、储存及外输。这种把全部的集输设施放在陆上的生产系统称为全陆式集输系统。

该系统的海上工程设施一般为：（1）井口保护架（平台）通过海底出油管上岸；（2）井口保护架（平台）通过栈桥与陆地相连；（3）人工岛通过路堤与陆地相连。

全陆式生产系统在海上只设井口保护架（平台）和出油管线，大大减少了海上工程量，便于生产管理。陆地生产操作费用比较低，而且受气候影响小，与同等生产规模的海上生产系统相比，其经济效益好。该系统一般适用于浅水、离岸近、油层压力高的油田。我国滩海油田开发多采用这一集输方式。

2半海半陆式集输系统

随着油田开发地点水深的增加、离岸距离加大、钢导管架平台的发展和应用，全陆式集输系统已不能适用。为了解决油气长距离混输上岸效率低及油层压力不足的问题，逐步把油气分离及部分处理设备放在海上。油井开采出来的油气在海上经过分离初处理后，再将原油加压管输上岸处理、储存及外输。如伴生气的量小，除作平台燃料外，其余在海上放空烧掉；如天然气量较大，则油、气在海上分离后，分输上岸再处理。这种在海上仅进行油气初处理，而把主要的油气集输设备及储存、外输工作放在陆上的油气集输系统，称为半海半陆式集输系统。该系统适用于离岸不远、油田面积大、产量高、海底适合铺设管线以及陆上有可利用的油气生产基地或输油码头条件的油田，尤其适用于气田的集输。因为在海上不易解决天然气的储存和加工问题，所以一般气田采用半海半陆式的集输系统，如我国渤海湾锦州20-2气田就采用半海半陆式集输系统。

3全海式集输系统

随着世界工业的迅猛发展，对石油的需求量不断增加。为了简化海上生产的原油上岸后再通过海运外输的环节，凭借现代海洋工程技术在海上建储油罐和输油码头，使油气直接从海上外运。这种将油气的集中、处理、储存和外输工作全部放在海上，从而形成了全海式集输系统。由此也使海洋油田的开发向远海、深海和自然条件恶劣的极地发展。全海式的集输系统可以是固定式，也可以是浮动式；井口生产系统可以在水上，也可以在水下。这种集输生产系统既适合小油田、边际油田，也适合大油田；既适合油田的常规开发，也适合油田的早期开发。这是当今世界适应性最强、应用最广的一种集输生产系统。

综上所述，海上油气集输系统是从全陆式发展到半海半陆式，又从半海半陆式发展到全海式。它们的根本区别在于集输的生产处理设施是放在海上还是陆上，如全部的油气集输生产设施放在陆上，则称为全防式；如全部设施放在海上，称为全海式；如部分设施放在陆上、部分设施放在海上，称为半海半陆式。

二、海上油气集输工艺流程

因为全海式油气集输系统可实现全部油气集输任务，本节就以全海式生产平台为例，介绍油气集输主要工艺流程及设备。出油气集输生产包括油气水分离、原油处理、天然气处理、污水处理等主要生产项目。

1油气计量及油气生产处理流程石油是碳氢化合物的混合物，在地层里油、气、水是共生的，又由于油气生成条件各异，各油田开采出的原油的组分是不同的。此外，油中还含少量氧、磷、硫及砂粒等杂质。油气生产处理的任务就是将油井液经过分离净化处理，能给用户提供合格的商品油气。由于各油田生产出来的油气组分和物性不同，生产处理流程也不完全相同，如我国海上生产的原油普遍不含硫和盐，因此就没有脱盐处理的环节。有的油田生产的原油不含水，就没有脱水环节。海上原油处理包括油气计量、油气分离、原油脱水及原油稳定几部分。由于海上油田普遍采用注水增补能量的开采方法，因此原油脱水是原油处理的主要环节之一。

2天然气处理

经油、气分离的天然气，在高温下仍带有未被分离的轻质油、饱和水、二氧化碳及粉尘等物质，这些物质如不处理，一则浪费，二则会造成管路系统的堵塞和腐蚀。天然气处理主要指脱水、脱硫及凝析油回收，有的天然气还要脱除二氧化碳。一般海上平台天然气处理是将由高压分离器分离出的气体和各级闪蒸出来的气体分别进入相应的气体洗涤器，以除去气体携带的液体，再进入不同压力等级的压缩机，分段加压，达到设计压力，一个典型四级分离的气体压缩和凝析油回收系统。由各级气体洗涤器收集的凝析油分别进入各级闪蒸罐的原油管线中。为防止管线被天然气水化物堵塞，采用甘醇-气体接触器，吸收天然气的水分。

由于天然气处理压缩系统投资较高、质量大、占用空间面积大，有的平台由于生产的伴生气较少，往往将生产分离出来的天然气不经处理，一部分作平台燃料，一部分送火炬放空烧掉。如果气量大，可管输上岸再处理。如何处理天然气要经综合评价后做出选择。经气体压缩和凝析回收后出来的气体，一般仍需进一步脱水、脱硫和凝析油回收。脱水主要采用自然冷却法、甘醇化学吸收法、压缩冷却法等，脱水的同时可以脱出轻质油。对含硫的天然气还需要脱硫，同时可以回收硫。海上天然气加工生产系统和陆上一样，这里不再赘述。

3含油污水的处理

随着世界工业的迅速发展，自然环境受到污染，严重地影响了生物的生长和人类的健康。目前世界环境保护机构规定：油田所有的含油污水必须经过处理，水中含油量低于15～50毫克/升才能排放。故海上采油平台原油脱水出来的污水及生产中产生的含油污水，都必须经过污水处理系统进行处理。

4海上油气集输生产流程及设备的选型

油气集输生产流程的设计及主要设备的选型，不像钻井工艺及钻机设备那样有定型生产流程及系列的钻机设备，它往往是根据油田产出物的组分、物理性质、产量及油田的开发方式、油气集输系统的选择等条件进行设计制作。如一离岸较远、含气量较高的油田，选用半海半陆式集输系统，油气长距离混输上岸，在技术上有一定难度，为此采用油、气分输上岸流程，即在海上平台进行油、气分离初处理，油、气上岸后再分别进行全面的处理；如采用全海式集输系统，油气处理及其储运设备全部放在海上，那么其具体工艺流程及设备的型号显然是与前者不同的。每个油田根据设计的生产流程、主要设备、工程结构选型及尺度，分别设计安装在模块上，一般都按生产的内容设计，大致分以下几种类型。

（1）井口模块模块。上面设置井口采油树、测试分离器、管汇、换热器等。

（2）油气处理模块。一般设置生产分离器组、电脱水器、原油稳定装置及其配套的管路、仪表、罐、换热器等。

（3）天然气处理模块。一般设置有分离器、洗涤器、压缩机、轻质油回收装置等。

（4）污水处理模块。有隔油浮选、沉降分离、过滤器及其加压的水泵与其辅助设备等。

此外，还有发电配电模块、生活模块、注水模块、压缩模块等。这些模块的设计要求自成系统，同时考虑与其他系统的连接配套。部分生产模块的设备在陆上安装好可进行试车，当在平台吊装就位，连接好水、电、管路系统就可全面试运转，以减少海上工程量，便于生产管理。在设计模块规模时，还要考虑平台面积、施工起吊能力及生产安全要求等。

三、海洋集输平台设施

当人们航行在茫茫大海中，有时会突然发现远方有一些建筑群时隐时现，你一定会欣喜万分，以为看到了海市蜃楼。轮船靠近后才看清这是一些钢铁制造的庞然大物高高地矗立在海面上，不管是台风袭击还是海浪拍打，它都像一个忠实的哨兵守卫在辽阔的海疆。这些钢铁建筑物就是海上石油生产平台。先建平台后打井、采油，这是海上石油和陆上石油的主要差别。通俗地说平台就是给人们在海上生活、生产提供的固定场所。

最初人们在海洋进行石油勘探开发只能在近海，用木料搭制一个作业平台，进行钻井、采油。伴随科学技术的进步，人们希望平台更安全、更坚固耐用，并能适用于环境恶劣的深海条件，逐渐改为使用混凝土或钢铁建造作业平台。再后来发明了自升式钻井平台和钻井船，这两种装备实际上都是船，前者没有自航能力，要靠其他船只拖曳，后者具备自航能力。钻完井后，钻井平台或钻井船驶往新井场。目前海上见到的平台大多是油气生产平台，这些平台上设施的内涵与陆地油田没有什么差别，只是更精良、更安全可靠。图37-1所示是所有设施全部设置在海上的情况，其中中心处理平台把周边各井的油气通过海底管道集中并计量，同时配备安全装置，然后将油气水分离净化，合格的原油输送到储油平台，处理过的水再经过井口平台回注或排放，天然气一般放空烧掉；储油平台主要功能是存放原油并通过穿梭油轮定期运送给用户；动力平台主要是柴油发电机组、天然气透平发电机组、供热锅炉等提供动力的设备；生活平台提供工作人员休息、生活；各平台间有供工作人员行走的栈桥，另外淡水、蒸汽、燃料等管道及电缆也附设其上。当然，根据油田在海洋的地理位置，各种设施并非要全部建在海上。如果距离陆地较近，油气水处理平台、储油平台则建在陆上。即便全部建立在海上，也可根据情况将某些设施适当地组合在一座平台上。井口平台实际就相当于陆上油田计量站，负责单井的集油、油气日产量的计量和注水。浮式生产储油轮相当于陆上油田的联合站，负责油气水分离净化、储油。其动力、生活系统也在船上。这样就大大减少了海上固定平台，降低了投资。如果油田迅速降产或失去生产价值，浮式生产储油轮还可以转移到其他油田继续使用。

图37-1　早期海上采油系统

四、海底输油管道

海洋石油竞争，比拼的是资金的雄厚和技术的先进。油气运输是随勘探和开采而发展的。国际上海洋油气田开发工程设施的模式根据油气储运特点基本分为两类，即全海式与半海半陆式。所谓全海式，是指油气田的油气生产、处理以及产品储存与外销全部在海上进行；所谓半海半陆式，是指油气生产在海上进行，油气处理或在海上、或在陆上进行，而产品储存与外销在上陆后进行。

人类从深海开发油气是今后长时发展的必然趋势。在这样的环境下，伴随着海洋储运技术的出现和发展，世界海洋石油发展的总趋势是走向深水，世界海洋管道从最初的油气田内部短距离海底管道发展到各类长距离平台至陆地海底管道，海底管道设计、施工技术有了长足发展，目前深水大型油气田达50多个，包括200多座深水平台设施、1000多套水下装置、12万千米的深海管道等设施。深水技术的发展不断刷新世界深海作业的最新水平：钻井作业水深达3050米，已投产油田作业水深达2192米，海底管道铺设水深达2150米。

六、浮式生产储存卸货装置

浮式生产储油装置既可以独立运输，也可以临时存储，然后由油轮运输到陆地。1976年，壳牌石油公司首次引入FPSO概念，那是一艘在Castellon海域由油船改装而成的FPSO。FPSO是英文Floating Production Storage&Offloading的缩写，含义为“浮式生产储存卸货装置”。它集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一体，同时具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点（图37-2）。在那以后的26年间，前15年是其概念形成阶段，9O年代以后，进入一个快速发展阶段。最初的FPSO大都是改装船舶，在这方面，新加坡的船厂做得较为成功，取得了大部分改装船工程项目。目前，FPSO的建造市场主要由日本、韩国造船企业和新加坡船厂统治。由于一艘FPSO造价高达几亿美元，是典型的高附加值船舶，所以近年来中国船厂也开始积极介入这个市场。

图37-2　FPSO工作示意图

静态来看，截至2008年2月，FPSO现役数量为139艘，其中，新建数量为54艘，占比为3885％，改造数量为85艘，占比为6115％；订单32艘，其中11艘为新建，21艘为改造，占比分别为3438％和6563％。无论是新建还是改造，均经历了两次高峰：1997—1999年、2003年至现在。现役FPSO基本上是在2000年以后建造的，80％左右的船龄在10年以内，大多还可以应用至少10年左右的时间，更新需求动力相对较小。在现役的FPSO中，分布较多的国家有巴西、中国、英国、澳大利亚、尼日利亚、安哥拉等国，数量分别为22艘、15艘、13艘、12艘、12艘、11艘。在FPSO订单中，巴西依然是拥有量最多的，为9艘，其次较多的分别为英国、印度和尼日利亚，其数量分别为5艘、4艘和3艘。

七、发展趋势

挪威专家Einar Holmefjord先生在题为《挪威边际油田开发研究活动现状——DEMO2000》的演讲中指出，“昨天，我们采用重力基础的平台进行钻井和生产，今天，我们采用浮式生产系统和水下设施，明天，我们将井流物从海底直接输送上岸处理，不需要任何海上设施”。Einar Holmefjord先生的话简明地概括了国外海上石油发展现状和发展趋势。为开发边际油田，国外越来越多地采用了浮式生产设施和水下回接技术，开发了一系列的配套技术，如水下混输技术、深水大排量混输泵、水下供配电系统、水下作业机器人、水下卧式采油树、水下管汇和水下多相计量技术等。上部设施包括油气集输和水处理设施的新工艺、新设备也不断出现，如多相透平技术、海水脱氧技术等。这些技术已得到应用，且有些技术已趋于成熟。深水和超深水域油田的开发是国外海上油田开发面临的最大挑战，某些地区，如Ormen Lange、Voring plateau、At1antic Margin的水深在600～1400米，而Angola、Gom、New Foundland、Brazil的水深更是达1500～3000米。深水具有低温、超高静压、温压变化引起立管内介质物性复杂等特点，容易引发立管段塞流、结蜡、水合物等问题，并且一旦出现问题，就会造成重大损失和危害。为解决深水水域介质在管道内的流动安全问题，近年形成了一门新兴学科——流动安全学。目前国外公司开展的深水技术研究包括立管内多相流研究、SPAR模型平台、深水系泊系统、轻型组合立管、电加热管技术、水合物抑制技术（动力学抑制剂的研制）等。解决深水油田开发的技术问题是国外海上石油技术发展的趋势。