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地幔的组成除了少数由玄武岩的捕获体获得外，因无法直接观察，只能以间接的方法研究。研究方法包括地震波、重力和岩石的刚性和弹性反演，以及实验岩石学研究。
地幔的组成可以从岩浆岩推知。源于地幔的基性、超基性岩以及金伯利岩等都具有共同的高铁、镁特征，与地震波传播速度也一致，结合地球化学研究，认为上地幔的成分接近于超基性岩即二辉橄榄岩的组成。它经由部分熔融而产生玄武岩浆，剩余的为难熔的阿尔卑斯型橄榄岩。林伍德（Ringwood）认为上地幔的化学成分相当于由3份阿尔卑斯型橄榄岩（橄榄石79%、斜方辉石20%和尖晶石1%）和一份夏威夷型拉斑玄武岩组成。上地幔的理想成分为：SiO2 45.16%、TiO2 0.71%、Al2O3 3.54%、Fe2O3 0.46%、FeO 8.04%、MnO 0.14%、MgO 37.47%、CaO 3.08、Na2O 0.51%、
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