地球物理學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料

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1、 地球物理學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料 緒論 一．地球物理學(xué)的概念，研究特點(diǎn)和研究?jī)?nèi)容 它是以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的一門(mén)應(yīng)用物理學(xué)，是天文學(xué)，物理學(xué)與地質(zhì)學(xué)之間的邊緣學(xué)科。 地球物理學(xué)應(yīng)用物理學(xué)的原理和方法研究地球形狀，內(nèi)部構(gòu)造，物質(zhì)組成及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，探討地球起源，形成以及演化過(guò)程，為維護(hù)生態(tài)環(huán)境，預(yù)測(cè)和減輕地球自然災(zāi)害，勘探與開(kāi)發(fā)能源和資源做出貢獻(xiàn)。包擴(kuò)地震學(xué)，地磁學(xué)，地電學(xué)，重力學(xué)，地?zé)釋W(xué)，大地測(cè)量學(xué)，大地構(gòu)造物理學(xué)，地球動(dòng)力學(xué)等。 研究特點(diǎn)：1.交叉學(xué)科 地球物理學(xué)由地質(zhì)學(xué)和物理學(xué)發(fā)展而來(lái)，隨著學(xué)科本身的發(fā)展，它不斷產(chǎn)生新的分支學(xué)科，同時(shí)促進(jìn)了各分支學(xué)

2、科的相互交叉，加強(qiáng)了它與地球科學(xué)各學(xué)科之間的聯(lián)系。 2.間接性 都是通過(guò)觀測(cè)和研究物理場(chǎng)的信息內(nèi)容實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘查目標(biāo)，研究的不是地質(zhì)體本身，而是其物理性質(zhì)。 3 多解性 正演是唯一的，而反演存在多解。不同的地質(zhì)體具有不同的物理性質(zhì)，但產(chǎn)生的物理場(chǎng)可能相同。不同的地質(zhì)體具有相近的物理性質(zhì)，由于觀測(cè)誤差，物理場(chǎng)的觀測(cè)不完整以及物理場(chǎng)特點(diǎn)研究不夠，產(chǎn)生多解。不同的地質(zhì)體具有相同的物理性質(zhì)，即使知道了地質(zhì)體的物性分布，也無(wú)法確定其地質(zhì)屬性。 地球物理學(xué)的總趨勢(shì)：多學(xué)科綜合和科學(xué)的國(guó)際合作。 二．地球物理學(xué)各分支所依據(jù)的物理學(xué)原理和研究的物性參數(shù)。 地震學(xué)：波在彈性介質(zhì)中的

3、傳播%地震體波走時(shí)，面波頻散，自由振蕩的本征譜特征 重力學(xué)：牛頓萬(wàn)有引力定律%密度%密度差異 地磁學(xué)：磁荷理論%巖礦石磁性%①巖石剩余磁性②地磁學(xué)軸向偶極子假定。 古地磁學(xué)：鐵磁學(xué)%巖石的剩余磁性。 地電學(xué)：①電磁場(chǎng)理論②電荷理論%電阻率ρ介電常數(shù)ε介質(zhì)磁導(dǎo)率μ 地?zé)釋W(xué)：熱學(xué)規(guī)律，熱傳導(dǎo)方程%地球熱場(chǎng)，熱源。 第一章 太陽(yáng)系和地球 一．地球的轉(zhuǎn)動(dòng)方式。 1.自轉(zhuǎn) 地球繞地軸的一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，方向自西向東，轉(zhuǎn)速并非完全均勻，有微小變化。 2.公轉(zhuǎn) 地球繞太陽(yáng)以接近正圓的橢圓軌道旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。 3.平動(dòng) 地球隨整個(gè)太陽(yáng)系在宇

4、宙太空中不停地向前運(yùn)動(dòng)。 4.進(jìn)動(dòng) 地球由于旋轉(zhuǎn)，赤道附近向外凸出，日月對(duì)此凸出部分的吸引力使地軸繞黃軸轉(zhuǎn)動(dòng)，方向自東向西。這種在地球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，地軸方向發(fā)生的運(yùn)動(dòng)即為地球的進(jìn)動(dòng)。 5.章動(dòng)。地軸在空間的運(yùn)動(dòng)不僅僅是沿一平滑圓錐面上的轉(zhuǎn)動(dòng)，地軸還以很小的振幅在錐面內(nèi),外擺動(dòng)，地球的這種運(yùn)動(dòng)叫章動(dòng)。 二．地球的形狀及影響因素。 地球?yàn)橐焕嫘尾灰?guī)則回轉(zhuǎn)橢球體。 影響因素：1.地球的自引力---正球體；2.地球的自轉(zhuǎn)----標(biāo)準(zhǔn)扁球體； 3.地球內(nèi)部物質(zhì)分布不均勻--不規(guī)則回轉(zhuǎn)橢球體 三．地球內(nèi)部結(jié)構(gòu) 地殼：地下的一個(gè)地震波速度的間斷面，P波速

5、度由界面上方的6.2km/s增至8.1km/s左右。這個(gè)間斷面稱(chēng)為莫霍面（M面）。莫霍面以上的介質(zhì)稱(chēng)為地殼，以下的介質(zhì)稱(chēng)為地幔。地殼構(gòu)造復(fù)雜，厚度不均，大陸厚，海洋薄。 地幔：從莫霍面到地下2900km深處這一層稱(chēng)為地幔。分為上地幔和下地幔。 由地殼基底至約400km深處的B層介質(zhì)叫做上地幔，B層上部存在低速層，稱(chēng)為軟流圈，低速層上部和地殼并稱(chēng)巖石圈。400km-1000km間的C介質(zhì)叫過(guò)渡層。軟流圈和巖石圈統(tǒng)稱(chēng)構(gòu)造圈。1000km-2900km為D層。下地幔比較均勻。但底部約厚200km的D層中，速度梯度接近于零，所以該層介質(zhì)不均勻。 地核：從地幔向下直至地心。

6、2900km-4980km的E層稱(chēng)為外核。外核與地幔的分界面是速度間斷面----古登堡面（G面）。 四．地球的演化史 原始地球被一層濃厚的氣體包圍，由于地球溫度升高，氣體的分子動(dòng)能增大，地球的引力不足以吸引它們，質(zhì)輕氣體分子逃離地球，散逸到宇宙空間。地球幼年時(shí)代，表面沒(méi)有山脈和海洋，持續(xù)約十億年。稱(chēng)為第一次脫氣。 地球溫度升高，物質(zhì)融化呈液態(tài)，在重力的作用下，密度大的鐵鎳物質(zhì)下沉形成地核，密度小的硅酸鹽物質(zhì)上升成地表。由于放射性元素，地球溫度越來(lái)越高，致使靠近地核的固態(tài)物質(zhì)溶解為液體，地球就有了一個(gè)液態(tài)核。 地幔獲得足夠熱量后開(kāi)始產(chǎn)生對(duì)流。初始的海底擴(kuò)張加速地內(nèi)散熱速度，地幔固

7、結(jié)了，外核依然為液態(tài)。外核的對(duì)流是產(chǎn)生現(xiàn)今地磁場(chǎng)的原因。 地球內(nèi)部的氣體在高溫高壓下，被擠到上層有空間或是密度較小的地方，從地殼的裂隙處噴出，這就是地球的二次脫氣，距今30億年前，地球出現(xiàn)大規(guī)模的火山噴發(fā)，使得大量氣體隨火山巖漿噴出地面，形成了大氣圈和水圈。 第二章 放射性和地球年齡 一．放射性衰變 在自然界中，某些元素的原子核能夠在不受外界條件影響下，自發(fā)地變成另外一種元素的原子核，同時(shí)發(fā)射出射線，這種現(xiàn)象稱(chēng)為放射性衰變。不依靠外力而自發(fā)衰變的元素稱(chēng)為天然放射性元素。 二．放射性衰變規(guī)律 每單位時(shí)間所衰變的原子數(shù)目與壓力，溫度等外部條件無(wú)關(guān)，只于當(dāng)

8、時(shí)存在的衰變?cè)拥臄?shù)目成正比。 半衰期：原子數(shù)衰變到原來(lái)數(shù)目的一半所需的時(shí)間。放射性衰變的時(shí)間通常為半衰期的十倍。 三．放射性平衡 在母體同位素衰變時(shí)，即子體的原子數(shù)保持不變，中間過(guò)程的每個(gè)放射性元素都有自己的衰變常數(shù)，但經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，這個(gè)系列會(huì)達(dá)到平衡，即各中間產(chǎn)物的數(shù)量保持不變。 四．主要的放射性元素 鈾\釷--鉛，鉀----氬，銣----鍶，放射性碳，氚。 五．地球初期情況假設(shè) 1.在地球形成初期，各種鉛同位素的比值在各處都相同； 2.從某時(shí)起，地球不同區(qū)域的鈾，釷，鉛都各有特征的比值，這些比值只隨放射性元素的衰變而改變；在以后

9、某個(gè)時(shí)期，方鉛礦和其它一些不含鈾，釷的鉛礦分離出來(lái)，鉛同位素的比值不再變化鉛與鈾，釷分離或成礦的時(shí)間可以獨(dú)立地測(cè)定。 六．除最后的穩(wěn)定元素外，各代子元素與母元素的數(shù)量是之比皆為常數(shù)，所以當(dāng)知道礦物巖石中母元素和子元素?cái)?shù)量后即可知道其年齡。 第一章 天然地震 一、地震波基本知識(shí) 1、地震波：震源巖層發(fā)生斷裂、錯(cuò)動(dòng)時(shí)，巖層所積累的變形能突然釋放，以波的形式從震源向四周傳播的振動(dòng)。 2.波的劃分 橫波（s波）周期長(zhǎng)、振幅大、波速慢，100-800m/s 體波 縱波（p波）周期短，振幅小、波速快，200-1400m/s 地震波

10、 瑞利波 面波 勒夫波 面波比體波衰減慢、振幅大、周期長(zhǎng)、傳播遠(yuǎn)。建筑物破壞主要由面波造成 勒夫波和瑞利波的速度總比P波小，與S波的速度相等或小一些 洛夫波：洛夫波是橫波，其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與分界面平行。洛夫波使巖石質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)類(lèi)似SH波，運(yùn)動(dòng)沒(méi)有垂向位移。巖石運(yùn)動(dòng)在一垂直于傳播方向上在水平面內(nèi)從一邊到另一邊。 瑞利波：巖石質(zhì)點(diǎn)向前、向上、向后和向下運(yùn)動(dòng)，沿波的傳播方向作一垂直平面，質(zhì)點(diǎn)在該平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，描繪出一個(gè)橢圓。瑞利波不是單純的P或S，而是兩種成分都有。 3.地震分類(lèi) 成因：構(gòu)造地震，火山

11、地震，陷落地震。 震源深度：淺源地震（《60km），中源地震(60--300km)，深源地震(>300km)。 震中距：地方震（<100km）,近震（<1000km），遠(yuǎn)震(>1000km) 地震強(qiáng)度： 弱震 ，有感地震 ，中強(qiáng)震 ，強(qiáng)震 4 概念 震源：地球內(nèi)部發(fā)生地震而破裂的地方 震源深度：將震源看著一點(diǎn)，做點(diǎn)到地面的垂直距離。 震中：震源在地面上的垂直投影。 震中距離：在地面上，從震中到觀測(cè)點(diǎn)的距離。 地震波：發(fā)生于震源并在地球介質(zhì)傳播的彈性波。 地震射線:地震波波陣面法線方向的聯(lián)線。 波阻抗：密度和波速的乘積 稱(chēng)為波阻抗 二．全球地震帶的分布

12、和它與板塊構(gòu)造之間的關(guān)系 全球主要地震活動(dòng)帶：環(huán)太平洋地震帶，歐亞地震帶，海嶺地震帶 板塊的劃分與全球地震帶的地理分布是一致的。 板塊邊界類(lèi)型： 1. 發(fā)散型板塊邊界；2匯聚型板塊邊界；3.轉(zhuǎn)換型板塊邊界 全球地震帶的地理分布主要由三類(lèi)板塊邊界，也就是巖石圈板塊沿三類(lèi)板塊邊界的相對(duì)運(yùn)動(dòng)決定。海溝-島弧地區(qū)地震；洋脊及轉(zhuǎn)換斷層的地震；大陸內(nèi)部的地震（板內(nèi)地震） 三．波阻抗：密度和波速的乘積 稱(chēng)為波阻抗 單層地殼模型： 看p10這一類(lèi)型單層介質(zhì)模型 四．射線參數(shù)P的物理意義 1.同一條地震射線，P為常數(shù)； 2.

13、不同的P對(duì)應(yīng)不同的入射角，即對(duì)應(yīng)不同形狀的射線； 3 .P完全確定了地震射線的性質(zhì)； 4.射線參數(shù)P只給出了入射角i和圓心距r的關(guān)系，沒(méi)給出射線的坐標(biāo)方程。 五．球?qū)ΨQ(chēng)介質(zhì)的斯奈爾定理和本多夫定理及其證明（會(huì)推導(dǎo)，會(huì)畫(huà)圖） 六．真速度、視速度及之間關(guān)系 七．直達(dá)波,折射波和反射波的產(chǎn)生及時(shí)距曲線特點(diǎn),并畫(huà)圖描述？ 在地面激發(fā)地震波后，地震波從震源O點(diǎn)沿地表直接到達(dá)測(cè)線上的接收點(diǎn)，具有這樣傳播路徑的地震波叫直達(dá)波。直達(dá)波時(shí)距曲線過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn), 并關(guān)于時(shí)間軸對(duì)稱(chēng)的兩條直線，直線的斜率為1/v當(dāng)直達(dá)波傳播方向與測(cè)線方向(x軸)一致時(shí)，

14、符號(hào)取“+”；否則，符號(hào)取“-”。 反射波時(shí)距曲線是條雙曲線，雙曲線的極小值點(diǎn)處x坐標(biāo)xm=2hsinf/v，位于虛振源的上方(不再位于坐標(biāo)原點(diǎn)的上方)；極小點(diǎn)總是相對(duì)激發(fā)點(diǎn)偏向界面上傾一側(cè)；在極小點(diǎn)上，反射波時(shí)間最小，tm=2hcosf/v；反射波時(shí)距曲線關(guān)于過(guò)xm處縱軸對(duì)稱(chēng)；反射波的視速度V*=v/sina，a為射線與地表法線的夾角；當(dāng)自激自收時(shí)， a=0，此時(shí)的視速度為無(wú)窮大；在固定接收點(diǎn)位置上，深層反射波的視速度要大于淺層反射波的視速度，即淺層反射波時(shí)距曲線較深層反射波時(shí)距曲線彎曲的多。對(duì)于一個(gè)水平速度分界面，下層介質(zhì)的速度V2大于上層介質(zhì)的速度 V1。當(dāng)入射波以不同的入射角投射到界面

15、上，根據(jù)斯奈爾定律可知，隨著入射角增加，透射角也隨著增加，透射波射線偏離法線向界面靠攏，當(dāng)入射角增加到某一角度時(shí)，透射角達(dá)到90?。此時(shí)，透射波就以V2的速度沿界面滑行，形成滑行波。 根據(jù)惠更斯原理，滑行波所經(jīng)過(guò)的界面上的任何一點(diǎn)，均可以看作 該時(shí)刻振動(dòng)的新點(diǎn)源，這樣下層介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)就要發(fā)生振動(dòng)，由于界面兩側(cè)的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間存在著彈性聯(lián)系，下層質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必然要引起上層介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，這樣在上層介質(zhì)中就形成了一種新的波動(dòng)，這種波在地震勘探中被稱(chēng)為折射波。 一個(gè)水平界面情況下的折射波時(shí)距曲線是一條直線，直線的斜率為1/v2；直線與時(shí)間軸的截距為2hcosqc/v1,稱(chēng)為折射波交叉時(shí)；折射波交叉時(shí)

16、與反射波t0時(shí)間不同，它沒(méi)有確切的物理意義，是無(wú)法觀測(cè)到的；折射波的交叉時(shí)與界面深度有關(guān)，速度參數(shù)不變的前提下，交叉時(shí)反映了折射界面深度變化情況；在折射波的盲區(qū)范圍內(nèi)接收不到折射波，xm=2htgqc被稱(chēng)為肓區(qū)半徑； 反射波與折射波相切于xm處。 八．確定地球內(nèi)部地震波傳播速度的公式 1) 古登堡方法（拐點(diǎn)法）【震源速度】 2) 赫格羅茨-維歇爾法（積分法）【射線上最低點(diǎn)速度】 關(guān)鍵是求射線最低點(diǎn)至地心距離rp 九．頻散曲線 波速隨頻率或波長(zhǎng)而變化稱(chēng)為頻散。面波成群出現(xiàn)，每一群表現(xiàn)為一列波，每列波各自的頻率具有不同的傳播速度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為面波的頻散現(xiàn)

17、象。由于波在層狀介質(zhì)中傳播時(shí)相互疊加的結(jié)果，具有頻散特性的面波不僅有相速度，而且具有群速度。 十．地球內(nèi)部的速度結(jié)構(gòu)是根據(jù)哪些數(shù)據(jù)推導(dǎo)的 1）體波數(shù)據(jù)（2003條p波和253條s波走時(shí)曲線） 2）面波頻散數(shù)據(jù) 3) 長(zhǎng)周期面波和地球自由振蕩數(shù)據(jù) 4）天文-測(cè)地?cái)?shù)據(jù) 十一．地球介質(zhì)的Q值 -----描述地震波在地球介質(zhì)中能量損耗的情況 在一個(gè)吸收介質(zhì)中，地震波傳播一定有頻散現(xiàn)象發(fā)生，也就是吸收和頻散總是同時(shí)存在。為了描述地震波在地球介質(zhì)中能量損耗的情況，引入?yún)?shù)Q值。 定義為在一周期中質(zhì)元所損耗的能量與原有能量的比值。 Q值反映了介質(zhì)損耗性質(zhì)，值越大，介質(zhì)品質(zhì)因子越高，能

18、量損耗越小，介質(zhì)越接近完全彈性。根據(jù)Q值的變化研究波的吸收，可以得到介質(zhì)的非彈性性質(zhì)，從而進(jìn)一步了解地球內(nèi)部介質(zhì)的性質(zhì)。 十二．彈性回跳理論 會(huì)描述 地殼運(yùn)動(dòng)使巖石產(chǎn)生應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)力在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不斷積累，超過(guò)一定限度時(shí)，地下巖層突然破裂，形成斷層，或是沿已有斷層發(fā)生突然滑動(dòng)，使存儲(chǔ)在巖石中的彈性應(yīng)變能突然釋放，就會(huì)形成地震。無(wú)應(yīng)力狀態(tài)---->應(yīng)力作用變形，巖石產(chǎn)生相對(duì)位移---->應(yīng)力超過(guò)阻力，巖塊滑動(dòng)或破裂形成斷層，斷層兩側(cè)的巖塊又回到新的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。 十三．P波初動(dòng)：P波剛到達(dá)地表時(shí)的地動(dòng)位移。（最初到來(lái)的縱波的起跳方向?yàn)閜波初動(dòng)） P波初動(dòng)

19、解：從地面臺(tái)站記錄到P波的初動(dòng)分布圖出發(fā)，采用點(diǎn)源雙力偶震源力學(xué)模型反演震源運(yùn)動(dòng)過(guò)程，從而求出震源參數(shù)。 十四.三維量地震儀 地震儀一般要有三個(gè)拾震器，一個(gè)垂直拾震器，兩個(gè)水平拾震器，分別接受該點(diǎn)上下、南北、東西、三個(gè)方向的地動(dòng)位移分量。 【記錄的是震動(dòng)】 十五.震相與震相分析 震相：將震源所發(fā)出的不同振動(dòng)（如縱波和橫波），不同傳播路徑（如直達(dá)波和反射波等）的地震波在地震圖上的特定標(biāo)志 震相分析：辨認(rèn)不同的震相。 地方震：主要震相： 近震： 遠(yuǎn)震： P35圖各種波 1-----從震源發(fā)出的經(jīng)地幔到達(dá)地震臺(tái)的折射波稱(chēng)為遠(yuǎn)震，直達(dá)縱波和橫波

20、。 2-----地表及M界面的反射波及反射轉(zhuǎn)換波 3-----核面反射波 4-----地核穿透波 5-----震中附近的地表反射波 6-----面波 十六.發(fā)震時(shí)刻的確定 a）走時(shí)表法 b）和達(dá)法 十七.震中位置的確定 a)方位角法（單臺(tái)法）：p波初動(dòng)求出震中方位角 運(yùn)用 由走時(shí)表求出震中距 可做圖求震中位置 b）多臺(tái)資料法 交切法 虛波速度法 第三章 重力學(xué)和固體潮 一 重力場(chǎng)與重力位 重力場(chǎng)：不考慮外部天體對(duì)地球的作用，地球上單位質(zhì)點(diǎn)所受的地球的引力和慣性離心力的矢量和稱(chēng)為地

21、球在該點(diǎn)的重力矢量，該矢量場(chǎng)稱(chēng)為地球的重力場(chǎng) 重力位：地球在某點(diǎn)的引力位和離心位的和稱(chēng)為地球在該點(diǎn)的重力位。 重力等位面：地球重力位相同的點(diǎn)在空間構(gòu)成的曲面稱(chēng)為重力等位面。 重力等位面的性質(zhì)：1.在面上移動(dòng)單位質(zhì)量時(shí)，重力不做功2.兩個(gè)等位面之間的位差是常數(shù)。一般等位面不平行，且在同一等位面上重力不是常量。 重力等于重力位的梯度。 即g(r) = ∨w(r) 重力場(chǎng)組成的成分：地球引力和慣性離心力的矢量。 重力場(chǎng)單位： 為什么要引入重力位：因?yàn)橹亓ξ皇菢?biāo)量便于計(jì)算，重力場(chǎng)是矢量，不便計(jì)算。有重力位與重力場(chǎng)存在梯度關(guān)系，則知道重力位，便可知道重力場(chǎng)。 二 正常地球場(chǎng)模型，

22、正常重力場(chǎng)和重力異常場(chǎng) 正常地球場(chǎng)模型：質(zhì)量等于地球總質(zhì)量，以地球自轉(zhuǎn)角速度繞其極半徑為軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與地球相同的參考橢球。 正常重力場(chǎng)：正常地球場(chǎng)模型在其表面和外部空間產(chǎn)生的重力場(chǎng)稱(chēng)為地球的正常重力場(chǎng)。 重力異常場(chǎng)：真實(shí)地球與正常地球場(chǎng)模型的密度分布不同在該點(diǎn)產(chǎn)生的重力場(chǎng)的差值稱(chēng)為地球在該點(diǎn)產(chǎn)生的重力異常場(chǎng) 為什么要引入正常重力場(chǎng)：因?yàn)榈厍騼?nèi)部異常體引起的重力場(chǎng)遠(yuǎn)小于地球在某一點(diǎn)產(chǎn)生的引力值。 地球正常重力場(chǎng)分布規(guī)律和特征：①是根據(jù)科學(xué)家研究確定的，不是客觀存在的②只與計(jì)算點(diǎn)緯度有關(guān)，在緯度45 處最大。③赤道處最小，兩級(jí)處最大，約差0.05 ④隨高度增加而減小，變化率約

23、為0.000003086 三 影響各力的因素 1 引力：地球的形狀，海拔高度，地殼內(nèi)部的質(zhì)量分布 2離心力：高度，緯度 3固體潮：地球自轉(zhuǎn) ，日，地，月三者的相對(duì)位置的變化 影響重力測(cè)量的因素 1 觀測(cè)點(diǎn)值大地水準(zhǔn)面的距離 2 地形質(zhì)量。 四 重力異常的正反演問(wèn)題： 正演：由已知半徑R和球體與周?chē)橘|(zhì)密度ρ，求重力異常 ｇ 反演：有異常曲線特征的最大值 ｇmax，確定球體埋藏深度、重力異常 （平面/剖面特征→球體位置） 五 均衡模型 地殼均衡：地球表面不同地塊趨向于平衡的一種趨勢(shì)。 即在大地水準(zhǔn)面以下某一深度處常有

24、相等的壓力，大地水準(zhǔn)面之上山脈的質(zhì)量過(guò)剩或海洋的質(zhì)量不足由大地水準(zhǔn)面之下的質(zhì)量不足或過(guò)剩來(lái)補(bǔ)償。 計(jì)算補(bǔ)償質(zhì)量在地球表層的分布，從而計(jì)算出補(bǔ)償質(zhì)量對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的重力影響。 均衡校正：考慮與全球地形質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償質(zhì)量對(duì)觀測(cè)點(diǎn)重力的影響的校正稱(chēng)為均衡校正。 均衡值正負(fù)判定： 六正反問(wèn)題的例子 真實(shí)地球的密度與正常場(chǎng)地球模型的密度差稱(chēng)為地球的剩余密度。地球的剩余密度是重力異常場(chǎng)產(chǎn)生的原因。根據(jù)給定的地球剩余密度計(jì)算重力異常擦汗那個(gè)，稱(chēng)為重力異常場(chǎng)的正演問(wèn)題。根據(jù)地面上測(cè)出的重力異常場(chǎng)求出地球剩余密度的分布稱(chēng)為重力異常的反演問(wèn)題。反演的解不唯一，因此需要地質(zhì)和其他地球物理資料來(lái)限制解的

25、范圍。當(dāng)反演深度大的異常體時(shí)，要考慮地球表面的彎曲。 7固體潮及其產(chǎn)生原因 地球整體在太陽(yáng)和月亮的起潮力的作用下發(fā)生變形，這種變形稱(chēng)為固體潮。 地地球的固體潮：地球在月球和太陽(yáng)的起潮力的作用下發(fā)生變形，地球在地心和月心以及地心和日心的這兩個(gè)連線上拉伸，在與它們垂直的兩個(gè)平面內(nèi)壓縮，地球?qū)ζ鸪绷Φ倪@種響應(yīng)稱(chēng)為地球的固體潮。固體潮在地球內(nèi)部形成潮汐應(yīng)變和潮汐應(yīng)力，并使地球自轉(zhuǎn)角速度發(fā)生變化等等。 引潮力：作用在地球的單位質(zhì)點(diǎn)上的日、月引力和地球繞地月（和地日）公共質(zhì)心旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的慣性離心力的合力。 重力固體潮：作用在地球表面上任一點(diǎn)的起潮力矢量的垂直分量使地球在該點(diǎn)的重力發(fā)生變化稱(chēng)為地

26、球的重力固體潮. 8固體潮在地表產(chǎn)生的物理現(xiàn)象 1.重力固體潮 2.地傾斜固體潮 3.應(yīng)變固體潮 4.井水水位固體潮 5.經(jīng)緯度固體潮 6.海潮 7.地球自轉(zhuǎn)角速度的變化 第四章 地磁學(xué) 一．磁庫(kù)倫定律 p99 二．磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度 單位磁荷所受磁力定義為磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度完全只是反映磁場(chǎng)來(lái)源的屬性，與磁介質(zhì)沒(méi)有關(guān)系，無(wú)實(shí)際意義。 磁感應(yīng)強(qiáng)度：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的基本物理量。 三．磁勢(shì)與磁場(chǎng)的關(guān)系 磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁勢(shì)等于自該點(diǎn)經(jīng)過(guò)任意路徑到無(wú)窮遠(yuǎn)處磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分。 四．地磁場(chǎng)的組成 地磁場(chǎng)是一個(gè)

27、弱磁場(chǎng)，由多種不同來(lái)源的磁場(chǎng)疊加而成。分為來(lái)源于地球內(nèi)部的穩(wěn)定磁場(chǎng)和來(lái)源于地球外部的變化磁場(chǎng)。穩(wěn)定磁場(chǎng)遠(yuǎn)大于變化磁場(chǎng)，是地磁場(chǎng)的主要部分起源于地球內(nèi)部的穩(wěn)定磁場(chǎng)稱(chēng)為地磁場(chǎng)的內(nèi)源場(chǎng)，起源于地球外部的穩(wěn)定磁場(chǎng)稱(chēng)為外源場(chǎng)。外源場(chǎng)只占內(nèi)源場(chǎng)的1%，因此穩(wěn)定場(chǎng)主要起源于地球內(nèi)部。外源變化磁場(chǎng)起源于地球外部的各種電流體系。這種磁場(chǎng)還會(huì)在具有導(dǎo)電性質(zhì)的地球內(nèi)部感應(yīng)出一個(gè)內(nèi)部電流體系，它就是產(chǎn)生內(nèi)源變化磁場(chǎng)的原因。 五．地磁要素 七個(gè) p102圖會(huì)畫(huà) 六地球內(nèi)部磁矩高斯系數(shù) p113 七．磁異常正反演問(wèn)題 八．地磁場(chǎng)的基本特征 1.近似于一個(gè)均勻磁化球體或一個(gè)處于地心的磁偶極子所形成的磁場(chǎng)。

28、 2.地磁場(chǎng)強(qiáng)度整體很弱，在兩極處的地磁場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)，赤道處最弱，約為2倍關(guān)系。 九．地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化特征 1.地磁場(chǎng)強(qiáng)度按0.05%/a衰減 2.磁偶極子以0.05%a沿經(jīng)度西移 3.磁偶極子以0.02%/a沿緯度北移 4.非偶極子場(chǎng)以0.2%/a沿經(jīng)度西移 5非偶極子場(chǎng)以10nT/a量級(jí)增加 6地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化本身以0.3%a西移 八．變化磁場(chǎng)的分類(lèi)和產(chǎn)生原因 平靜變化：起源于電離層中比較穩(wěn)定的電流體系的周期性變化，是連續(xù)出現(xiàn)的各種周期性的平緩變化，并且疊加在地球基本磁場(chǎng)之上。分為太陽(yáng)日變化(日變)，太陰日變化以及年變化。日變幅度最大 干擾

29、變化：即磁擾。分為磁暴和地磁脈動(dòng)。 磁暴是太陽(yáng)風(fēng)同地磁場(chǎng)相互作用，在磁層和電離層中形成各種短暫的電流體系。 分為三階段：1.初相階段，磁場(chǎng)強(qiáng)度增加。 2.主相階段，磁場(chǎng)水平強(qiáng)度下降； 3.恢復(fù)相階段，環(huán)形電流逐漸衰減，地磁場(chǎng)逐漸恢復(fù)。 地磁脈動(dòng)：可能是由于地表以上1000km磁層內(nèi)或磁層邊界等離子體不穩(wěn)定性以及太陽(yáng)風(fēng)（太陽(yáng)連續(xù)不斷的向外發(fā)射的等離子體）和磁層的相互作用下，磁流波沿磁力線的共振激發(fā)引起的短周期的地磁干擾，形態(tài)，周期和振幅各異。 第五章 古地磁學(xué) 一古地磁研究的直接對(duì)象是巖石的剩余磁性 二巖石剩余磁性，類(lèi)型及其特征 巖石的磁性一般是巖石所含的鐵磁性礦物在地磁場(chǎng)作用

30、下產(chǎn)生的。 1.巖石的原生剩磁方向與形成巖石時(shí)的地磁場(chǎng)方向一致，而且?guī)r石的原生剩磁具有高度的穩(wěn)定性。 2.古地磁場(chǎng)是軸向地心偶極場(chǎng)。 三巖石剩余磁性類(lèi)型 熱剩磁TRM： 1.在弱磁場(chǎng)中，熱剩磁強(qiáng)度比常溫下獲得的剩磁強(qiáng)度大很多； 2.對(duì)于各向同性的火成巖，熱剩磁的方向與外磁場(chǎng)一致，其天然剩磁方向代表巖石形成時(shí)的地磁場(chǎng)方向； 3.弱磁場(chǎng)中剩磁強(qiáng)度正比于外磁場(chǎng)強(qiáng)度； 4.部分熱剩磁具有可加性； 5.火成巖中的鐵磁質(zhì)顆粒的弛豫時(shí)間極長(zhǎng)。 沉積剩磁：由沉積巖中的母巖風(fēng)化侵蝕而來(lái)的鐵磁性碎屑顆粒，在沉積過(guò)程中其磁矩沿地磁場(chǎng)方向排列所獲得的剩磁。 1.含水量超過(guò)一半，剩磁

31、的偏角和傾角和地磁場(chǎng)一致； 2.沉積過(guò)程中所獲得剩磁是穩(wěn)定的； 3.剩磁強(qiáng)度與外磁場(chǎng)成正比； 4.剩磁強(qiáng)度遠(yuǎn)小于熱剩磁，穩(wěn)定性也不如熱剩磁。 化學(xué)剩磁： 1弛豫時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性高，弛豫時(shí)間隨鐵磁性顆粒的體積增大而加長(zhǎng)；2在弱磁場(chǎng)中，剩磁強(qiáng)度正比于外磁場(chǎng)； 3在同洋的外磁場(chǎng)的作用下，剩磁強(qiáng)度為熱剩磁強(qiáng)度的幾十分之一。 黏滯剩磁：屬于次生剩磁，是巖石長(zhǎng)期置于地磁場(chǎng)中獲得的剩磁；2地磁場(chǎng)方向不斷變化，黏滯剩磁的方向也會(huì)變化，因此黏滯剩磁給地磁研究帶來(lái)干擾，需要磁清洗，消除次生剩磁。 四 古地磁的應(yīng)用 地磁學(xué)方面： 測(cè)量古地磁場(chǎng)強(qiáng)度。 研究古地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化

32、 古地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期平均性質(zhì) 地磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn) 地質(zhì)學(xué)方面：大陸漂移，海底擴(kuò)張，古緯度，巖石年齡，研究構(gòu)造運(yùn)動(dòng) 五 大陸漂移證據(jù) 由同一大陸、同一地質(zhì)時(shí)代的巖石標(biāo)本得出的古地磁極位置基本一致。但由不同大陸、同一地質(zhì)年代的巖石標(biāo)本得出的古地磁極位置卻往往不同。 由同一大陸不同地質(zhì)年代所得到的古地磁極位置連成的曲線叫做極移曲線。這種極移只是一種表觀現(xiàn)象，而不是真實(shí)的過(guò)程，因此這種極移曲線亦叫做視極移曲線。 實(shí)際上，視極移曲線反映了大陸在不同地質(zhì)年代的位置發(fā)生了變動(dòng)。不同的大陸運(yùn)動(dòng)情況不同，因此各自得出的視極移曲線的形狀和取向也就不同。由此可以追溯各個(gè)大陸的運(yùn)動(dòng)歷史和它們之間的相互關(guān)

33、系。 六 海底擴(kuò)張證據(jù) 海底磁異常條帶特點(diǎn)是大致平行于洋中脊軸線延伸，正負(fù)異常相間排列并對(duì)稱(chēng)地分布于大洋中脊兩側(cè)，單個(gè)磁異常條帶寬約數(shù)公里到數(shù)十公里，縱向上延伸數(shù)百公里以上而不受地形影響，在遇到洋底斷裂帶時(shí)被整體錯(cuò)開(kāi) 海底磁異常條帶不是由海底巖石磁性強(qiáng)弱不同所致，而是在地球磁場(chǎng)不斷倒轉(zhuǎn)的背景下海底不斷新生和擴(kuò)張的結(jié)果。 高溫的地幔物質(zhì)不斷沿大洋中脊軸部上涌冷凝形成新的海底，當(dāng)它冷卻經(jīng)過(guò)居里溫度時(shí)，新生的海底玄武巖層便會(huì)沿當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)方向磁化。隨著海底擴(kuò)張，先形成的海底向兩側(cè)推移，在中脊頂繼續(xù)不斷地形成新的海底，如果某個(gè)時(shí)候地磁場(chǎng)發(fā)生轉(zhuǎn)向，則這時(shí)形成的海底玄武巖層便在相反的方向上被磁化。這

34、樣，只要地磁在反復(fù)地轉(zhuǎn)向，海底又不斷地新生和擴(kuò)張，那就必然會(huì)形成一條條正向和反向磁化相間排列、平行洋脊對(duì)稱(chēng)分布的磁化條帶。 正向磁化的海底條帶由于加強(qiáng)了地磁場(chǎng)強(qiáng)度而形成正異常，反向磁化的海底條帶由于抵消了一部分地磁場(chǎng)強(qiáng)度而形成負(fù)異常。 第六章 地電學(xué) 一．地電場(chǎng)的概念 研究大氣，海洋和固體地球電性及電場(chǎng)分布的一門(mén)科學(xué)，利用電法勘探中的某些方法，來(lái)研究地球內(nèi)部介質(zhì)及其周?chē)碾娦院碗妶?chǎng)分布規(guī)律，電法勘探的目的在于研究地質(zhì)構(gòu)造和尋找能源，礦產(chǎn)。 二 地電場(chǎng)的分類(lèi)： 大地電場(chǎng)：地電場(chǎng)的平靜變化，地電場(chǎng)的干擾變化。 自然電場(chǎng)：1氧化還原電場(chǎng)：發(fā)生在電子導(dǎo)體和溶

35、液接觸面上的氧化還原作用。 2過(guò)濾電場(chǎng)：地下水的滲流和過(guò)濾作用。 一般情況下，含水巖層中的固體顆粒大多數(shù)具有吸附離子作用，使得運(yùn)動(dòng)的地下水中集中了較多的正離子，于是形成了水流方向?yàn)楦唠娢?，備水流方向?yàn)榈仉娢坏倪^(guò)濾電場(chǎng)（或滲透電場(chǎng)）。 3接觸擴(kuò)散電場(chǎng)：礦化溶液的離子在巖石交界面上的擴(kuò)散和巖石骨架對(duì)離子的吸附作用 地然電場(chǎng)法的目的 勘察埋藏不深的金屬硫礦物和部分金屬氧化礦物礦床，尋找石墨和無(wú)煙煤，確定斷層的位置，以解決尋找含水破碎帶，確定地下水流向等水文地質(zhì)問(wèn)題。 三 大地電磁測(cè)深法的原理 依據(jù)的原理：電磁波的趨膚效應(yīng)； 研究的對(duì)象：低頻電磁波

36、； 計(jì)算公式：卡尼亞標(biāo)量阻抗表達(dá)式； 測(cè)量要素：天然變化電磁場(chǎng)。 由于測(cè)區(qū)地下地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，介質(zhì)的各向異性非常明顯，這就造成了大地電磁測(cè)深曲線的畸變，畸變類(lèi)型：一是地表電性不均勻或地形起伏引起的曲線畸變，稱(chēng)電流型畸變；二是電流沿構(gòu)造走向流動(dòng)，引起橫向電場(chǎng)的畸變，稱(chēng)感應(yīng)畸變。 第七章 地?zé)釋W(xué) 一 幾個(gè)概念 1熱流密度 簡(jiǎn)稱(chēng)熱流，表示單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)地球表面單位面積流出的熱量。 2熱導(dǎo)率κ 表示傳熱物質(zhì)的屬性，不僅與巖石或礦物的類(lèi)型有關(guān)，還與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。它是溫度和壓力的函數(shù)。 3 比熱容с 單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高一度所吸收的熱量。 4 熱擴(kuò)散系數(shù)D 熱

37、導(dǎo)率與密度和定壓質(zhì)量熱容乘積的比值。 D = κ/ρср 5 生熱率 A 單位時(shí)間內(nèi)單位體積熱源所產(chǎn)生的熱量。 二 熱傳導(dǎo)方程 p189 三 地球內(nèi)部熱源和能量釋放方式 地球產(chǎn)生變化的力量來(lái)源是能量，地球能量的來(lái)源有兩種：內(nèi)能和外能。地球內(nèi)能是指由地球本身產(chǎn)生的能量，主要有來(lái)自地球旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)能、地球內(nèi)部的熱能和地球內(nèi)部的策略能三方面。 地球外能是指由地球外部產(chǎn)生的能量，主要有來(lái)自太陽(yáng)的太陽(yáng)輻射能和日、月的引力能。 地球內(nèi)能有 ①：旋轉(zhuǎn)能 地球自轉(zhuǎn)的動(dòng)能，稱(chēng)為地球旋轉(zhuǎn)能，又稱(chēng)地球動(dòng)力能②：熱能　地球內(nèi)部是一個(gè)巨大的熱庫(kù)，我們稱(chēng)為地球內(nèi)部熱能。地球內(nèi)部熱能的主要來(lái)源是由地球內(nèi)

38、部放射性元素衰變而產(chǎn)生的。③：地球重力能　由地心引力導(dǎo)致的地球物質(zhì)變位，重力分異作用等所產(chǎn)生并積累的能量叫做地球重力能，也稱(chēng)地球策略能。在一定的條件下，重力能可轉(zhuǎn)換為熱能，也可轉(zhuǎn)化為動(dòng)力能?！? ④：太陽(yáng)輻射能 太陽(yáng)輻射能是地球表面最主要的能源，也是地表水和大氣運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?。它能使地球表面發(fā)生風(fēng)化、剝蝕而改變?cè)瓉?lái)的面貌。 ⑤：日、月引力能 由太陽(yáng)和月亮的作用力——天體引力，即日、月對(duì)地球吸引而產(chǎn)生的能量，我們把它叫做日、月引力能。它也是地球能量的重要來(lái)源。 河流沖蝕，搬運(yùn)以及人類(lèi)采礦改變區(qū)域性地殼平衡，并與之相伴產(chǎn)生一定的能量。 導(dǎo)致地球由于地球始終要受到以上各方面的影響，所以地球

39、的能量，也就不斷地產(chǎn)生和積累，當(dāng)能量積累達(dá)到一定的程度時(shí)，就要釋放出來(lái)。當(dāng)然，能量的釋放形式是多種多樣的，而且不同方面的能量也是可以互換的。不管地球能量以何種方式釋放出來(lái)，它都要產(chǎn)生相應(yīng)的后果。而這種后果對(duì)人類(lèi)及所有生命的影響是多方面的，有時(shí)它會(huì)造成巨大的破壞力，改變地球的生態(tài)面貌，有時(shí)通過(guò)地殼運(yùn)動(dòng)變化，形成新的礦床資源。 地球能量釋放形式 當(dāng)?shù)厍蚰芰糠e累達(dá)到一定的程度時(shí)，就要釋放出來(lái)，釋放時(shí)常伴隨著一定的地質(zhì)現(xiàn)象： （一）：地震災(zāi)害 地震是地球內(nèi)部能量突然釋放時(shí)，局部巖石圈的破裂而產(chǎn)生的地質(zhì)現(xiàn)象。 （二）：火山噴發(fā) 當(dāng)?shù)厍蝮w的部分區(qū)域所承受的壓力達(dá)到一定程度時(shí)，地下灼烈的

40、巖漿就會(huì)沿著地殼的薄弱地帶上升，噴出地表形成火山爆發(fā)。而巖漿冷凝成巖石，就造成了對(duì)周?chē)鷰r石的侵入。不管巖漿噴發(fā)或侵入，都能夠使地球內(nèi)部積聚的部分能量得到釋放，從而形成新的平衡。巖漿作用可以給人類(lèi)帶來(lái)災(zāi)難，也可留下美麗壯觀的火山景觀，形成與巖漿、熱液有關(guān)的礦產(chǎn)資源。 （三）：地殼運(yùn)動(dòng) 在地球動(dòng)力能的作用下，使構(gòu)成地殼的巖石形態(tài)、位置發(fā)生變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，我們稱(chēng)為地殼運(yùn)動(dòng)。在野外考察中，我們常常看到地質(zhì)巖層出現(xiàn)彎曲、破裂或錯(cuò)斷等現(xiàn)象，地質(zhì)學(xué)中稱(chēng)為褶皺和斷層。這些現(xiàn)象的發(fā)生，都是由于地球內(nèi)部能量的釋放造成的。地殼運(yùn)動(dòng)可分為垂直運(yùn)動(dòng)、水平運(yùn)動(dòng)及組合運(yùn)動(dòng)類(lèi)型。運(yùn)動(dòng)的結(jié)果可形成高山深谷和海陸位置的變遷。

41、例如，喜馬拉雅山原來(lái)是一片海洋，它的崛起是由于構(gòu)成地殼的兩個(gè)巨大巖石體，相互水平擠壓，其中的一個(gè)插入到另一個(gè)巖石體之下，將其抬升，成為今天的世界最高峰，至今這種擠壓還在進(jìn)行，同樣喜馬拉雅山的抬升也在繼續(xù)進(jìn)行著。 （四）：大地?zé)崃鳌〈蟮責(zé)崃饕卜Q(chēng)巖石散熱，是地球熱能釋放的主要渠道。當(dāng)?shù)厍蛲ㄟ^(guò)巖石向外釋放熱量時(shí)，在一定的溫度和壓力下，能使原來(lái)的巖石發(fā)生變質(zhì)，形成新的巖石類(lèi)型，如變質(zhì)巖。 地球能量釋放的幾種主要方式通常會(huì)相互伴生，有時(shí)也會(huì)同時(shí)進(jìn)行。正因?yàn)榈厍蚰芰坎粩嗟蒯尫?，從而改變和破壞了地球原?lái)的面貌，而隨著地球新面貌的出現(xiàn)，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)和得到新的自然景觀和礦床資源。 四 大地?zé)崃康膽?yīng)用 五

42、 地電熱流密度與板塊構(gòu)造的關(guān)系 p200 六 我國(guó)地?zé)豳Y源分布有哪些特征，影響分布的原因是什么 1在板塊邊界及其鄰近地區(qū)有強(qiáng)烈水熱活動(dòng) 2高溫水熱區(qū)與晚新生代火山分布相背離 3 低溫溫泉大多與碳酸鹽巖分布區(qū)相聯(lián)系 正演和反演的總結(jié)： ⑴地殼模型與走時(shí)的正反演：p10 震源深度 幾何參數(shù) 正演：根據(jù)地殼模型 地殼厚度 ————————→ 走時(shí)

43、 物性參數(shù) 速度 反演：觀測(cè)數(shù)據(jù)（走時(shí)曲線） ————————→ 地殼模型參數(shù) ⑵重力異常的正反演問(wèn)題： 正演：由已知半徑R和球體與周?chē)橘|(zhì)密度ρ，求重力異常 ｇ 反演：有異常曲線特征的最大值 ｇmax，確定球體埋藏深度、重力異常 （平面/剖面特征→球體位置） 正反問(wèn)題的例子 真實(shí)地球的密度與正常場(chǎng)地球模型的密度差稱(chēng)為地球的剩余密度。地球的剩余密度是重力異常場(chǎng)產(chǎn)生的原因。根據(jù)給定的地球剩余密度計(jì)算重力異常擦汗那個(gè)，稱(chēng)為重力異常場(chǎng)的正演問(wèn)題。根據(jù)地面上測(cè)出的重力異常場(chǎng)求出地球剩余密度的分布稱(chēng)為重力異常的反演問(wèn)題。反演的解不唯一，因此需要地質(zhì)和其他地球物理資料來(lái)限制解的范圍。當(dāng)反演深度大的異常體時(shí)，要考慮地球表面的彎曲。 13 / 13文檔可自由編輯打印