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1、 地球物理學基礎(chǔ)復習資料 緒論 一．地球物理學的概念，研究特點和研究內(nèi)容 它是以地球為研究對象的一門應(yīng)用物理學，是天文學，物理學與地質(zhì)學之間的邊緣學科。 地球物理學應(yīng)用物理學的原理和方法研究地球形狀，內(nèi)部構(gòu)造，物質(zhì)組成及其運動規(guī)律，探討地球起源，形成以及演化過程，為維護生態(tài)環(huán)境，預(yù)測和減輕地球自然災(zāi)害，勘探與開發(fā)能源和資源做出貢獻。包擴地震學，地磁學，地電學，重力學，地熱學，大地測量學，大地構(gòu)造物理學，地球動力學等。 研究特點：1.交叉學科 地球物理學由地質(zhì)學和物理學發(fā)展而來，隨著學科本身的發(fā)展，它不斷產(chǎn)生新的分支學科，同時促進了各分支學

2、科的相互交叉，加強了它與地球科學各學科之間的聯(lián)系。 2.間接性 都是通過觀測和研究物理場的信息內(nèi)容實現(xiàn)地質(zhì)勘查目標，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)，由于觀測誤差，物理場的觀測不完整以及物理場特點研究不夠，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，也無法確定其地質(zhì)屬性。 地球物理學的總趨勢：多學科綜合和科學的國際合作。 二．地球物理學各分支所依據(jù)的物理學原理和研究的物性參數(shù)。 地震學：波在彈性介質(zhì)中的

3、傳播%地震體波走時，面波頻散，自由振蕩的本征譜特征 重力學：牛頓萬有引力定律%密度%密度差異 地磁學：磁荷理論%巖礦石磁性%①巖石剩余磁性②地磁學軸向偶極子假定。 古地磁學：鐵磁學%巖石的剩余磁性。 地電學：①電磁場理論②電荷理論%電阻率ρ介電常數(shù)ε介質(zhì)磁導率μ 地熱學：熱學規(guī)律，熱傳導方程%地球熱場，熱源。 第一章 太陽系和地球 一．地球的轉(zhuǎn)動方式。 1.自轉(zhuǎn) 地球繞地軸的一種旋轉(zhuǎn)運動，方向自西向東，轉(zhuǎn)速并非完全均勻，有微小變化。 2.公轉(zhuǎn) 地球繞太陽以接近正圓的橢圓軌道旋轉(zhuǎn)的運動。 3.平動 地球隨整個太陽系在宇

4、宙太空中不停地向前運動。 4.進動 地球由于旋轉(zhuǎn)，赤道附近向外凸出，日月對此凸出部分的吸引力使地軸繞黃軸轉(zhuǎn)動，方向自東向西。這種在地球運動過程中，地軸方向發(fā)生的運動即為地球的進動。 5.章動。地軸在空間的運動不僅僅是沿一平滑圓錐面上的轉(zhuǎn)動，地軸還以很小的振幅在錐面內(nèi),外擺動，地球的這種運動叫章動。 二．地球的形狀及影響因素。 地球為一梨形不規(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)----標準扁球體； 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。這個間斷面稱為莫霍面（M面）。莫霍面以上的介質(zhì)稱為地殼，以下的介質(zhì)稱為地幔。地殼構(gòu)造復雜，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，稱為軟流圈，低速層上部和地殼并稱巖石圈。400km-1000km間的C介質(zhì)叫過渡層。軟流圈和巖石圈統(tǒng)稱構(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。地球幼年時代，表面沒有山脈和海洋，持續(xù)約十億年。稱為第一次脫氣。 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，地球就有了一個液態(tài)核。 地幔獲得足夠熱量后開始產(chǎn)生對流。初始的海底擴張加速地內(nèi)散熱速度，地幔固

7、結(jié)了，外核依然為液態(tài)。外核的對流是產(chǎn)生現(xiàn)今地磁場的原因。 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，同時發(fā)射出射線，這種現(xiàn)象稱為放射性衰變。不依靠外力而自發(fā)衰變的元素稱為天然放射性元素。 二．放射性衰變規(guī)律 每單位時間所衰變的原子數(shù)目與壓力，溫度等外部條件無關(guān)，只于當

8、時存在的衰變原子的數(shù)目成正比。 半衰期：原子數(shù)衰變到原來數(shù)目的一半所需的時間。放射性衰變的時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，即子體的原子數(shù)保持不變，中間過程的每個放射性元素都有自己的衰變常數(shù)，但經(jīng)過一定的時間后，這個系列會達到平衡，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、某個時期，方鉛礦和其它一些不含鈾，釷的鉛礦分離出來，鉛同位素的比值不再變化鉛與鈾，釷分離或成礦的時間可以獨立地測定。 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)，所以當知道礦物巖石中母元素和子元素數(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 1、地震波：震源巖層發(fā)生斷裂、錯動時，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。 2.波的劃分 橫波（s波）周期長、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、傳播遠。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)點運動與分界面平行。洛夫波使巖石質(zhì)點運動類似SH波，運動沒有垂向位移。巖石運動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)點向前、向上、向后和向下運動，沿波的傳播方向作一垂直平面，質(zhì)點在該平面內(nèi)運動，描繪出一個橢圓。瑞利波不是單純的P或S，而是兩種成分都有。 3.地震分類 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），遠震(>1000km) 地震強度： 弱震 ，有感地震 ，中強震 ，強震 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，做點到地面的垂直距離。 震中：震源在地面上的垂直投影。 震中距離：在地面上，從震中到觀測點的距離。 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板塊邊界，也就是巖石圈板塊沿三類板塊邊界的相對運動決定。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 稱為波阻抗 單層地殼模型： 看p10這一類型單層介質(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對應(yīng)不同的入射角，即對應(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，沒給出射線的坐標方程。 五．球?qū)ΨQ介質(zhì)的斯奈爾定理和本多夫定理及其證明（會推導，會畫圖） 六．真速度、視速度及之間關(guān)系 七．直達波,折射波和反射波的產(chǎn)生及時距曲線特點,并畫圖描述？ 在地面激發(fā)地震波后，地震波從震源O點沿地表直接到達測線上的接收點，具有這樣傳播路徑的地震波叫直達波。直達波時距曲線過坐標原點, 并關(guān)于時間軸對稱的兩條直線，直線的斜率為1/v當直達波傳播方向與測線方向(x軸)一致時，

14、符號取“+”；否則，符號取“-”。 反射波時距曲線是條雙曲線，雙曲線的極小值點處x坐標xm=2hsinf/v，位于虛振源的上方(不再位于坐標原點的上方)；極小點總是相對激發(fā)點偏向界面上傾一側(cè)；在極小點上，反射波時間最小，tm=2hcosf/v；反射波時距曲線關(guān)于過xm處縱軸對稱；反射波的視速度V*=v/sina，a為射線與地表法線的夾角；當自激自收時， a=0，此時的視速度為無窮大；在固定接收點位置上，深層反射波的視速度要大于淺層反射波的視速度，即淺層反射波時距曲線較深層反射波時距曲線彎曲的多。對于一個水平速度分界面，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，當入射角增加到某一角度時，透射角達到90?。此時，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)過的界面上的任何一點，均可以看作 該時刻振動的新點源，這樣下層介質(zhì)中的質(zhì)點就要發(fā)生振動，由于界面兩側(cè)的介質(zhì)質(zhì)點間存在著彈性聯(lián)系，下層質(zhì)點的振動必然要引起上層介質(zhì)中質(zhì)點的振動，這樣在上層介質(zhì)中就形成了一種新的波動，這種波在地震勘探中被稱為折射波。 一個水平界面情況下的折射波時距曲線是一條直線，直線的斜率為1/v2；直線與時間軸的截距為2hcosqc/v1,稱為折射波交叉時；折射波交叉時

16、與反射波t0時間不同，它沒有確切的物理意義，是無法觀測到的；折射波的交叉時與界面深度有關(guān)，速度參數(shù)不變的前提下，交叉時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（拐點法）【震源速度】 2) 赫格羅茨-維歇爾法（積分法）【射線上最低點速度】 關(guān)鍵是求射線最低點至地心距離rp 九．頻散曲線 波速隨頻率或波長而變化稱為頻散。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)象稱為面波的頻散現(xiàn)

17、象。由于波在層狀介質(zhì)中傳播時相互疊加的結(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)推導的 1）體波數(shù)據(jù)（2003條p波和253條s波走時曲線） 2）面波頻散數(shù)據(jù) 3) 長周期面波和地球自由振蕩數(shù)據(jù) 4）天文-測地數(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 會描述 地殼運動使巖石產(chǎn)生應(yīng)變，當應(yīng)力在一個長時期內(nèi)不斷積累，超過一定限度時，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，使存儲在巖石中的彈性應(yīng)變能突然釋放，就會形成地震。無應(yīng)力狀態(tài)---->應(yīng)力作用變形，巖石產(chǎn)生相對位移---->應(yīng)力超過阻力，巖塊滑動或破裂形成斷層，斷層兩側(cè)的巖塊又回到新的無應(yīng)力狀態(tài)。 十三．P波初動：P波剛到達地表時的地動位移。（最初到來的縱波的起跳方向為p波初動） P波初動

19、解：從地面臺站記錄到P波的初動分布圖出發(fā)，采用點源雙力偶震源力學模型反演震源運動過程，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拾震器，一個垂直拾震器，兩個水平拾震器，分別接受該點上下、南北、東西、三個方向的地動位移分量。 【記錄的是震動】 十五.震相與震相分析 震相：將震源所發(fā)出的不同振動（如縱波和橫波），不同傳播路徑（如直達波和反射波等）的地震波在地震圖上的特定標志 震相分析：辨認不同的震相。 地方震：主要震相： 近震： 遠震： P35圖各種波 1-----從震源發(fā)出的經(jīng)地幔到達地震臺的折射波稱為遠震，直達縱波和橫波

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)震時刻的確定 a）走時表法 b）和達法 十七.震中位置的確定 a)方位角法（單臺法）：p波初動求出震中方位角 運用 由走時表求出震中距 可做圖求震中位置 b）多臺資料法 交切法 虛波速度法 第三章 重力學和固體潮 一 重力場與重力位 重力場：不考慮外部天體對地球的作用，地球上單位質(zhì)點所受的地球的引力和慣性離心力的矢量和稱為地

21、球在該點的重力矢量，該矢量場稱為地球的重力場 重力位：地球在某點的引力位和離心位的和稱為地球在該點的重力位。 重力等位面：地球重力位相同的點在空間構(gòu)成的曲面稱為重力等位面。 重力等位面的性質(zhì)：1.在面上移動單位質(zhì)量時，重力不做功2.兩個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) 重力場組成的成分：地球引力和慣性離心力的矢量。 重力場單位： 為什么要引入重力位：因為重力位是標量便于計算，重力場是矢量，不便計算。有重力位與重力場存在梯度關(guān)系，則知道重力位，便可知道重力場。 二 正常地球場模型，

22、正常重力場和重力異常場 正常地球場模型：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)動慣量與地球相同的參考橢球。 正常重力場：正常地球場模型在其表面和外部空間產(chǎn)生的重力場稱為地球的正常重力場。 重力異常場：真實地球與正常地球場模型的密度分布不同在該點產(chǎn)生的重力場的差值稱為地球在該點產(chǎn)生的重力異常場 為什么要引入正常重力場：因為地球內(nèi)部異常體引起的重力場遠小于地球在某一點產(chǎn)生的引力值。 地球正常重力場分布規(guī)律和特征：①是根據(jù)科學家研究確定的，不是客觀存在的②只與計算點緯度有關(guān)，在緯度45 處最大。③赤道處最小，兩級處最大，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，月三者的相對位置的變化 影響重力測量的因素 1 觀測點值大地水準面的距離 2 地形質(zhì)量。 四 重力異常的正反演問題： 正演：由已知半徑R和球體與周圍介質(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。 即在大地水準面以下某一深度處常有

24、相等的壓力，大地水準面之上山脈的質(zhì)量過?；蚝Ｑ蟮馁|(zhì)量不足由大地水準面之下的質(zhì)量不足或過剩來補償。 計算補償質(zhì)量在地球表層的分布，從而計算出補償質(zhì)量對觀測點的重力影響。 均衡校正：考慮與全球地形質(zhì)量相對應(yīng)的補償質(zhì)量對觀測點重力的影響的校正稱為均衡校正。 均衡值正負判定： 六正反問題的例子 真實地球的密度與正常場地球模型的密度差稱為地球的剩余密度。地球的剩余密度是重力異常場產(chǎn)生的原因。根據(jù)給定的地球剩余密度計算重力異常擦汗那個，稱為重力異常場的正演問題。根據(jù)地面上測出的重力異常場求出地球剩余密度的分布稱為重力異常的反演問題。反演的解不唯一，因此需要地質(zhì)和其他地球物理資料來限制解的

25、范圍。當反演深度大的異常體時，要考慮地球表面的彎曲。 7固體潮及其產(chǎn)生原因 地球整體在太陽和月亮的起潮力的作用下發(fā)生變形，這種變形稱為固體潮。 地地球的固體潮：地球在月球和太陽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連線上拉伸，在與它們垂直的兩個平面內(nèi)壓縮，地球?qū)ζ鸪绷Φ倪@種響應(yīng)稱為地球的固體潮。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的起潮力矢量的垂直分量使地球在該點的重力發(fā)生變化稱為地

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 一．磁庫倫定律 p99 二．磁場強度與磁感應(yīng)強度 單位磁荷所受磁力定義為磁場強度磁場強度完全只是反映磁場來源的屬性，與磁介質(zhì)沒有關(guān)系，無實際意義。 磁感應(yīng)強度：描述磁場強弱和方向的基本物理量。 三．磁勢與磁場的關(guān)系 磁場中某點的磁勢等于自該點經(jīng)過任意路徑到無窮遠處磁場強度的線積分。 四．地磁場的組成 地磁場是一個

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

28、 2.地磁場強度整體很弱，在兩極處的地磁場強度最強，赤道處最弱，約為2倍關(guān)系。 九．地磁場的長期變化特征 1.地磁場強度按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.非偶極子場以0.2%/a沿經(jīng)度西移 5非偶極子場以10nT/a量級增加 6地磁場長期變化本身以0.3%a西移 八．變化磁場的分類和產(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之上。分為太陽日變化(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。 磁暴是太陽風同地磁場相互作用，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，磁場強度增加。 2.主相階段，磁場水平強度下降； 3.恢復相階段，環(huán)形電流逐漸衰減，地磁場逐漸恢復。 地磁脈動：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)定性以及太陽風（太陽連續(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 一古地磁研究的直接對象是巖石的剩余磁性 二巖石剩余磁性，類型及其特征 巖石的磁性一般是巖石所含的鐵磁性礦物在地磁場作用

30、下產(chǎn)生的。 1.巖石的原生剩磁方向與形成巖石時的地磁場方向一致，而且?guī)r石的原生剩磁具有高度的穩(wěn)定性。 2.古地磁場是軸向地心偶極場。 三巖石剩余磁性類型 熱剩磁TRM： 1.在弱磁場中，熱剩磁強度比常溫下獲得的剩磁強度大很多； 2.對于各向同性的火成巖，熱剩磁的方向與外磁場一致，其天然剩磁方向代表巖石形成時的地磁場方向； 3.弱磁場中剩磁強度正比于外磁場強度； 4.部分熱剩磁具有可加性； 5.火成巖中的鐵磁質(zhì)顆粒的弛豫時間極長。 沉積剩磁：由沉積巖中的母巖風化侵蝕而來的鐵磁性碎屑顆粒，在沉積過程中其磁矩沿地磁場方向排列所獲得的剩磁。 1.含水量超過一半，剩磁

31、的偏角和傾角和地磁場一致； 2.沉積過程中所獲得剩磁是穩(wěn)定的； 3.剩磁強度與外磁場成正比； 4.剩磁強度遠小于熱剩磁，穩(wěn)定性也不如熱剩磁。 化學剩磁： 1弛豫時間長，穩(wěn)定性高，弛豫時間隨鐵磁性顆粒的體積增大而加長；2在弱磁場中，剩磁強度正比于外磁場； 3在同洋的外磁場的作用下，剩磁強度為熱剩磁強度的幾十分之一。 黏滯剩磁：屬于次生剩磁，是巖石長期置于地磁場中獲得的剩磁；2地磁場方向不斷變化，黏滯剩磁的方向也會變化，因此黏滯剩磁給地磁研究帶來干擾，需要磁清洗，消除次生剩磁。 四 古地磁的應(yīng)用 地磁學方面： 測量古地磁場強度。 研究古地磁場的長期變化

32、 古地磁場的長期平均性質(zhì) 地磁場的反轉(zhuǎn) 地質(zhì)學方面：大陸漂移，海底擴張，古緯度，巖石年齡，研究構(gòu)造運動 五 大陸漂移證據(jù) 由同一大陸、同一地質(zhì)時代的巖石標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，而不是真實的過程，因此這種極移曲線亦叫做視極移曲線。 實際上，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。不同的大陸運動情況不同，因此各自得出的視極移曲線的形狀和取向也就不同。由此可以追溯各個大陸的運動歷史和它們之間的相互關(guān)

33、系。 六 海底擴張證據(jù) 海底磁異常條帶特點是大致平行于洋中脊軸線延伸，正負異常相間排列并對稱地分布于大洋中脊兩側(cè)，單個磁異常條帶寬約數(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被整體錯開 海底磁異常條帶不是由海底巖石磁性強弱不同所致，而是在地球磁場不斷倒轉(zhuǎn)的背景下海底不斷新生和擴張的結(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，當它冷卻經(jīng)過居里溫度時，新生的海底玄武巖層便會沿當時地磁場方向磁化。隨著海底擴張，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，如果某個時候地磁場發(fā)生轉(zhuǎn)向，則這時形成的海底玄武巖層便在相反的方向上被磁化。這

34、樣，只要地磁在反復地轉(zhuǎn)向，海底又不斷地新生和擴張，那就必然會形成一條條正向和反向磁化相間排列、平行洋脊對稱分布的磁化條帶。 正向磁化的海底條帶由于加強了地磁場強度而形成正異常，反向磁化的海底條帶由于抵消了一部分地磁場強度而形成負異常。 第六章 地電學 一．地電場的概念 研究大氣，海洋和固體地球電性及電場分布的一門科學，利用電法勘探中的某些方法，來研究地球內(nèi)部介質(zhì)及其周圍的電性和電場分布規(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 地電場的分類： 大地電場：地電場的平靜變化，地電場的干擾變化。 自然電場：1氧化還原電場：發(fā)生在電子導體和溶

35、液接觸面上的氧化還原作用。 2過濾電場：地下水的滲流和過濾作用。 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，使得運動的地下水中集中了較多的正離子，于是形成了水流方向為高電位，備水流方向為地電位的過濾電場（或滲透電場）。 3接觸擴散電場：礦化溶液的離子在巖石交界面上的擴散和巖石骨架對離子的吸附作用 地然電場法的目的 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)問題。 三 大地電磁測深法的原理 依據(jù)的原理：電磁波的趨膚效應(yīng)； 研究的對象：低頻電磁波

36、； 計算公式：卡尼亞標量阻抗表達式； 測量要素：天然變化電磁場。 由于測區(qū)地下地質(zhì)條件相當復雜，介質(zhì)的各向異性非常明顯，這就造成了大地電磁測深曲線的畸變，畸變類型：一是地表電性不均勻或地形起伏引起的曲線畸變，稱電流型畸變；二是電流沿構(gòu)造走向流動，引起橫向電場的畸變，稱感應(yīng)畸變。 第七章 地熱學 一 幾個概念 1熱流密度 簡稱熱流，表示單位時間內(nèi)通過地球表面單位面積流出的熱量。 2熱導率κ 表示傳熱物質(zhì)的屬性，不僅與巖石或礦物的類型有關(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 熱擴散系數(shù)D 熱

37、導率與密度和定壓質(zhì)量熱容乘積的比值。 D = κ/ρср 5 生熱率 A 單位時間內(nèi)單位體積熱源所產(chǎn)生的熱量。 二 熱傳導方程 p189 三 地球內(nèi)部熱源和能量釋放方式 地球產(chǎn)生變化的力量來源是能量，地球能量的來源有兩種：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，主要有來自太陽的太陽輻射能和日、月的引力能。 地球內(nèi)能有 ①：旋轉(zhuǎn)能 地球自轉(zhuǎn)的動能，稱為地球旋轉(zhuǎn)能，又稱地球動力能②：熱能　地球內(nèi)部是一個巨大的熱庫，我們稱為地球內(nèi)部熱能。地球內(nèi)部熱能的主要來源是由地球內(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)化為動力能。　 ④：太陽輻射能 太陽輻射能是地球表面最主要的能源，也是地表水和大氣運動的主要動力。它能使地球表面發(fā)生風化、剝蝕而改變原來的面貌。 ⑤：日、月引力能 由太陽和月亮的作用力——天體引力，即日、月對地球吸引而產(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源。 河流沖蝕，搬運以及人類采礦改變區(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，當能量積累達到一定的程度時，就要釋放出來。當然，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，它都要產(chǎn)生相應(yīng)的后果。而這種后果對人類及所有生命的影響是多方面的，有時它會造成巨大的破壞力，改變地球的生態(tài)面貌，有時通過地殼運動變化，形成新的礦床資源。 地球能量釋放形式 當?shù)厍蚰芰糠e累達到一定的程度時，就要釋放出來，釋放時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，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?shù)厍蝮w的部分區(qū)域所承受的壓力達到一定程度時，地下灼烈的

40、巖漿就會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，就造成了對周圍巖石的侵入。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帶來災(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）：地殼運動 在地球動力能的作用下，使構(gòu)成地殼的巖石形態(tài)、位置發(fā)生變化的機械運動，我們稱為地殼運動。在野外考察中，我們常常看到地質(zhì)巖層出現(xiàn)彎曲、破裂或錯斷等現(xiàn)象，地質(zhì)學中稱為褶皺和斷層。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。地殼運動可分為垂直運動、水平運動及組合運動類型。運動的結(jié)果可形成高山深谷和海陸位置的變遷。

41、例如，喜馬拉雅山原來是一片海洋，它的崛起是由于構(gòu)成地殼的兩個巨大巖石體，相互水平擠壓，其中的一個插入到另一個巖石體之下，將其抬升，成為今天的世界最高峰，至今這種擠壓還在進行，同樣喜馬拉雅山的抬升也在繼續(xù)進行著。 （四）：大地熱流　大地熱流也稱巖石散熱，是地球熱能釋放的主要渠道。當?shù)厍蛲ㄟ^巖石向外釋放熱量時，在一定的溫度和壓力下，能使原來的巖石發(fā)生變質(zhì)，形成新的巖石類型，如變質(zhì)巖。 地球能量釋放的幾種主要方式通常會相互伴生，有時也會同時進行。正因為地球能量不斷地釋放，從而改變和破壞了地球原來的面貌，而隨著地球新面貌的出現(xiàn)，我們也會發(fā)現(xiàn)和得到新的自然景觀和礦床資源。 四 大地熱量的應(yīng)用 五

42、 地電熱流密度與板塊構(gòu)造的關(guān)系 p200 六 我國地熱資源分布有哪些特征，影響分布的原因是什么 1在板塊邊界及其鄰近地區(qū)有強烈水熱活動 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

43、 物性參數(shù) 速度 反演：觀測數(shù)據(jù)（走時曲線） ————————→ 地殼模型參數(shù) ⑵重力異常的正反演問題： 正演：由已知半徑R和球體與周圍介質(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） 正反問題的例子 真實地球的密度與正常場地球模型的密度差稱為地球的剩余密度。地球的剩余密度是重力異常場產(chǎn)生的原因。根據(jù)給定的地球剩余密度計算重力異常擦汗那個，稱為重力異常場的正演問題。根據(jù)地面上測出的重力異常場求出地球剩余密度的分布稱為重力異常的反演問題。反演的解不唯一，因此需要地質(zhì)和其他地球物理資料來限制解的范圍。當反演深度大的異常體時，要考慮地球表面的彎曲。 13 / 13文檔可自由編輯打印