固體地球物理學(xué)概論復(fù)習(xí)重點(diǎn)答案.doc
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《固體地球物理學(xué)概論》 考試時(shí)間:2011年6月24日(周五)晚上19:00-21:00 第一章:引言 1、 地球物理學(xué)的定義。 解:地球物理學(xué)是以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的一門(mén)應(yīng)用物理學(xué)。 2、 地球物理學(xué)組成及研究?jī)?nèi)容。 解:組成包括:理論地球物理、應(yīng)用地球物理 A. 理論地球物理學(xué)著眼于基礎(chǔ)理論方面的研究,研究的主要內(nèi)容有: (1)研究地球形狀與重力分布的重力學(xué); (2)研究地震及彈性波在地球內(nèi)部傳播規(guī)律的地震學(xué); (3)研究地球磁現(xiàn)象的地磁學(xué); (4)研究地球電性質(zhì)的地電學(xué); (5)研究地球內(nèi)部熱過(guò)程和熱狀態(tài)的地?zé)釋W(xué); (6)深部探測(cè)和地球動(dòng)力學(xué)等。 B. 應(yīng)用地球物理學(xué)是解決勘察石油、金屬、非金屬礦或其它地質(zhì)問(wèn)題的。 3、 地球物理學(xué)的基本特點(diǎn)。 解:1、入地的窗口: 根據(jù)地面或空中的資料和信息,了解地球深部情況; 2、地球物理方法反演的多解性: 正演問(wèn)題、反演問(wèn)題、精度問(wèn)題 3、地球物理方法的間接性問(wèn)題 4、建模與簡(jiǎn)化: 就是以數(shù)學(xué)公式或數(shù)值形式表征地球某種性質(zhì)或規(guī)律,它是對(duì)復(fù)雜研究客體的合理抽象和簡(jiǎn)化,從而更能反映客體的內(nèi)在本質(zhì)。 5、地球物理學(xué)初值和邊值的約束作用: 現(xiàn)在的地球?yàn)榈厍蜓莼峁┝艘粋€(gè)作為初值(終值)的時(shí)間條件,而地面觀測(cè)又為地球內(nèi)部的物理過(guò)程提供了一個(gè)邊界條件。 6、對(duì)地球物理學(xué)結(jié)論的可靠性估計(jì) (1)可靠性高的:牛頓萬(wàn)有引力定律,球諧分析理論、地球形狀、地球自轉(zhuǎn)周期; (2)可靠性較高:GPS、地球的速度分層結(jié)構(gòu); (3)可靠性具中的:地球的年齡、地球的分層結(jié)構(gòu) (4)可靠性差的:大陸漂移和板塊構(gòu)造、地球內(nèi)部的溫度分布、地震預(yù)報(bào); (5)可靠性最差的:地幔對(duì)流假說(shuō)、地球起源假說(shuō)、地磁場(chǎng)起源假說(shuō) 第二章:地球的起源 1、 戴文賽新星云假說(shuō)的要點(diǎn)。 解:行星的形成要經(jīng)過(guò)“原始星云→星云盤(pán)→塵層→星子→行星”這樣幾個(gè)步驟。 (1)原始星云的形成: 原始星云是由一塊星際云塊塌縮并瓦解而成的。根據(jù)維里定理,星際云質(zhì)量比太陽(yáng)現(xiàn)質(zhì)量大三個(gè)數(shù)量級(jí),它才會(huì)塌縮。 (2)星云盤(pán)的形成: 原始星云盤(pán)繼續(xù)塌縮,半徑逐漸減小,因角動(dòng)量守恒,造成自轉(zhuǎn)速度增大。赤道面上的外邊緣物質(zhì),當(dāng)其慣性離心力與中心部分引力相抗衡時(shí),便停下來(lái),形式星云盤(pán)。 (3)塵層的形成: 云盤(pán)中塵粒跟氣體一起繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)彼此發(fā)生碰撞,結(jié)合成顆粒,并向赤道沉降,逐漸形成塵層。 (4)星子的形成: 當(dāng)塵層的密度足夠大時(shí),會(huì)導(dǎo)致引力不穩(wěn)定性,使塵層瓦解為許多物質(zhì)團(tuán)。當(dāng)物質(zhì)團(tuán)的密度超過(guò)羅奇密度時(shí),就可以自吸引塌縮,聚集成固體-星子。 (5) 行星(胎)的形成: 初始星子繞太陽(yáng)作開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)外,還有隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。其軌道雜亂、頻繁碰撞,發(fā)生結(jié)合成為更大星子或者碎裂為更小星子。大星子引力較強(qiáng),更有效地吸積周圍的物質(zhì)和小星子迅速成長(zhǎng)成為行星胎。 2、 羅奇密度的用途和計(jì)算。 解:羅奇密度用于對(duì)星云盤(pán)的的溫度、厚度和密度做出估計(jì)。 ρ>ρ0=4(M/a3) 。式中ρ0稱為羅奇密度,上式稱為聚集條件。 如果ρ<ρ0則天體分裂。 3、 地球早期演化中的圈層分化過(guò)程。 解:(1)地核和地幔的形成: 原始地球是一個(gè)均勻的球體,由于放射性元素衰變產(chǎn)生熱能,地球內(nèi)部的溫度就逐漸增高,當(dāng)?shù)貎?nèi)溫度足夠高的時(shí)候,鐵和鎳就熔化并流向地內(nèi)深處,而固態(tài)的硅酸物質(zhì)浮到地球上部。從而地球就分化成地核和地幔。 (2) 原始地殼的形成和陸殼、洋殼分化:在地核和地幔形成后,那時(shí)的地球表層是熔融的。40—46億年前,表層開(kāi)始冷卻分異,形成全球性的原始地殼,即大陸地殼。30—40億年前,地球受到星子撞擊,在受撞擊的集中區(qū)域下,造成地幔熔化,并發(fā)生玄武巖噴發(fā),排出大量巖漿和氣體,從而改變?cè)嫉貧さ某煞?,形成原始大洋地殼? (3) 海洋和大氣的形成:地球大氣經(jīng)歷了原生大氣、還原大氣和氧化大氣三個(gè)階段:A、地球在形成過(guò)程中俘獲星云中的氣體,形成地球的原始大氣層。B、放射性元素的衰變使地球物質(zhì)融化,加速還原氣體從地球內(nèi)部溢出,形成還原大氣。C、由于地球內(nèi)部的地幔分異作用,排出的氣體逐漸氧化;太陽(yáng)輻射使地球大氣中的水分解、綠色植物的光合作用都形成較多氧氣,從而形成氧化大氣。 在地球形成的過(guò)程中,星子碰撞后放出的水,火山巖漿活動(dòng)產(chǎn)生的水,以及大氣中的水氣凝聚的水都可以流人星子撞擊坑,形成海洋。 (4)地球表層的變化:地殼和地面的變化乃是各圈層相互作用的結(jié)果。 第三章 地球的轉(zhuǎn)動(dòng)和形狀 1、 名詞解釋:天球赤道、黃道、黃極、天極。 解:天球赤道——假定以地球?yàn)榍蛐?,把各天體投影在半徑等于無(wú)窮大的球面上,這一球體就是天球。將地球的赤道平面向外延伸,與天球相割所成的天球大圓就叫做天球赤道 黃道—— 將地球繞日運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道面無(wú)限延伸,與天球相割而成的天球大圓叫做黃道。 黃極——球面上的任何圓圈都有兩個(gè)極點(diǎn),即球面上距離該圓圈最遠(yuǎn) (900)的兩點(diǎn)。 天極——將地球的極軸延長(zhǎng),交于天球上的兩點(diǎn)N、S,這兩點(diǎn)就叫天極. 2.從物理觀點(diǎn)解釋傅科擺如何證明地球自轉(zhuǎn)的。 解:?jiǎn)螖[的擺動(dòng)平面在不受外力作用時(shí),其擺動(dòng)的空間方向始終不會(huì)發(fā)生變化的。然而,人們所看到的是,擺動(dòng)平面相對(duì)于地球表面發(fā)生了按順時(shí)針?lè)较蚓徛剞D(zhuǎn)動(dòng),其實(shí)質(zhì)是:擺下面的地球在沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)造成的。由于地球自轉(zhuǎn),擺動(dòng)平面就會(huì)發(fā)生相對(duì)于地面的偏轉(zhuǎn)。研究這種偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象,并且定量地計(jì)算偏轉(zhuǎn)速度的變化,則是地球自轉(zhuǎn)的最生動(dòng)的證明。 3.地球自轉(zhuǎn)的特點(diǎn)是什么? 解:地軸取向穩(wěn)定、自轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定 、地球自轉(zhuǎn)的非均勻變化。 4.什么是地球自轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動(dòng)、章動(dòng)和極移 (只考慮錢德勒晃動(dòng))? 解:進(jìn)動(dòng)——用來(lái)表示轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸環(huán) 繞另一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。地軸的進(jìn)動(dòng),地球的旋轉(zhuǎn)軸環(huán)著黃道軸作緩慢的畫(huà)圓錐面的旋進(jìn)運(yùn)動(dòng),保持黃赤交角不變。 章動(dòng)——在地軸的長(zhǎng)期旋進(jìn)中,在它的平均位置上附加了一種短周期的擺動(dòng)。 極移——地球自轉(zhuǎn)軸與地面的交點(diǎn)叫地極,地極點(diǎn)相對(duì)于國(guó)際極點(diǎn)CIO的位移叫做極移。 第四章 地球形狀與重力 1、什么是大地水準(zhǔn)面?地球的形狀指什么? 解:一個(gè)與平均的海洋面(在陸地上是它的順勢(shì)延伸而構(gòu)成封閉的曲面)重合的那個(gè)重力等位面稱為大地水準(zhǔn)面。 從物理圖象上看,地球形狀,是指全球上靜止海面的形狀。 2、什么是重力改正?常用的重力改正有哪幾種?每種改正的目的是什么? 我們需要逐項(xiàng)從測(cè)量值中扣除或補(bǔ)加這些因素的影響,這個(gè)計(jì)算過(guò)程就是重力改正。 重力改正主要包括高度改正、中間層改正、地形改正,有時(shí)還要用到緯度改正和均衡改正。 高度改正:將高程的影響去掉,因此,自由空間異常是反映地表和地下的物質(zhì)分布對(duì)重力的作用,應(yīng)用它可研究大地水準(zhǔn)面——地球形狀。 中間層校正:海平面以上的質(zhì)量用一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)水平板表示,厚度為測(cè)點(diǎn)到海平面的高度。 地形校正(TC):進(jìn)行地形改正,就是要把地面凸起部分刪去,把凹陷部分填平。無(wú)論是刪去還是填平,其結(jié)果都是使測(cè)點(diǎn)的重力值加大,所以地形改正只與高差的絕對(duì)值有關(guān)。 3、試述地球表面正常重力場(chǎng)的分布特征。 4、球體重力異常的曲線及分布特征 5、試述重力均衡的兩種基本假說(shuō)。根據(jù)這兩種假說(shuō),怎樣進(jìn)行重力的均衡校正? 一個(gè)是普拉特假說(shuō),一個(gè)是艾里假說(shuō) 普拉特認(rèn)為地殼底面的深度一致,但密度隨地面高度增加而減少; 艾里認(rèn)為地殼的密度一致,但底面深度隨地面高度增加而下降。 6、重力勘探的先決條件、有利條件。什么是重力的正反演。 正演問(wèn)題是根據(jù)模型以及相關(guān)的條件(初始條件、邊界條件)來(lái)得到場(chǎng)的異常的結(jié)果。而這些結(jié)果往往是可以由觀測(cè)而得到的。 反演問(wèn)題是根據(jù)實(shí)際觀測(cè)的地球物理場(chǎng)的觀測(cè)值解釋(定量或定性)出地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu),包括地質(zhì)體形態(tài)和巖層的物理性質(zhì) 。 7、固體潮是怎樣產(chǎn)生的?什么是引潮力和引潮位? 太陽(yáng)、月球引力作用于地球固體引起的形變。 引潮力: 產(chǎn)生地球潮汐的力稱為引潮力。 引潮位:地面上某一點(diǎn)的引潮位,等于天體對(duì)該點(diǎn)的引力位與該點(diǎn)繞月地質(zhì)心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力位之和。 第五章 地震波傳播與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1、 名詞解釋:應(yīng)力 應(yīng)變 切應(yīng)變 泊松比、楊氏模量。 應(yīng)力:應(yīng)力是彈性體受外力作用后其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生的一種阻礙彈性形變的內(nèi)力,其單位是Pa ( N/m 2 )。 應(yīng)變:彈性體受外力作用后,內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間有應(yīng)力產(chǎn)生,這種應(yīng)力引起彈性體的變形。 物體受切應(yīng)力作用后每一截面都會(huì)相互錯(cuò)動(dòng) (如同一疊卡片在最上一片施加一個(gè)緊貼卡片的力量,除最下面一片沒(méi)有移動(dòng)外,其余各片程度不等的移向一側(cè)),使得彈性體變化了角度φ。由于 f 很小 ,所以φ 角也很小,這一φ角是反映彈性體形狀變化的,稱之為切應(yīng)變。 E是楊氏模量。它表示彈性材料抵抗拉伸(或壓縮)的能力。 γ叫做泊松系數(shù),式中負(fù)號(hào)表示縱向應(yīng)變與橫向應(yīng)變方向相反,為保證γ為正而取的。 ? 切應(yīng)力與切應(yīng)變之間也滿足胡克定律: φ= τ/μ ? 其中μ 為切變模量,或叫做剛性系數(shù),它表示彈性體抵抗體積變形的能力。 2、 為什么說(shuō)一般材料容易發(fā)生扭曲破裂而不易發(fā)生壓縮破裂? ? 可以證明, 切變模量μ可以由楊氏模量E和泊松系數(shù)γ推導(dǎo)出來(lái),其關(guān)系為: μ=E/2(1+ γ) ? 因?yàn)棣?=0~0.5,故μ /E =0.5 ~0.3,即切變模量不足楊氏模量的一半。 ? 一般來(lái)說(shuō),介質(zhì)容易發(fā)生扭曲破裂,而不易發(fā)生壓縮破裂,其道理就在這里。 3、 掌握計(jì)算巖石縱波速與橫波速公式與方法。 4、 地震波有哪幾種? 簡(jiǎn)述它們的定義及特點(diǎn)。 地震縱波(Longitudinal or P Waves) 是地下巖石介質(zhì)受正應(yīng)力作用后膨脹或壓縮而產(chǎn)生的疏密波,用符號(hào)P表示, 意為“壓縮”(push) 或“初至”(primary),一般稱之為P波。P波的傳播方向與振動(dòng)方向一致 地震橫波(Shear or S Waves) 是地下巖石介質(zhì)受切應(yīng)力作用所產(chǎn)生的切變波,用符號(hào)S表示,意為“剪切” (shear)或“續(xù)至”(secondary),一般稱之為S波。S波傳播時(shí),其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向 5、 簡(jiǎn)述瑞利波和勒夫波的特征。 ? 瑞雷波是沿地球表面?zhèn)鞑サ牟?,它是P縱波和SV橫波沿界面?zhèn)鞑r(shí)相互疊加的結(jié)果。這種波的特點(diǎn)是: 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為逆進(jìn)橢圓,其長(zhǎng)軸垂直于地面, 其短軸與波的前進(jìn)方向一致;質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)振幅,從地面往下,按指數(shù)銳減 ? 瑞雷波具有的特點(diǎn) ? ①瑞雷波產(chǎn)生在介質(zhì)的自由表面; ? ②瑞雷波是一種橢圓極化波,其振動(dòng)方沿橢圓逆進(jìn)(在界面附近),當(dāng)離開(kāi)界面一定深度時(shí)為前進(jìn); ? ③瑞雷波的速度VR滿足VR- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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