《地球物理学导论》教学大纲(基地班)

《地球物理学导论》教学大纲（地质学专业，必修，72学时）一、教学思想根据教育部关于国家人才基地各类专业总的培养方向和目标，《地球物理学导论》（必修）课程教学的宗旨是使地质学基地的学生能够全面地了解和重点掌握各类地球物理理论与方法的基本原理、技术。

地球物理学是利用物理学的方法研究地球物理场的组成、空间结构及其时空分布规律，进而解决地质问题的间接方法。

因此，一方面要充分利用数理基础理论，深入理解地球物理场的实质；另一方面，培养综合应用地球物理资料解决地质问题的实际技能。

重点是综合分析地质地球物理资料基本素质的提高和创造性思维（以及个性化）的培养。

本课程在取材上，注意参考上世纪末本世纪初国内、外有关教材和文献，在适当兼顾应用地球物理学的前提下，重点是地球物理学基本理论的介绍，突出该部地球物理方法与技术在区域基础地质研究方面的应用。

比较全面地介绍重力学、地磁学、地电学、地震学（重点是地震勘探，天然地震做为基本了解）、地热学等学科的基本原理、资料处理和解释方法以及在地质学研究中的综合应用。

力求反映地球物理学各个领域的新理论、方法和前沿及新进展。

二．学时分配与授课方式1.学时分配本课程总计为72学时。

课堂讲授为74％～78％，实习占总学时的22％～26％，6学时/周，大约需要12周时间。

2.授课方式采用讲授、实习与习题、课堂讨论三大块有机结合。

（1）在教学内容的组织上，侧重于地球物理与地质紧密结合，尽可能避免冗长的数学理论推导，强调有关数学公式的物理意义。

为充分发挥学生的主观能动性，采用启发式课堂讲授和学生课外自学相结合方式。

在教学手段上，为了让学生做好笔记和有思考的余地，除保留必要的板书和推导外，凡能够用图形/表格表示的内容，均以多媒体组织课堂教学。

每次讲授新的内容之前，以提问方式复习前次课程的内容，一方面了解学生所掌握的状况，亦有利于使学生巩固所学内容。

大纲、教案、习题等均上网公布，供浏览学习。

（2）为配合课堂学习，深入掌握所学理论、概念，每次课后安排相应课外习题或思考题，一方面作为课堂讲授的补充，另一方面培养学生创造性思维和解决地质问题的实际动手能力。

同时，每章安排1-2次实习，除了培养学生对地球物理图形综合分析能力外，训练学生利用计算机完成部分定量处理和简单图形／图像显示及图形解析，达到深化对地球物理资料的理解，培养和提高学生的计算机应用水平目的。

（3）每章结束时提供1－2篇反映本章理论前沿进展的文章，供有兴趣的学生深入学习、参考。

在讲授、实习、学习参考文献等过程中，提出针对性的问题进行课堂讨论，以求深化认识，探索前沿领域。

对难度较大的习题和带有共同性的问题，安排一定的习题课和例题讲授，引导学生逐步深入学习。

三．考试方式1.平时（到课率，课堂纪律，平时作业与实习报告）成绩占20%;2.期末闭卷考试成绩占80%，其中基本概念、理论为70%，其余30%考察学生综合总结与分析、利用所学知识解决一定实际地质问题的能力。

3.采用考教分离方式，建立相关试题库，可随机抽取试题进行考试。

四．教学内容绪论重点介绍《地球物理学》的发展历史，所属科学范畴，与其它学科间的联系，特点（优势与限制），在实际地学问题的应用和有效途径。

第一章重力学本章重点：掌握地球重力场组成、空间结构，叠加异常的识别与划分方法。

重点是各种重力校正及其异常的地质地球物理意义，在深部地质与勘探中的应用，突出探讨卫星重力的地球动力学意义以及均衡作用的多尺度与多层次性！！！第一节地球重力场一、地球的重力场组成、空间结构及其关系的数学描述二、正常重力场及其水平梯度和垂直梯度三、地球内部重力场求取第二节重力观测方法简介一、重力测量（绝对、相对测量）原理、方法二、野外重力仪观测及其结果预处理第三节重力校正和重力异常一、高度、布格、均衡等校正意义与方法二、各类异常的定义、地质地球物理含义三、正常重力与重力异常的相对性第四节重力异常的推断解释一、地球物理资料推断解释的一般方法与步骤二、岩石密度参数、剩余密度、剩余质量概念与重力异常的关系三、简单形体的正、反演问题四、任意截面形状二、三度体正、反演计算，重力测深公式的广泛应用第五节重力异常的识别与划分一、决定重力异常特征的主要地质因素：区域异常与局部异常，不同深度，不同范围、不同规模与形体的异常叠加效应；地壳、岩石圈变化的反映；二、局部重力异常的识别与重力异常的划分方法三、位场的转换原理及其地质意义第六节重力异常的地质解释与应用实例一、异常特征描述：区域异常与局部异常特征，稳定区域与造山带异常特征，不同构造期不同方向异常叠加的先后关系的判断；断裂构造在重力场中的表现；二、卫星重力异常及其岩石圈构造意义探讨，以1-2篇前沿文章组织课堂讨论三、均衡理论与地壳上地幔结构，均衡作用的多尺度和多层次性，组织课堂讨论第二章地磁学本章重点：掌握地磁场的组成与空间结构、变化规律及其地球动力学意义，磁异常（地磁、航磁与卫星磁力）与重力异常剖面/平面特征的异同比较，推断解释的基本方法，特别是在解决区域地质和岩石圈上部（UpperLithosphere）的应用。

第一节地球的磁场一、地磁场的基本性质及地磁要素二、地磁场的组成及空间结构及其分部规律第二节基本磁场（内源场）一、地磁图（空间三分量、倾角与偏角）基本分布规律二、地心偶极子磁场空间分布及其梯度；三、随空间变化磁场（大陆磁场、西向漂移、磁极倒转）的地质含义四、地磁场随时间长期变化现象及其形成机制探讨五、正常磁场与磁异常第三节变化的磁场（外源场）一、平静变化起因二、干扰变化及其二重性：作为干扰被剔除，作为新场源勘探岩石圈内部结构第四节岩石的磁性一、物质的磁性分类，岩（矿）石的磁性特征：感磁与剩磁矢量合成二、岩石的剩余磁性类型：原、次生成因，三大岩类磁性特征三、古地磁学应用：古大陆重建、哑地层的划分、古瓷器考古第五节磁性体的磁场一、计算磁性体磁场的基本公式：面磁荷积分法、泊松公式（重磁场互算）二、规测形体磁异常正反演法与空间图形分布三、板状体的磁场计算：Za≈2πJ z的实用意义四、复杂条件下磁性体磁场的计算：几何图形离散剖分正、反演思路第六节磁异常资料的处理和反演一、实测磁异常资料的处理和转换分类（与重力类比）二、磁异常的反演第七节磁测资料的推断解释与应用一、磁异常地质解释的基本方法与步骤（思路）二、磁测资料（包括航空磁力、卫星磁力）在区域地质和深部地质地球物理调查中的应用举例（不同构造单元磁场特征、断裂与褶皱的磁异常表现）三、磁测资料在石油、天然气勘查中的应用四、磁测资料在固体矿产勘查中的应用第三章地电学本章重点：直流电流场的正常与异常空间分布特征比较，视电阻率概念及其影响因素，测深曲线的性质及各类图件的地质含义；大地电磁场的时/空特征，解释方法与直流电阻率测深类比，壳内和上地幔低阻层的地球动力学意义──岩石圈厚度与热构造活动信息。

第一节大地电场一、大地电场的分类及测量方法二、地电场的变化：日变化、地电微变化、地电湾扰和地电暴第二节有源直流电阻率法基本原理一、岩（矿）石的电阻率及其影响因素二、电阻率法测量原理三、视电阻率的概念及其影响因素第三节电阻率剖面法一、对称四极法、联合剖面法、中间梯度法原理，剖面曲线分析二、应用范围、条件第四节直流电阻率测深法一、水平电性层（2－3层）电测深曲线性质及特征分析二、水平电性层电测深曲线的定量解释（量板法、数字解释法与经验法）三、应用（地质构造、工程、水文与环境）第五节大地电磁测深法一、大地电磁测深法的场源及其性质二、平面电磁波特性及波阻抗计算三、大地电磁测深法的应用---以1-2篇文章组织课堂讨论（新进展）1.地壳上地幔结构研究2.岩石圈物质组成及热状态研究3.划分构造单元4.寻找隐伏构造5.圈定矿化远景区第四章地震学本章重点：地震波的射线性质，地球尤其是地壳/岩石圈的的波速结构极其探测方法，地震层析成象的构造/动力学意义；莫霍不连续面的性质、演化，探讨深层构造与浅层构造的相互制约/耦合关系。

第一节天然地震的分类及活动规律一、地震学基本名词与概念二、天然地震分类三、地震活动规律与板块构造第二节弹性波理论基础一、理想弹性介质及弹性模量二、地震波类型：体波、面波及其性质三、地震波的反射和透射四、影响岩石波速的因素第三节震相及走时方程一、近震震相及走时方程二、远震震相及走时表第四节地震波射线性质及地球内部波速的计算一、射线参数与斯奈尔定律二、射线走时数学描述：走时方程三、本多夫定律：射线参数与视速度的关系四、不同的速度（低速、高速）分布对射线形状及走时曲线形状的影响五、计算地球内部波速的有效方法：古登堡方法、赫格罗兹一维歇尔特积分法第五节用天然地震波研究地球内部结构一、用近震体波研究地球上地幔结构二、用远震体波获得地球内部速度结构三、地震层析成象四、面波与地壳上地幔结构五、地震波Q值与地壳上地幔结构第六节深部地壳和上地幔探测一、波速分布的确定：折射波法、陆壳反射地震法与深地震测深(DSS)二、深部界面的绘制第七节地壳上地幔结构----以1-2篇文章组织课堂讨论一、莫霍不连续面的性质分类：尖锐一级间断面、过渡层与组合薄层的动力学意义二、地壳分层结构----双层与三层模式三、地壳与上地幔低速层及其成因：大陆内部结构的多层性、层间活动性及非耦合性四、大陆与大洋地壳结构第八节地震成因与构造应力场一、地震成因分类二、震源机制与构造应力场第五章地震勘探本章重点：反射、折射波勘探法、共反射点水平叠加方法基本原理，动、静校正，时间剖面解释，各类速度的相互关系和在解释中的作用。

第一节人工地震探测基本方法一、反射波方法：形成条件、时距方程、视速度与界面深度求取，以及特点二、折射波方法：形成条件、时距方程、视速度与界面深度求取，以及特点三、共反射点水平叠加方法：原理，时距方程，静、动校正，视速度与界面深度求取，与共炮点时距曲线相比所具有的特点等第二节地震探测的野外工作方法一、测线布置原则与观测系统二、地震波的激发与接收（野外施工数据采集）第三节共反射点叠加资料处理与解释一、地震数据处理一般流程二、速度谱制作原理及其应用三、数字滤波原理与在地震处理中的重要作用四、时间剖面的制作过程、特点与对比五、时间剖面上地质现象的反射结构特征与解释六、各类速度及相互关系、DIX公式及其应用七、多波地震勘探简介（介绍一些最新进展）第六章地热学本章重点：地球的热结构与热状态，大地热流密度的获得与空间分布特点，热岩石圈构造的动力学意义探讨。

第一节基本概念一、地热学中常用的物理量二、岩石的热物理性质三、热的三种传递方式第二节地球的热结构与状态一、地球的热源与热损耗及热平衡二、地球的温度分布特点、反演方法第三节大地热流密度一、大地热流密度的测量方法、热流与年代、放射性物质产热率以及放射性物质分布模式间关系二、大地热流密度的分布特点：全球热流分布样式、板块边界热流分布，构造热活动强弱的热流特点，热能在深部的作用第四节地热测量的应用一、地热能勘探二、预测油气远景区三、勘探金属矿床四、预测矿山热害五、地球动力学探讨：岩石圈物质的流变学反演、热能在岩石圈拆沉、底侵、地幔柱等下地壳对流非稳定性演化中的作用（新进展）---以1-2篇文章组织课堂讨论主要参考文献1.史謌，2002，地球物理学基础，北京大学出版社2.郭俊义，2001，地球物理学基础，测绘出版社3.曾融生，1984，固体地球物理学导论，科学出版社4.傅承义，陈运泰，祁贵仲，1985，地球物理学基础，科学出版社5.力武常次，秋原幸男，1980，物理地学，地震出版社6.GEORGE D. GARLAND, 1979, INTRODUCTION TO GEOPHYSICS, W. B.SAUNDERS COMPANY.7.W·M·TELFORD,L·P·GELDART,R·E·SHERIFF & D·A·KEYS,1976,AppliedGeophysics,Cambridge University Press8.王家映，１９８８，地球物理学，中国地质大学出版社9.丁绪荣主编，１９８３，普通物探教程（重力及磁力），地质出版社10.丁绪荣主编，１９８３，普通物探教程（电法及放射性），地质出版社11.丁绪荣主编，１９８３，普通物探教程（地震附声波探测），地质出版社12.胡德昭，朱慧娟主编，１９９５，地球物理学原理及应用，南京大学出版社。