地磁学_14分解
1第一章 地球的磁场
31o 51' 31o 08' 62o18' 60o36' 58o 25' 53o12' 46o 48' 45o31' 46o 48' 41o 33' 43o55' 36o57' 70o14' 35o17' − 15o10' 30o37'
− 1o 25' − 1o03' − 9o55' − 8o58' − 7o49' − 5o10' − 4o02' − 4o40' − 4o12' − 3o02' − 4o09' − 2o50' − 10o57' − 2o41' 0o 25' − 2o33'
四、地磁场的结构与磁异常
（一）地磁场的构成 在地面上观测所得到的地磁场 T 是各种不同成分的磁场之总和。它们的场源分布有的 在地球内部，有的在地面之上的大气层中。按其来源和变化规律不同，可将地磁场分为两部 分：一是主要来源于固体地球内部的稳定磁场 Ts；二是主要起因于固体地球外部的变化磁
二、地磁图与地磁场分布的基本特征
(一)地磁测量和地磁图 地磁场是空间和时间的复杂函数，为了满足地面上定向、航空、航海、资源勘查以及地 磁学本身研究的需要，根据地磁测量的结果定期地编绘出相应的各种图件。完成地磁观测任 务的测点通常为两类:一类是连续地测定地磁要素绝对值及随时间变化场值，此类有固定的 测点，称为地磁台；另一类是野外测点，在这些测点上间断地测定地磁要素绝对值。由这两 类测点组成了某地区、某国家甚至全球范围的地磁测网。当进行全球性的研究时，不可忽略 超过陆地面积四分之三的海域地磁测量。为此，必须充分利用海洋磁测、航空磁测和卫星磁 测，它们可以在短时间内获得大面积或全球范围的磁场三分量（X、Y、Z)及其它地磁要素 的地磁资料。 地磁要素是随时空变化的，要了解其分布特征，必须把不同时刻所观测的数值都归算到 某一特定的日期，国际上将此日期一般选在 1 月 1 日零点零分，这个步骤称之为通化。将经 通化后的某一地磁要素值按各个测点的经纬度坐标标在地图上，再把数值相等的各点用光滑 的曲线连结起来，编绘成某个地磁要素的等值线图，便称为地磁图。 地磁图按要素 T、H、Z、X、Y、 D 及 I 可分别绘制出相应等值线图，按编图范围分 类，有世界地磁图和局部地磁图两种；世界地磁图表示地磁场在全球范围内的分布，通常每 五年编绘一次，图 1-1-2 至图 1-1-6 为 2010 年代的 D、I、H、Z 及 T 等要素的世界地磁图。 我国地磁图每十年编绘一次，自 1950 年至 2000 年已正式出版六期，2010 年地磁图也将正 式编制出版。 根据各地的地磁要素随时间变化的观测资料，还可求出相应要素在各地的年变化平均 值，称为地磁要素的年变率。同样可以编制出相应年代的要素年变率等值线图。这类图件一 般可以适用五年，与地磁图合用可以求得五年中某一年的地磁要素值。由于地磁场存在长期 变化，因此，在使用地磁图时必须注意出版的年代，及相应年代要素的年变率地磁图。 (二)地磁场随地理分布的基本特征 世界地磁图基本上反映了来自地球核部场源的各地磁要素随地理分布的基本特征。 图 1-1-2 是等偏线图。由图可见，等偏线是从一点出发汇聚于另一点的曲线族，明显地 分别汇聚在南、北两磁极区，在这两点上磁北方向可以从 0°变到 360°，即没有固定的磁 偏角。按磁偏角定义，同样在地理两极也是如此。因此，在南北两半球上磁偏角共有四个汇 聚点。全图有两条零偏线(D=0°)分布，将全球分为负偏角区(D<0°)和正偏角区(D>0°)两个 部分。 图 1-1-3 是等倾线图。由图可见，等倾线大致和纬度线平行分布。零倾线在地理赤道附 近，称为磁赤道，但不是一条直线。由磁赤道向北，磁倾角为正，在北极附近有一点(实际 上是一个小区域)I=90°,称为北磁极。磁赤道以南，磁倾角为负，有类似的变化特征，有一个 南磁极。磁南北两极的位置也随时间变化。2010 年两磁极位置是：北磁极为 76°1’N，100°W， 南磁极是 65°8’S，139°E。它们在地球表面上的位置也不是对称的。
地磁学教学课件
在场源不变的 情况下，对于确定的点和 时刻，磁场的磁感应强度和磁位取定值; 在不同位置或不同时刻磁场的磁感应强 度和磁位取不同的值。
人们把不随时间变化，或变化非常缓慢 的磁场叫做静磁场或稳定磁场;
把不随空间位置变化的磁场叫做均匀磁 场。
2、磁感应强度 描述磁场的最基本的物理量是磁感应强
f qvB
式中，q为正电荷的带电量，v为电荷的 运动速度；f、v、B三者之间的方向关系， 遵守右手螺旋定则。
一个速度为v(v＜＜C，C为光速)的匀速 运动电荷q所激发的磁场可由下式确定:
B 0 qvr 4 r3
上式中r为电荷所在点至P点的距离(矢量).
与电场中的电力线类似，常采用磁感应线 (简 称磁力线)来形象地描绘磁场的空间分布。
§1 磁场的基础知识 一、磁场、磁感应强度与磁场强度
1、磁场 磁性：物质能够吸引铁的属性叫做磁性。
磁场：我们把存在着磁力作用的空间区域叫做 磁场。
场是一种看不见、摸不着的特殊的物质，但它 具有动量、能量和质量，其动量、能量和质量 都能够被检测出来。
对于场的物质性的认识，乃是物理学史上的一 块划时代的里程碑。
磁极之间的作用力(力与磁极强度乘积成 正比，与磁极间距离的平方成反比。用 公式表示其模值为:
f qm qm1
4 0r 2
而真空中点磁极的磁场强度F定义为: 单位正试验磁极在该点所受的力。其大小和方
向：
F f qm r
qm1 40r3
应该注意，磁场强度F与磁感应强度B这两个 物理量之间既有联系，又有差别。
地磁学
地球的电磁现象是重要的地球物理现象之一，它 可以反映上至太阳活动、行星际空间、磁层、电 离层，下至地壳、地慢、地核中发生的与电磁过 程有关的各种物理过程。
物理地磁知识点总结归纳
物理地磁知识点总结归纳1. 地球磁场的基本特征地球磁场是指地球周围存在的一种特殊的磁场，它具有以下几个基本特征：(1) 磁场的三维分布不均匀，呈现出复杂的结构；(2) 在地球表面上，磁场的强度和方向均有明显的地域性差异，这种差异称为地磁畸变；(3) 在地球的内部，磁场的强弱和方向可能会发生变化，这种变化称为地磁异常。
2. 地球磁场的产生地球磁场的产生主要是由地球内部的磁性物质运动产生的。
地球内部的核物质在地球自转的作用下形成了涡流，这种涡流产生的磁场叫做地球自发磁场。
除此之外，地球的地壳中也存在一些磁性矿物，它们的磁性使得地壳中也存在磁场。
地球自发磁场和地壳磁场共同作用形成了地球总磁场。
3. 地球磁场的变化地球磁场存在着一些周期性的变化，其中最重要的是地球磁极的漂移和磁场强度的变化。
(1) 地球磁极的漂移是指地球磁场的地理北极和地理南极位置会随时间而发生变化。
这种漂移是非常缓慢的，大约每一两百万年才会发生一次翻转。
地球磁极的漂移对导航定位和航天探测等有重要影响。
(2) 地球磁场的强度也会随时间而变化，这种变化是不规则的，在一定时间内，地球磁场的强度可能会有显著的增弱或增强。
地球磁场的强度变化会对地球内部活动和生物生态系统产生一定影响。
4. 地球磁场的应用地球磁场具有重要的应用价值，主要可以体现在以下几个方面：(1) 导航定位：地球磁场可以作为地面、航空、航天导航定位的重要参考依据。
利用地球磁场的性质，可以确定地理方向和定位坐标。
(2) 矿产资源勘探：地球磁场对地壳中的磁性矿物产生显著的影响，利用地球磁场的变化可以寻找地下的磁性矿产资源。
(3) 环境监测：地球磁场的变化还可以用来监测大气活动、地壳活动，以及太阳和地球磁层相互作用的情况，对于环境监测和预警具有一定作用。
5. 地球磁场的研究方法地球磁场研究的方法主要包括实地观测和实验室研究两种。
(1) 实地观测：包括对地球磁场强度、方向、地磁异常和地磁畸变等进行实地观测，通常采用磁力计、地磁测量仪、磁性测量仪等设备进行观测。
磁场磁感线地磁场分解课件
地磁场的分布规律
磁场变化
地磁场在地球表面不同区域存在变化，包括磁场强度和方向 的改变。
磁偏角和磁倾角
地磁场的磁偏角和磁倾角随地理位置而异，反映了地球磁场 的不均匀性。
地磁场对地球的影响
生物导航
许多动物依赖地磁场进行迁徙和导航， 如鸟类和某些海洋生物。
电磁感应
地磁场与雷电、电流等电磁现象相互 作用，产生电磁感应现象。
磁感线的定义与特性
磁感线：是描述磁场分布和方向的闭合 曲线，在磁感线上标有箭头表示磁场方向。
3. 磁感线的疏密程度表示磁场强弱。
2. 磁感线不会相交，否则会造成磁场方 向的不确定；
磁感线具有以下特性 1. 磁感线是闭合曲线，无头无尾；
磁场与磁感线的物理意义
磁场是客观存在的物理场，具有传递 磁力作用的特性；
详细描述
指南针的指针（通常是指南针的红色部分）是磁铁，可以感应地球的磁场。当地球磁场作用在指南针指针上时， 会产生指向地球磁北极的力。因此，无论你身处地球何处，只要将指南针平放，红色指针就会指向地球的磁北极， 也就是北方。
磁悬浮列车的工作原理
总结词
磁悬浮列车是利用磁场和磁感线的相互 作用实现列车悬浮和导向的交通工具。
VS
详细描述
磁悬浮列车通过强大的电磁铁产生磁场， 这些磁场与轨道上的磁感线相互作用，使 列车悬浮在轨道上方一定距离内。同时， 磁场和磁感线的相互作用还为列车提供导 向，使列车能够沿着轨道稳定行驶。由于 没有直接的机械接触，磁悬浮列车具有高 速、低噪音、低维护等优点。
磁场在地质勘查中的应用
总结词
磁场和磁感线可以用于地质勘查，帮助探测地球的岩石和矿产资源。
强度定义
地磁场的强度是指地球磁 场在某一位置的矢量大小， 反映了磁场的力量。
磁场磁感线地磁场分解课件
定义
地磁场是指地球周围空间存在的 磁场，由地球内部的铁、镍等金 属元素产生。
特性
地磁场具有方向性和磁力线分布， 其强度和方向在地球表面和空间 中都有变化。
地磁场的构成与分布
构成
地磁场由主磁场、地壳磁场和变化磁 场三部分组成。
分布
地磁场的磁力线从地球南极附近流出， 进入北极附近，形成闭合的磁力线。
地磁场对地球的影响
部磁场扰动等。这些因素通过影响地磁场的变化，进一步影响磁感线的
分布和变化规律。
PART 05
地磁场与人类生活的关系
地磁场对地球生物的影响
生物迁徙
许多动物，如鸟类和鱼类，依赖地磁场进行长距 离迁徙，以寻找食物、繁殖或避难所。
生物行为
地磁场影响许多生物的行为，如蜜蜂利用地磁场 帮助它们找到花蜜来源。
保护作用
地磁场能够屏蔽太阳风等 宇宙射线的直接照射，保 护地球生命免受辐射伤害。
导航作用
地磁场对生物迁徙和人类 航海、航空等导航有重要 作用。
科学研究
地磁场是地球科学和物理 学研究的重要领域，有助 于深入了解地球内部结构 和地球磁场的变化规律。
PART 03
地磁场的分解
地磁场的方向分解
北向分量
表示地磁场在垂直方向上的分量， 其方向指向地理北极。
以确定航向和位置。
磁感线在地磁场中的变化规律
01
随时间变化
地球磁场是一个动态变化的场，因此磁感线也会随时间发生变化。这种
变化表现为地磁场的长期变化和周期性变化。
02
随地理位置变化
不同地理位置上的磁感线分布存在差异，表现出地磁场的空间变化。这
种变化表现为地磁场的不均匀性和局部异常。
03
物理九年级第十四章《磁现象》教学教案(北师大版)
一、简单磁现象教学目标知识与技能1．知道一些简单的磁现象。
2．知道磁体、磁极、磁化、磁性材料等概念。
3．了解磁性材料在实际中的应用。
过程与方法1．感知磁体的性质，通过观察实验现象认识磁极、磁体的指向性和吸铁性。
2．体会运用实验来研究、感知物理问题的方法。
情感、态度与价值观1．通过了解我国古代对磁的研究方面取得的成就，增强学生的爱国热情。
2．体验探索科学的乐趣，养成主动与他人交流合作的精神。
教学重点磁体的含义和性质；磁化过程和永磁体；磁性材料的分类。
教学难点磁体两极的含义、磁化、硬磁材料和软磁材料的区别。
教具准备小磁针、条形磁体、蹄形磁体、铁屑、铁片、各种硬币、钢条、环形磁体、多媒体课件等。
教学过程新课引入情境1：播放极光图片。
提问：美丽的极光现象与什么有关？引出极光与磁有关。
今天开始我们走进磁的世界，我们一起来学习“第十四章磁现象”。
情境2：魔术——听话的小针(手里偷偷地攥一块磁铁，用它来操控桌面上的磁针)。
提问：为什么我可以操控它？(手中磁铁的作用)点题：通过接下来的学习，我们会有进一步的认识，这节课我们来学习简单磁现象。
知识点一简单的磁现象让学生自己动手实验，根据现象归纳并回答老师的问题。
探究1：磁铁只能吸引铁吗？还能吸引其他物质吗？(说明操作过程，学生实验并观察现象，说出自己的认识)分析总结：(1)磁性：能吸引铁、钴、镍等物质的性质。
(2)磁体：具有磁性的物体。
探究2：磁体上什么地方磁性最强？什么地方最弱？(说明操作过程，观察到的现象以及认识)分析总结：磁体两端的磁性最强，叫作磁极。
探究3：如果磁体被分割成两段或几段后，每一段磁体上是否仍然有N极和S极？(说明操作及理由)分析总结：断了的磁体又会形成新的磁体，仍然有两极。
探究4：将小磁针放在针尖上，用手拨动小磁针，观察静止时的指向。
(说明操作过程，观察到的现象以及认识)注意：(1)不要让磁体靠近它。
(2)观察其他同学小磁针的指向。
分析总结：小磁针静止后的位置总是指向南北方向，小磁针指向北面的一端叫北极(N 极)，指向南面的一端叫南极(S极)。
物理地磁知识点总结
物理地磁知识点总结地磁学知识点总结1. 地球磁场的产生机制地球磁场是地球内部磁性物质运动所产生的结果。
地球内部存在一个由液态铁合金构成的外核，外核的流动运动导致了地球磁场的产生。
具体来说，地球内核的自转和对流运动产生了一个巨大的磁场，这个磁场与地球表面的磁性物质相互作用，形成了地球的磁场。
地球的自转和外核的对流运动是维持地球磁场的主要机制。
2. 地球磁场的性质地球磁场具有磁场方向、强度和倾角等性质。
地球磁场的磁场方向是指地磁场的方向，即地球某一点上的磁力线的方向。
通常情况下，地球磁场的方向是从地球南极指向地球北极。
地球磁场的强度是指地磁场的大小，通常用高斯（G）或特斯拉（T）作为单位来表示。
地球磁场的倾角是指地磁场线与地球水平面的夹角，它随着地理纬度的变化而变化。
3. 地磁场的测量方法地磁场的测量方法有地面测量和空中测量两种。
地面测量是指在地面上进行的地磁场测量，它通常使用磁通门、磁针和地磁仪等装置来测量地磁场的强度和方向。
空中测量是指在空中进行的地磁场测量，它通常使用飞机、卫星等载具来进行地磁场的测量。
地磁场的测量可以帮助科学家们了解地球磁场的性质和变化规律，为地球科学研究提供重要的数据支持。
4. 地球磁极漂移和磁场翻转地球磁极漂移是指地球磁极位置的变化。
地球磁极并不是固定不变的，它会随着时间的推移发生位置的漂移。
地球磁极漂移是地球磁场的一个重要特征，它可以帮助科学家们了解地球内部的物质运动和地球磁场的演变历史。
另外，地球磁场还会发生磁场翻转，即地球磁场的磁极位置发生颠倒。
地球磁场的翻转是地质历史中的一个重大事件，它对地球环境和生物演化产生了重要影响。
5. 地球磁场对人类的影响地球磁场对人类有着重要的影响。
首先，地球磁场可以保护地球上的生物免受太阳风的侵害。
太阳风中带有高能粒子，如果没有地球磁场的保护，这些粒子将对地球上的生物和电子设备产生严重的危害。
其次，地球磁场还对人类的导航和定位具有重要意义。
《地磁学》讲义教案.docx
地磁场定义：研究磁场的时间变化、空间分布、起源及其规律的学科。
固体地球物理学的一个分支。
地球周围存在磁场，简称地磁场。
地球可视为一个磁偶极，其屮-•极位在地理北极附近，另一极位在地理南极附近。
通过这两个磁极的假想肓线（磁轴）与地球的自转轴大约成11.5度的倾斜。
以前的单位是伽马（=10儿9T=lnT）,现在的单位是特斯拉（=10000 高斯）。
地磁学的研究意义：1,资源、能源勘探2,地质构造运动、地球内部结构与地球动力学3,预防和减轻灾害（地震、火山、滑坡、环境电磁污染等）4,考古5,军事、航空与航天、航海、通讯等：行军、航海利用地磁场对指南针的作用來定向。
地磁场的变化能影响无线电波的传播。
当地磁场受到太阳黑子活动而发牛强烈扰动时, 远距离通讯将受到严重影响，其至中断。
假如没冇地磁场，从太阳发出的强大的带电粒了流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。
在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样了，生命将无法存在。
所以地磁场这顶“保护伞〃对我们來说至关重要。
地磁场的基本属性：1、磁场的基木参数是介质磁化率。
2、磁场是一个欠量场。
3、地磁场比较复杂，因为：磁场向量通常不是垂直方向磁场随时间变化快地磁场是非常弱的磁场。
地球磁场的地磁极与磁极：地磁极：地磁轴为地球表面的交点，其连线一定通过地心。
磁极（磁倾极）：山实测结果得到，即地磁图中倾角为90度而等偏线汇聚的两个，其连线不一定通过地心描述地球磁场空间变化的形式：1＞数据表测点坐标、测虽:时间、地磁耍素的数值、通化值2、地磁图：特定时刻各个地磁要素在地面上的分布图3、2000.0年地磁图：将各个地磁要素通化为2000年1刀1日0时0分的数值4、2000年地磁图：将各个地磁要素通化为2000年7月1日0时0分的数值5、在现代的地磁场观测屮，地磁台一般只记录H, D, Z或X, Y, Z地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。
地磁学分解
03 国际地磁参考场
03 国际地磁参考场
IGRF模型从建立到最后确定需要一段时间，如 果使用后来出现的新数据来修正以前的IGRF模 型，得到的模型称为国际地磁正式参考场（Ddefinite Geomagnetic Reference Field （DGRF））。 其他年份的高斯系数，由相邻两个模型经线性 内插得到，或者由IGRF提供的年变率计算得出。
03 地磁图
03 地磁图
特点：数值从磁赤道到两极逐渐减小，明显存在几个封闭曲线区域，代表局 部的高强度中心。
03 地磁图
03 地磁图
03 地磁图
2010.0年中国及邻区地磁场 （陈斌等，2016）
03 地心偶极子场
磁标势的多极子展开式：如果在地心处放置一个磁偶极子，它所 激发的磁标势正好是n=1的三项；如果在地心放置一个磁四极子， 则它的磁标势为n=2的五项；以此类推，如果在地心处放置一个磁
极子，则它的磁标势为n=N的（2N+1）项球谐项。 因此，任何一个复杂的磁场可以看成是一系列磁多极子的叠加。
但这仅仅是形式上的，并没有真实的场源意义！！！
03 地心偶极子场
03 地心偶极子场
远大于其他阶高斯系数，与它们相应的磁场约占地磁场总 量的80-85%。 在这三项中， 项比其它2项大5-10倍。通常将 项代表的地磁 场称为轴向地心偶极子场，“轴”指的是地球的自转轴。
地磁场在近地空间中的主要形态为地 心偶极子场。
03 地心偶极子（centered dipole）
03 地磁场的构成
随时间作缓慢变化或基本不变的稳定磁场成分， 绝大部分起源于地球内部。
地球磁场
地磁场对生物活动的影响 像海龟、鲸鱼、候鸟等众多迁徙动物均能走南闯北， 像海龟、鲸鱼、候鸟等众多迁徙动物均能走南闯北，每年 可旅行几千公里，中途往往还要经过汪洋大海， 可旅行几千公里，中途往往还要经过汪洋大海，但是还能 测定精确的位置。科学家们发现， 测定精确的位置。科学家们发现，这些生物大脑内有磁性 物质， 物质，能通过地球磁场和太阳及其他星体的位置来辨别方 但对于迁徙中的海龟来说，仅有“方向感”是不够的， 向。但对于迁徙中的海龟来说，仅有“方向感”是不够的， 它们可能还有一张“地图” 用于明确自己的地理位置， 它们可能还有一张“地图”，用于明确自己的地理位置， 最终到达某个特定的目的地。 最终到达某个特定的目的地。美国北卡罗来纳大学查珀尔 希尔分校的肯洛曼研究小组发现， 希尔分校的肯洛曼研究小组发现，绿海龟对不同地理位置 间的地磁场强度、方向的差别十分“敏感” 间的地磁场强度、方向的差别十分“敏感”，它们能通过 地磁场为自己绘制一张地图。 地磁场为自己绘制一张地图。 信鸽能在遥远的地方飞回而不迷失方向， 信鸽能在遥远的地方飞回而不迷失方向，也是由于地磁的 帮助
地磁场曾经多次翻转
科学家们通过对海底熔岩的研究发现， 科学家们通过对海底熔岩的研究发现，地球的磁场曾经发生 过多次翻转。火上爆发产生炽热的岩浆 岩浆中含有数以万计的矿物 过多次翻转。火上爆发产生炽热的岩浆中含有数以万计的矿物 就好像一个个“小指南针” 当岩浆冷却下来后， 质，就好像一个个“小指南针”。当岩浆冷却下来后，这些 指南针”也被固定住不再发生变化。这样， 南北极” “指南针”也被固定住不再发生变化。这样，其“南北极”的 指向就记录了当时地球磁场的方向。研究表明， 指向就记录了当时地球磁场的方向。研究表明，地球磁场平均 万年翻转一次， 万年前。 每50万年翻转一次，而最近一次的翻转发生在 万年前。 万年翻转一次 而最近一次的翻转发生在78万年前 最近150年，地磁场正在持续的衰减，地球磁场将在下个千 最近 年 地磁场正在持续的衰减， 年的某些时候彻底消失。 年的某些时候彻底消失。 科学家指出，存在于地核周围的铁流体（熔融体） 科学家指出，存在于地核周围的铁流体（熔融体）好像一 发动机” 不停地将巨大的机械能转化成为电磁能， 部“发动机”，不停地将巨大的机械能转化成为电磁能，从而 形成了地磁场。而铁流体有时会形成巨大的漩涡， 形成了地磁场。而铁流体有时会形成巨大的漩涡，迫使自己的 流向发生变化，这就引起了地球磁场的改变。 流向发生变化，这就引起了地球磁场的改变。地磁场的两极倒 转是一个极其漫长的过程，大约需要 年才能完成。 转是一个极其漫长的过程，大约需要5000到7000年才能完成。 到 年才能完成
地球科学概论 第14讲 地幔外核和内核
1 地球内部圈层结构
当µ=0,Vs=0，即S波不能通过液体。 地震波在介质突变界面将发生反射和折射，这种界 面称为波速的不连续面。
地震波总是沿着弯曲的路径传播—最短时间原理 （最经济原理；费马原理）
地震波波速和传播方向的变化是地球内部圈层划分 的基本依据。
1 地球内部圈层结构
地 球 内 部 的 密 度 分 布 状 况
一级圈层：三个
地壳（Crust） 地幔（Mantle） 地核（Core）
莫霍面 古登堡面
1 地球内部圈层结构
二级圈层：七个
从地表向地球深部依次为
A（地壳）； B，C，D（地幔）； 以及 E，F 和 G 层（地核）。
三级分层：11个
大陆地壳还可再分为上、下地壳两层，即Ａ１和Ａ２； 在地幔的B层中则包括三个三级分层：B1、B2（为地震波 低速层，推断为熔融状态，故也称软流圈）和 B3； C层 D层中包含两个三级分层，它们依次称作 D′和 D″层。 E,F,G层
第 14 讲
地幔、外核和内核
申文斌 徐新禹 霍学深 金涛勇 2015年4月6-13日
1
提纲
地球内部圈层结构 地球内部主要物理性质 地球内部各圈层的物质组成及物理状态 地球不同圈层的相互作用
2
1 地球内部圈层结构
（1）划分依据
A. 人类可以直接观察到的地下深度十分有限。世界 上最深的矿井仅4~5km，最深的钻井不过12.5km。火山 喷出来的岩浆，最深也只能带出地下几十到200km左右 的物质。
B. 天然和人工地震是“透视”地球内部的主要工具 。
1 地球内部圈层结构
地震波是照亮地 球内部的“明灯”
1 地球内部圈层结构
地震波传播速度与介质的密度和弹性参数有以 下关系：
地磁学
答
12.反演解释中存在哪些主要问题
答 a场源物性参数ude不均匀性问题 由于地质地球物理和地球化学条件得差异，不仅不同地质体得物性参数不同，而且同一地质体得不同部分物性参数也是可能不同，所谓物性参数得不均匀性是后者b反演得多解性问题 如果不改变阴历等位面内物质得总质量，而重新分布其密度，只要保持元等位面得形状和数值不遍，则密度得重新分布不改变等位面上及其外部得引力场得分布。等效性决定了未尝反演得非唯一性或多解性。另外实际得重磁异常都有观测误差和计算误差，误差也会造成反演结果得多解。
18
5。频率域与空间域异常转换相比有何优点？
答 a频连续惊醒多种异常处理转换b计算速度快c无边缘损失 但波数域处理转换得运算次数多，每个计算步骤都会产生一定得计算误差，截断误差影响较大。
6.何谓磁异常得定性饥饿时和定量解释。
答 性 一是初步判断引起异常得地质原因二是大致判断地质体得形状惨状和范围 量在定性解释得基础上进行，结果有往往可以补充初步定性解释结果。定性和定量解释间并没有严格得界限 是相辅相成得
7.地球表面上任意一点得地磁场 有哪几部分组成
答 T=TTTTTT 地心偶极子场 非偶极子场 起源于地球外部得稳定磁场 总磁异常矢量 地磁场随时间变化得成分
8.简述中磁异常反演得多解性
答 a位场得等效性决定了未尝的反演得非唯一性多解性即中磁异常是多个变量得函数，其中有些变量是以组合形式得b实际得中磁异常都有一定得观测误差和整理计算误差，误差也会照成反演结果得多解
17.复杂条件下得规则地质体：把起伏地形条件下，物性参数不均匀 多个任意形状地质体等组合叫
18。正演：已知磁性体计算其磁场分布，
地磁
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 地球磁场的基本概念 基本磁场 变化磁场(δBT) 磁异常(Ba)观测 磁性体的磁异常 磁异常资料的处理与反演 磁异常资料的应用
§1
地球磁场的基本概念
1.1 磁场基本物理量
磁感应强度 B ： 磁场强度 H ： 磁化强度 M ： T、nT A/M A/M
地幔转动引起的。
§2
基本磁场
4) 近代地磁场长期变化的六个特征
（1）偶极子磁矩每年以0.05% 的速率衰减； （2）偶极子场以每年0.05°的速率沿经度方向向西移动； （3）偶极子场以每年0.02°的速率沿纬度方向向北移动； （4）非偶极子场以每年0.2°的速率沿经度方向西向漂移； （5）非偶极子场以每年10nT量级的速率增减；
0 m X H cos 3 4 R 0 m Z sin 3 2 R
Z tgI 2tg 2ctg H
o
x (地理北） X
D I
H (地磁北） Y y（东）
BT
Z z（向下）
I — 磁倾角， φ— 地理纬度
—古地磁研究基本公式
§2
基本磁场
3) 赤道与两极磁场的大小 （1）赤道处： H = μ0m /4πR3 θ＝90°（φ＝0 °） Z=0 BT赤道 = H
世界地磁场垂直强度等值线图 （1990. 0年）年）
§2
基本磁场
世界地磁场总强度等值线图
§2
基本磁场
2. 中国地磁图
§2
基本磁场
§2
基本磁场
3. 非偶极磁场等值线图
非偶极子场 围绕几个中心分 布 强异常可达 地磁场平均强度 的30％～35％
弱异常只有 地磁场平均强度 的 6％
关于地磁的知识点总结
关于地磁的知识点总结1. 地磁的产生机制地球内部的地幔和外核是由铁和镍等金属组成的，这些金属在地球自转的作用下形成了类似于旋涡的流动状态。
这一流动状态产生了电流，电流又产生了磁场。
这就是地球的内蕴磁场产生的基本机制。
另外，地球外部的太阳风也会不断地作用于地球的磁场，这也是地球磁场的一个重要原因。
太阳风是从太阳的顶部喷发出的高速带电粒子流，它们穿透了太阳的日冕层，到了这里就成了太阳极冠。
2. 地磁场的性质地球磁场是一种矢量场，具有方向和大小。
通常用磁场强度和磁场倾角来描述地球磁场的性质。
磁场强度是指磁感应强度的大小，通常用特斯拉（T）为单位来表示。
磁场倾角是指地磁线与地球表面法线的夹角，它随着地理位置的不同而有所不同。
地球磁场具有一定的地理分布规律。
磁场强度在赤道附近比较弱，在两极附近比较强。
而磁场倾角在赤道附近比较小，在两极附近比较大。
这种变化规律反映了地球磁场的分布特点。
3. 地磁场的变化地磁场是一个动态的系统，它会随着时间的推移而发生一些变化。
地球磁场的变化通常有磁极漂移和磁场翻转两种情况。
磁极漂移是指地球的磁南极或磁北极的位置在地球表面上发生变化的现象。
磁极漂移是由地球内部的物理现象引起的，它会引起地球磁场的变化，对地球的气候和地质环境都会产生影响。
磁场翻转是指地球磁场的极性发生改变的现象。
地球的磁场极性并不是一成不变的，而是经常发生变化的。
根据地球的古磁场记录，地球的磁极翻转周期大约是50万年左右。
磁场翻转会对地球的生物和气候产生重要影响，因此对于地球磁场的研究具有重要的科学意义。
4. 地磁场的应用地磁场对于地球和人类有着重要的应用价值。
它可以作为导航的基础，帮助人们确定方向和位置。
在航空航天领域，地磁场也可以用来辅助导航和定位。
地磁场还可以用来研究地球内部的结构和地壳运动的情况。
因此地磁场的应用范围非常广泛。
总的来说，地磁场是地球的重要组成部分，它对于地球和人类有着重要的意义。
地磁的产生和变化是一个复杂的过程，涉及到地球的内部物理现象、地球自转和地球大气层的影响等多种因素。
地磁学(地球物理)
地球磁层从地面上空 50 公里处（相当于电离层区域），一直扩展到很远的边界，直到行 星际空间，这个边界叫磁层顶。
五、古地磁在地质学方面的应用
古地磁极移和地磁极性倒转是古地磁学的两大研 究成果。
1、古地磁学如何证明大陆漂移学说
地磁场的短期变化比较复杂，种类多，各种变化具 有不同的形态和空间分布特征，且通常彼此叠加。 所以，地磁场的短期变化有时平缓，有时剧烈，形 成复杂的扰动。
地球的大气圈
地球的大气圈可分为 对流层、平流层、中 间层、电离层和逃逸 层。
电离层：大约85公里到500公里 ； 50～1000公里的范围； 这一层里的氧原子和氮原子 处于电离状态。
岩浆于大洋中脊轴部的裂隙出涌出
地壳往两边扩张，越往两边，年代越久远
瓦因-马修斯模型反映出如下的磁异常特征： ① 正、反向磁化交替的洋壳块体产生对称于洋脊扩张轴的 条带状磁异常。正向磁化的地块加强了那里的磁场强度， 产生正异常；反向磁化的地块则抵消了一部分磁场强度， 产生负异常。 ② 单个磁异常的形态和大小与地壳中相应磁化块体的宽度 有关。而宽度又取决于地磁场某极性期的持续时间和海底 扩张速率。 ③ 在大洋盆地的不同地区，同一时期海底扩张所产生的条 带状磁异常具有相似性，因此可以鉴别在不同的地区发生 于同一时期的磁异常。
地球高层大气的分子和原子，在太阳紫外线、 Χ射线和高能粒子的作用下电离，产生自由电 子和正、负离子，形成等离子体区域即电离 层。电离层从宏观上呈现中性。
中间层
地球大气的一个电离区域，高度范围大约在60～1000 公里。由于太阳紫外线、X射线和高能粒子等的作用，60 公里以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的 状态。磁层是完全电离的大气区域，而电离层是部分电离 的大气区域。 在电离层中，含有足够多的自由电子，能显著地影响 无线电波的传播。同时，这部分大气相对稠密，没有完全 电离，带电粒子和中性分子的碰撞频繁，因而电子运动仍 在很大程度上受这种碰撞的控制或影响。
九年级物理全册14
二、 磁场
试验2: 将小磁针放在磁体周围不一样位置，试画出磁针N极指向， 如图(b)所表示。 试验3：将铁屑均匀地撒在玻璃板上，再将玻璃板放置在条形磁体 上方，然后轻轻敲打玻璃板，观察铁屑分布如图(c)所表示。我们 发觉铁屑有规律地分布，这又是为何呢？
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二、 磁场
总结1: 分析以上试验可知，磁体周围存在着一个我们看不见、摸 不着物质，人们把这种物质称为_____磁__场__。 总结2: 磁体周围存在磁场，__磁__场__对_放__入_其__中__磁_体__含_有__作_用__力______， 这是磁场基本性质。
学点2 磁感线
阅读教材P141，完成以下填空: 。 问题1: 磁感线定义: 为了方便、形象地描述磁场，人们用一些 ___带_箭__头_曲__线______将小磁针排列情况表示出来，这么曲线叫作 ___磁_感__线___ 。
[说明] 磁感线是人们为了描述磁场一些特征和性质而人为引入一 些假想曲线, 磁感线不是客观存在, 这种方法叫模型法。
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二、 磁场
4. 如图26－1所表示，磁体周围磁场分布正确是( B )
图26－1
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二、 磁场
5. 小磁针静止时，N极指北，S极指南，但又不是正北正南，这 一现象说明( B ) A. 这个指南针坏了 B. 地磁两极与地理两极并不重合 C. 地磁N极在地理北极附近D.地磁S极在地理南极附近
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二、 磁场
2. 磁场基本性质是指( D) A. 能使放入其中小磁针发生偏转 B. 能够吸引铁、钴、镍等磁性材料 C. 能够产生磁感线 D. 能够对放入其中磁体产生作用力
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二、 磁场
3. 以下说法中正确是( C) A. 磁感线是磁场中真实存在一些曲线，还可经过试验来模拟 B. 磁体周围磁感线从磁体S极出来，回到磁体N极，组成闭合曲 线 C. 磁感线上某一点切线方向与放在该点小磁针静止时S极所指 方向相反 D. 磁感线分布越密地方，磁场越弱
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在逐步退磁的过程中，样品中稳定性低的磁成分首先 被退掉，而留下的不易被退磁的成分即被认为主要代 表着原生剩磁。
不过在某些情况下，也可以利用粘滞剩磁与时 间的关系（强度与时间的对数成正比），通过 测定粘滞剩磁大小来推断岩石的年龄。
05
剩磁的稳定性
剩磁的稳定性，包含两方面的含义 （一）矿物获得剩磁后，其强度不容易随时间 的推移而自发地衰减； （二）不容易被后来的外磁场所改变。
通常用弛豫时间的长短和矫顽力的大小作为剩 磁稳定性的量度。弛豫时间越长，矫顽力越大， 意味着剩磁稳定性越高。
测量岩石样品的剩余磁化强度
一般步骤
（1）野外采集定向岩石标本，在实验室中将标本加 工成适合于仪器测量的小立方体或圆柱体样品；
（2）用仪器测量样品剩余磁化强度的三分量，在测 量的过程中伴随着磁清洗工作；
（3）统计整理所测数据，根据测量结果导出合适的 结论。
05
剩磁测量与稳定性检验
磁清洗
原生剩磁：岩石在形成时期在地磁场作用下获得的剩 磁。如火成岩获得的热剩磁、红层获得的化学剩磁， 沉积岩获得的沉积剩磁等。 次生剩磁：在岩石生成以后的漫长地质年代中获得的 重新磁化成分。如在地磁场长期作用下获得粘滞剩磁， 在雷击、挤压、局部升温过程中获得等温剩磁、压力 剩磁、低温热剩磁等。
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岩石天然剩余磁化强度
部分热剩磁的叠加定律（泰利埃定律） 实验表明，任一温度区间的部分热剩磁的大小 和方向，仅与该温度区间的外磁场有关，而与 其他温度区间的外磁场无关。 实验还表明，矿物从居里点温度一直冷却到室 温时所获得的总热剩磁等于各温度区间的部分 热剩磁之和。它是由泰利埃（E.Thellier）通 过实验所确定的。
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岩石天然剩余磁化强度
热剩磁是古地磁研究的主要对象？
热剩磁强度的方向与外磁场方向相同。如果外磁场不太强， 热剩磁强度的大小与外磁场强度成正比。 在同样外磁场作用下，热剩磁的强度要比等温剩磁大几十 至几百倍。
热剩磁具有很好的稳定性。
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岩石天然剩余磁化强度
部分热剩磁的叠加定律（泰利埃定律） 如果在铁磁性矿物逐渐冷却的过程中，仅在某 一温度区间施加外磁场，而在其余温度区间撤 去外磁场，则矿物所获得的热剩磁称为部分热 剩磁（PTRM）。
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剩磁的稳定性
磁性弛豫：剩余磁化强度随时间的推移而衰减 的现象。主要原因是矿物中的分子热骚动。 弛豫时间：剩磁衰减为其初值的1/e所需的时间
C1，C2为常数，V为矿物中磁性颗粒的体积，T为矿物所 处的环境温度。
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剩磁的稳定性
同样温度下，磁性颗粒 体积越大，弛豫时间越 长； 对于同样的颗粒体积而 言，环境温度越高，则 弛豫时间越短。
等温剩磁(IRM-Isothermal Remanent Magnetizatoin ）
粘滞剩磁(VRM-Viscous Remanent Magnetizatoin ）
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岩石天然剩余磁化强度
热剩磁– 将岩石加热至铁磁性物质的居里点之 上，然后让其在外磁场中冷却，通过这种方式 获得的剩磁，称为热剩磁。 火成岩通常具有较强的热剩磁，它记录了岩石 生成年代的地磁场。
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岩石天然剩余磁化强度
粘滞剩磁–岩石生成之后，长期处在地球磁场作用下，
随时间的推移，它的磁化强度将随时间而增加，这一过 程中所形成的剩磁称粘滞剩余磁性。
由于天然岩石千百万年来一直处于地磁场中，因此，几 乎所有岩石都或多或少地含有粘滞剩磁，有些岩石的粘 滞剩磁还相当强。 裸露于地表的岩石，受昼夜及季节温差变化的热骚动影 响，随时间增长，会形成较强的粘滞剩磁。具有较大粘 滞剩的岩石样品，不宜用于古地磁研究。
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古地磁（Paleomagnetism）
磁学基本知识
magnetism）
古地磁 （Paleo-
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岩石天然剩余磁化强度
天然剩余磁化（NRM）-- 岩石在大自然条件下 获得的剩余磁化 自然界中大多数岩石都含有少量的铁磁性矿物， 这些铁磁性矿物被地磁场磁化并保留了一部分 剩余磁性，岩石的NRM正是由这些铁磁性矿物颗 粒所携带的。
沉积岩中含有其母岩碎屑所携带的铁磁性颗粒，在成岩 （沉积、压实、固化等）过程中，这些铁磁性颗粒将按 当时的地磁场取向并被固定下来，因此沉积岩一般具有 沉积剩磁。此外，风成黄土中也含有沉积剩磁。
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岩石天然剩余磁化强度
特点：
方向与外磁场方向相同。剩磁强度在很多情况下与外磁场强 度的关系复杂而难以确定。 与火成岩相比，沉积岩的剩磁要弱得多，一般低一两个数量 级，特别是灰岩；
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剩磁的稳定性
临界体积：单畴转变为多畴的临界体积，大小与颗粒 形状有关。球形颗粒的临界体积小，长形颗粒的临界 体积大。 如果临界体积小于阻挡体积，则弛豫时间短，呈现超 顺磁性，这样的单畴颗粒对于古地磁研究没有意义。
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剩磁的稳定性
体积较大的单畴颗粒，对于古地磁研究才有意 义。这种颗粒的矫顽力大且弛豫时间长，既不 易被再磁化，又不会自发地衰减。
加热到某一温度时，只能将原来低于该 温度时获得的部分热剩磁退掉，而原来在 高于该温度时所获得的部分热剩磁仍将保 留下来，直至加热到居里点时，剩磁才完 全消失。
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岩石天然剩余磁化强度
化学剩磁– 某些矿物如果在磁场环境中发生了 化学变化或重新结晶，也可能获得相当高的磁 化强度。矿物通过这种方式获得的剩余磁化称 为化学剩磁（CRM）。 红层的剩磁是在含氢氧根的氧化铁脱水而形成 赤铁矿的化学反应中获得的。变质岩在变质过 程中发生重结晶，也可能获得化学剩磁。
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剩磁测量与稳定性检验
磁清洗
实验室测得的岩石天然剩余磁化强度，是原生剩磁与 次生剩磁的叠加。次生剩磁叠加在原生剩磁之上，使 原生剩磁受到扭曲和破坏。 通常采用逐步退磁的办法来将原生剩磁成分与次生剩 磁成分分离开，这一工作称为样品的磁清洗。
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剩磁测量与稳定性检验
磁清洗手段的基本假定
原生剩磁一般具有较高的稳定性，而次生剩磁的稳定 性较低。
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岩石天然剩余磁化强度
部分热剩磁的叠加定律（泰利埃定律）
根据叠加定律，曲线上一点 M值等于 位于该点右侧各柱体的高度之和。 矿物在居里点Tc附近的温度段中冷却 时所获得的热剩磁最多，而在以后的 各温度段所获得的热剩磁量逐渐变小。
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岩石天然剩余磁化强度
如果将具有热剩磁的矿物加热，则矿物 将被退磁，在退磁的过程中，同样存在部 分热剩磁叠加。
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剩磁的稳定性
特征总结： （一）二者方向都接近于外磁场方向；
（二）等温剩磁的强度在一定条件下与外磁场 强度平方成正比；粘滞剩磁强度除了与外磁场 有关，还与时间和环境温度有关，时间越长， 环境温度越高，粘滞剩磁越强。
（三）二者都不太稳定。
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岩石天然剩余磁化强度
岩石中等温剩磁和粘滞剩磁的存在，是不利因 素，应当想办法将它们从岩石天然剩磁中强度 中辨认出来并清除掉。
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剩磁的稳定性
铁磁性矿物从超顺磁状态到极端稳定状态的过渡几乎 是突变的。 阻挡体积：对某一特定温度而言，与这一突变对应的 颗粒体积称为阻挡体积（VB）。 阻挡温度（blocking temperature）：对某一特定体 积而言，与这一突变对应的温度称为阻挡温度（TB）
05
剩磁的稳定性
热剩磁：岩石磁性颗粒的阻挡温度一般在居里点之下 100-200℃范围内，因此，在400-500 ℃以上的高温 条件下，剩磁是不稳定的，属于超顺磁性。 随着冷却过程继续，温度逐步下降，低于阻挡温度之 后，剩磁就变得稳定起来，特别是在室温条件下，热 剩磁是极其稳定的。
如旋转椭球形磁铁矿颗粒，如果长短轴之比为2 而长 轴直径为0.12μm时，则为单畴颗粒，且体积超过阻 挡体积。
有的多畴颗粒如果体积较小，也呈现类似单畴的磁化特性。 这样的多畴颗粒称为类单畴颗粒（PSD）。直径小于15μm 的颗粒可视为类单畴，这种颗粒对于古地磁研究具有重要 意义。
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剩磁测量与稳定性检验
稳定性不如火成岩；
地表出露广泛，沉积过程具有较好的连续性，能反映地磁场 的连续变化，因此沉积剩磁也是古地磁的主要研究对象之一。
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岩石天然剩余磁化强度
等温剩磁– 常温条件下，矿物在外磁场作用下 磁化获得的剩磁。 如果外磁场很弱而作用时间又不长的话，磁化 过程是可逆的，不产生剩余磁化。但如果外磁 场足够强，磁化过程是不可逆的，从而产生剩 余磁化。例如：对于天然岩石来说，雷电中的 强大瞬间电流磁场可能产生等温剩磁。 等温 时间短促
衰减时间 t/min 铁钴球形颗粒化学剩磁
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剩磁的稳定性
已获得剩磁在后来的外磁场中是否被重新磁化？
与岩石中磁性颗粒的结构有关，单畴颗粒（SD， 很难被重新磁化）和多畴颗粒（MD，矫顽力小， 可反向退磁） 单畴颗粒被磁化后，如果再对它施加一反向磁 场，不能使它退磁，只能使它的磁矩转向，这 要求反向磁场比它的初始磁场要强得多。
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岩石天然剩余磁化强度
特点：
稳定性高，方向与外磁场相同，在弱磁场中， 剩磁的大小与外磁场成正比； 同样外磁场条件下，化学剩磁强度只有热剩 磁的几十分之一。
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岩石天然剩余磁化强度
化学剩磁– 某些矿物如果在磁场环境中发生了 化学变化或重新结晶，也可能获得相当高的磁 化强度。矿物通过这种方式获得的剩余磁化称 为化学剩磁（CRM）。 红层的剩磁是在含氢氧根的氧化铁脱水而形成 赤铁矿的化学反应中获得的。变质岩在变质过 程中发生重结晶，也可能获得化学剩磁。
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岩石天然剩余磁化强度
天然剩磁的形成机制？
热剩磁（TRM-Thermal Remanent Magnetizatoin ） 化学剩磁（CRM-Chemical Remanent Magnetizatoin ） 沉积剩磁(DRM-Detrital Remanent Magnetizatoin ）