固体地球物理学概论(201X)ppt课件
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固体地球物理学概论Snell定律课件
In three dimension orthogonal coordinate system, we can define stress p as (pxx pxy pxz pyx pyy pyz pzx pzy pzz).
固体地球物理学概论
第七章
弹性概念——应力 (续)
The stresses are symmetrical（对称的）, i.e. only six components of the stress tensor p are independent because
P = - (pxx+ pyy+ pzz)/3 This is a general definition of the “pressure”. In the special case of a liquid at rest, pxx= pyy= pzz = - P, this is the hydrostatic pressure. In geology, lithostatic pressure is often estimated by using
When the material in the mantle is heated, it expands and becomes lighter. In spite of its high viscosity（粘性）, it rises more or less vertically in some places, especially under the oceanic ridges. With its losing pressure and heat during traveling upward, the material is forced to travel horizontally. They drag the lithosphere motion.
固体地球物理学概论
第七章
弹性概念——应力 (续)
The stresses are symmetrical（对称的）, i.e. only six components of the stress tensor p are independent because
P = - (pxx+ pyy+ pzz)/3 This is a general definition of the “pressure”. In the special case of a liquid at rest, pxx= pyy= pzz = - P, this is the hydrostatic pressure. In geology, lithostatic pressure is often estimated by using
When the material in the mantle is heated, it expands and becomes lighter. In spite of its high viscosity（粘性）, it rises more or less vertically in some places, especially under the oceanic ridges. With its losing pressure and heat during traveling upward, the material is forced to travel horizontally. They drag the lithosphere motion.
固体地球物理学导论--地热场与地球的热状态 ppt课件
热激发传热率为 kc=K0 e-E/σT
K0: 常数，E：激发能量，σ：波尔兹曼（Boltzmann）常数，T：温度
11
固体地球物理学概论
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“波”的形式传播热量
激子的传热在地球的浅部是微不足道的，但在地表100 km以下深度 ，它的作用不可忽略，相应的热导率称为“激子热导率”。岩石温度越 高，其热传导能量就越大，在地幔中激子热导率比上述两种热导率更大 。
2T S k
If there is no source inside the media, the equation is
2T 0
13
固体地球物理学概论
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热对流传热
⑷对流传热 Heat convection (热对流) 当物质由高温移向低温区内，所携带的热能也随之发生迁移，这就
4
固体地球物理学概论
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岩石热导率
6.1.2 岩石热物理性质 ⑴（岩石）热导率（Thermal conductivity） k
q k T x
(W/m2)
k: W/(mºK). Or
q = -k▽T
Here q is the thermal flux, T is the temperature. Generally the thermal conductivity k decreases with the increment of the temperature.
3
固体地球物理学概论
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热流密度
⑶热流密度
热流密度被定义为在单位时间内流过单位面积的热量，它是一个矢量 ，以温度降低的方向为正。地球的大地热流密度是表征地球地温场的一个 重要物理量，一般用它表示地球内部热能向地球表面散失的状况。所以大 地热流密度系指单位时间内通过地球表面单位面积所散失的热流量。根据 稳定热传导原理，它等于岩石热导率与相应地温梯度的乘积。
K0: 常数，E：激发能量，σ：波尔兹曼（Boltzmann）常数，T：温度
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固体地球物理学概论
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“波”的形式传播热量
激子的传热在地球的浅部是微不足道的，但在地表100 km以下深度 ，它的作用不可忽略，相应的热导率称为“激子热导率”。岩石温度越 高，其热传导能量就越大，在地幔中激子热导率比上述两种热导率更大 。
2T S k
If there is no source inside the media, the equation is
2T 0
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热对流传热
⑷对流传热 Heat convection (热对流) 当物质由高温移向低温区内，所携带的热能也随之发生迁移，这就
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岩石热导率
6.1.2 岩石热物理性质 ⑴（岩石）热导率（Thermal conductivity） k
q k T x
(W/m2)
k: W/(mºK). Or
q = -k▽T
Here q is the thermal flux, T is the temperature. Generally the thermal conductivity k decreases with the increment of the temperature.
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固体地球物理学概论
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热流密度
⑶热流密度
热流密度被定义为在单位时间内流过单位面积的热量，它是一个矢量 ，以温度降低的方向为正。地球的大地热流密度是表征地球地温场的一个 重要物理量，一般用它表示地球内部热能向地球表面散失的状况。所以大 地热流密度系指单位时间内通过地球表面单位面积所散失的热流量。根据 稳定热传导原理，它等于岩石热导率与相应地温梯度的乘积。
固体地球物理学概论四PPT课件
• 然而，关于山下面的质量补偿的明确概 念，以及地球怎么支撑如此巨大地质体 的解释，迟至19世纪50年代，根据在北 印度大地测量资料，对于喜马拉雅山附 近的垂线偏差进行认真分析后才形成的。
• 在高山附近，重力场方向应该是地球基 本场与高山引力场合力的方向。
• 1854年英国人普拉特(Pratt)在喜马拉雅 山附近，根据地形计算，估计垂线应有 28”(角秒)的偏斜。
• 这部分应属于非重力均衡。
二 几种均衡改正和均衡异常
• 1、普拉特－海福德均衡改正和均衡异常 在1909年和1910年海福德把普拉特的均 衡平衡概念发展成一种方法。
• 但是，实测只有5”(角秒)!仅仅相当于 应有值的1/6!
• 在图4·3·1中，A是由于山的质量引起 的理论偏斜，B是实测的偏斜，而C是不 偏斜的标准位置。
• 为了解释这些观测结果，曾经提出两种假 说:一个是普拉特假说，一个是艾里假说。 两种假说都是以山下质量不足为依据。
• 按照普拉特假说，喜马拉雅山是由地壳柱 体构成。柱体密度随地形高度而改变。
• 意思是说，重力均衡从物理学角度分析， 主要是阿基米德原理在地球最上层 (岩 石层与软流层)的应用。
• 在补偿深度之下，较弱的软流层会发生 横向流动，对上覆岩石层产生浮力，这 是重力均衡部分。
• 但同时也应注意到岩石层自身并非刚体， 它可以在重力与浮力作用下发生弹性弯 曲、塑性蠕动或者局部断裂，以应力调 整方式参与力的平衡。
• 如果基底的性能像流体一样，并且较轻 的山岳物质有点像冰山浮在水面上那样 浮在较厚的流体基底上，则上述情况是 完全可能的。
• 因此补偿深度是可变的，而且像是真实 地面地形的镜象投影 (图4·3·2(a))o
• 这两种假说的重要区别在于，普拉特认 为地壳底面的深度一致，但密度随地面 高度增加而减少；
• 在高山附近，重力场方向应该是地球基 本场与高山引力场合力的方向。
• 1854年英国人普拉特(Pratt)在喜马拉雅 山附近，根据地形计算，估计垂线应有 28”(角秒)的偏斜。
• 这部分应属于非重力均衡。
二 几种均衡改正和均衡异常
• 1、普拉特－海福德均衡改正和均衡异常 在1909年和1910年海福德把普拉特的均 衡平衡概念发展成一种方法。
• 但是，实测只有5”(角秒)!仅仅相当于 应有值的1/6!
• 在图4·3·1中，A是由于山的质量引起 的理论偏斜，B是实测的偏斜，而C是不 偏斜的标准位置。
• 为了解释这些观测结果，曾经提出两种假 说:一个是普拉特假说，一个是艾里假说。 两种假说都是以山下质量不足为依据。
• 按照普拉特假说，喜马拉雅山是由地壳柱 体构成。柱体密度随地形高度而改变。
• 意思是说，重力均衡从物理学角度分析， 主要是阿基米德原理在地球最上层 (岩 石层与软流层)的应用。
• 在补偿深度之下，较弱的软流层会发生 横向流动，对上覆岩石层产生浮力，这 是重力均衡部分。
• 但同时也应注意到岩石层自身并非刚体， 它可以在重力与浮力作用下发生弹性弯 曲、塑性蠕动或者局部断裂，以应力调 整方式参与力的平衡。
• 如果基底的性能像流体一样，并且较轻 的山岳物质有点像冰山浮在水面上那样 浮在较厚的流体基底上，则上述情况是 完全可能的。
• 因此补偿深度是可变的，而且像是真实 地面地形的镜象投影 (图4·3·2(a))o
• 这两种假说的重要区别在于，普拉特认 为地壳底面的深度一致，但密度随地面 高度增加而减少；
固体地球物理学概论第三章-02
• 由图3· 3· 1可知，上述表示方法并不方便。 通常采用另一个表示方法－日长。 • 日长，即一日之长，等于地球自转一周 的时间，通常用LOD表示 (它是length of day的缩写)或简化为L。 • 日长相对变化量： • 设日长为L， 其变化为dL，则表示日长 相对变化量dσ 为： • dσ＝－dL／L
• • • • •
以后相继建立经过改革的世界时UT系统: UT0为原始世界时 UT1为经过极移订正的世界时 UT2为经过季节变化订正的世界时 这些改革是有效的，但并没摆脱世界时与 地球自转的联系。
3、地球自转的非均匀变化
• 由于地球自身的演化，形成其内部的圈 层结构和表面的大陆的划分。 • 并且，由于地球内部的地慢对流和地核 运动，使得地球自转轴与形状轴不重合。 • 再加上日月星辰的引力作用，使得地球 的转动复杂化，不仅旋转速度变化，取 向也有变化，呈现出不同的周期成分。
• 一、地球自转的证实 －傅科摆 • 随着自然科学的发展，人类在长期的实 践中，终于从多方面证实了地球确实在 不停地由西向东旋转着。 • 比如重力测量发现地面赤道处的重力加 速度最小，而在两极处最大；
• 弧度测量发现地球不是正球体，而是扁 球体; • 从高处下落的物体其坠落点总是会向东 偏等。 • 这些 都是地球自转中其旋转惯性离心力 的作用结果。 • 既然地球在自转着，那么“超然”于地 球自转的某种运动 (包括垂直运动、水平 运动、落动等)，就会由于运动惯性而发 生相对于地面的特殊运动。
• 地球岩石圈由大小不同、质量不同的块 体组成。 • 比如，大洋块体薄、质量轻，大陆块体 厚、质量重。 • 地球自转速率变化时，就会造成这些块 体运动的差异性。 • 这种差异运动可能使块体之间发生“追 尾”撞击或摩擦，从而引起地震。 • 地震能量来自于块体间撞击或摩擦时损 失的动能。
固体地球物理学概论第五章(3)
• 四、地球内部压强 P 的计算 • 地球内部的受力状态可以用流体静压强 来描述，即有: • dP／dz=g ρ • 这里的g为地球内部加速度，可由上式求 出； • ρ 为地球内部密度，可由亚当斯-威廉奇 公式及其相应公式求出； • 从而可以算出压强梯度dP/dz,再通过积分， 算出不同深度处的压强P。
• 另一方面，布伦 (Bullen)曾得到体变模 量K随压力P变化的经验关系式: • K=2.34+3.0P+0.1P2 • 式中,K、P的单位为1011Pa，上式也可推 广到地核，其地心的K值可达到 1.36x1012Pa。
§ 5.3 地震波速度与地球内部结构
• 一、概述 • 根据地震波速度的不同，地球可分为地壳、 上下地慢和内外地核等几个大构造单元。 其中，壳慢界面、慢核界面、内外核界面 和上下地慢之间的过渡层，是十分明显的。 • 1、壳幔界面 • 在地下30一60km深度处，纵波速度从6一 7km／S，跳到 8 km／S以上，它是地壳与 地慢的分界面。
• 2、均匀、非绝热情况 • 考虑介质非绝热的影响，有 d ( z ) g ( z )(1 ) dz • 其中δ为非绝热影响系数，可以通过实验 来测定。 • 3、非均匀、绝热情况 • 考虑介质非均匀的影响，有
d ( z ) g ( z ) dz
• 式中，η为非均匀系数。 • 4、非均匀、非绝热情况 • 同时考虑非均匀、非绝热的影响时，有
d ( z ) (1 )g ( z ) dz d ln ( z ) (1 )g dz
• • • •
上式为一般形式。 当η＝1时，表示组成均匀； 当δ＝0表示绝热。 上式称为修改的亚当斯-威廉森公式。这 个公式是计算地球内部密度变化的基本 公式。 • 应该指出，除亚当斯-威廉森公式可确定 地球内部密度外，其他学者还从另外角 度建立了速度和密度关系。
固体地球物理学导论(3)
T W W0
这里T称为重力干扰位。由布容斯公式可计算出大地水准面的高度N，即
N T / g0
其中g0为参考椭球面上的（正常）重力值。
固体地球物理学概论
第三章
地球形状参数
固体地球物理学概论
第三章
垂线偏差与高程异常
3.3.5 垂线偏差与高程异常
大地水准面与参考椭球面的差 异，反映在法线方向上的差异称为 垂线偏差，反映在垂向距离的差异 称为高程异常。
固体地球物理学概论
第三章
布格重力异常
⑵布格重力异常
如果在自由空间校正的基础上，把地形引起的引力效应也去掉，得 到单纯反映地下物质密度分布的重力异常，这个异常叫布格重力异常。
为得到布格异常，必须再进行消除地形影响的两项校正。
①布格校正： gB = -2Gh = -0.0419h mGal (h为海拔高程，单位m, 为地表物质平均密度，单位 g/cm3) ②地形校正（TC）：计算出测点周围地形相对平板层的起伏物 质所引起的引力效应. 布格重力异常： gB = g测 – g0 + gh + gB + gTC
大地水准面是指与“平均”海平面重合的水准面或重力等位面，其延 伸到陆地之下所形成的一个封闭曲面。 确定大地水准面的形状可分两步进行：第一步是确定地球的基本形状 ，第二步是确定大地水准面与基本形状或参考椭球面的偏差，即大地水准 面的高度N——高程异常。斯托克斯首先证明了N可以由重力的分布计算出 来。其基本思想如下： 假设实测重力位与参考面上重力位之差为
tc布格重力异常布格重力异常固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章343布格重力异常与地球内部构造布格重力异常在地质构造上的反映布格重力异常与地球内部构造布格重力异常与地球内部构造固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章布格重力异常与地形的关系布格重力异常与地形的关系布格重力异常与地形的关系固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章中国布格重力异常概略图中国布格重力异常概略图固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章中国中国mohomoho面深度图面深度图固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章3535地壳均衡与重力均衡异常地壳均衡与重力均衡异常351地壳均衡概念的由来1854年英国人普拉特j
这里T称为重力干扰位。由布容斯公式可计算出大地水准面的高度N，即
N T / g0
其中g0为参考椭球面上的（正常）重力值。
固体地球物理学概论
第三章
地球形状参数
固体地球物理学概论
第三章
垂线偏差与高程异常
3.3.5 垂线偏差与高程异常
大地水准面与参考椭球面的差 异，反映在法线方向上的差异称为 垂线偏差，反映在垂向距离的差异 称为高程异常。
固体地球物理学概论
第三章
布格重力异常
⑵布格重力异常
如果在自由空间校正的基础上，把地形引起的引力效应也去掉，得 到单纯反映地下物质密度分布的重力异常，这个异常叫布格重力异常。
为得到布格异常，必须再进行消除地形影响的两项校正。
①布格校正： gB = -2Gh = -0.0419h mGal (h为海拔高程，单位m, 为地表物质平均密度，单位 g/cm3) ②地形校正（TC）：计算出测点周围地形相对平板层的起伏物 质所引起的引力效应. 布格重力异常： gB = g测 – g0 + gh + gB + gTC
大地水准面是指与“平均”海平面重合的水准面或重力等位面，其延 伸到陆地之下所形成的一个封闭曲面。 确定大地水准面的形状可分两步进行：第一步是确定地球的基本形状 ，第二步是确定大地水准面与基本形状或参考椭球面的偏差，即大地水准 面的高度N——高程异常。斯托克斯首先证明了N可以由重力的分布计算出 来。其基本思想如下： 假设实测重力位与参考面上重力位之差为
tc布格重力异常布格重力异常固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章343布格重力异常与地球内部构造布格重力异常在地质构造上的反映布格重力异常与地球内部构造布格重力异常与地球内部构造固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章布格重力异常与地形的关系布格重力异常与地形的关系布格重力异常与地形的关系固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章中国布格重力异常概略图中国布格重力异常概略图固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章中国中国mohomoho面深度图面深度图固体地球物理学概论固体地球物理学概论第三章3535地壳均衡与重力均衡异常地壳均衡与重力均衡异常351地壳均衡概念的由来1854年英国人普拉特j
固体地球物理学导论(4-5)
耦合圆盘系统中，磁场倒转的事实，增强了人们对发电机理论的信念 。但无论如何，它与地核内部可能的真实过程相差太远。与稳定发电机 理论相比，非稳定发电机则更不完善。
固体地球物理学概论
第四章
地磁“自激发电机”假说 （续五）
现代的自激发电机效应假说认为： ①液态地核内部由于重力分异、温差、压差等原因产生涡旋运动； ②由于地球绕轴自转所引起的回旋磁效应就存在一微弱初始磁场，虽 比地磁场小10倍，但足以引起再生效应； ③地核电流体形成，通过感应方式电流自身形成的场又可连续不断地 再生磁场，从而增强了原来的磁场，由于地核电流体持续运动而不断提供 能量，因而引起一种自激发电机效应； ④由于能量的不断消耗和供应，磁场增强到一定程度就稳定下来，形 成现在的地球基本磁场； ⑤由于地核内涡流系统的复杂性，宏观上表现为一个不稳定的自激发 电系统，外界条件或内部因素有一定变化时，会出现极性倒转现象。 这种假说不仅能定性地解释地磁偶极子场和非偶极子场起源，而且解 释了地球磁轴倒转等现象，目前被认为是最可取的地磁成因理论。
固体地球物理学概论
第四章
地磁“自激发电机”假说 （续二）
然而实际地球磁场模型与上述这种均匀发电 盘的“模式”并不一样。但是它却形象直观地给 出了电流作功以维持磁场的过程。在地磁发电机 的理论中、首先假定在核内存在着一个所谓初始 A型磁场,电荷在初始磁场中发生X型运动，X型 运动感应出B型磁场的运动，由于这个运动将感 应出B型磁场。进而电荷在这个B型磁场中产生Y 型运动，……，如此下去，就形成了地磁场。
⑷地磁变化场
地磁的变化主要可分为长期变化和短期变化。长期变化主要由地球 内部幔核物质运动所引起的地磁场变化，如磁极漂移、磁极倒转等；短 期变化主要由太阳风作用与电离层扰动所引起的变化。
固体地球物理学概论
第四章
地磁“自激发电机”假说 （续五）
现代的自激发电机效应假说认为： ①液态地核内部由于重力分异、温差、压差等原因产生涡旋运动； ②由于地球绕轴自转所引起的回旋磁效应就存在一微弱初始磁场，虽 比地磁场小10倍，但足以引起再生效应； ③地核电流体形成，通过感应方式电流自身形成的场又可连续不断地 再生磁场，从而增强了原来的磁场，由于地核电流体持续运动而不断提供 能量，因而引起一种自激发电机效应； ④由于能量的不断消耗和供应，磁场增强到一定程度就稳定下来，形 成现在的地球基本磁场； ⑤由于地核内涡流系统的复杂性，宏观上表现为一个不稳定的自激发 电系统，外界条件或内部因素有一定变化时，会出现极性倒转现象。 这种假说不仅能定性地解释地磁偶极子场和非偶极子场起源，而且解 释了地球磁轴倒转等现象，目前被认为是最可取的地磁成因理论。
固体地球物理学概论
第四章
地磁“自激发电机”假说 （续二）
然而实际地球磁场模型与上述这种均匀发电 盘的“模式”并不一样。但是它却形象直观地给 出了电流作功以维持磁场的过程。在地磁发电机 的理论中、首先假定在核内存在着一个所谓初始 A型磁场,电荷在初始磁场中发生X型运动，X型 运动感应出B型磁场的运动，由于这个运动将感 应出B型磁场。进而电荷在这个B型磁场中产生Y 型运动，……，如此下去，就形成了地磁场。
⑷地磁变化场
地磁的变化主要可分为长期变化和短期变化。长期变化主要由地球 内部幔核物质运动所引起的地磁场变化，如磁极漂移、磁极倒转等；短 期变化主要由太阳风作用与电离层扰动所引起的变化。
固体地球物理学概论第四章
• 其中G为万有引力常数，根据实验，其数 值近似为6.67×10－11 m3 /(kg·s 2 ）。
• ω为地球的自转角速度； • r为A点到地球自转轴的垂直距离。
• 为了简单化，常把单位质量所受到的重 力——重力场表示为重力，其中
F
G
M ρ2
Cω2r
固体地球物理学概论第四章
•2
• 当物体仅受到重力作用时，就会自由下 落，下落的加速度就称为重力加速度g ， 即
• 第五，太阳与月球的引力
固体地球物理学概论第四章
• 从时间上来说，由于太阳、月亮与地球 之间的相对位置存在一定周期的变化， 造成海洋潮汐及固体地球的弹性形变等 一系列地球物理现象。
• 这种由于太 阳、月亮对地球引力的变化 使固体地球形变而造成地表同一点出现 重力随时间的微小变化， 就称为重力固 体潮，其变化幅度约2－3g.u.，因而在 高精度重力测量中必须考虑这一因素的
• 经度线：过地轴的的平面与参考椭球面 之交线。
• 纬度线：垂直地轴的平面与参考椭球面 之交线。
• 纬度的不同定义：
• 地理纬度： 地面任意一点上参考椭球面 法线与赤道面之夹角。
• 地心纬度： 地面任意一点与地心连线与 赤道面之夹角。
固体地球物理学概论第四章
• 天文纬度： 地面任意一点上铅垂线（大 地水准面法线）与赤道面之夹角。
• 通常所说的重力，实际上是指单位质量所受 的力，在数值上等于重力加速度。
• 3、重力单位
• 衡量重力大小的单位有两个系统，一个是高 斯制（CGSM)，另一个是国际制（SI）。
• 历史上使用的是C.G.S.制，它是为了纪念第 一个测定重力加速度值的意大利著名物理学 家伽利略(G.Galieo)，取1cm/s２作为重力 的一个单位，称固作体地“球物理伽学概论”第四(章Gal)，
固体物理绪论ppt课件
2. 金属的研究 —— 抽象出电子公有化的概念，再用单电 子近似的方法建立能带理论
3. 物质的铁磁性 —— 研究了电子与声子的相互作用，阐 明低温磁化强度随温度变化的规律
4. 超导的理论 —— 研究电子和声子的相互作用，形成库 柏电子对，库柏对的凝聚表现为超导电相变
六、固体物理学领域的一些重要进展 1. 人造材料、超晶格半导体、MBE、CVO等 2. 量子霍尔效应：电势差按量子变化而非连续变化 3. 降维效应：三维→二维→一维→零维（量子点） 4. 电荷密度波、自旋密度波 5. 无序：等效介质+微扰 6. 混合原子价 7. 3He的超流相（低温下流动无阻力） 8. 重整化群的方法（处理多体问题、相变、临界点等）
23. 生物物理（蛋白质、DNA等） 24. 软凝聚态物质（生物体、胶体、各种细小颗粒、沙堆
模型等） 25. 纳米材料 26. Bose-Einstein凝聚
……
《固体物理学》参考书目
1.《固体物理学》 —— 黄昆 韩汝琪，高等教育出版社
2. 《Introduction to Solid State Physics》Seventh Edition —— CHARLES KITTEKL, John Wiley
—— 费米发展了统计理论，为以后研究晶体中电子运动的 过程指出了方向
—— 20世纪三十年代，建立了固体能带论和晶格动力学
—— 固体能带论说明了导体与绝缘体的区别，并断定有 一类固体，其导电性质介于两者之间______半导体
—— 20世纪四十年代末，以诸、硅为代表的半导体单晶的 出现并制成了晶体三极管______ 产生了半导体物理
程序）（急冷方式获得）
16. 细小体系、团簇、C60、介观物理 17. 有机导体、高分子材料（具有掺杂导电性） 18. 非线性、非平衡、孤子、突变、湍流 19. 量子计算机，由量子态控制（传统计算机由0、1控制） 20. 超硬材料，如导电性极强的金刚石半导体，性能稳定、
3. 物质的铁磁性 —— 研究了电子与声子的相互作用，阐 明低温磁化强度随温度变化的规律
4. 超导的理论 —— 研究电子和声子的相互作用，形成库 柏电子对，库柏对的凝聚表现为超导电相变
六、固体物理学领域的一些重要进展 1. 人造材料、超晶格半导体、MBE、CVO等 2. 量子霍尔效应：电势差按量子变化而非连续变化 3. 降维效应：三维→二维→一维→零维（量子点） 4. 电荷密度波、自旋密度波 5. 无序：等效介质+微扰 6. 混合原子价 7. 3He的超流相（低温下流动无阻力） 8. 重整化群的方法（处理多体问题、相变、临界点等）
23. 生物物理（蛋白质、DNA等） 24. 软凝聚态物质（生物体、胶体、各种细小颗粒、沙堆
模型等） 25. 纳米材料 26. Bose-Einstein凝聚
……
《固体物理学》参考书目
1.《固体物理学》 —— 黄昆 韩汝琪，高等教育出版社
2. 《Introduction to Solid State Physics》Seventh Edition —— CHARLES KITTEKL, John Wiley
—— 费米发展了统计理论，为以后研究晶体中电子运动的 过程指出了方向
—— 20世纪三十年代，建立了固体能带论和晶格动力学
—— 固体能带论说明了导体与绝缘体的区别，并断定有 一类固体，其导电性质介于两者之间______半导体
—— 20世纪四十年代末，以诸、硅为代表的半导体单晶的 出现并制成了晶体三极管______ 产生了半导体物理
程序）（急冷方式获得）
16. 细小体系、团簇、C60、介观物理 17. 有机导体、高分子材料（具有掺杂导电性） 18. 非线性、非平衡、孤子、突变、湍流 19. 量子计算机，由量子态控制（传统计算机由0、1控制） 20. 超硬材料，如导电性极强的金刚石半导体，性能稳定、
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固体地球物理学概论
第二章
自转及密度特征
⑶太阳系天体的自转
行星的自转可分两种情况，类地星自转速率差异较大，金星需244天， 火星只需1.03天；巨行星和远日星自转较快，均不到1天。
太阳自转有“赤道加速”现象，即赤道处自转约25.4天，两极附近约 35天，其内部旋转速度更快，可能比表面快十几甚至几十倍。
Obliquity Density
(AU)
(Earth＇s) (Earth＇s) (Earth＇s)
Inclination Eccentricity
(g/cm3)
Sun
0
109
332,800 25.36*
9
---
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58.8
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固体地球物理学概论
第一章
地球物理学的研究方法
最初，地球物理学研究就是从对地球的观测开始的，所以地 球物理学研究是建立在对地球充分观测的基础上进行的。
地球物理学的研究方法可分为以下几个方面：
• 观测 • 数据分析与处理 • 模拟真实对象的理论模型计算与实验 • 推测真实对象反演计算
固体地球物理学概论
固体地球物理学概论
第一章
第一章 序言
什么是地球物理?
地球物理学研究哪些内容?
地球物理与其他学科的关系
地球物理的发展
地球物理对社会发展的贡献
固体地球物理学概论
第一章
地球物理学的定义
地球物理学是以地球为研究对象,研究地球的各种物理现象， 以及这些现象与地球运动、地球各层圈结构构造、地球物质的 分布及迁移的关系的学科。(Geophysics)
固体地球物理学导论复习ppt课件
基本概念（震源、震中、震源深度、震中距、震级，烈度） 地震分类与分布、发震的机制（弹性回跳原理）
地球结构
地球外貌及形状、地球内部结构
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
2. 地球的形状与重力
重力场
重力及其分布（重力的组成、变化特征) 引起重力变化的原因
大地水准面与地球形状
重力等位面与水准面 大地水准面
古地磁学及应用
磁极漂移与倒转 古地磁的应用
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
4. 地球的电磁感应与地电结构
地电性参数 大地电磁场的成因 影响大地电场与电磁场分布的因素
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
5. 地球的内部热流与地热
岩石热学性质与大地热流
岩石热学性质（热导率、比热、热扩散率） 大地热流值与地温梯度 地表大地热流分布特征 太阳热辐射对地温场的影响
地球内部热传递
热传递形式（热传导、热辐射、热激发、热对流） 壳幔热结构
地球内部温度分布 地球的热历史
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
课程主要内容
地球结构
地球外貌及形状、地球内部结构
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
2. 地球的形状与重力
重力场
重力及其分布（重力的组成、变化特征) 引起重力变化的原因
大地水准面与地球形状
重力等位面与水准面 大地水准面
古地磁学及应用
磁极漂移与倒转 古地磁的应用
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
4. 地球的电磁感应与地电结构
地电性参数 大地电磁场的成因 影响大地电场与电磁场分布的因素
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
5. 地球的内部热流与地热
岩石热学性质与大地热流
岩石热学性质（热导率、比热、热扩散率） 大地热流值与地温梯度 地表大地热流分布特征 太阳热辐射对地温场的影响
地球内部热传递
热传递形式（热传导、热辐射、热激发、热对流） 壳幔热结构
地球内部温度分布 地球的热历史
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
课程主要内容
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精品课件 地球物理学对人类社会发展的贡献
• 大地测量学的诞生与发展，使人类能够得到地球表面的起伏变化， 并用于生产建设和规划，…… • 地磁学的研究，使人类了解了地磁场，并用于导航，…… • 地热学的研究，使人类了解如何直接利用能源，……. • 地震学的研究, 开始“预报”地震灾害，…….. • 基于地球物理学理论的探测技术——应用地球物理学，为人类创造 财富，为人类“排忧解难”，…….
世纪，古希腊的学者亚里士多德曾提出：运动物体的下落时间与其重量成
比例；战国时期，我国发明了指南针，并开始应用于指引方向；公元三世
纪我国东汉的地震学家张衡成功地进行了地震观测；公元八世纪，我国唐
代的天文学家张遂(僧一行)独立得出地球圆周长，其误差约小于20％；
…… 公元16世纪以来，作为物理学中热门，地球物理学得到较快的发展。伽
5
固体地球物理学概论
精品课件 第一章 序言 什么是地球物理? 地球物理学研究哪些内容? 地球物理与其他学科的关系 地球物理的发展 地球物理对社会发展的贡献
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固体地球物理学概论
精品课件 地球物理学的定义
地球物理学是以地球为研究对象,研究地球的各种物理现象， 以及这些现象与地球运动、地球各层圈结构构造、地球物质的 分布及迁移的关系的学科。(Geophysics)
精品课件
物性差异→地球物理场的变化→ 应用物理学和地质学的原理→ 解释地球物理场变异的地质因素
4
固体地球物理学概论
精品课件
课程主要内容
第一章 序言 第二章 地球的起源、运动与结构 第三章 地球形状、密度及重力场 第四章 地球磁场与地磁学 第五章 地球的电磁感应和电性结构 第六章 地球内部的热状态与地热场特征 第七章 地球内部的地震波场 第八章 实验与计算地球物理 第九章 若干热点问题
地球物理学最早是物理学的一个分支。广义上说，地球物理 学研究的领域涉及天体物理学、地质构造物理学、大地测量学 、海洋物理学、大气物理学、空间物理学等。狭义上说，地球 物理学指的是固体地球物理学，即以研究固体地球的各种物理 特征与地球运动、地球内部结构构造、地球内部物质成分及其 分布等关系的学科。
地球物理学是地球科学的重要组成部分，地球物理学、地质 学和地球化学被称为地球科学的三大支柱。
参考教材： 《固体地球物理学概论》
滕吉文 地震出版社 《地球物理学》
王家映 中国地பைடு நூலகம்大学出版社 《固体地球物理学导论》
曾融生 北京科学出版社 《地球物理学基础》
傅承义 北京科学出版社 《地球物理引论》
刘光鼎 上海科学技术出版社
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固体地球物理学概论
精品课件
课程主要内容
第一章 序言 第二章 地球的起源、运动与结构 第三章 地球形状、密度及重力场 第四章 地球磁场与地磁学 第五章 地球的电磁感应和电性结构 第六章 地球内部的热状态与地热场特征 第七章 地球内部的地震波场 第八章 实验与计算地球物理 第九章 若干热点问题
地球物理学已经成为人类社会发展的不可缺少的科学。
应用地球物理——资源勘察、灾害调查、环境监测、工程检测、军事 战略……
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固体地球物理学概论
精品课件 地球物理学的发展
地球物理学从19世纪末到20世纪初已形成体系，但对地球物理现象的观
察和探讨，从远古就开始了。
公元前六世纪，希腊人从亚那萨哥拉时代已把大地看成球体；公元前三
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固体地球物理学概论
精品课件 地球物理学的研究方法
最初，地球物理学研究就是从对地球的观测开始的，所以地 球物理学研究是建立在对地球充分观测的基础上进行的。
地球物理学的研究方法可分为以下几个方面：
• 观测 • 数据分析与处理 • 模拟真实对象的理论模型计算与实验 • 推测真实对象反演计算
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固体地球物理学概论
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固体地球物理学概论
精品课件
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固体地球物理学概论
精品课件 固体地球物理学的学科分支
重力学
地球的形状、引力场的变化、物质密度的变化与分布，等等
地磁学
地磁场的分布和变化、地磁场的起源、地磁场的演变，等等
地震学
地震发生机制与震源分布、地震波类型与传播、地震预报，等等
地热学
地温场的分布和变化、地热源及其分布，地热的传播，等等
地电学
地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等
9
固体地球物理学概论
精品课件 地球物理学与其它学科
地球物理学是天文学、物理、化学、地质学之间的边缘学科 ，是一个涉及多学科的、与其它学科相互交叉、相互渗透的学 科。
数学、物理学、地质学是研究地球物理学三大基础。
现代仪器技术、电子技术、信息科学、运载工具技术的发展 ，是推动其发展的关键技术。
国际上地幔计划研究内容包括： 1、全球性的地壳断裂系统 2、大陆边缘地带及岛弧的构造 3、地幔的物质组成及地球化学过程 4、地壳与地幔的结构及其横向不均匀性 所用的手段包括：地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理测量、 地热、地质、深钻等。 其重要成果就是提出了一个“板块构造假说”
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固体地球物理学概论
利略从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正
比，而与物体自身的重量无关；里舍(在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观
测时发现重力加速度在各地并非恒值；牛顿的万有引力定律以及他推算的
地球扁率；南斯拉大地震学家莫霍洛维奇在1909年研究阿尔卑斯地区的区
域地震波震相时发现了地壳与地幔的分界面——莫霍(Moho)界断面；
……
11
固体地球物理学概论
精品课件
近20年来，国际上连续组织了四次由50多个国家参加的全球大协作 计划，使地球物理学获得了空前的巨大进展。这四次大协作计划是：
1957～1958年的国际地球物理年(IGY) 1960～1970年的国际上地幔计划(IUP) 1974～1980年的国际地球动力学计划(IGP) 1981～1989年的国际岩石圈计划(ILP)
固体地球物理学概论
地球物理与空间信息学院 2015.03~06
固体地球物理学概论
精品课件
成绩评定办法及考试方式
按时来课堂上课，无故不得缺席 课后认真复习，按时完成作业 课后作业：读书报告和随堂作业 考核方式：平时作业20％，期末考试70％，
课堂表现10％ 闭卷笔试
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固体地球物理学概论
精品课件
• 大地测量学的诞生与发展，使人类能够得到地球表面的起伏变化， 并用于生产建设和规划，…… • 地磁学的研究，使人类了解了地磁场，并用于导航，…… • 地热学的研究，使人类了解如何直接利用能源，……. • 地震学的研究, 开始“预报”地震灾害，…….. • 基于地球物理学理论的探测技术——应用地球物理学，为人类创造 财富，为人类“排忧解难”，…….
世纪，古希腊的学者亚里士多德曾提出：运动物体的下落时间与其重量成
比例；战国时期，我国发明了指南针，并开始应用于指引方向；公元三世
纪我国东汉的地震学家张衡成功地进行了地震观测；公元八世纪，我国唐
代的天文学家张遂(僧一行)独立得出地球圆周长，其误差约小于20％；
…… 公元16世纪以来，作为物理学中热门，地球物理学得到较快的发展。伽
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固体地球物理学概论
精品课件 第一章 序言 什么是地球物理? 地球物理学研究哪些内容? 地球物理与其他学科的关系 地球物理的发展 地球物理对社会发展的贡献
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固体地球物理学概论
精品课件 地球物理学的定义
地球物理学是以地球为研究对象,研究地球的各种物理现象， 以及这些现象与地球运动、地球各层圈结构构造、地球物质的 分布及迁移的关系的学科。(Geophysics)
精品课件
物性差异→地球物理场的变化→ 应用物理学和地质学的原理→ 解释地球物理场变异的地质因素
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固体地球物理学概论
精品课件
课程主要内容
第一章 序言 第二章 地球的起源、运动与结构 第三章 地球形状、密度及重力场 第四章 地球磁场与地磁学 第五章 地球的电磁感应和电性结构 第六章 地球内部的热状态与地热场特征 第七章 地球内部的地震波场 第八章 实验与计算地球物理 第九章 若干热点问题
地球物理学最早是物理学的一个分支。广义上说，地球物理 学研究的领域涉及天体物理学、地质构造物理学、大地测量学 、海洋物理学、大气物理学、空间物理学等。狭义上说，地球 物理学指的是固体地球物理学，即以研究固体地球的各种物理 特征与地球运动、地球内部结构构造、地球内部物质成分及其 分布等关系的学科。
地球物理学是地球科学的重要组成部分，地球物理学、地质 学和地球化学被称为地球科学的三大支柱。
参考教材： 《固体地球物理学概论》
滕吉文 地震出版社 《地球物理学》
王家映 中国地பைடு நூலகம்大学出版社 《固体地球物理学导论》
曾融生 北京科学出版社 《地球物理学基础》
傅承义 北京科学出版社 《地球物理引论》
刘光鼎 上海科学技术出版社
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固体地球物理学概论
精品课件
课程主要内容
第一章 序言 第二章 地球的起源、运动与结构 第三章 地球形状、密度及重力场 第四章 地球磁场与地磁学 第五章 地球的电磁感应和电性结构 第六章 地球内部的热状态与地热场特征 第七章 地球内部的地震波场 第八章 实验与计算地球物理 第九章 若干热点问题
地球物理学已经成为人类社会发展的不可缺少的科学。
应用地球物理——资源勘察、灾害调查、环境监测、工程检测、军事 战略……
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固体地球物理学概论
精品课件 地球物理学的发展
地球物理学从19世纪末到20世纪初已形成体系，但对地球物理现象的观
察和探讨，从远古就开始了。
公元前六世纪，希腊人从亚那萨哥拉时代已把大地看成球体；公元前三
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固体地球物理学概论
精品课件 地球物理学的研究方法
最初，地球物理学研究就是从对地球的观测开始的，所以地 球物理学研究是建立在对地球充分观测的基础上进行的。
地球物理学的研究方法可分为以下几个方面：
• 观测 • 数据分析与处理 • 模拟真实对象的理论模型计算与实验 • 推测真实对象反演计算
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精品课件
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固体地球物理学概论
精品课件 固体地球物理学的学科分支
重力学
地球的形状、引力场的变化、物质密度的变化与分布，等等
地磁学
地磁场的分布和变化、地磁场的起源、地磁场的演变，等等
地震学
地震发生机制与震源分布、地震波类型与传播、地震预报，等等
地热学
地温场的分布和变化、地热源及其分布，地热的传播，等等
地电学
地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等
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精品课件 地球物理学与其它学科
地球物理学是天文学、物理、化学、地质学之间的边缘学科 ，是一个涉及多学科的、与其它学科相互交叉、相互渗透的学 科。
数学、物理学、地质学是研究地球物理学三大基础。
现代仪器技术、电子技术、信息科学、运载工具技术的发展 ，是推动其发展的关键技术。
国际上地幔计划研究内容包括： 1、全球性的地壳断裂系统 2、大陆边缘地带及岛弧的构造 3、地幔的物质组成及地球化学过程 4、地壳与地幔的结构及其横向不均匀性 所用的手段包括：地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理测量、 地热、地质、深钻等。 其重要成果就是提出了一个“板块构造假说”
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固体地球物理学概论
利略从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正
比，而与物体自身的重量无关；里舍(在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观
测时发现重力加速度在各地并非恒值；牛顿的万有引力定律以及他推算的
地球扁率；南斯拉大地震学家莫霍洛维奇在1909年研究阿尔卑斯地区的区
域地震波震相时发现了地壳与地幔的分界面——莫霍(Moho)界断面；
……
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固体地球物理学概论
精品课件
近20年来，国际上连续组织了四次由50多个国家参加的全球大协作 计划，使地球物理学获得了空前的巨大进展。这四次大协作计划是：
1957～1958年的国际地球物理年(IGY) 1960～1970年的国际上地幔计划(IUP) 1974～1980年的国际地球动力学计划(IGP) 1981～1989年的国际岩石圈计划(ILP)
固体地球物理学概论
地球物理与空间信息学院 2015.03~06
固体地球物理学概论
精品课件
成绩评定办法及考试方式
按时来课堂上课，无故不得缺席 课后认真复习，按时完成作业 课后作业：读书报告和随堂作业 考核方式：平时作业20％，期末考试70％，
课堂表现10％ 闭卷笔试
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固体地球物理学概论
精品课件