地球物理学基础复习资料(白永利)

地球物理学基础复习资料

绪论

一．地球物理学的概念，研究特点和研究内容

它是以地球为研究对象的一门应用物理学，是天文学，物理学与地质学之间的

边缘学科。

地球物理学应用物理学的原理和方法研究地球形状，内部构造，物质组成及其

运动规律，探讨地球起源，形成以及演化过程，为维护生态环境，预测和减轻地球

自然灾害，勘探与开发能源和资源做出贡献。包扩地震学，地磁学，地电学，重力

学，地热学，大地测量学，大地构造物理学，地球动力学等。

研究特点：1.交叉学科地球物理学由地质学和物理学发展而来，随着学科

本身的发展，它不断产生新的分支学科，同时促进了各分支学科的相互交叉，加

强了它与地球科学各学科之间的联系。2.间接性都是通过观测和研究物理场的

信息内容实现地质勘查目标，研究的不是地质体本身，而是其物理性质。3 多解

性正演是唯一的，而反演存在多解。不同的地质体具有不同的物理性质，但产

生的物理场可能相同。不同的地质体具有相近的物理性质，由于观测误差，物理

场的观测不完整以及物理场特点研究不够，产生多解。不同的地质体具有相同的

物理性质，即使知道了地质体的物性分布，也无法确定其地质属性。

地球物理学的总趋势：多学科综合和科学的国际合作。

二．地球物理学各分支所依据的物理学原理和研究的物性参数。

地震学：波在弹性介质中的传播。地震体波走时，面波频散，自由振荡的本征

谱特征

重力学：牛顿万有引力定律。地球的重力场和重力位

地磁学：麦克斯韦电磁理论。地磁场和地磁势。

古地磁学：铁磁学。岩石的剩余磁性。

地电学：电磁场理论。天然电场和大地电场

地热学：热学规律，热传导方程。地球热场，热源。

第一章太阳系和地球

一．地球的转动方式。

1.自转地球绕地轴的一种旋转运动，方向自西向东，转速并非完全均匀，有微小变化。

2.公转地球绕太阳以接近正圆的椭圆轨道旋转的运动。

3.平动地球随整个太阳系在宇宙太空中不停地向前运动。

4.进动地球由于旋转，赤道附近向外凸出，日月对此凸出部分的吸引力使地

轴绕黄轴转动，方向自东向西。这种在地球运动过程中，地轴方向发生的运动即

为地球的进动。

5.章动。地轴在空间的运动不仅仅是沿一平滑圆锥面上的转动，地轴还以很小

的振幅在锥面内,外摆动，地球的这种运动叫章动。

二．地球的形状及影响因素。

地球为一梨形不规则回转椭球体。

影响因素：1.地球的自引力---正球体；2.地球的自转----标准扁球体；3.地球内

部物质分布不均匀--不规则回转椭球体

三．地球内部结构

地壳：地下的一个地震波速度的间断面，P波速度由界面上方的6.2km/s增至8.1km/s左右。这个间断面称为莫霍面（M面）。莫霍面以上的介质称为地壳，以下的介质称为地幔。地壳构造复杂，厚度不均，大陆厚，海洋薄。

地幔：从莫霍面到地下2900km深处这一层称为地幔。分为上地幔和下地幔。

由地壳基底至约400km深处的B层介质叫做上地幔，B层上部存在低速层，称为软流圈，低速层上部和地壳并称岩石圈。400km-1000km间的C介质叫过渡层。

软流圈和岩石圈统称构造圈。1000km-2900km为D层。下地幔比较均匀。但底部约厚200km的D''层中，速度梯度接近于零，所以该层介质不均匀。

地核：从地幔向下直至地心。2900km-4980km的E层称为外核。外核与地幔的分界面是速度间断面----古登堡面（G面）。

四．地球的演化史

原始地球被一层浓厚的气体包围，由于地球温度升高，气体的分子动能增大，地球的引力不足以吸引它们，质轻气体分子逃离地球，散逸到宇宙空间。地球幼年时代，表面没有山脉和海洋，持续约十亿年。称为第一次脱气。

地球温度升高，物质融化呈液态，在重力的作用下，密度大的铁镍物质下沉形成地核，密度小的硅酸盐物质上升成地表。由于放射性元素，地球温度越来越高，致使靠近地核的固态物质溶解为液体，地球就有了一个液态核。

地幔获得足够热量后开始产生对流。初始的海底扩张加速地内散热速度，地幔固结了，外核依然为液态。外核的对流是产生现今地磁场的原因。

地球内部的气体在高温高压下，被挤到上层有空间或是密度较小的地方，从地壳的裂隙处喷出，这就是地球的二次脱气，距今30亿年前，地球出现大规模的火山喷发，使得大量气体随火山岩浆喷出地面，形成了大气圈和水圈。

第二章放射性和地球年龄

一．放射性衰变

在自然界中，某些元素的原子核能够在不受外界条件影响下，自发地变成另外一种元素的原子核，同时发射出射线，这种现象称为放射性衰变。不依靠外力而自发衰变的元素称为天然放射性元素。

二．放射性衰变规律

每单位时间所衰变的原子数目与压力，温度等外部条件无关，只于当时存在的衰变原子的数目成正比。

半衰期：原子数衰变到原来数目的一半所需的时间。放射性衰变的时间通常为半衰期的十倍。

三．放射性平衡

在母体同位素衰变时，初始衰变产物经常也具有放射性，它们也会发生一系列衰变，最终变成稳定的元素。中间过程的每个放射性元素都有自己的衰变常数，但经过一定的时间后，这个系列会达到平衡，即各中间产物的数量保持不变。

四．主要的放射性元素

铀\钍--铅，钾----氩，铷----锶，放射性碳，氚。

地球初期情况假设

1.在地球形成初期，各种铅同位素的比值在各处都相同；

2.从某时起，地球不同区域的铀，钍，铅都各有特征的比值，这些比值只随放

射性元素的衰变而改变；

3.在以后某个时期，方铅矿和其它一些不含铀，钍的铅矿分离出来，铅同位素

的比值不再变化

4.铅与铀，钍分离或成矿的时间可以独立地测定。

第三章天然地震

一．地震分类

成因：构造地震，火山地震，陷落地震。

震源深度：浅源地震（《60km），中源地震(60--300km)，深源地震(>300km)。震中距：地方震（<100km）,近震（<1000km），远震(>1000km)

地震强度：弱震，有感地震，中强震，强震

二．全球地震带的分布和它与板块构造之间的关系

全球主要地震活动带：太平洋地震带，欧亚地震带，其他地震区带

我国主要地震活动带：

天山地震带，主要是指南--北天山，阿尔泰山一带地区；

南北地震带，由滇南的元江往北经西昌，松潘，海源，银川直到内蒙古嶝口；

华北地震带，指阴山，燕山一带，营口--郯城断裂带，汾渭河谷地区；

华南地震带，主要指东南沿海和海南岛北部等地区

西藏地震带，沿青藏高原周围和边境一带

台湾地震带，包括台湾及其东部海域。从地区属于环太平洋地震带，地震出现频繁且强度大。

板块的划分与全球地震带的地理分布是一致的。

板块边界类型：

1. 发散型板块边界；2汇聚型板块边界；3.转换型板块边界

全球地震带的地理分布主要由三类板块边界，也就是岩石圈板块沿三类板块边界的相对运动决定。海沟-岛弧地区地震；洋脊及转换断层的地震；大陆内部的地震（板内地震）

三．射线参数P的物理意义

1.同一条地震射线，P为常数；

2.不同的P对应不同的入射角，即对应不同形状的射线；

3 .P完全确定了地震射线的性质；

4.射线参数P只给出了入射角i和圆心距r的关系，没给出射线的坐标方程。四．频散

波速随频率或波长而变化称为频散。面波成群出现，每一群表现为一列波，每列波各自的频率具有不同的传播速度，这种现象称为面波的频散现象。由于波在层状介质中传播时相互叠加的结果，具有频散特性的面波不仅有相速度，而且具有群速度。

五．地球介质的Q值

在一个吸收介质中，地震波传播一定有频散现象发生，也就是吸收和频散总是同时存在。

为了描述地震波在地球介质中能量损耗的情况，引入参数Q值。定义为在一周期中质元所损耗的能量与原有能量的比值。Q值反映了介质损耗性质，值越大，介质品质因子越高，能量损耗越小，介质越接近完全弹性。根据Q值的变化研究波的吸收，可以得到介质的非弹性性质，从而进一步了解地球内部介质的性质。