地球物理學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料

地球物理學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料地球物理學(xué)地震學(xué)：波在彈性介質(zhì)中的傳播。地震體波走時，面波頻散，自由振蕩的本征譜特征重力學(xué)：牛頓萬有引力定律。地球的重力場和重力位地磁學(xué)：麥克斯韋電磁理論。地磁場和地磁勢。古地磁學(xué)：鐵磁學(xué)。巖石的剩余磁性。地電學(xué)：電磁場理論。天然電場和大地電場地?zé)釋W(xué)：熱學(xué)規(guī)律，熱傳導(dǎo)方程。地球熱場，熱源。第一章太陽系和地球地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地殼：地下的一個地震波速度的間斷面，P波速度由界面上方的6.2km/s增至8.1km/s左右。這個間斷面稱為莫霍面（M面）。莫霍面以上的介質(zhì)稱為地殼，以下的介質(zhì)稱為地幔。地殼構(gòu)造復(fù)雜，厚度不均，大陸厚，海洋薄。地幔：從莫霍面到地下2900km深處這一層稱為地幔。分為上地幔和下地幔。由地殼基底至約400km深處的B層介質(zhì)叫做上地幔，B層上部存在低速層，稱為軟流圈，低速層上部和地殼并稱巖石圈。400km-1000km間的C介質(zhì)叫過渡層。軟流圈和巖石圈統(tǒng)稱構(gòu)造圈。1000km-2900km為D層。下地幔比較均勻。但底部約厚200km的D”層中，速度梯度接近于零，所以該層介質(zhì)不均勻。地核：從地幔向下直至地心。2900km-4980km的E層稱為外核。外核與地幔的分界面是速度間斷面--古登堡面（G面）。第二章放射性和地球年齡一.放射性衰變在自然界中，某些元素的原子核能夠在不受外界條件影響下，自發(fā)地變成另外一種元素的原子核，同時發(fā)射出射線，這種現(xiàn)象稱為放射性衰變。不依靠外力而自發(fā)衰變的元素稱為天然放射性元素。:.放射性衰變規(guī)律每單位時間所衰變的原子數(shù)目與壓力，溫度等外部條件無關(guān)，只于當(dāng)時存在的衰變原子的數(shù)目成正比。半衰期：原子數(shù)衰變到原來數(shù)目的一半所需的時間。放射性衰變的時間通常為半衰期的十倍。三.放射性平衡在母體同位素衰變時，初始衰變產(chǎn)物經(jīng)常也具有放射性，它們也會發(fā)生一系列衰變，最終變成穩(wěn)定的元素。中間過程的每個放射性元素都有自己的衰變常數(shù)，但經(jīng)過一定的時間后，這個系列會達(dá)到平衡，即各中間產(chǎn)物的數(shù)量保持不變。四.主要的放射性元素鈾針--鉛，鉀----氤，鋤----專思，放射性碳，Mo地球初期情況假設(shè)1.在地球形成初期，各種鉛同位素的比值在各處都相同；2.從某時起，地球不同區(qū)域的鈾，牡，鉛都各有特征的比值，這些比值只隨放射性元素的衰變而改變；.在以后某個時期，方鉛礦和其它一些不含鈾，社的鉛礦分離出來，鉛同位素的比值不再變化.鉛與鈾，牡分離或成礦的時間可以獨立地測7E。第三章天然地震一.地震分類成因：構(gòu)造地震，火山地震，陷落地震。震源深度：淺源地震（《60km）,中源地震（60--300km）,深源地震（＞300km）。震中距：地方震（＜100km）,近震（＜1000km）,遠(yuǎn)震（＞1000km）地震強度：弱震，有感地震，中強震，強震二.全球地震帶的分布和它與板塊構(gòu)造之間的關(guān)系全球主要地震活動帶：太平洋地震帶，歐亞地震帶，其他地震區(qū)帶我國主要地震活動帶：天山地震帶，主要是指南--北天山，阿爾泰山一帶地區(qū)；南北地震帶，由滇南的元江往北經(jīng)西昌，松潘，海源，銀川直到內(nèi)蒙古嶗口；華北地震帶，指陰山，燕山一帶，營口--鄭城斷裂帶，汾渭河谷地區(qū)；華南地震帶，主要指東南沿海和海南島北部等地區(qū)西藏地震帶，沿青藏高原周圍和邊境一帶臺灣地震帶，包括臺灣及其東部海域。從地區(qū)屬于環(huán)太平洋地震帶，地震出現(xiàn)頻繁且強度大。板塊的劃分與全球地震帶的地理分布是一致的。板塊邊界類型：.發(fā)散型板塊邊界；2匯聚型板塊邊界；3.轉(zhuǎn)換型板塊邊界全球地震帶的地理分布主要由三類板塊邊界，

也就是巖石圈板塊沿三類板塊 邊界的相對運動決定。海溝-島弧地區(qū)地震；洋脊及轉(zhuǎn)換斷層的地震；大陸內(nèi)部的地震（板內(nèi)地震）三.射線參數(shù)P的物理意義.同一條地震射線，P為常數(shù)；.不同的P對應(yīng)不同的入射角，即對應(yīng)不同形狀的射線；.P完全確定了地震射線的性質(zhì)；.射線參數(shù)P只給出了入射角i和圓心距r的關(guān)系，沒給出射線的坐標(biāo)方程。四.頻散波速隨頻率或波長而變化稱為頻散。面波成群出現(xiàn)，每一群表現(xiàn)為一列波，每列波各自的頻率具有不同的傳播速度，這種現(xiàn)象稱為面波的頻散現(xiàn)象。由于波在層狀介質(zhì)中傳播時相互疊加的結(jié)果，具有頻散特性的面波不僅有相速度，而且具有群速度。五.地球介質(zhì)的Q值在一個吸收介質(zhì)中，地震波傳播一定有頻散現(xiàn)象發(fā)生，也就是吸收和頻散總是同時存在。為了描述地震波在地球介質(zhì)中能量損耗的情況，引入?yún)?shù)Q值。定義為在一周期中質(zhì)元所損耗的能量與原有能量的比值。Q值反映了介質(zhì)損耗性質(zhì)，值越大，介質(zhì)品質(zhì)因子越高，能量損耗越小，介質(zhì)越接近完全彈性。根據(jù)Q值的變化研究波的吸收，可以得到介質(zhì)的非彈性性質(zhì)，從而進(jìn)一步了解地球內(nèi)部介質(zhì)的性質(zhì)。六.彈性回跳理論地殼運動使巖石產(chǎn)生應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)力在一個長時期內(nèi)不斷積累，超過一定限度時，地下巖層突然破裂，形成斷層，或是沿已有斷層發(fā)生突然滑動，使存儲在巖石中的彈性應(yīng)變能突然釋放，就會形成地震。無應(yīng)力狀態(tài)---->應(yīng)力作用變形，巖石產(chǎn)生相對位移---->應(yīng)力超過阻力，巖塊滑動或破裂形成斷層，斷層兩側(cè)的巖塊又回到新的無應(yīng)力狀態(tài)。七.P波初動。P波剛到達(dá)地表時的地動位移。P波初動解：從地面臺站記錄到P波的初動分布圖出發(fā)，采用點源雙力偶震源力學(xué)模型反演震源運動過程，從而求出震源參數(shù)。八.震源參數(shù)動力學(xué)參數(shù)：斷層的傳播方向和傳播速度靜力學(xué)參數(shù)：斷層長度和寬度，地震矩，應(yīng)力降幾何參數(shù)：斷層面的走向，傾向和傾角，相應(yīng)力偶的取向和仰角九.震相將震源所發(fā)出的不同振動，不同傳播路徑的地震波在地震圖上的特定標(biāo)志稱為震相。自己分析理解十.幾種地震波的對比分析第三章重力學(xué)和固體潮.重力場和重力位如果不考慮外部天體對地球的作用，地球上單位質(zhì)點所受的地球的引力和慣性離心力的矢量和稱為地球在該點的重力矢量，該矢量場稱為地球的重力場地球在某點的引力位和離心位的和稱為地球在該點的重力位。地球重力位相同的點在空間構(gòu)成的曲面稱為重力等位面。重力等位面得性質(zhì)：1.在面上移動單位質(zhì)量時，重力不做功2.兩個等位面之間的位差是常數(shù)。一般等位面不平行，且在同一等位面上重力不是常量。2正常地球場模型，正常重力場和重力異常場質(zhì)量等于地球總質(zhì)量，以地球自轉(zhuǎn)角速度繞其極半徑為軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動慣量與地球相同的參考橢球。這種模型在其表面和外部空間產(chǎn)生的重力場稱為地球的正常重力場。真實地球與正常地球場模型的密度分布不同在該點產(chǎn)生的重力場的差值稱為地球在該點產(chǎn)生的重力異常場3影響各力的因素1引力：地球的形狀，海拔高度，地殼內(nèi)部的質(zhì)量分布.離心力：高度，緯度.固體潮：地球自轉(zhuǎn)，日，地，月三者的相對位置的變化.影響重力測量的因素1觀測點值大地水準(zhǔn)面的距離2地形質(zhì)量。5均衡模型計算補償質(zhì)量在地球表層的分布，從而計算出補償質(zhì)量對觀測點的重力影響。考慮與全球地形質(zhì)量相對應(yīng)的補償質(zhì)量對觀測點重力的影響的校正稱為均衡校正.正反問題的例子真實地球的密度與正常場地球模型的密度差稱為地球的剩余密度。地球的剩余密度是重力異常場產(chǎn)生的原因。根據(jù)給定的地球剩余密度計算重力異常擦汗那個，稱為重力異常場的正演問題。根據(jù)地面上測出的重力異常場求出地球剩余密度的分布稱為重力異常的反演問題。反演的解不唯一，因此需要地質(zhì)和其他地球物理資料來限制解的范圍。當(dāng)反演深度大的異常體時，要考慮地球表面的彎曲。.固體潮及其產(chǎn)生原因地球整體在太陽和月亮的起潮力的作用下發(fā)生變形，這種變形稱為固體潮。地球在月球和太陽的起潮力的作用下發(fā)生變形，地球在地心和月心以及地心和日心的這兩個連線上拉伸，在與它們垂直的兩個平面內(nèi)壓縮，地球?qū)ζ鸪绷Φ倪@種響應(yīng)稱為地球的固體潮。固體潮在地球內(nèi)部形成潮汐應(yīng)變和潮汐應(yīng)力，并使地球自轉(zhuǎn)角速度發(fā)生變化等等。引潮力是作用在地球的單位質(zhì)點上的日、月引力和地球繞地月（和地日）公共質(zhì)心旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的慣性離心力的合力。作用在地球表面上任一點的起潮力矢量的垂直分量使地球在該點的重力發(fā)生變化稱為地球的重力固體潮.8固體潮在地表產(chǎn)生的物理現(xiàn)象1.重力固體潮2.地傾斜固體潮3.應(yīng)變固體潮4.井水水位固體潮 5.經(jīng)緯度固體潮6.海潮7.地球自轉(zhuǎn)角速度的變化第四章地磁一.地磁場的組成地磁場是一個弱磁場，由多種不同來源的磁場疊加而成。分為來源于地球內(nèi)部的穩(wěn)定磁場和來源于地球外部的變化磁場。穩(wěn)定磁場遠(yuǎn)大于變化磁場，是地磁場的主要部分起源于地球內(nèi)部的穩(wěn)定磁場稱為地磁場的內(nèi)源場，起源于地球外部的穩(wěn)定磁場稱為外源場。外源場只占內(nèi)源場的1%,因此穩(wěn)定場主要起源于地球內(nèi)部。外源變化磁場起源于地球外部的各種電流體系。這種磁場還會在具有導(dǎo)電性質(zhì)的地球內(nèi)部感應(yīng)出一個內(nèi)部電流體系，它就是產(chǎn)生內(nèi)源變化磁場的原因。二.地磁場的基本特征.近似于一個均勻磁化球體或一個處于地心的磁偶極子所形成的磁場。.地磁場強度整體很弱，在兩極處的地磁場強度最強，赤道處最弱，約為2倍關(guān)系。三.地磁場的長期變化特征.地磁場強度按0.05%/a衰減.磁偶極子以0.05%a沿經(jīng)度西移.磁偶極子以0.02%/a沿緯度北移.非偶極子場以0.2%/a沿經(jīng)度西移5非偶極子場以10nT/a量級增加6地磁場長期變化本身以0.3%a西移.變化磁場的分類和產(chǎn)生原因平靜變化：起源于電離層中比較穩(wěn)定的電流體系的周期性變化，是連續(xù)出現(xiàn)的各種周期性的平緩變化，并且疊加在地球基本磁場之上。分為太陽日變化（日變），太陰日變化以及年變化。日變幅度最大干擾變化：即磁擾，分為磁暴和地磁脈動。磁暴和太陽活動與地磁相互作用存在密切聯(lián)系。分為三階段：1.初相階段，磁場強度增加。2.主相階段，磁場水平強度下降；3.恢復(fù)相階段，環(huán)形電流逐漸衰減，地磁場逐漸恢復(fù)。地磁脈動：可能是由于地表以上1000km磁層內(nèi)或磁層邊界等離子體不穩(wěn)定性以及太陽風(fēng)（太陽連續(xù)不斷的向外發(fā)射的等離子體）和磁層的相互作用下，磁流波沿磁力線的共振激發(fā)引起的短周期的地磁干擾，形態(tài)，周期和振幅各異。第五章古地磁學(xué).古地磁研究的直接對象是巖石的剩余磁性.巖石剩余磁性，類型及其特征巖石的磁性一般是巖石所含的鐵磁性礦物在地磁場作用下產(chǎn)生的。1.巖石的原生剩磁方向與形成巖石時的地磁場方向一致，而且?guī)r石的原生剩磁具有高度的穩(wěn)定性。2.古地磁場是軸向地心偶極場。熱剩磁TRM:1.在弱磁場中，熱剩磁強度比常溫下獲得的剩磁強度大很多；2.對于各向同性的火成巖，熱剩磁的方向與外磁場一致，其天然剩磁方向代表巖石形成時的地磁場方向；3.弱磁場中剩磁強度正比于外磁場強度；4.部分熱剩磁具有可加性；5.火成巖中的鐵磁質(zhì)顆粒的弛豫時間極長。沉積剩磁：由沉積巖中的母巖風(fēng)化侵蝕而來的鐵磁性碎屑顆粒，在沉積過程中其磁矩沿地磁場方向排列所獲得的剩磁。1.含水量超過一半，剩磁的偏角和傾角和地磁場一致；2.沉積過程中所獲得剩磁是穩(wěn)定的；3.剩磁強度與外磁場成正比；4.剩磁強度遠(yuǎn)小于熱剩磁，穩(wěn)定性也不如熱剩磁。化學(xué)剩磁：1.弛豫時間長，穩(wěn)定性高，弛豫時間隨鐵磁性顆粒的體積增大而加長；2.在弱磁場中，剩磁強度正比于外磁場；3在同洋的外磁場的作用下，剩磁強度為熱剩磁強度的幾十分之--o黏滯剩磁：屬于次生剩磁，是巖石長期置于地磁場中獲得的剩磁；2地磁場方向不斷變化，黏滯剩磁的方向也會變化，因此黏滯剩磁給地磁研究帶來干擾，需要磁清洗，消除次生剩磁。3.古地磁的應(yīng)用地磁學(xué)方面：測量古地磁場強度。研究古地磁場的長期變化古地磁場的長期平均性質(zhì)地磁場的反轉(zhuǎn)地質(zhì)學(xué)方面：大陸漂移，海底擴(kuò)張，古緯度，巖石年齡，研究構(gòu)造運動第六章地電場一.地電場的概念研究大氣，海洋和固體地球電性及電場分布的一門科學(xué)，利用電法勘探中的某些方法，來研究地球內(nèi)部介質(zhì)及其周圍的電性和電場分布規(guī)律，電法勘探的目的在于研究地質(zhì)構(gòu)造和尋找能源，礦產(chǎn)。地電場的分類：大地電場：平靜變化，干擾變化。自然電場：氧化還原電場，產(chǎn)生條件是礦體本身是良導(dǎo)性礦體，圍巖溶液具有氧化還原作用。過濾電場：絕大多數(shù)沉積巖吸附負(fù)離子，碳酸鹽類吸附正離子。它包括裂隙電場，山地電場，上升泉電場，河流電場。接觸擴(kuò)散電場：地然電場法的目的勘察埋藏不深的金屬硫礦物和部分金屬氧化礦物礦床，尋找石墨和無煙煤，確定斷層的位置，以解決尋找含水破碎帶，確定地下水流向等水文地質(zhì)問題。大地電磁測深法的原理依據(jù)的原理：電磁波的趨膚效應(yīng)；研究的對象：低頻電磁波；計算公式：卡尼亞標(biāo)量阻抗表達(dá)式；測量要素：天然變化電磁場。由于測區(qū)地下地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，介質(zhì)的各向異性非常明顯，這就造成了大地電磁測深曲線的畸變，畸變類型：一是地表電性不均勻或地形起伏引起的曲線畸變，稱電流型畸變；二是電流沿構(gòu)造走向流動，引起橫向電場的畸變，稱感應(yīng)畸變。第六章地?zé)釋W(xué).熱流密度簡稱熱流，表示單位時間內(nèi)通過地球表面單位面積流出的熱量，它是地球內(nèi)部熱狀態(tài)在地表的顯示，可以在地表直接測量。地球產(chǎn)生變化的力量來源是能量，地球能量的來源有兩種：內(nèi)能和外能。地球內(nèi)能是指由地球本身產(chǎn)生的能量，主要有來自地球旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)能、地球內(nèi)部的熱能和地球內(nèi)部的策略能三方面。.地球能量的來源和釋放方式主要分為地球外能和地球內(nèi)能地球外能是指由地球外部產(chǎn)生的能量，主要有來自太陽的太陽輻射能和日、月的引力能。地球內(nèi)能有①：旋轉(zhuǎn)能地球自轉(zhuǎn)的動能，稱為地球旋轉(zhuǎn)能，又稱地球動力能②：熱能地球內(nèi)部是一個巨大的熱庫，我們稱為地球內(nèi)部熱能。地球內(nèi)部熱能的主要來源是由地球內(nèi)部放射性元素衰變而產(chǎn)生的。③：地球重力能由地心引力導(dǎo)致的地球物質(zhì)變位，重力分異作用等所產(chǎn)生并積累的能量叫做地球重力能，也稱地球策略能。在一定的條件下，重力能可轉(zhuǎn)換為熱能，也可轉(zhuǎn)化為動力能。④：太陽輻射能太陽輻射能是地球表面最主要的能源，也是地表水和大氣運動的主要動力。它能使地球表面發(fā)生風(fēng)化、剝蝕而改變原來的面貌。⑤：日、月引力能由太陽和月亮的作用力——天體引力，即日、月對地球吸引而產(chǎn)生的能量，我們把它叫做日、月引力能。它也是地球能量的重要來源。河流沖蝕，搬運以及人類采礦改變區(qū)域性地殼平衡，并與之相伴產(chǎn)生一定的能量。導(dǎo)致地球由于地球始終要受到以上各方面的影響，所以地球的能量，也就不斷地產(chǎn)生和積累，當(dāng)能量積累達(dá)到一定的程度時，就要釋放出來。當(dāng)然，能量的釋放形式是多種多樣的，而且不同方面的能量也是可以互換的。不管地球能量以何種方式釋放出來，它都要產(chǎn)生相應(yīng)的后果。而這種后果對人類及所有生命的影響是多方面的，有時它會造成巨大的破壞力，改變地球的生態(tài)面貌，有時通過地殼運動變化，形成新的礦床資源。地球能量釋放形式當(dāng)?shù)厍蚰芰糠e累達(dá)到一定的程度時，就要釋放出來，釋放時常伴隨著一定的地質(zhì)現(xiàn)象：（一）