固体地球物理学概论
第一章
固体地球物理学概论
第一章
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
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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
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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。
地电学
地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等
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第一章
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。
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第二章
⑷质量与密度分布特征 太阳占了太阳系总质量的99.85%，行星占0.135%，其它占 0.015%。若将行星分为三类，即 类地星（水星、金星、地球、火 星）、巨行星（木星、土星）和远日星（天王星、海王星），则 有 质量分布：类地星＜巨行星＞ 远日星 密度分布：类地星 ＞巨行星 ＞ 远日星 （5）太阳系的年龄 根据同位数测定，地球、月球和陨石的年龄约在45亿年左右 ，如果太阳系中所有的行星和陨石在同一时期形成，太阳系的年 龄也应为45亿年。
Orbital Eccentricity --0.2056 0.0068 0.0167 0.0934 0.0483 0.0560 0.0461 0.0097 0.2482
Obliquity --0.1° 177.4° 23.45° 25.19° 3.12° 26.73° 97.86° 29.56° 119.6°
第一章
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 Geophysical anomaly→Principle of physics→ Interpretation of geology for geophysical anomalies 计算机模拟 Modelling of computer
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第一章
地球物理学的特点
间接性(Indirect-即不是直接研究地质体本身) 定量性(Quantitativity-测量的地球物理参量与解释的结 果均由定量化结果） 多解性(multisolution or Ambiguity)
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第一章
如何学好本课程
• • • • • •
(Earth＇s)
Mass
(Earth＇s)
Rotation 25.36* 58.8 244 1.00 1.029 0.411 0.428 0.748 0.802 0.267
# Moons 9 0 0 1 2 16 18 15 8 1
Orbital Inclination --7 3.394 0.000 1.850 1.308 2.488 0.774 1.774 17.15
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第一章
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”，…….
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第一章
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) 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”
⑸彗星
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第二章
大行星位置排列示意图
固体地球物理学概论
第二章
小行星、彗星 大行星卫星图片
彗星
小行星
月球
木星的卫星
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第二章
太阳系主要成员的基本特征
2.1.2 太阳系主要成员的基本特征
Distance (AU)
(Earth＇s)
Radius 109 0.38 0.95 1.00 0.53 11 9 4 4 0.18
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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第一章
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； ……
Density (g/cm3) 1.410 5.43 5.25 5.52 3.95 1.33 0.69 1.29 1.64 2.03
Sun Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus Neptune Pluto
0 0.39 0.72 1.0 1.5 5.2 9.5 19.2 30.1 39.5
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
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?
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
固体地球物理学概论
课程主要内容
第一章 序言
第二章 地球的起源、运动与结构
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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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)
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。
2.1.1 太阳系的成员
⑴太阳----恒星，是太阳系的中心，是质量和体积最大的星体。 ⑵大行星
2.1 太阳系、太阳系的组成及起源
水星（Mercury)、金星（Venus）、地球（Earth）、
火星（Mars）、木星（Jupiter）、土星（Saturn）、 天王星(Uranus)、海王星(Neptune)、冥王星(Pluto) ⑶小行星 太阳系约有30000多个小行星，最大的小行星叫谷神（Ceres）,直径约 730km。 ⑷行星的卫星
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 中国地质大学出版社 《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
固体地球物理学概论
课程主要内容
第一章 序言
第二章 地球的起源、运动与结构
实验地球物理 Experimental geophysics