地球物理學(xué)-1緒論

地球物理學(xué)B陳召曦李信富董浩地球物理與信息技術(shù)學(xué)院2014年9月個(gè)人信息陳召曦，山東臨沂人，1985年8月出生。2012-至今，地大講師；2012，地大（北京）地球探測與信息技術(shù)博士畢業(yè)，師從楊文采院士。2009，地大（北京）地球探測與信息技術(shù)碩士畢業(yè)，師從孟小紅教授。主要研究方向：重磁數(shù)據(jù)處理（dataprocessing）反演(inversion)數(shù)學(xué)變換(mathematicaltransform)并行計(jì)算(parallelcomputing)Etc雅典衛(wèi)城參考文獻(xiàn)固體地球物理學(xué)基礎(chǔ)

金旭、傅維洲主編

吉林大學(xué)出版社2003固體地球物理學(xué)基礎(chǔ)

付容珊、劉斌編著

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社2009固體地球物理學(xué)—地球構(gòu)造、重力學(xué)與地磁學(xué)孟令順、杜曉娟編著地質(zhì)出版社201348學(xué)時(shí)理論課：40學(xué)時(shí)儀器實(shí)驗(yàn)課：8學(xué)時(shí)考核平時(shí)成績：30%期末成績：70%考勤：(原則)曠課不得超三次答疑辦公室：教五213室電話：E-mail：

課程大綱地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)-陳召曦重力學(xué)-陳召曦地磁學(xué)-陳召曦古地磁學(xué)-陳召曦地電學(xué)-董浩天然地震學(xué)-李信富人工地震學(xué)-李信富緒論一、什么是地球物理學(xué)二、地球物理學(xué)的發(fā)展三、地球物理學(xué)的主要研究方法四、地球物理學(xué)研究思路五、地球物理學(xué)與其他學(xué)科之間的關(guān)系西瓜熟了嗎？那地球內(nèi)部呢？地球物理學(xué):應(yīng)用物理學(xué)的方法研究地球的一門科學(xué)。是用物理學(xué)方法觀測、研究人類居住的行星-地球系統(tǒng)特別是固體地球的構(gòu)造、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)過程以及與其相關(guān)的物理現(xiàn)象的一門科學(xué)。研究對象：從固體地球的內(nèi)核直至大氣圈邊界的整個(gè)行星-地球系統(tǒng)。研究地球本身的結(jié)構(gòu)和發(fā)展時(shí)，地球物理學(xué)和地質(zhì)學(xué)有很密切的聯(lián)系?！傲私庹麄€(gè)地球系統(tǒng)的過去，現(xiàn)今及未來的行為，這種興趣已從生命演化的地表環(huán)境，到地殼及流體包層（大氣圈和水圈）之間的相互作用，向下擴(kuò)展到地幔和地核，并一直延伸至內(nèi)核。一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是，要利用這種認(rèn)識(shí)維持生物圈和人類將繼續(xù)繁榮下去的環(huán)境”（固體地球科學(xué)與社會(huì)，1989）一、什么是地球物理學(xué)研究地面形狀的大地測量學(xué)；研究海洋運(yùn)動(dòng)的海洋物理學(xué)；研究低空的氣象學(xué)和大氣物理學(xué)；研究高空以至行星際空間的空間物理學(xué)；研究地球本體的固體地球物理學(xué)；廣義上地球物理學(xué)指的就是固體地球物理學(xué)，運(yùn)用物理學(xué)的方法理解、解釋地球的內(nèi)部構(gòu)造、組成、動(dòng)力學(xué)以及與地球表面地質(zhì)現(xiàn)象的關(guān)系。

1、研究大尺度和一般原理的，叫普通地球物理學(xué)或理論地球物理——北大、科大、中科院地質(zhì)地球物理所、中科院空間物理所、國家地震局地球物理所等，理論地球物理又可以劃分為固體地球物理、空間地球物理等。狹義上

勘查石油天然氣、金屬、非金屬礦或其它地質(zhì)體的，稱應(yīng)用地球物理學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)、中國石油大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、長江大學(xué)、長安大學(xué)、成都理工大學(xué)、桂林工學(xué)院等，應(yīng)用地球物理又可以進(jìn)一步劃分為勘探地球物理、環(huán)境地球物理、工程地球物理等。

分類不是絕對的，一成不變的。

應(yīng)用地球物理學(xué)地球物理學(xué)是一門經(jīng)典學(xué)科，20世紀(jì)初就自成體系，在20世紀(jì)60年代發(fā)展極為迅速。我國：歷史悠久。東漢張衡，唐朝僧一行，宋代沈括。研究地球和月球的運(yùn)動(dòng)牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律；高斯奠定了地球磁場的高斯理論；開普勒觀測和發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律；開爾文研究地球的彈性、熱歷史；拉普拉斯探討了地球起源；克雷諾研究了地球的形狀等。

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者有好幾位都致力于研究地球物理問題，是杰出的地球物理學(xué)家。二、地球物理學(xué)的發(fā)展指南車牛頓司南伽利略二十世紀(jì)三十年代，地球物理學(xué)開始迅速發(fā)展；地球物理找礦大踏步發(fā)展（以地震、重力和磁法）；地球物理學(xué)本身也得到發(fā)展，地球內(nèi)部研究也得到細(xì)化；根據(jù)地球物理研究的結(jié)果，人們己經(jīng)對于地球內(nèi)部的分層結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成和物理狀態(tài)有了一個(gè)大致的了解。（下節(jié)課講）特別是地下資源分布問題，若不研究地殼深處以至地幔上部(即地球最外層約七、八百至一千公里深度)是不能完滿解釋的。二、地球物理學(xué)的發(fā)展問題是全球性的，全球地球物理學(xué)家們一直致力于國際合作研究。1957年，召開第一屆國際地球物理年；20世紀(jì)60年代，“上地幔計(jì)劃”誕生。主要研究內(nèi)容包括:

全球性的地殼斷裂系統(tǒng);

大陸邊緣地帶及島弧的構(gòu)造;

地幔的物質(zhì)組成及地球化學(xué)過程;

地殼及地幔的結(jié)構(gòu)及其橫向不均勻性。手段包括:地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理測量、地?zé)?、地質(zhì)、深鉆等。海底擴(kuò)張學(xué)說，標(biāo)志地球磁極倒轉(zhuǎn)歷史的地磁年表，活動(dòng)論，“板塊構(gòu)造學(xué)說"。二、地球物理學(xué)的發(fā)展

地學(xué)發(fā)展上的里程碑；觀點(diǎn)：地球最上層(巖石層)是由幾個(gè)大的板塊所組成的。這些板塊不是固定不動(dòng)的，而是相對地運(yùn)動(dòng)著。地球上各種大地構(gòu)造活動(dòng)就是這些大板塊互相作用的結(jié)果。板塊構(gòu)造學(xué)說最重要的意義不在于地球巖石層可以分成多少個(gè)板塊，而在于新假說以大量的觀測事實(shí)證實(shí)了地學(xué)中“活動(dòng)論”的觀點(diǎn);這是在基本概念上的一次重要的進(jìn)展。二、地球物理學(xué)的發(fā)展上地幔計(jì)劃，1970-over未解決的問題如：板塊的邊界大部分在海洋，關(guān)于這部分邊界的情況研究得比較多，但在大陸上的情況就研究得比較少。板塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源還沒有公認(rèn)一致的解釋。板塊的活動(dòng)除在其邊緣外，在其內(nèi)部也有所表現(xiàn);而這種活動(dòng)對地震成因和礦產(chǎn)富集都極有影響。二、地球物理學(xué)的發(fā)展組織“地球動(dòng)力學(xué)計(jì)劃”，1974－1979年“地球動(dòng)力學(xué)計(jì)劃”和“板塊構(gòu)造學(xué)說”是密切相關(guān)的，其主要目的之一是要解決假說所遺留下來的問題，特別是板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力問題。二、地球物理學(xué)的發(fā)展在“地球動(dòng)力學(xué)計(jì)劃”之后，八十年代國際上又提出一個(gè)“巖石層研究計(jì)劃”，這個(gè)計(jì)劃的中心課題是巖石層的現(xiàn)狀，形成、演化和動(dòng)力學(xué)，重點(diǎn)對各大陸和陸緣，也包括洋底巖石層作進(jìn)一步的研究。

八十年代后五年開展了“全球地學(xué)斷面計(jì)劃”，在全球不同的地區(qū)，不同的構(gòu)造類型上布置了180條GGT地學(xué)大剖面，我國有24條．二、地球物理學(xué)的發(fā)展利用地震方法監(jiān)視地下核爆炸?！熬S拉－U計(jì)劃”改進(jìn)美國國內(nèi)的地震觀測系統(tǒng)外，還在全球建立一系列標(biāo)準(zhǔn)地震臺(tái)網(wǎng)。這個(gè)計(jì)劃對推動(dòng)地球物理學(xué)的發(fā)展起了積極的作用。二、地球物理學(xué)的發(fā)展

地震是一種常見的地質(zhì)現(xiàn)象。對其孕育、發(fā)生的研究包括了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)二個(gè)方面的內(nèi)容。地震波的傳播帶來了大量、豐富的地球內(nèi)部的信息。因此，地震學(xué)本身就是固體地球物理學(xué)的重要組成部分。地震學(xué)原來的目的是為了研究和防御天然災(zāi)害，但后來卻主要沿著地震波物理學(xué)這個(gè)方面大大發(fā)展起來，而對于天然地震本身的研究反而進(jìn)展不大。到了六十年代，情況才有了變化。我國在1971年成立了國家地震局，專門進(jìn)行地震預(yù)測預(yù)防方面的工作。三、地球物理學(xué)的主要研究方法地震學(xué)--------------->地震勘探除地震學(xué)外，主要的地球物理方法有：重力學(xué)方法-----------重力勘探地磁學(xué)方法-----------地磁勘探地電學(xué)方法---------電法勘探地?zé)岱椒?------------地?zé)峥碧降鹊?。。。三、地球物理學(xué)的主要研究方法地震學(xué)測量量：地面的震動(dòng)（位移，速度，加速度）地球內(nèi)部參數(shù)：速度，密度，衰減Q

根據(jù)介質(zhì)的彈性和密度差異，通過觀測和分析大地對地震波的響應(yīng)，推斷地球內(nèi)部介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和巖石的性質(zhì)。

重力學(xué)測量量：

重力加速度地球內(nèi)部參數(shù)：

密度

研究重力場時(shí)空分布規(guī)律及其測量方法的科學(xué)。質(zhì)量虧損質(zhì)量盈余負(fù)異常正異常地磁學(xué)測量量：

磁場的強(qiáng)度和方向地球內(nèi)部參數(shù)：

磁化系數(shù)

研究地磁場空間分布和隨時(shí)間變化的規(guī)律。

地電學(xué)測量量：

視電阻率,視激化率地球內(nèi)部參數(shù)：

電阻率,激化率

研究地球內(nèi)部介質(zhì)的電性特征及其分布規(guī)律。物理場數(shù)據(jù)采集(acquisition)物理場數(shù)據(jù)整理(reduction)物理場正演模擬(forward)物理參數(shù)反演(inversion)地質(zhì)解釋(interpretation)四、地球物理學(xué)研究思路觀測（試驗(yàn)）認(rèn)識(shí)地球（理論模型）再觀測（試驗(yàn)）再認(rèn)識(shí)（新理論模型）正演模型（以重力為例）參數(shù)反演（以重力為例）地

質(zhì)

解

釋重力約束地質(zhì)建模剖面示意圖地面觀測數(shù)據(jù)，一部分來自地質(zhì)調(diào)查，所以地球物理工作者必須能正確理解地質(zhì)學(xué)的語言。地球內(nèi)部物質(zhì)所處的溫、壓環(huán)境與地面物質(zhì)不同。在短暫力的作用下，它基本上是彈性的，在長期力的作用下，它又可以發(fā)生流動(dòng)。所以彈性學(xué)和流變學(xué)的知識(shí)對于地球內(nèi)部物理現(xiàn)象的研究是需要的。地球物理現(xiàn)象的研究不僅涉及到力學(xué)問題，而且也涉及到所有其他物理知識(shí)和某些化學(xué)知識(shí)。五、地球物理學(xué)與其他學(xué)科之間的關(guān)系地球物理學(xué)在某些研究領(lǐng)域內(nèi)和地質(zhì)學(xué)是有密切關(guān)系的，但并不相同。地質(zhì)學(xué)是利用地面上直接觀測到的數(shù)據(jù)來對地下淺層構(gòu)造、變化過程和資源情況作出推斷。百余年來，地質(zhì)學(xué)家對人類的經(jīng)濟(jì)生活所起的作用是很大的，并仍將起重要的作用，但人類對地下能直接觀測酌范圍究竟有限的(最深的油井不過10公里左右)，而出露的礦床也越來越少了?！吧畈刻綔y項(xiàng)目”（SinoProbe）地質(zhì)學(xué)地質(zhì)方法巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、礦產(chǎn)學(xué)等理論為基礎(chǔ)對巖礦石露頭與巖芯直接觀測地球物理方法以各種地球物理場理論為基礎(chǔ)用儀器對地質(zhì)體引起的異常進(jìn)行觀測敲擊西瓜，西瓜產(chǎn)生一定頻率的聲波，麥克風(fēng)接收，轉(zhuǎn)換成電信號;經(jīng)過濾波和放大處理后，通過錄音軟件（采樣頻率設(shè)為8kHz）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，存貯于計(jì)算機(jī);然后借助數(shù)學(xué)軟件對采集的