固體地球物理概論.doc

固體地球物理學(xué)概論讀書報(bào)告學(xué)號(hào) 20091003109 姓名 李堂華 班級(jí) 061091通過(guò)這一學(xué)期的固體地球物理概論的學(xué)習(xí)，讓我們了解了固體地球物理學(xué)的發(fā)展歷史以及它主要的研究?jī)?nèi)容。它是用物理學(xué)的觀點(diǎn)和方法研究固體地球的運(yùn)動(dòng)、物理狀態(tài)、物質(zhì)組成、作用力和各種物理過(guò)程的綜合性學(xué)科。這門學(xué)科自20世紀(jì)之處就已成體系，到60年代之后，發(fā)展極為迅速。它包含了許多分支學(xué)科，涉及海、陸、空三個(gè)領(lǐng)域，正像平時(shí)我們物探人說(shuō)的那樣，上天、入地、下海。它也是天文、物理、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)之間的一個(gè)邊緣學(xué)科。固體地球物理學(xué)有3 個(gè)發(fā)展較早的基礎(chǔ)性學(xué)科：重力和大地測(cè)量學(xué)、地震學(xué)和地磁學(xué)。固體地球物理學(xué)還包含地電學(xué)和地?zé)釋W(xué)。這兩個(gè)學(xué)科發(fā)展歷史不長(zhǎng)，正在進(jìn)一步發(fā)展之中。在固體地球物理學(xué)范圍內(nèi) ，還有3個(gè)學(xué)科名稱 ，它們都是對(duì)固體地球作綜合性和整體性研究的。它們彼此之間的差別很小。大地構(gòu)造物理學(xué)在30年代只討論巖石和礦物形成的物理?xiàng)l件和過(guò)程，近年來(lái)其研究領(lǐng)域已由地球表層逐漸擴(kuò)大到地球內(nèi)部。地球內(nèi)部物理學(xué)是研究地球內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成和物理過(guò)程的學(xué)科分支。地球動(dòng)力學(xué)原是研究地球內(nèi)部的作用力、物質(zhì)對(duì)作用力的響應(yīng)特性及有關(guān)的變化過(guò)程的。60年代板塊大地構(gòu)造學(xué)說(shuō)興起后，有關(guān)地球的整體性運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題都以地球動(dòng)力學(xué)的名稱出現(xiàn)，是研究比較活躍的領(lǐng)域。固體地球物理學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容是利用物理學(xué)的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等方面的原理和方法，研究地球各部分的物理?xiàng)l件、物理性質(zhì)、物理狀態(tài)、從空間和時(shí)間兩個(gè)方面找出以上各方面的發(fā)展和聯(lián)系，以尋求其變化規(guī)律。與這門學(xué)科緊密相連的另外一門學(xué)科就是應(yīng)用地球物理學(xué)，它側(cè)重與實(shí)際應(yīng)用，主要在于勘察石油、金屬、非金屬礦或解決其它地質(zhì)問(wèn)題的，與之相對(duì)應(yīng)，固體地球物理學(xué)也稱之為理論地球物理學(xué)。由于人們是先解決實(shí)際問(wèn)題，之后才會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的理論學(xué)科，應(yīng)用地球物理學(xué)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)理論地球物理學(xué)的。目前，理論地球物理學(xué)著眼于基礎(chǔ)理論方面的研究，研究的主要內(nèi)容有：研究地球形狀與重力分布的重力學(xué)；研究地震及彈性波在地球內(nèi)部傳播規(guī)律的地震學(xué)；研究地球磁現(xiàn)象的地磁學(xué)；研究地球電性質(zhì)的地電學(xué)；研究地球內(nèi)部熱過(guò)程和熱狀態(tài)的地?zé)釋W(xué)；深部探測(cè)和地球動(dòng)力學(xué)等。這門課程除了讓我們了解以上相關(guān)內(nèi)容以外，更重要的是還為我們將來(lái)的專業(yè)課有所涉及和了解，打下一定的基礎(chǔ)。主要是一下幾個(gè)方面，地球的重力場(chǎng)，地震學(xué)與地球的速度結(jié)構(gòu)，地球磁場(chǎng)，地球電與電磁效應(yīng)，地球的溫度場(chǎng)，這些知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)將來(lái)我們對(duì)重、磁、電、震等勘探方法的熟悉和掌握無(wú)疑是有巨大幫助的。此外，它還介紹了地球本身的起源與結(jié)構(gòu)，它的形狀和自轉(zhuǎn)，這讓我們更加能夠理解地球上這些物理參數(shù)和性質(zhì)變化的原因，讓我們不僅知其然，并且知其所以然。關(guān)于地球的重力場(chǎng)，它介紹了重力場(chǎng)的形成和計(jì)算方法，當(dāng)不考慮其它天體對(duì)地球的作用時(shí)，重力g的形成是由兩部分組成：即整個(gè)地球質(zhì)量對(duì)地表物體產(chǎn)生的引力 F和因地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的慣性離心力C的 矢量和。這讓我們對(duì)重力的理解又加深了一步，這門課程還詳細(xì)介紹了引起地球重力變化的因素和在實(shí)際應(yīng)用中的相應(yīng)改正方法。就空間而言，造成重力變化的原因有：第一、地球的形狀扁橢球體引力，地球本身并不是一個(gè)正圓球體 ，而是一個(gè)近于兩極壓扁的扁球體，因而地心到地表的距離并不處處一樣；地球形狀造成的重力變化 最大達(dá)1800mGal；第二、地球自轉(zhuǎn)慣性離心力，地球在不停地繞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，因而不同緯度處的回轉(zhuǎn)半徑也不同；最大變化達(dá)3400mGal；第三、地球表面起伏不平，形態(tài)復(fù)雜；最大變化達(dá)1000mGal以上； 第四、地球內(nèi)部物質(zhì)密度分布不均勻；在漫長(zhǎng)的地球演化史中，長(zhǎng)期的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與巖漿活動(dòng)等，造成自地表直至上地幔內(nèi)物質(zhì)密度分布的不均勻。第五、太陽(yáng)與月球的引力 。從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，由于太陽(yáng)、月亮與地球之間的相對(duì)位置存在一定周期的變化，造成海洋潮汐及固體地球的彈性形變等一系列地球物理現(xiàn)象。這種由于太 陽(yáng)、月亮對(duì)地球引力的變化使固體地球形變而造成地表同一點(diǎn)出現(xiàn)重力隨時(shí)間的微小變化， 就稱為重力固體潮，其變化幅度約23g.u.，因而在高精度重力測(cè)量中必須考慮這一因素的 影響。并且我們常說(shuō)的重力勘探，無(wú)論是研究構(gòu)造還是尋找各種礦產(chǎn)資源以及近年來(lái)在水、工、環(huán)中的應(yīng)用與研究， 都是利用地下物質(zhì)密度分布不均勻這一點(diǎn)所引起的重力微小變化來(lái)達(dá)到其目的，因而其它因素的影響就被當(dāng)作干擾而要引入相應(yīng)的校正予以消除。因此，這就涉及到重力改正的問(wèn)題，在此之前，我們先要明白重力異常的實(shí)質(zhì)，討論地球正常重力值，其目的就在于從實(shí)測(cè)重力值中減去密度均勻條件下的正常重力值的變化，單純獲得由地下地質(zhì)體剩余質(zhì)量所引起的重力異常。重力改正主要包括高度改正、中間層改正、地形改正，有時(shí)還要用到緯度改正和均衡改正。這些改正工作，已列入常規(guī)的資料整理中，稱為預(yù)處理。我們將來(lái)如果從事重力勘探方面的工作的話，那么這些將是我們要經(jīng)常用到的。關(guān)于地震學(xué)和地球的速度結(jié)構(gòu)，目前地球物理勘探中，眾所周知，最熱門的就是地震勘探，同時(shí)，它也是最為昂貴的，代價(jià)極高。著名地震學(xué)家傅承義曾說(shuō)過(guò):“地震仿佛是盞燈;每次發(fā)震都照亮了地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)”。而我們就是那些能夠讀懂那盞燈的人，我之所以這樣說(shuō)，意思不是說(shuō)好像我們希望發(fā)地震，并且一點(diǎn)也不同情那些地震地區(qū)受災(zāi)的人民。相反，我們正是通過(guò)這些更好的了解它，以后更好的為人們服務(wù)。地震學(xué)，就是利用地下不同巖石介質(zhì)的性質(zhì)的不同，能夠從地震波的傳播速度上面反映出來(lái)，從而在地面上工作，通過(guò)地震波的發(fā)射和接收來(lái)研究地下的情況。在討論地震波傳播之前，我們先介紹地球介質(zhì)性質(zhì)的變化特征。地球內(nèi)部介質(zhì)性質(zhì)的變化，主要有以下情形: (1) 上下介質(zhì)的性質(zhì)、狀態(tài)迥然不同，出現(xiàn)明顯的分界面，地震波速度出現(xiàn)階梯狀跳躍，如地殼與地幔、地幔與地核之間。地殼是固體，外核是液體，地幔介于固態(tài)與液態(tài)之間。地震波通過(guò)殼幔分界面時(shí) P波速度從7.8km/s 突增到 8.4km/s，S波速度從3.7km/s 突增到 4.7km/s；地震波通過(guò)核幔分界面時(shí)P波速度從13.6km/s突降到 8.0 km/s; S波速度從7.2km/s 降至零。(2) 上下介質(zhì)的狀態(tài)基本相同，但性質(zhì)變化顯著，呈現(xiàn)明顯的分界面。（3）在同一層內(nèi)，地球介質(zhì)也不是均勻分布的。一般來(lái)講，由于地球介質(zhì)是分層均勻、 各向同性的，地球介質(zhì)的密度、彈性參數(shù)等隨深度增加而增加，地震波速度也隨探度的增加而增加。當(dāng)清楚了這些以后，我們就可以通過(guò)地震波的折射、反射和轉(zhuǎn)換達(dá)到研究地下的目的。關(guān)于地球的磁場(chǎng)、電場(chǎng)和溫度場(chǎng)。地球的電磁現(xiàn)象是重要的地球物理現(xiàn)象，它可以反映上至太陽(yáng)活動(dòng)、行星際空間、磁層、電離層，下至地殼、地幔、地核中發(fā)生的與電磁過(guò)程有關(guān)的各種物理過(guò)程。對(duì)地球電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)和研究，是認(rèn)識(shí)高空和地球內(nèi)部介質(zhì)的物性、組成、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和孕震過(guò)程的重要途徑之一。地球磁場(chǎng)主要有3部分組成，（1）97 - 99 % 主要磁場(chǎng) (外核中的電流產(chǎn)生)；（2）1 - 2 % 地殼磁場(chǎng) (地殼中的磁性巖石) ；（3） 1 - 2 % 外部磁場(chǎng) (大氣層上部和太陽(yáng)風(fēng)產(chǎn)生的離子微粒) 。并且它存在長(zhǎng)期的變化現(xiàn)象，磁矩的長(zhǎng)期變化，磁偏角的長(zhǎng)期變化，磁極位置的長(zhǎng)期變化，極性倒轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期變化，這對(duì)于研究長(zhǎng)時(shí)間的磁場(chǎng)是很有幫助的。地球的地電場(chǎng)包括兩個(gè)部分，各種天然的全球性或區(qū)域性變化電場(chǎng)稱為大地電場(chǎng)，而各種天然地方性穩(wěn)定電場(chǎng)稱為自然電場(chǎng)。這兩種電場(chǎng)總稱為地電場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)是相互激發(fā)的，因此，大地電場(chǎng)的變化與地磁場(chǎng)的變化也是一一對(duì)應(yīng)的。這部分還介紹了影響巖、礦石導(dǎo)電性的因素，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中是很有用的，尤其是電發(fā)勘探，正是基于此。地球溫度場(chǎng)介紹了地球的溫度