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(cè)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(cè)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(guó)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(jī)：30%期末成績(jī)：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(cè)、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(guò)程以及與其相關(guān)的物理現(xiàn)象的一門科學(xué)。研究對(duì)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(guò)去，現(xiàn)今及未來(lái)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(cè)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(guó)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(guó)地質(zhì)大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、長(zhǎng)江大學(xué)、長(zhǎng)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(duì)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(guó)：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(wàn)有引力定律；高斯奠定了地球磁場(chǎng)的高斯理論；開(kāi)普勒觀測(cè)和發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律；開(kāi)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(wèn)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(kāi)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(duì)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(wèn)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(wèn)題是全球性的，全球地球物理學(xué)家們一直致力于國(guó)際合作研究。1957年，召開(kāi)第一屆國(guó)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?jī)?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(guò)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(cè)量、地?zé)帷⒌刭|(zhì)、深鉆等。海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)，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(shuō)"。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(duì)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(shuō)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(shuō)以大量的觀測(cè)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(wèn)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(lái)源還沒(méi)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(duì)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(shuō)”是密切相關(guān)的，其主要目的之一是要解決假說(shuō)所遺留下來(lái)的問(wèn)題，特別是板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力問(wèn)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(guó)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(duì)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(kāi)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(guó)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(guó)國(guó)內(nèi)的地震觀測(cè)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(duì)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(jiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象。對(duì)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(lái)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(lái)的目的是為了研究和防御天然災(zāi)害，但后來(lái)卻主要沿著地震波物理學(xué)這個(gè)方面大大發(fā)展起來(lái)，而對(duì)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(guó)在1971年成立了國(guó)家地震局，專門進(jìn)行地震預(yù)測(cè)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(cè)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(guò)觀測(cè)和分析大地對(duì)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(cè)量量：

重力加速度地球內(nèi)部參數(shù)：

密度

研究重力場(chǎng)時(shí)空分布規(guī)律及其測(cè)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(cè)量量：

磁場(chǎng)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(chǎng)空間分布和隨時(shí)間變化的規(guī)律。

地電學(xué)測(cè)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集(acquisition)物理場(chǎng)數(shù)據(jù)整理(reduction)物理場(chǎng)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(cè)（試驗(yàn)）認(rèn)識(shí)地球（理論模型）再觀測(cè)（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(cè)數(shù)據(jù)，一部分來(lái)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(yǔ)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(zhǎng)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(duì)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(wèn)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(cè)到的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)地下淺層構(gòu)造、變化過(guò)程和資源情況作出推斷。百余年來(lái)，地質(zhì)學(xué)家對(duì)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(duì)地下能直接觀測(cè)酌范圍究竟有限的(最深的油井不過(guò)10公里左右)，而出露的礦床也越來(lái)越少了?！吧畈刻綔y(cè)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(duì)巖礦石露頭與巖芯直接觀測(cè)地球物理方法以各種地球物理場(chǎng)理論為基礎(chǔ)用儀器對(duì)地質(zhì)體引起的異常進(jìn)行觀測(cè)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(hào);經(jīng)過(guò)濾波和放大處理后，通過(guò)錄音軟件（采樣頻率設(shè)為8kHz）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，存貯于計(jì)算機(jī);然后借助數(shù)學(xué)軟件對(duì)采集的