地球物理学习方法

地球物理学习方法篇一：应用地球物理学

中科院研究生院硕士研究生入学考试

《应用地球物理》考试大纲

本《应用地球物理》考试大纲适用于中国科学院研究生院地球物理学各专业的研究生入学考试。应用地球物理学是研究地球物理场空间与时间分布规律以实现地质勘查和找矿目标的一门应用科学。通过观测和研究不同岩、矿石间物理性质的差异，利用物理学原理分析和解释各种地球物理场的特点和意义。要求考生准确掌握应用地球物理基本概念和基本原理，了解主要的六种（重、磁、电、震、放射性和地热）勘探方法。考试内容包括三部分：（1）重力勘探与磁法勘探；（2）电法勘探、放射性测量与地热测量；

（3）地震勘探。试题内容包括名词解释（50分）、简答题（50分）、综合计算证明题（50分）。

一、考试内容

（一）应用地球物理基础知识

1. 基本概念和基础理论

2. 常见岩石的物性差异

3. 地球物理场基本知识

4. 地球物理勘探方法特点

（二）重力勘探

1. 地球重力场的组成

2. 正常重力场与重力异常

3. 重力测量与重力观测资料改正的基本方法

4. 重力异常数据处理与解释的基本方法

（三）磁法勘探

1. 地球磁场的组成及基本特征

2. 岩石的磁性

3. 磁测工作和资料改正的基本方法

4. 磁异常数据处理和解释的基本方法

（四）电法勘探

1. 电阻率法

2. 充电法和自然电场法

3. 激发极化法

4. 电磁感应法

（五）放射性和地热勘探

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1. 放射性的基本知识

2. 放射性测量原理及野外工作方法

3. 地热学基本知识

4. 地温梯度与岩石热物理参数的常用测量方法

（六）地震勘探

1. 地震波的动力学

2. 地震波的运动学

3. 地震勘探的野外工作方法

4. 地震资料的数据处理与解释

二、考试要求

（一）应用地球物理基础知识

1. 掌握地球物理勘探方法的基本分类、理论基础及应用范围

2. 熟悉常见岩石的形态特征、物性特点及其差异

3. 了解不同矿藏的地球物理异常特点

（二）重力勘探

1. 熟悉地球重力场模型

2. 了解重力测量野外工作方法

3. 熟悉常见岩（矿）石密度

4. 掌握重力异常数据处理方法

5. 熟悉重力资料解释的基本步骤和方法

（三）磁法勘探

1. 熟悉地磁要素及地磁场的解析表示

2. 了解磁法勘探野外工作方法

3. 熟悉常见岩石磁性特征

4. 掌握磁异常各分量转换方法及简单形体磁异常解释方法

（四）电法勘探

1. 掌握岩石电阻率的测定方法，熟悉电阻率剖面法、测深法基本装置类型

2. 了解岩石的自然极化特性，熟悉常见自然极化电场特点及自然电场法的应用

3. 了解岩石的激发极化机理，熟悉激发极化的频率特性、时间特性及其应用

4. 掌握电磁法的理论基础，熟悉电磁测量剖面法、测深法的分类特点及应用

（五）放射性和地热勘探

1. 熟悉放射性现象及α射线、β射线、γ射线的基本特点

2. 了解放射性测量方法原理

3. 熟悉地热学中的常见物理量含义及岩石热物理性质

4. 了解地球热结构特点，掌握大地热流密度的含义和测量方法

（六）地震勘探

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1. 了解横波和纵波传播的动力学特点，掌握地震波反射、透射和折射规律

2. 掌握地震波运动学的相关基本定理及时距曲线方程

3. 熟悉地震勘探数据的野外采集技术及观测系统的图示方法

4. 熟悉地震资料数据处理的基本流程及资料解释的基本步骤

三、主要参考书

1. 罗孝宽 郭绍雍主编. 应用地球物理教程－重力 磁法. 北京：地质出版社，1991 2. 傅良魁主编. 应用地球物理教程－电法 放射性 地热. 北京：地质出版社，1991 3. 何樵登 熊维纲主编. 应用地球物理教程－地震勘探. 北京：地质出版社，1991 4. 顾功叙主编. 地球物理勘探基础. 北京：地质出版社，1990

编制单位：中国科学院研究生院

编制日期：2006年6月6日

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地球物理学习方法篇二：地球物理学七大基本问题

一、固体地球的模型及其基本物理参数

（一）、固体地球模型

根据地球内部波速和密度的分异，首先可将

其划分出三个一级圈层，即我们熟悉的地壳、地

幔和地核，这也是地球内部最主要的物性及化学

组分的分界单元。其中，地壳和地幔之间的分界

面称作莫霍面，平均深度33km；地幔和地核之

间的分界面称作古登堡面，深度2891km。这两

个界面上下的物质，无论在化学组成、物质状态

和物理性质上，都有重大的区别。根据在这些方

面更细致的分异特征，可以再从整体上将地球内

部划分为七个二级圈层，从地表向地球深部依次

为A（地壳）；B，C，D（地幔）；以及E，F和

G层（地核）。进一步地，大陆地壳还可再分为

上、下地壳两层，即Ａ１和Ａ２；在地幔的B层中

则包括三个三级分层：B1、B2（为一地震波低速

层，故推断为熔融状态．故也称软流圈）和B3；

D层中包含着两个三级分层，它们依次被称作

D′和D″层。

地球内部圈层的形成，一般认为是由于地球内部加热、原始物质分异和分层作用共同产生的结果。在最初的时候，地球上的原始物质熔离出重金属铁和镍，后者下沉形成地核。当它们熔离出去以后，残留的物质——以橄榄石＋辉石为主形成地幔岩，组成现代的地幔。地幔是地球体积和质量最大的一个圈层，具有相当复杂的成分（详见第四章３.1节）。除了地幔上部有一层软流圈是熔融态外，其余部分主要是固态的。地幔物质的分异作用今天仍然在继续进行：对压力和温度变化的分析结果表明，在B层内还在发生玄武岩的熔离作用，这个熔离带成为软流圈（即B2层）的主要组成部分。此外，当较轻的玄武岩熔出并上升到地壳中后，上地幔B层的物质组成中失去了部分二氧化硅，这一部分的地幔岩从成分上相当于组成上地幔的超基性岩石。上地幔的玄武岩与超基性岩的分界，

具有物质性质密度和弹性

波速度显著变化的特征，而且对应于波速界面莫霍面。此外，分异作用不仅涉及到古登堡面，而且也涉及到其下伏的C层。

地壳也是地球分异作用的结果。玄武岩是由软流圈中的地幔岩分熔出来的，然后呈巨大的熔融状岩流上升到地壳中，成为地壳的重要组成部分。在接近地壳底部时，这类岩体便成为地球表面各种地质活动的发源地。“固定”在地壳底部的熔融状岩流称作玄武岩的底侵作用，它使地壳下部物质加热和熔化，形成地壳中主要的长英质岩浆源。

根据陨石学研究，推断地核所具有的铁镍成分，应该近似于一种铁陨石古橄铁镍陨石。对金属进行的冲击压缩实验结果则表明，外地核（E层）处于液态或极为接近于液态，而且除了铁镍成分外，还含有氧化铁；在这种情况下，铁镍熔浆的成分不超过84—92％。在深度为4900—5150km范围内的过渡带（F层），推断主要是由二硫化铁也即古橄铁镍陨石特有的化合物所组成的。有关内核（G层）的资料最少，但从各种地球物理分析的结果来看，它显然是由铁镍合金组成、并且是固态的。

地球内部：根据地震波可以将其划分为：地壳，地幔和地核

（二）、固体地球物理的基本物理参数

地球物理学家根据地震波在地球内部不同深度下传播特征的变化情况，结合实验岩石学的测试资料，发现了不同的波速与密度界面。以此为基础推算了地球内部的密度分布状况，进而分析了地球内部的物理结构和物质分布的基本特征。

二、全球的版块构造

板块构造论（又称板块构造假说、板块构造说学或板块构造学）是为了解释大陆漂移现象而发展出的一种地质学理论。该理论认为，地球的岩石圈是由板块拼合而成；全球分为六大板块，海洋和陆地的位置是不断变化的。根据这种理论，地球内部构造的最外层分为两部分：外层的岩石圈和内层的软流圈。这种理论基于两种独立的地质观测结果：海底扩张和大陆漂移。

据新编的《系列世界地图》中的四种全球板块分布图可知，全球一共有13个大板块，分别是:非洲板块，南极板块，阿拉伯板块，澳大利亚板块，印度板块，加勒比板块，可可此外，在板块中还可以分出若干次一级的小板块，如把美洲大板块分为南、北美洲两个板块，菲律宾、阿拉伯半岛、土耳其等也可作为独立的小板块。板块之间的边界是大洋中脊或海岭、深海沟、转换断层和地缝合线。斯板块，欧亚板块，纳兹卡板块，北美板块，太平洋板块，菲律宾板块，南美板块。

全球岩石圈六大板块

美国航天的卫星图整理出来的最近100万年的板块运动图（2002年）

三、三大断层模型

（一）、断层的概念

沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂构造。 断层的规模大小不等,大者沿走向延伸可达上千公里,向下可切穿地壳，常由许多断层组成，称为断裂带；小者可见于手标本。几何要素断层由断层面和断盘组成。断层面是岩石沿之发生相对位移的破裂面，简称断面，可以是一个单一的面，也可以是一个有一定宽度的带。断层面与地面的交线称为断层线。断盘指断层面两侧的岩块。位于断层面之上的一盘称为上盘，断层面之下的一盘称为下盘。如断层面直立，则按其相对于断层走向的方位来描述。

断层的位移即断层面两侧岩块相对错开距离的统称。按测量位移的参照物的不同,分为滑距和断距。

滑距即断层两盘真正的相对错开的距离。断层面上错动前的一点，错动后分成两个对应点之间的直线距离，称为总滑距。总滑距在断层面走向线上的分量称走向滑距。总滑距在断层面倾斜线上的分量称倾斜滑距。断距即被错断的岩层在两盘对应层之间的相对距离。在不同方向的剖面上，断距的值可不同。在垂直于被错断岩层走向的剖面上，断层两盘对应层之间的垂直距离称为地层断距；对应层之间的铅直距离称为铅直地层断距，相当于直立的钻孔中测得的距离；对应层之间的水平距离称水平地层断距，相当于沿水平坑道测得的距离。按断层走向与被断地层走向的几何关系分为：①两者近于平行的走向断层；②两者近于垂直的倾向断层；③两者斜交的斜向断层；④与被断地层层面大致平行的顺层断层。分类：按断层走向与区域褶皱轴向的几何关系分为：①两者近于平行的纵断层；②两者近于垂直的横断层；③两者斜交的斜断层。

按断层两盘相对运动的方向分为：①上盘相对下降的正断层;②上盘相对上升的逆断层,低角度(小于30°) 的逆断层又称冲断层。正断层和逆断层的两盘相对运动 方向大致平行于断层面的倾斜方向，故又统称为倾向滑动断层；③两盘沿断层走向作相对水平运动的平移断层，又称走向滑动断层（简称走滑断层）。两盘作逆时针剪切的平移断层称左旋或左行平移断层，反之，作顺时针剪切的称右旋或右行平移断层。另外，对于断层位移方向与断层面走向斜交的斜向滑动断层，可根据其走向滑 距和倾斜滑距分量的相对大小而复合命名,如正-平移断 层或平移-逆断层,复合命名中的后者表示主要的运动分量。

断层是地壳上部构造层次脆性剪切变形的典型产物。有的大断层向深处其倾角逐渐变缓，使断层面成凹面向上的弯曲，其剖面似铲形或犁形，称铲状断层或犁式断层。在地壳深处的韧性变形域，相当于断层的两盘作相对剪切位移的变形带称为韧性剪切带。

形成机制：断层运动的基本特点是两盘岩石沿断层 面的剪切滑动，所以断层作为剪切面与其形成时的应力 状态密切有关。断层形成的安德森模式简明地说明了两 者的关系（图2 安德森断层理论模式）。因为地面与空气间无剪应力作用,所以地面为一主平面,即必然有一个主应力轴与地面垂直，其余两个主应力轴呈水平状态。假定岩石为各向同性，其内摩擦角统计平均值为30°。按库伦-莫尔脆性破裂准则,在应力作用下形成的两组共 轭剪切面的交线与中间应力轴 □2平行,其锐角分角线与 最大主应力轴 □1平行,断层面与□1的夹角约30°。这样， 三种应力作用方式就可造成3种断层:①当 □1直立时,形成高角度正断层；②当□2直立时，形成近直立的平移断层；③当 □3直立时,形成低角度的逆断层。这一模式较好地说明了大量浅层次的脆性破坏所形成的断层，如大量的正断层的倾角在60°左右，而平移断层常是近直立的。但由于地壳的不均一性，各地实际的应力状态还要复杂得多，如在上升岩浆岩的边部或隆起区边缘的差异性升降运动都可造成高角度的逆断层，而在地壳较深处又可有近水平的低角度正断层。

（参考书目 朱志澄、宋鸿林主编：《构造地质学》，中国地质大 学出版社，武汉，1990。）

地球物理学习方法篇三：地球物理学基础

作业01

地球物理学基础（2013）作业01

布置时间：2013-9-17(周二) 交作业时间：2013-9-24（周二）

1. 将下面的英文翻译成中文

Although the many advances in geophysical research depend strongly on the aid of computer science, the fundamental principles of geophysical methods remain the same; they constitute the foundation on which progress is based. In revising this textbook, I have heeded the advice of teachers who have used it and who recommended that I change as little as possible and only as much as necessary (to paraphrase medical advice on the use of medication). The reviews of the first edition, the feedback from numerous students and teachers, and the advice of friends and colleagues helped me greatly in deciding what to do.

The structure of the book has been changed slightly compared to the first edition. The final chapter on geodynamics has been removed and its contents integrated into the earlier chapters, where they fit better. Text-boxes have been introduced to handle material that merited further explanation, or more extensive treatment than seemed appropriate for the body of the text. Two appendices have been added to handle more adequately the three-dimensional wave equation and the cooling of a half-space, respectively. At the end of each chapter is a list of review questions that should help students to evaluate their knowledge of what they have read. Each chapter is also accompanied by a set of exercises. They are intended to provide practice in handling some of the numerical aspects of the topics discussed in the chapter. They should help the student to become more familiar with geophysical techniques and to develop a better understanding of the fundamental principles.

2. Write down Kepler’s three laws of planetary motion. Which law is a result of the conservation of momentum? Which law is a result of the conservation of energy?

3. What are the Lame constants in seismic theory?

4. Calculate the bulk modulus(K),the shear modulus(μ) and Poisson’s ratio (υ) for the lower crust ,upper mantle and lower mantle, respectively, using K=?V????=?????? and g r =?G

?? ?? ??????????=??? 04????2??(??)???? and the values for the P-waves(α) and

????

5. For a sphere, moment of inertia is given as I=KM??2，please prove below three situations：Page150曾融生

(a) If the sphere is homogenous (uniform density), K = 0.40;

(b) If all the mass of the sphere is on the outside, K = 0.67;

(c) For a two layer earth with a denser core whose radius is 0.50 that of the entire planet, with the density of core is three times greater than rim, K=0.33.

以下三个题目，任选两个：

6. The radius of the Moon is 1738km and its mean density is 3347kgm-3. If the Moon has a core with radius 400km and the uniform density of the overlying mantle is 3300 kgm-3, what is the density of the core?

7. An aircraft leaves a city at latitude ??1 and longitude ?1 and flies to a second city at latitude ??2 and longitude?2. Derive an expression for the great circle distance between the two cities。 Apply the above formula to compute the great circle distances between the following pairs of cities:

(a) New York (λ=40°43’N ,?1=74°1’W)—Madrid (λ=40°25’N, ?1=3°43’W); (b) Seattle (λ=47°21’N ,?1=122°12’W)—Sydney (λ=33°52’ S,?1=151°13’E); (c) Moscow (λ=55°45’N ,?1=37°35’E)—Paris (λ=48°52’N ,?1=2°20’E); (d) London(λ=51°30’N ,?1=0°10’W)—Tokyo (λ=35°42’N ,?1=139°46’E).

8. Preview the three-dimensional wave equations. （Refer to Appendix A in the textbook “Fundamentals of Geophysics “ P363. ）

注意：1、以上所有题目（英译汉除外），用中文或者英文回答都可以；

2、请使用A4打印纸或者同等大小的纸张作答，无需再抄题目，标清楚题

号即可，手写或者电子打印都可以；

3、请在第一页页首位置写上你的信息，格式是“姓名+单位+学号”。