固體地球物理概論.doc

固體地球物理學概論讀書報告學號 20091003109 姓名 李堂華 班級 061091通過這一學期的固體地球物理概論的學習，讓我們了解了固體地球物理學的發(fā)展歷史以及它主要的研究內容。它是用物理學的觀點和方法研究固體地球的運動、物理狀態(tài)、物質組成、作用力和各種物理過程的綜合性學科。這門學科自20世紀之處就已成體系，到60年代之后，發(fā)展極為迅速。它包含了許多分支學科，涉及海、陸、空三個領域，正像平時我們物探人說的那樣，上天、入地、下海。它也是天文、物理、化學、地質學之間的一個邊緣學科。固體地球物理學有3 個發(fā)展較早的基礎性學科：重力和大地測量學、地震學和地磁學。固體地球物理學還包含地電學和地熱學。這兩個學科發(fā)展歷史不長，正在進一步發(fā)展之中。在固體地球物理學范圍內 ，還有3個學科名稱 ，它們都是對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。大地構造物理學在30年代只討論巖石和礦物形成的物理條件和過程，近年來其研究領域已由地球表層逐漸擴大到地球內部。地球內部物理學是研究地球內部物質結構、組成和物理過程的學科分支。地球動力學原是研究地球內部的作用力、物質對作用力的響應特性及有關的變化過程的。60年代板塊大地構造學說興起后，有關地球的整體性運動的問題都以地球動力學的名稱出現(xiàn)，是研究比較活躍的領域。固體地球物理學的主要研究內容是利用物理學的電學、磁學、熱學、運動學和動力學等方面的原理和方法，研究地球各部分的物理條件、物理性質、物理狀態(tài)、從空間和時間兩個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。與這門學科緊密相連的另外一門學科就是應用地球物理學，它側重與實際應用，主要在于勘察石油、金屬、非金屬礦或解決其它地質問題的，與之相對應，固體地球物理學也稱之為理論地球物理學。由于人們是先解決實際問題，之后才會產(chǎn)生相應的理論學科，應用地球物理學的發(fā)展遠遠超過理論地球物理學的。目前，理論地球物理學著眼于基礎理論方面的研究，研究的主要內容有：研究地球形狀與重力分布的重力學；研究地震及彈性波在地球內部傳播規(guī)律的地震學；研究地球磁現(xiàn)象的地磁學；研究地球電性質的地電學；研究地球內部熱過程和熱狀態(tài)的地熱學；深部探測和地球動力學等。這門課程除了讓我們了解以上相關內容以外，更重要的是還為我們將來的專業(yè)課有所涉及和了解，打下一定的基礎。主要是一下幾個方面，地球的重力場，地震學與地球的速度結構，地球磁場，地球電與電磁效應，地球的溫度場，這些知識的學習對將來我們對重、磁、電、震等勘探方法的熟悉和掌握無疑是有巨大幫助的。此外，它還介紹了地球本身的起源與結構，它的形狀和自轉，這讓我們更加能夠理解地球上這些物理參數(shù)和性質變化的原因，讓我們不僅知其然，并且知其所以然。關于地球的重力場，它介紹了重力場的形成和計算方法，當不考慮其它天體對地球的作用時，重力g的形成是由兩部分組成：即整個地球質量對地表物體產(chǎn)生的引力 F和因地球自轉而產(chǎn)生的慣性離心力C的 矢量和。這讓我們對重力的理解又加深了一步，這門課程還詳細介紹了引起地球重力變化的因素和在實際應用中的相應改正方法。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正圓球體 ，而是一個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1800mGal；第二、地球自轉慣性離心力，地球在不停地繞自轉軸旋轉，因而不同緯度處的回轉半徑也不同；最大變化達3400mGal；第三、地球表面起伏不平，形態(tài)復雜；最大變化達1000mGal以上； 第四、地球內部物質密度分布不均勻；在漫長的地球演化史中，長期的地質構造運動與巖漿活動等，造成自地表直至上地幔內物質密度分布的不均勻。第五、太陽與月球的引力 。從時間上來說，由于太陽、月亮與地球之間的相對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、月亮對地球引力的變化使固體地球形變而造成地表同一點出現(xiàn)重力隨時間的微小變化， 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量中必須考慮這一因素的 影響。并且我們常說的重力勘探，無論是研究構造還是尋找各種礦產(chǎn)資源以及近年來在水、工、環(huán)中的應用與研究， 都是利用地下物質密度分布不均勻這一點所引起的重力微小變化來達到其目的，因而其它因素的影響就被當作干擾而要引入相應的校正予以消除。因此，這就涉及到重力改正的問題，在此之前，我們先要明白重力異常的實質，討論地球正常重力值，其目的就在于從實測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體剩余質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，稱為預處理。我們將來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。關于地震學和地球的速度結構，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，它也是最為昂貴的，代價極高。著名地震學家傅承義曾說過:“地震仿佛是盞燈;每次發(fā)震都照亮了地球的內部結構”。而我們就是那些能夠讀懂那盞燈的人，我之所以這樣說，意思不是說好像我們希望發(fā)地震，并且一點也不同情那些地震地區(qū)受災的人民。相反，我們正是通過這些更好的了解它，以后更好的為人們服務。地震學，就是利用地下不同巖石介質的性質的不同，能夠從地震波的傳播速度上面反映出來，從而在地面上工作，通過地震波的發(fā)射和接收來研究地下的情況。在討論地震波傳播之前，我們先介紹地球介質性質的變化特征。地球內部介質性質的變化，主要有以下情形: (1) 上下介質的性質、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。地震波通過殼幔分界面時 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；地震波通過核幔分界面時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) 上下介質的狀態(tài)基本相同，但性質變化顯著，呈現(xiàn)明顯的分界面。（3）在同一層內，地球介質也不是均勻分布的。一般來講，由于地球介質是分層均勻、 各向同性的，地球介質的密度、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。當清楚了這些以后，我們就可以通過地震波的折射、反射和轉換達到研究地下的目的。關于地球的磁場、電場和溫度場。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活動、行星際空間、磁層、電離層，下至地殼、地幔、地核中發(fā)生的與電磁過程有關的各種物理過程。對地球電磁現(xiàn)象的實驗、觀測和研究，是認識高空和地球內部介質的物性、組成、運動狀態(tài)和孕震過程的重要途徑之一。地球磁場主要有3部分組成，（1）97 - 99 % 主要磁場 (外核中的電流產(chǎn)生)；（2）1 - 2 % 地殼磁場 (地殼中的磁性巖石) ；（3） 1 - 2 % 外部磁場 (大氣層上部和太陽風產(chǎn)生的離子微粒) 。并且它存在長期的變化現(xiàn)象，磁矩的長期變化，磁偏角的長期變化，磁極位置的長期變化，極性倒轉的長期變化，這對于研究長時間的磁場是很有幫助的。地球的地電場包括兩個部分，各種天然的全球性或區(qū)域性變化電場稱為大地電場，而各種天然地方性穩(wěn)定電場稱為自然電場。這兩種電場總稱為地電場。電場和磁場是相互激發(fā)的，因此，大地電場的變化與地磁場的變化也是一一對應的。這部分還介紹了影響巖、礦石導電性的因素，這對于實際應用中是很有用的，尤其是電發(fā)勘探，正是基于此。地球溫度場介紹了地球的溫度