地球物理学-1绪论

地球物理学B陈召曦李信富董浩地球物理与信息技术学院2014年9月个人信息陈召曦，山东临沂人，1985年8月出生。2012-至今，地大讲师；2012，地大（北京）地球探测与信息技术博士毕业，师从杨文采院士。2009，地大（北京）地球探测与信息技术硕士毕业，师从孟小红教授。主要研究方向：重磁数据处理（dataprocessing）反演(inversion)数学变换(mathematicaltransform)并行计算(parallelcomputing)Etc雅典卫城参考文献固体地球物理学基础

金旭、傅维洲主编

吉林大学出版社2003固体地球物理学基础

付容珊、刘斌编著

中国科学技术大学出版社2009固体地球物理学—地球构造、重力学与地磁学孟令顺、杜晓娟编著地质出版社201348学时理论课：40学时仪器实验课：8学时考核平时成绩：30%期末成绩：70%考勤：(原则)旷课不得超三次答疑办公室：教五213室电话：E-mail：

课程大纲地球内部结构-陈召曦重力学-陈召曦地磁学-陈召曦古地磁学-陈召曦地电学-董浩天然地震学-李信富人工地震学-李信富绪论一、什么是地球物理学二、地球物理学的发展三、地球物理学的主要研究方法四、地球物理学研究思路五、地球物理学与其他学科之间的关系西瓜熟了吗？那地球内部呢？地球物理学:应用物理学的方法研究地球的一门科学。是用物理学方法观测、研究人类居住的行星-地球系统特别是固体地球的构造、运动、动力学过程以及与其相关的物理现象的一门科学。研究对象：从固体地球的内核直至大气圈边界的整个行星-地球系统。研究地球本身的结构和发展时，地球物理学和地质学有很密切的联系。“了解整个地球系统的过去，现今及未来的行为，这种兴趣已从生命演化的地表环境，到地壳及流体包层（大气圈和水圈）之间的相互作用，向下扩展到地幔和地核，并一直延伸至内核。一个主要的挑战是，要利用这种认识维持生物圈和人类将继续繁荣下去的环境”（固体地球科学与社会，1989）一、什么是地球物理学研究地面形状的大地测量学；研究海洋运动的海洋物理学；研究低空的气象学和大气物理学；研究高空以至行星际空间的空间物理学；研究地球本体的固体地球物理学；广义上地球物理学指的就是固体地球物理学，运用物理学的方法理解、解释地球的内部构造、组成、动力学以及与地球表面地质现象的关系。

1、研究大尺度和一般原理的，叫普通地球物理学或理论地球物理——北大、科大、中科院地质地球物理所、中科院空间物理所、国家地震局地球物理所等，理论地球物理又可以划分为固体地球物理、空间地球物理等。狭义上

勘查石油天然气、金属、非金属矿或其它地质体的，称应用地球物理学——中国地质大学、中国石油大学、中国矿业大学、吉林大学、长江大学、长安大学、成都理工大学、桂林工学院等，应用地球物理又可以进一步划分为勘探地球物理、环境地球物理、工程地球物理等。

分类不是绝对的，一成不变的。

应用地球物理学地球物理学是一门经典学科，20世纪初就自成体系，在20世纪60年代发展极为迅速。我国：历史悠久。东汉张衡，唐朝僧一行，宋代沈括。研究地球和月球的运动牛顿发现了万有引力定律；高斯奠定了地球磁场的高斯理论；开普勒观测和发现了行星运动规律；开尔文研究地球的弹性、热历史；拉普拉斯探讨了地球起源；克雷诺研究了地球的形状等。

诺贝尔奖获得者有好几位都致力于研究地球物理问题，是杰出的地球物理学家。二、地球物理学的发展指南车牛顿司南伽利略二十世纪三十年代，地球物理学开始迅速发展；地球物理找矿大踏步发展（以地震、重力和磁法）；地球物理学本身也得到发展，地球内部研究也得到细化；根据地球物理研究的结果，人们己经对于地球内部的分层结构、物质组成和物理状态有了一个大致的了解。（下节课讲）特别是地下资源分布问题，若不研究地壳深处以至地幔上部(即地球最外层约七、八百至一千公里深度)是不能完满解释的。二、地球物理学的发展问题是全球性的，全球地球物理学家们一直致力于国际合作研究。1957年，召开第一届国际地球物理年；20世纪60年代，“上地幔计划”诞生。主要研究内容包括:

全球性的地壳断裂系统;

大陆边缘地带及岛弧的构造;

地幔的物质组成及地球化学过程;

地壳及地幔的结构及其横向不均匀性。手段包括:地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理测量、地热、地质、深钻等。海底扩张学说，标志地球磁极倒转历史的地磁年表，活动论，“板块构造学说"。二、地球物理学的发展

地学发展上的里程碑；观点：地球最上层(岩石层)是由几个大的板块所组成的。这些板块不是固定不动的，而是相对地运动着。地球上各种大地构造活动就是这些大板块互相作用的结果。板块构造学说最重要的意义不在于地球岩石层可以分成多少个板块，而在于新假说以大量的观测事实证实了地学中“活动论”的观点;这是在基本概念上的一次重要的进展。二、地球物理学的发展上地幔计划，1970-over未解决的问题如：板块的边界大部分在海洋，关于这部分边界的情况研究得比较多，但在大陆上的情况就研究得比较少。板块运动的动力来源还没有公认一致的解释。板块的活动除在其边缘外，在其内部也有所表现;而这种活动对地震成因和矿产富集都极有影响。二、地球物理学的发展组织“地球动力学计划”，1974－1979年“地球动力学计划”和“板块构造学说”是密切相关的，其主要目的之一是要解决假说所遗留下来的问题，特别是板块运动的驱动力问题。二、地球物理学的发展在“地球动力学计划”之后，八十年代国际上又提出一个“岩石层研究计划”，这个计划的中心课题是岩石层的现状，形成、演化和动力学，重点对各大陆和陆缘，也包括洋底岩石层作进一步的研究。

八十年代后五年开展了“全球地学断面计划”，在全球不同的地区，不同的构造类型上布置了180条GGT地学大剖面，我国有24条．二、地球物理学的发展利用地震方法监视地下核爆炸。“维拉－U计划”改进美国国内的地震观测系统外，还在全球建立一系列标准地震台网。这个计划对推动地球物理学的发展起了积极的作用。二、地球物理学的发展

地震是一种常见的地质现象。对其孕育、发生的研究包括了运动学和动力学二个方面的内容。地震波的传播带来了大量、丰富的地球内部的信息。因此，地震学本身就是固体地球物理学的重要组成部分。地震学原来的目的是为了研究和防御天然灾害，但后来却主要沿着地震波物理学这个方面大大发展起来，而对于天然地震本身的研究反而进展不大。到了六十年代，情况才有了变化。我国在1971年成立了国家地震局，专门进行地震预测预防方面的工作。三、地球物理学的主要研究方法地震学--------------->地震勘探除地震学外，主要的地球物理方法有：重力学方法-----------重力勘探地磁学方法-----------地磁勘探地电学方法---------电法勘探地热方法-------------地热勘探等等。。。三、地球物理学的主要研究方法地震学测量量：地面的震动（位移，速度，加速度）地球内部参数：速度，密度，衰减Q

根据介质的弹性和密度差异，通过观测和分析大地对地震波的响应，推断地球内部介质的结构和岩石的性质。

重力学测量量：

重力加速度地球内部参数：

密度

研究重力场时空分布规律及其测量方法的科学。质量亏损质量盈余负异常正异常地磁学测量量：

磁场的强度和方向地球内部参数：

磁化系数

研究地磁场空间分布和随时间变化的规律。

地电学测量量：

视电阻率,视激化率地球内部参数：

电阻率,激化率

研究地球内部介质的电性特征及其分布规律。物理场数据采集(acquisition)物理场数据整理(reduction)物理场正演模拟(forward)物理参数反演(inversion)地质解释(interpretation)四、地球物理学研究思路观测（试验）认识地球（理论模型）再观测（试验）再认识（新理论模型）正演模型（以重力为例）参数反演（以重力为例）地

质

解

释重力约束地质建模剖面示意图地面观测数据，一部分来自地质调查，所以地球物理工作者必须能正确理解地质学的语言。地球内部物质所处的温、压环境与地面物质不同。在短暂力的作用下，它基本上是弹性的，在长期力的作用下，它又可以发生流动。所以弹性学和流变学的知识对于地球内部物理现象的研究是需要的。地球物理现象的研究不仅涉及到力学问题，而且也涉及到所有其他物理知识和某些化学知识。五、地球物理学与其他学科之间的关系地球物理学在某些研究领域内和地质学是有密切关系的，但并不相同。地质学是利用地面上直接观测到的数据来对地下浅层构造、变化过程和资源情况作出推断。百余年来，地质学家对人类的经济生活所起的作用是很大的，并仍将起重要的作用，但人类对地下能直接观测酌范围究竟有限的(最深的油井不过10公里左右)，而出露的矿床也越来越少了。“深部探测项目”（SinoProbe）地质学地质方法岩石学、构造地质学、矿产学等理论为基础对岩矿石露头与岩芯直接观测地球物理方法以各种地球物理场理论为基础用仪器对地质体引起的异常进行观测敲击西瓜，西瓜产生一定频率的声波，麦克风接收，转换成电信号;经过滤波和放大处理后，通过录音软件（采样频率设为8kHz）转换为数字信号，存贮于计算机;然后借助数学软件对采集的