地球物理学要点

中科院研究生院硕士研究生入学考试《地球物理学》考试大纲

本“地球物理学”考试大纲适用于中国科学院研究生院固体地球物理与地球动力学等专业的硕士研究生入学考试。“地球物理学”是相关学科专业的基础理论课程，它的主要内容包括地震学、重力与固体潮、地磁学、地热学及海底扩张与板块构造等部分。要求考生对其基本概念有比较深入的了解，掌握基本原理、方法及一般应用。

一、考试内容

(一)介质弹性与波动理论基础

1.弹性介质、应力与形变

2.弹性介质中的波动传播方程

3.弹性介质中的平面波与球面波

4.界面的影响

5.射线理论

(二)地震学基础

1. 断层错动和地震波激发

2. 地震仪与地震观测记录，地震的烈度、能量和震级

3.地震发震时间与震源位置的基本确定方法

4.地震体波的走时、振幅与理论地震图

5.球面层中地震体波的走时和地球内部基本构造

6.各种常见震相标示规则及其射线路径

7.地震面波的波动方程、频散方程和上地幔结构

8.地球的自由振荡

(三)地球势理论基础

1.地球重力位与地球形状

2.地球重力异常与地球内部构造

3.地球的固体潮

4.地球磁场的一般性质

5.岩石磁性与古地磁

6.地磁成因

7.地磁感应与地球内部的电导性

(四)热流与地球内部温度

1.热传导、热对流与热辐射

2.大地热流

3.热流方程的简单应用

4.地球内部温度

(五)大陆漂移、海底扩张和板块构造

1.大陆漂移与洋底扩张学说

2.板块构造与运动的基本理论与方法

3.地幔对流的基本理论

二、考试要求

(一)介质弹性与波动理论基础

1、了解并掌握地震波的弹性介质理论基础：弹性力学对介质的四个基本假定，应力与形变的基本定义，应力方程的推导过程以及包括杨氏模量与泊松比在内的五个弹性常数之间的相互关系;

2、熟练推导弹性介质中的波动传播方程，掌握纵波与横波的传播特征，了解其速度与密度及相关弹性常数的相互关系;

3、掌握弹性介质中的平面波与球面波的传播特征，特别是在简谐波情况下的振动与传播特征的异同;

4、了解界面的存在对入射纵(横)波、反射纵(横)波及折射纵(横)波的影响，并且掌握平面纵(横)波转播过程中折射系数与反射系数、转换系数的推导;

5、了解地震波射线理论中的费马原理，Snell定律，射线常数、本多夫定律、首波路径、首波临界角等基本概念。

　

　(二)地震学基础

1、了解天然地震基本成因和断层错动激发地震波的基本概念;了解地震仪与地震观测记录的基本原理;了解地震烈度、能量和震级的基本定义;掌握地震发震时间与震源位置的测定原理与基本方法;

2、对于单个水平界面、单个倾斜界面及多层界面，掌握直达波、反射波与首波的走时方程的推导过程;掌握非匀速介质中迴折波参数方程形式的走时公式的推导，了解在不同速度分布函数的形式下，走时曲线的特征;了解平面层中体波的能量与振幅的关系并掌握在平面简谐波情况下的推导，了解直达波、迴折波、反射波与首波情况下，传播过程中的能量发散过程，以及自由界面对入射平面波的能量分配过程的影响等;简单了解地震体波的振幅受到哪些因素的影响以及利用广义射线理论求解理论地震图的基本原理;

3、掌握球面层中地震体波的射线参数方程与本多夫定律等的推导，不同的速率—深度分布曲线情况下对应的地震射线及其走时方程的推导，并了解正常及特殊情况下的走时曲线特征，掌握走时反演的古登堡方法与赫格罗兹—贝特曼—威歇特方法的一般原理与推导过程;

4、了解并掌握常用地震震相的标示规则及其传播过程中的射线路径、走时及振幅特征;

5、了解地震面波与地震体波在传播过程中的异同点，掌握洛夫波与雷利波的传播特征及在一些简单模型下的波动方程和频散方程;了解地震面波的频散方程及其所反映的地球内部构造，了解并掌握群速度与相速度的基本概念及其相互关系推导与计算方法;

6、了解并掌握地球自由振荡的基本振型，及与地震面波等的基本对应关系，了解自由振荡的基本理论与观测结果的分析。

(三)地球势理论基础

1、掌握地球引力位必须满足的基本方程与大地水准面的基本概念，了解并掌握固体地球外面引力位的求解过程，以及旋转轴对称情况下的马古拉(MacCullagh)公式中各项参数的物理意义，了解Clairaut扁球体方程及地球的扁度，了解利用人造卫星测量大地水准面及地球形状参数的基本原理，了解国际参考椭球及其理论重力公式;

2、掌握重力异常的基本概念及常用单位，掌握自由空气重力异常、布格重力异常的基本概念及其校正公式，掌握重力均衡理论及其典型模式，并且用于解释一些地区典型的重力异常特征;

3、掌握关于地球的固体潮汐、Love数、志田数等的基本概念，掌握太阳与月球对地球表面产生的起潮力位的表达式，简单了解Love数等如何影响起潮力位的情况;

4、掌握地磁场的基本要素，磁位的球谐表达式，高斯磁

场系数的量纲及其物理意义，偶极子场与非偶极子场的基本概念与一般特征，了解并掌握地磁场的长期变化、短期变化及局部磁异常变化特征;

5、掌握岩石的铁磁性、抗磁性与顺磁性等基本概念，了解一些矿物与岩石的磁性特征，了解地磁场倒转的现象及其过程，掌握古地磁研究及其简单应用;

6、简单了解当前解释地磁成因的基本理论;

7、掌握利用地磁感应探求地球内部的电导性的一般原理，以及测量地球内部电导率的一些简单方法与基本结果。

(四)热流与地球内部温度

1、了解热的基本传输过程;掌握热传导过程的基本方程，掌握大地热流的基本概念，了解地球内部的热源及其传输机制;

2、了解并掌握全球大地热流的基本分布特征，了解并掌握大地热流与放射性物质等的相互关系，了解大陆与海洋热流的相似性;

3、掌握热流方程及其简单应用;了解地壳温度、地幔温度与地核温度等的分布特征并掌握其简单的反演方法。

(五)大陆漂移、海底扩张和板块构造

1、了解魏格纳的大陆漂移学说，了解全球各大陆边缘的拼合特征，了解古地磁用于解释大陆漂移的机制;掌握洋底扩张的基本概念，了解海洋磁异常特征及用于解释洋底扩张的机制，以及其它用于解释洋底扩张的现象;

2、了解板块的基本性质，掌握全球基本板块构造及其运动特征，地幔热柱与板块绝对运动，欧拉运动极与欧拉运动矢量等的基本概念及基本运算方法。

3、了解关于地幔对流理论的基本概念与基本对流模式。

三、主要参考书目

曾融生著，《固体地球物理学导轮》，北京：科学出版社，1984

四、辅助参考书目

1、傅承义、陈运泰、祁贵仲著，《地球物理学基础》，北京：科学出版社，1985

2、郭俊义编著，《地球物理学基础》，北京：测绘出版社，2001

3、C.M. Fowler, The Solid Earth: An Introduction to Geophysics, Cambridge University Press，1990.

4、N. H. Sleep, K. Fujita, Principles of Geophysics, Blackwell Science，1997.
地球物理学的发展及就业方向
地球物理学用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。在此基础上为探测地球内部结构与构造、寻找能源、资源和环境监测提供理论、方法和技术，为灾害预报提供重要依据。已故著名地球物理学家赵九章先生是这样形容地球物理学的——“上穷碧落下黄泉、两处茫茫都不见”。
地球物理学的研究内容总

体上可以分为应用和理论地球物理两大类。应用地球物理(又称勘探地球物理)的研究范围比较广泛，主要包括能源勘探、金属与非金属勘探、环境与工程探测等。勘探地球物理学利用地球物理学发展起来的方法进行找矿、找油、工程和环境监测以及构造研究等，方法手段包括地震勘探、电法勘探、重力勘探、磁法勘探、地球物理测井和放射性勘探等，通过先进的地球物理测量仪器，测量来自地下的地球物理场信息，对测得的信息进行分析、处理、反演、解释，进而推测地下的结构构造和矿产分布。勘探地球物理学是石油、金属与非金属矿床、地下水资源及大型工程基址等的勘察及探测的主要学科。
理论地球物理研究对地球本体认识的理论与方法。如：地球起源、内部圈层结构、地球年龄、地球自转与形状等，具体包括地震学、地磁学、地电学、地热学和重力学等。理论地球物理学通过地震波场和电磁波场探测发现了位于上地幔的软流层，为活动论的新的地球观提供了惟一站得住脚的理论依据；通过全球大地热流量的测量圈定了热的的新的地球观提供了惟一站得住脚的理论依据；通过全球大地热流量的测量圈定了热的洋脊和冷的消减带，结合古地磁研究结果和大洋中脊的条带状磁异常特征，为海底扩张和大陆飘移学说提供了令人信服的佐证；通过全球地震活动性和震源空间分布特征、全球重力、地磁和地热测量，为板块边界的划分提供了准确的依据；综合各种全球性的地球物理观测结果，对地球热状态、岩石圈热结构和流变性质提供了新的认识，为一直悬而未决的板块运动驱动机制问题的解决提供了新的依据。
地球物理学是以地球为研究对象的现代应用物理学，这门学科从20世纪初就自成体系。到了20世纪60年代发展极为迅速，地球物理学包含许多分之学科，涉及陆、海、空三域，是天文、物理、数学、化学和地质学之间的一门边缘学科。随着时代的发展，地球物理学的多学科交叉现象越来越明显，数学、物理、计算机科学、天文学等众多学科的发展大大促进了地球物理学的发展。在地球物理学天地里，既可以从事地磁场起源、地震发生机理这样的极负挑战性的研究，可以从事油气勘探、矿产勘探这样的关系到国家经济建设的应用性研究工作，也可以从事大气物理等交叉学科的研究工作。通过地球物理学专业培养出来的学生要掌握系统的数学物理基础理论和基本知识，有较强的计算机应用能力和较高的外语水平，具有扎实的地球物理专业知识和基本的实验技能，受过从事基础研究或应用研究的初步训练，具有较强的知识更新能

力。
本专业主要在以下几个方面就业：
1.从事地质类专业勘查，以科研工作为主要方向，通过各种地球物理方法从事地质研究。 包括复杂地质条件下大型岩体工程稳定性分析的理论与方法；地震正反演及地质研究。包括复杂地质条件下大型岩体工程稳定性分析的理论与方法；地震正反演及地震数据处理中的热点问题研究；重大工程建设和城市发展中的环境工程地质问题；灾害环境下重大工程安全性问题的基础研究；滑坡形成机理与预测预报等。可以到地质调查局、海洋局等相关单位就职或科研院所，大专院校做相关的研究，教学工作。
2、预测自然灾害，利用各种数字地震台网和台站观测数据为基础，结合重力、形变等地球物理观测手段，通过震源运动学与动力学、近断层地面运动和重力变化场等方面的研究，为地震发生机理研究与地震预测提供理论指导。开展工程与城市防震减灾基础理论和应用技术研究；开展地震区划理论研究，编制地震区划图；开展强震观测、震害调查场地勘测与工程结构测试与分析；开展城市灾害预警和减灾技术、地震紧急救援技术与方法研究。
3.从事工程探测类，通过地球物理方法，探测工程、建筑进行水文工程地质、城市环境与建筑基础以及地下管线铺设情况的勘查等，通过工程地质、浅层地球物理与岩土力学的理论、实验研究和工程实践及其信息综合集成，认识地球表层物质、结构、状态及其在自然和工程作用下变形破坏机理与过程，评价工程岩土体的稳定性及其环境效应，寻求相应的工程技术与处理措施，保证重大工程的安全构筑与运行，实施工程建设与环境保护、改善相互协调。
4.用以勘查石油与天然气和煤田地质构造，寻找金属与非金属矿产，可以到涉及到煤田、油田、矿井性质的国有大中型企业做相关技术性工作。中国石化，中国石油，中国海洋石油等大型国企都有大量的地球物理学专业人才。
5.做相应的地球物理软件程序设计，地球物理仪器开发等工作，广泛应用于环保、城市给排水、地质、冶金、卫生防疫、商检、农业、渔业及教育科研等多个领域，这是在国内较为紧缺的行业。
6.其他工程应用。提供区域地质；矿产地质；工程地质勘查；地球物理勘查；水文凿井；城市地下管线勘测及系统建设； 路、桥、基桩质量无损检测；地质灾害评估与治理；地形测量、工程测量；管道测漏；地理信息系统建设；专题地图制作；农业地质；旅游地质；非开挖管线铺设；岩矿测试；矿产品开发等服务。
总之，地球物理专业主要致力于开展战略性、综合性、先导性的应用基

础创新研究，以解决国家在进行水电、矿山、油气勘探、铁路、交通、国防等部门工程建设中所提出的各种工程地质力学、地表结构、勘探地震资料处理难题。随着国民经济的快速发展，随着市场需求的不断增长，地球物理专业有着越来越广阔的发展空间！