地球年龄的确定——20世纪最伟大的物理学成果之一
物理学史
地球年龄的确定
———20世纪最伟大的物理学成果之一
杨庆余
(徐州师范大学物理系,江苏徐州 221009)
(收稿日期:2001212231)
“地有多久?”这一千古难题迷住了古今中外的多少思想大家,很多人为此冥思苦想耗尽心血.最早对地球年龄作出论断的是《圣经》,它认为地球距今不过有6,000年的历史.由于欧洲大多数知识分子接受了带有浪漫色彩的犹太教和基督教的创世说,并从灵魂深处束缚了一代又一代的思想大家,就连最伟大的科学家艾萨克?牛顿也成了《圣经》的受害者;随着近代地质学和生物进化论的产生,开始对“上帝创世”的日期提出挑战. 1896年,法国物理学家亨利?贝克勒尔发现了铀的天然放射性,这一发现使地球年龄的准确确定成为可能;物理学家们大约经过近60年的努力,在20世纪50年代给出了地球的年龄约45亿年的准确论断,终于解决了困惑人类达2,000多年之久的千古谜底,这被人们一致公认为20世纪最伟大的物理学成果之一.
1 近代哲人的理性思考
几千年来,由于没有任何有效地测定长的时间间隔方法,从而使基督教的创世说误导着包括伟大的思想家们.影响最大的早期关于地球年龄的解释是阿菲利加努斯(Alfeligluth)在公元3世纪所著的《年历学》一书中认为,地球年龄大约有6,000年的历史,这一观点一直持续到了中世纪.1520年,伟大的宗教改革家马丁?路德(Martin Luther)再次作出论断:地球是在公元前4000年形成的.后来继任者的厄舍尔(Essher)大主教把这一数值精确到公元前4004年,距今也不过6,000年而已.
对这一年龄首先作出思考的是有史以来最伟大的物理学家牛顿(Isaac Newton),他以他特有的思考方式,首先观察了一系列热星是如何冷却下来的,并把他发现的冷却定律用于地球.他假定地球全部由铁组成,在形成时可能是处于火红状态,牛顿估计要冷却到现在的表面温度那将需要花费50,000年时间.当然这一观点与《圣经》说格格不入而未被人们接受;他遗憾地说道:“我真希望用实验证实地球冷却前后真正的温度比例”.
18世纪杰出的科学家孔特?德?布丰(Comte de.Buffon)接受牛顿的观点,并敢于反对阿菲利加努斯所想象的宇宙学,他进行了一系列不同成分不同体积球体的冷却实验,然后计算出各种星体从炽热冷却到生物可以生存的温度所需要的时间.并在1745年作出结论:地球需要100,696年才能冷却到现在的温度.然后,他考虑到石灰质材料比铁质材料冷却所需时间短,又对此作了修正:太阳的热效应最终需要74,832年.布丰估计,生命在37,849年以前在地球上出现,当时地球表面温度已经很低,足以允许生命的存在.他还指出,由于月球冷却极快,所以月球上的生命已经在2,318年前绝迹.我们现在已经知道,孔特的计算远不准确,但重要的是他取得了历史性的突破,打破了《圣经》的权威,并应用现代已知的物理学定律估计地球的年龄.
同时,大哲学家伊曼纽尔?康德在《自然通史和宇宙论》中描述了关于宇宙的一个非常惊人的现代观点:“宇宙在时间和空间上是
无限的.”康德认为,充满星体的星系是由宇宙本底物质浓缩而成的.他在他的《自然通史和宇宙论》中说道:“在我们有序的自然世界中发现我们自己,并在其中达到十分完善的境地时,或许已经过去了几百万年甚至几百个世纪……世界的起源不是一下子就完成的……无数个世纪流逝而去,在这期间,新的世界将会形成……”.
2 开尔文勋爵的论断
开尔文勋爵(Kelvin.W.Thomson)这位维多利亚时代的巨人,他对数学、物理和工程学具有超凡的才能,在热力学、电磁学、动力学和地质学上提出了许多新观点;一生对地球年龄保持着永久的兴趣,1846年当他在格拉斯哥大学作就职演讲中指出,地球的年龄至少有61,000年.1854年,他通过对太阳的研究认为,太阳的年龄也是有限的.德国物理学家亥姆霍兹(F.Helmhotz)认为,太阳的热量来自其形成时期释放的重力能.开尔文接受了亥姆霍兹的观点,认为太阳能来自陨星.这使他得出如下结论:太阳的年龄几乎小于5亿年,最有可能小于一亿年.这一论断与查理?达尔文(Charles Darwin)进化论中提出的关于白垩纪形成具有3亿年的结论有着明显分歧.
1862年,开尔文认为:地球年龄与地球冷却的历史有关,在地球形成时释放的重力能量最初会导致地球熔化.在冷却过程中热量将被对流传送到地球表面.然后地球把能量辐射到宇宙空间,因此地球逐渐先从中心开始固化,直到地球变成温度均匀的固体热球.假定这个温度达7,000摄氏度,这个温度值的热量可以以一定速度流出岩石,并且假定温度随地球深度以一定的速度升高;照这样计算,地球可能是在9,800万年以前固化的.开尔文通过对上述假设的综合分析作出推断:地球的年龄在2,000万年和4亿年之间.在以后的35年中,开尔文勋爵一次又一次地回到这个问题上,他的名望也越来越高,因此他的地球年龄的时间极限也变得越来越严格.地球的年龄一减再减,从1862年的4亿年减到一亿年以下,5,000万年以下, 2,000～5,000万年,直到1897年的2,400万年.这对开尔文来说是比较满意的答案,因为他曾修订过他对太阳年龄的估计,最大值为2,000万年,19世纪后半叶,地质学家利用沉积岩形成的速度得出了许多估计值都在开尔文估计的一亿年左右,因此开尔文勋爵关于地球可能有9,800万年的估计值被广泛接受,这使得地质学家和一些物理学家不愿意附和开尔文对地球年龄估计的减小.
达尔文的次子、著名物理学家乔治?达尔文(J.Darwin)、以及开尔文勋爵的学生约翰?佩里(J Perre)和奥利佛?亥维赛(Oliver Heaviside),这几个科学家明确指出了开尔文的假说中存在不确定性,表明了这些不确定性的变化可使地球的年龄远远大于开尔文估计的4亿年的上限.他们并未说开尔文的估计值是错误的———但是指出开尔文对其结果如此自信则是不正确的.就在这时,巴黎自然历史博物馆的物理学教授亨利?贝克勒尔(Henri Becquerel)于1896年发现了放射性:一种铀盐散发出一种奇怪而穿透能力很强的射线.这一发现是物理学史上的一座丰碑,它把我们带到了原子核的时代,并以两种方式冲击了开尔文勋爵对地球年龄的估计值.首先,发现了放射性产生的热量.由于开尔文在他的热理论计算中未能考虑到这一点,因此他的模型不能完全适用于真正的地球.其次,具有讽刺意义的是,正是由于放射性现象给了开尔文的计算以沉重打击,同时也给我们一劳永逸地解决地球年龄问题提供了工具.
3 博尔特伍德铀—铅时钟
在1896年发现放射性的八年之后,没有人认识到放射性可能被用作地质时钟.首次发现具有真正意义的地球年龄的人之一是年轻的新西兰科学家恩斯特?卢瑟福(Emest Rutherford),当时是位于加拿大蒙特利尔的
麦吉尔大学物理学教授.他和索迪(Frederick Soddy)在麦吉尔大学获得了关于放射性的一系列发现,1904年,当他到英国伦敦皇家学院发表演讲时,谈到了用放射性对地球年龄测定的意义,年过八旬的开尔文勋爵也是他的一名听众.不言而喻,他对地球年龄确定方法的最新见解在英国引起了争论.
同年,美国耶鲁大学化学家伯特拉姆?博尔特伍德(Borden Boltwood)提出,铅可能是铀放射衰变链中的最终产物,因此“铀—铅测定方法”具有很大的潜力.1907年,博尔特伍德获得了首次发表铀—铅时钟的殊荣,他首先根据在北美、挪威和锡兰的10个地点的铀矿物的分析得出结论,认为地质年代分布为411亿年到22亿年之间.他指明了地球年龄的探索之路.地质年代测量取得这一激动人心的突破之后,在后来几乎长达半个世纪的前进旅程中却异常崎岖和缓慢,有许多艰难险阻等待克服.
到20世纪50年代,由于种种原因博尔特伍德的铀—铅时钟在年龄测定标杆中却是颇受注目的胜利者,所有这些都是围绕着同位素概念而产生的.弗里德里克?索迪以一位敏锐的化学家的头脑认识到,如果原子是一种比人们想象的还小而且复杂的物质,那么他将能够解释放射性的许多令人不解的特性.索迪认为可能存在着仅仅是质量不同的铜原子(一种铜的质量为63原子质量单位,而另一种可能是65原子质量单位),称为同位素.而一种元素的两种同位素在化学上是难以区分的,因此给铀—铅年代测定方案增加了困难.
博尔特伍德不知道铀有两种同位素即铀238和铀235二者均是放射性的;因此,的确存在两个铀—铅时钟———铀238和铀235时钟.正如博尔特伍德所作的正确推测那样,铀的确衰变成铅,但是我们现在知道,铅有四种同位素(铅204、铅205、铅206、铅207),而铀238仅仅衰变成铅206同位素,而铀235最终衰变成铅207.两个时钟的运行速度截然不同却不知不觉地合在一起,事实上铀235时钟比铀238时钟运转快615倍.因此,在发现同位素之前,铀—铅时钟就不可避免地被错读.由于这一点,似乎博尔特伍德所测定的年龄完全无效.
直到发明了可分离并精确测定铀和铅同位素的设备,铀—铅时钟研究才取得新进展,获得了辉煌的成就.1914年,卢瑟福在卡文迪什实验室用质谱仪首次测出了同位素,并阐明著名的氖气是由氖20和氖22两种同位素组成的.后来质谱仪的开发工作由弗雷里克?阿斯顿(Francis Aston)继续,直到1927年,阿斯顿才发现铅的四种稳定同位素中的三种:即铅205、铅206、铅207.两年后,两位美国科学家从放射性矿中分离出的铅寄给阿斯顿进行质谱分析,并将阿斯顿分析的结果与他们自己的铀测定结果结合起来,同时考虑到了铅的同位素成分正确计算了第一个从未有过的年代为10亿年.卢瑟福同样利用这些资料以截然不同的方式计算了星体中由热分子过程形成的铀被排出的时间.他得出结论说,这个时间不超过34亿年,并说:“地球的年龄不超过34亿年———是已知最早的放射性矿物的年龄的两倍.”其后一位名叫阿尔弗莱德?尼尔(A.Niae)的美国物理学家崭露头角,他大大改进了阿斯顿的质谱仪,并用它精确地测定出方铅矿铀235和铀238的相对比例,同时还证明了阿斯顿发现的最后一种同位素———铅204.在后来的几年中,英国最伟大的地质年代学先驱爱丁堡大学地质学教授亚瑟?霍姆斯(Arthur Holmes)和其他两位杰出的科学家也利用这些同位素估计了地球的年龄.
4 铀系地球年龄断定
阿尔弗莱德?尼尔对方铅矿进行质谱分析的方法显得格外重要,由于二次世界大战的爆发,尼尔便很快卷入美国的原子弹研制计划,将他最重要的对铅同位素结果的解释工作留给了他人.有三位天才的科学家独立承担了尼尔留下的工作,其中,前苏联科学院
镭研究所的俄罗斯地球化学家格尔林(G alin)于1942年写成一篇题为“根据放射性资料测定地球的年龄”仅有三页文字的杰出论文.格尔林方法的理论是:首先分析了尼尔的结论,将其译成数学方程,然后将尼尔的数据代入方程,解方程便得到地球的年龄.这一方法基本上是后来所有地球年龄研究人员所应用的理论基础.
格尔林假定,地球在形成时含有一些铀同位铀235、铀238和一些铅同位素(铅204、铅205、铅206和铅207).显然,铅具有一定的初始同位素成分,即这些不同的铅同位素含量存在一定的比例.那么,由于铀同位素放射性衰变成为铅207和铅206,因此地球中铅的同位素组成将随时间推移而稳定变化.因此,铀—铅系统是地球深层中的一个完美的时钟,滴哒一声就会使铅同位素发生变化.格尔林从铀同位素的半衰期知道了铅同位素组成变化的速率.他选择方铅矿作为地球内部的时钟,方铅矿是矿石中的铅以某种方式来自地球的最深层,彻底与其相关的铀分离,然后铺在矿床周围,就像打碎的时钟,其铅同位素成分在铅矿形成时完全被凝结在其中.如果格尔林知道地球从太阳系星云收缩时地球初始铅同位素含量,那么他就可以从方铅矿时钟上的读数中减去这个最初读数,地球形成和方铅矿形成的时间差就是地球经历的时间.格尔林选取尼尔来自南格陵兰岛伊维赫图特的方铅矿进行分析,于是他发现这一时期铅读数和现代矿石时钟读数的差值约为31亿年.但是我们已经看到他的“现代”大约是113亿年以前,因此,他又将这一数值加到31亿年,得出今天地球的年龄为3213亿年,这被认为是一个最小值,1942年,格尔林在他著名的论文中写道:“从这些计算中得知,地球的年龄不低于30～40亿年”.但是他的方法和结果并未引起大家的注意,因为那一年世界大战激战正酣.
第二次世界大战结束不到一年,爱丁堡大学地质学教授亚瑟?霍姆斯,转向了研究尼尔方铅矿资料,并用这些资料估算了地球的年龄.霍姆斯分析的理论与格尔林的完全相同,但霍姆斯并不知道这位俄罗斯人的杰出的研究结果,他在1946年的研究论文中写道:“自尼尔和他的同事关于来自各地质年代的25种普通铅矿中铅同位素丰度资料发表以来,我一直抱有这样一种愿望:用这些精确的数据,可能测定地质年代……从放射衰变产生铅开始在地球矿物中累积计算的地球年龄为30亿年.”
同时,著名的德国物理学家弗里茨?豪特曼斯(Fritz Houtermans)也认识到尼尔的资料是一座金矿,他与格尔林使用了同一基本方程,但他发现了第三种用尼尔资料解地球年龄方程的方法.格尔林用了尼尔方铅矿的9项资料;霍姆斯用了全部的25项,而豪特曼斯于1940年在其发表在《自然科学》杂志上的十分简短的通讯只用3项方铅矿资料便估计出地球年龄为29亿年,其可能的误差为3亿年.
到1946年,已经基本明确地球的年龄至少有30亿年,而格尔林推测至少有40亿年.格尔林十分清楚,他的计算结果显然是地球年龄的最小值,因为他知道他在寻找地球形成时的铀—铅时钟盘上的读数时,只能选择了伊维赫图特方铅矿的时钟读数.然而,这种方铅矿毫无疑问是在地球形成很久以后才形成的,其读数自然与初生的地球时钟不一致.为了使计算进一步精确,必须寻找更早的方铅矿与地球铀—铅最早的照片进行比较.
5 铁陨石———地球的零点时钟
1947年,豪特曼斯和美国加州理工学院的化学家哈里森?布朗(H.Brown)各自独立提出了一个方案,他们指出,铁陨石实际上不含铀,因此铁陨石所含的铅因陨石结晶而总是保持不变.所以,如果铁陨石与地球在同时形成,并且俘获同样的同位素组成的铅,那么格尔林就缺了一张快照———地球形成时的铅同位素组成,即在真正时间零点时铀—铅时钟上地球年龄读数的那张快照.为了准确测
定地球的年龄,你所要做的就是测定铁陨石中的铅的同位素组成(即时钟盘上的零点读数),准确测定现代方铅矿中铅的同位素以及求两个时钟读数的差值.
首先开发这种复合的陨石—地球时钟的是美国地质化学家克雷尔?帕特森(C. Betson)等人,豪特曼斯也于1953年再次投入到这一研究中.这些美国科学家经过艰苦的努力,建立了严谨的化学分析方法,用于分离和浓缩来自铁陨石的微量且未被污染的初始铅量.他们还建造了高灵敏度的质谱仪,并用其测到这种原始的铅的同位素成分.帕特森及其同事从代阿布洛峡谷铁陨石上发现了铀—铅时钟上的零点年龄读数,即原始同位素成分.代阿布洛峡谷铁陨石在美国亚利桑那州上空爆炸产生火山坑陨石之后,帕特森在宾夕法尼亚州的一次会议上公布了他的地球年龄计算结果,他在获得零点年龄代阿布洛峡谷时钟读数之后又发现从铅同位素获得的现代时钟读数,所用的铅同位素一种来自海洋沉积岩,另一种来自年轻的火山矿物,从海洋沉积岩时钟的读数减去铁陨石的时钟读数,得到地球年龄为4511亿年,而年轻火山铅测定地球的年龄为4516亿年.
帕特森在美国口头公布他的结果几个月后,豪特曼斯的论文便发表在意大利的一个科学杂志《新试验》上,论文的题目为“由陨石铅的同位素成分来测定地球的年龄”.在这篇文章中,豪特曼斯用读数为零点年龄的铁陨石铅同位素时钟(即帕特森及其同事发表的全部地球年龄的计算值),并将其从当前年轻的方铅矿中发现的同位素时钟读数中减去,结果发现,地球的年龄为45亿年,可能的误差为3亿年.帕特森和豪特曼斯这种将陨石和地球联系在一个时钟的开拓性工作迎来了认识宇宙的新时代;同时表明,地球的年龄大约为45亿年.在以后的几年中,帕特森将其深透的分析技术应用于陨石,1956年,他发现石质陨石年龄为4515亿年,可能误差为017亿年.帕特森杰出的分析工作立即得到广泛承认,他测定的45亿年的地球年龄也被广泛接受.
到此为止,我们可以断言:在某种意义上,除非我们对放射性过程以及对时间本质意义的认识有什么错误,否则人类认识地球年龄这个两千多年来的重大问题可以说已宣告解决———地球年龄大约为45亿年.
参考文献
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(上接第33页)
的不确定度
u( y)=(u2A+u2B)1/2
相应牛顿环实验的测量结果,即待测球面曲率半径R的不确定度为
u( R)=u( y) 4mλ
4 结语
通过上述回顾与讨论,使我们对牛顿环的实验数据处理有了下述基本的认识: (1)牛顿环实验是非等精度测量;(2)实验中的测量误差主要由玻璃挤压变形误差、条纹定位精度误差、以及直径的单次测量而引入的仪器误差所构成;误差的合成遵循方和根合成法.可以看到这样的基本认识为我们在牛顿环实验中正确使用不确定度表示打好了基础.
参 考 文 献
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地球物理学基础复习资料(白永利)
地球物理学基础复习资料 绪论 一．地球物理学的概念，研究特点和研究内容 它是以地球为研究对象的一门应用物理学，是天文学，物理学与地质学之间的 边缘学科。 地球物理学应用物理学的原理和方法研究地球形状，内部构造，物质组成及其 运动规律，探讨地球起源，形成以及演化过程，为维护生态环境，预测和减轻地球 自然灾害，勘探与开发能源和资源做出贡献。包扩地震学，地磁学，地电学，重力 学，地热学，大地测量学，大地构造物理学，地球动力学等。 研究特点：1.交叉学科地球物理学由地质学和物理学发展而来，随着学科 本身的发展，它不断产生新的分支学科，同时促进了各分支学科的相互交叉，加 强了它与地球科学各学科之间的联系。2.间接性都是通过观测和研究物理场的 信息内容实现地质勘查目标，研究的不是地质体本身，而是其物理性质。3 多解 性正演是唯一的，而反演存在多解。不同的地质体具有不同的物理性质，但产 生的物理场可能相同。不同的地质体具有相近的物理性质，由于观测误差，物理 场的观测不完整以及物理场特点研究不够，产生多解。不同的地质体具有相同的 物理性质，即使知道了地质体的物性分布，也无法确定其地质属性。 地球物理学的总趋势：多学科综合和科学的国际合作。 二．地球物理学各分支所依据的物理学原理和研究的物性参数。 地震学：波在弹性介质中的传播。地震体波走时，面波频散，自由振荡的本征 谱特征 重力学：牛顿万有引力定律。地球的重力场和重力位 地磁学：麦克斯韦电磁理论。地磁场和地磁势。 古地磁学：铁磁学。岩石的剩余磁性。 地电学：电磁场理论。天然电场和大地电场 地热学：热学规律，热传导方程。地球热场，热源。 第一章太阳系和地球 一．地球的转动方式。 1.自转地球绕地轴的一种旋转运动，方向自西向东，转速并非完全均匀，有微小变化。 2.公转地球绕太阳以接近正圆的椭圆轨道旋转的运动。 3.平动地球随整个太阳系在宇宙太空中不停地向前运动。 4.进动地球由于旋转，赤道附近向外凸出，日月对此凸出部分的吸引力使地 轴绕黄轴转动，方向自东向西。这种在地球运动过程中，地轴方向发生的运动即 为地球的进动。 5.章动。地轴在空间的运动不仅仅是沿一平滑圆锥面上的转动，地轴还以很小 的振幅在锥面内,外摆动，地球的这种运动叫章动。 二．地球的形状及影响因素。 地球为一梨形不规则回转椭球体。 影响因素：1.地球的自引力---正球体；2.地球的自转----标准扁球体；3.地球内 部物质分布不均匀--不规则回转椭球体
地球物理学概论试卷A
《地球物理概论》试卷A 考试形式：闭卷考试 姓名：学号：专业层次：学习中心: 试卷说明： 1.考试时间为90分钟，请掌握好答题时间； 2.答题之前，请将试卷上的姓名、学号、专业层次、学习中心填写清楚； 3.本试卷所有试题答案写在答题卷上； 4.答题完毕，请将试卷和答题卷展开、正面向上交回，不得带出考场； 5.考试中心提示：请遵守考场纪律，参与公平竞争！ 第一部分客观题部分 一．单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分） 1、地球内部的古登堡面是（）分界面。 A．地幔与地核B．地壳与地幔C．上地幔与下地幔D．内核与外核 2、用于石油和天然气勘探最有效的物探方法是（）勘探。 A.地震 B.重力 C.电法 D.磁法。 3、地震波在地层中传播，遇到两种地层的分界面时，一部分能量返回 原地层形成（）。 A.透射波； B.反射波； C.滑行波。 4、地震波传播速度最大的岩石是（）。 A.花岗岩 B.变质岩 C.粘土 D.页岩 5、重力勘探是基于岩矿石的（）差异，通过观测重力场随空间、时间的变化规律来研究地球内部构造及寻找矿产能源的。 A．弹性B．磁性C．电性D．密度 6、地壳的下界面称为（）。 A.硅铝层 B.硅镁层 C.莫霍面. 7、波在（）里传播的距离，叫波长。 A.一定时间 B.一个周期 C.一种介质. 8、纵波的特点是质点振动方向与波传播方向（）。 A.垂直 B.不垂直 C.一致 D.不一致.
9、物理地震学认为，地震波是（）。 A.一条条射线 B.沿射线路径在介质中传播 C.一种波动 D.面波 10、岩石埋深越大，其（）。 A.密度越大 B.密度越小 C.孔隙度增大 D.孔隙度不变 11、岩石的孔隙度越大，一般有 A.地震波传播速度越大 B.岩石密度越大 C.岩石密度越小 D.有效孔隙度一定大 12、静自然电位的符号是（）。 A．SSP B. Usp C. SP D. Ed 13、电法勘探是基于岩矿石的（）差异，通过观测重力场随空间、时间的变化规律来研究地球内部构造及寻找矿产能源的。 A．弹性B．磁性C．电性D．密度 14、以下几种只有（）才是内力地质作用。 A.剥蚀作用； B.沉积作用； C.岩浆活动； D.成岩作用。 15、促使地壳的物质成分，内部结构和表面形态等不断变化和发展的各种自然作用，统称为( )。 A.地质作用 B.构造作用 C.沉积作用。 二．判断题（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1、地球物理是通过观测和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种方法。 （） 2、地震波的传播速度仅与岩石的密度有关。（） 3、其它条件相同时，变质岩和火成岩的地震波速度小于沉积岩的地震波速度。（） 4、孔隙度越大，地震波的速度就越小，反之则越大。（） 5、地震波在地层中传播，遇到两种地层的分界面时，便会产生波的反射。（） 6、背斜是褶皱构造中，岩层向上弯起的部分。（） 7、沉积岩是由地下深处高温高压岩浆上升到地壳中或喷出地表，冷疑结晶而形成的岩石。（） 8、岩石圈中(除热液对流外)，热传导是热传递的主要形式。（） 9、外力地质作用包括地壳运动，岩浆活动，变质作用和地震。（） 10、在两极附近，地磁场不存在水平分量，因而该处的磁体也不产生水平磁异常。在赤道附近，不存在垂直分量，因而该处不产生垂直磁异常。（）
海洋地质学概论复习题及答案
海洋地质学概论 CH1 绪论 1、海洋地质学的定义 以传统的地质学理论和板块构造理论为基础，以海洋高新探测和处理技术为依托，在地球系统科学理论的指导下，研究大洋岩石圈地质过程及其与地球相关圈层（尤其是大气、水圈和地幔）间相互作用，为人类开发资源、维护海洋权益和保护环境服务的科学。 2、海洋地质学结构 1）海洋地貌学； 研究海底形态、空间分布及成因为主要内容。大洋地貌的研究对于板块构造学说的建立做出过重要贡献。 2）海洋地球物理学； 是地球物理学的重要分支，是支撑海洋地质发展的重要技术手段。包括海洋重力、海底地磁场、海底地震学、海洋地电学和海洋地热学等。 3）海底构造地质学 是20世纪海洋地质学发展中最辉煌的领域，板块构造模式不只是海洋构造，而且建立了全球构造体系。 4）海洋沉积学； 研究海洋沉积物的特征、时空分布及形成和演变机制为主要内容。海洋沉积学的发展极大地丰富了沉积学的内容并革新了传统沉积学的理论。海洋沉积学已发展成为一个涵盖很广的学科领域，例如海洋沉积矿物学、海洋沉积地球化学、海洋沉积动力学、碳酸盐沉积学、构造沉积学等。 5）海洋地层学； 是地质学的重要理论基础，重建地质历史和解释历史是它的主要任务。由于现代技术的广泛应用及深海钻探计划和浅海钻探的开展，在岩石地层划分、生物地层划分和年代地层划分方面取得了长足的进展。 6）古海洋学； 它是深海钻探计划(DSDP)的产物，以探索海洋环境和海水物理学、化学特征演变历史及研究海洋生产力和海洋生物的宏观演化为目的，它的主要研究材料是海洋沉积物，发展了从沉积物中提取高分辨地质信息的一切现代手段。古海洋学已成为大洋钻探计划(ODP)、全球变化研究等重大国际研究计划的重要内容，是20世纪末地球科学中发展最快的分支学科，也是21世纪通过气圈／水圈／地圈探索地球历史的重要领域。 7）海底矿产地质学 它是研究赋存于海底的矿物资源和有机物矿产的形成、富集规律及矿产资源的赋存状态和开采条件的科学。海洋石油、天然气；滨海及浅海固体砂矿；大洋多金属结核、结壳、磷块岩、块状硫化物矿和多金属软泥等热液矿产及天然气水合物等。
840-地球物理学基础
840-《地球物理学基础》考试大纲 一、试卷满分及考试时间 试卷满分为150分，考试时间为180分钟。 二、试卷的内容结构 地震学 60％ 地磁学 40％ 三、试卷的题型结构 填空题 20％ 分析题 80％ 四、考察的知识及范围 1、地震学 正确理解地震烈度、震级、地震频度、震中距、震源、震中、波阵面、射线、入射角、出射角、视入射角、视出射角、费马原理、球对称介质、本多夫定律、SNELL定律、高速层、低速层、正演、反演、传播速度、质点振动的位移、质点振动的速度和加速度、面波频散、相速度和群速度等概念。 在无源的情况下，建立无限均匀弹性介质中的波动方程及其解，掌握均匀平面波，非均匀平面波以及球面波之间的关系、矢量场分解及其运算，球面波的分解。掌握平面波在介质表面的折射和反射，非均匀平面波叠加形成面波的理论基础，以及自由表面瑞利面波和勒夫面波的频散特性。
以几何地震学为基础，分析近震射线及走时方程，建立首波的形成相关概念及波阵面方程。分析球对称介质中的射线特征与走时曲线的关系，确定地球内部速度分布的公式。 地震学以观测为基础，应了解地震仪的主要组成及工作原理，掌握摆的固有运动与地面运动之间的关系。另外，掌握地方震、近震、远震的射线传播路径、以及各类震相的运动学和动力学特征，学会识别简单的震相，以及利用地震记录定性判地震类别。再次，在测震学中，震级标定和用一个台或三个以上台进行地震定位是必须掌握的内容之一。 2、地磁学 地磁场的构成、地磁标势的通解、高斯系数的确定方法、高斯分析的本质内容；主磁场的起源、分布特点、西向漂移，磁极、地磁极；地壳磁异常特征、地磁异常的正演和反演、海底磁异常特征、居里温度；影响地磁场变化的因素、变化磁场的分类、地磁指数、Sq傅里叶系数确定球谐系数、典型磁暴的发展过程。
《地球物理学概论》知识点
一、名词 1.正演（问题）：根据地下地质构造的特征、地质体的赋存状态（形状、产状、空间位置）和 物性参数来研究相应地球物理场的变化特征。 2.反演（问题）：根据地球物理场的变化特征来推断地下地质构造特征、地质体的赋存状态（形 状、产状、空间位置）和物性参数 3.重力勘探：通过观测与研究天然重力场的变化规律以查明地质构造和寻找矿产的一种物探方 法。 4.零长弹簧： 5.零点漂移：在实际观测中，由于重力仪本身的弹性疲劳、温度补偿不完全以及日变等因素的 影响，会使读数的零点值随时间而变化，这个变化称为零点位移。 6.重力场强度：在地球上某一位置上单位质量的质点所受到的重力。 7.大地水准面：人们将平均海平面顺势延伸到陆地下所购沉的封闭曲面视为地球的基本面，并 称其为大地水准面。 8.重力异常:指地下物体密度分布不均匀引起的重力随空间位置的变化。在重力勘探中，将由 于地下岩石矿物密度分布不均匀所引起的重力变化或地质体与围岩密度的差异引起的重力变化称为重力异常。 9.自由空间重力异常：对所测得的重力异常只做高度和正常场校正。 10.布格重力异常：对所测得的重力异常做高度校正、中间层校正和正常场校正。 11.均衡重力异常：对自由空间异常进行中间层校正、局部地形校正和均衡校正所得。 12.三度体:要求各个方向均为有限量的地质体 13.二度体：对于某一方向而言是无限延伸的，要求在这个方向上的埋深、截面形状、大小和物 性特点均稳定不变的物体。 14.特征点法：利用实测重力异常曲线的半极值点或具有其他特征的点进行矿体形态和产状的计 算成为特征点法。 15.磁法勘探：利用地壳内各种岩（矿）石间磁性差异多引起的磁场变化（称为磁异常）来寻找 有用矿产和查明地下地质构造的一种物探方法。 16.磁异常：地壳内各种岩（矿）石间磁性差异引起的磁场变化。 17.磁场强度：单位电荷在磁场中所受到的力。 18.磁感应强度：磁化磁场T与附加磁场T’的合成量称为磁感应强度。 19.磁化率：物体被磁化的难易程度。
自然科学概论复习题及答案
《自然科学概论》复习题及答案 一、填空 1、自然科学是研究自然界各种和的科学，是人类在认识自然、改造自然的过程中所获得的关于自然界各种事物的现象和规律的知识体系。 2、自然科学的特点有：1 ，2 ，3 ，4 。 3、自然科学的发展经历了、、三大阶段。 4、现代自然科学的体系结构，一般认为是由科学、科学、科学所构成。 5、电子计算机的硬件主要有哪五部分组成：、、、 和。 6、现代天体物理认为：一般恒星的演化都经历 - - - 四个阶段。 7．组成蛋白质的基本单位是。组成核酸的基本单位是，核酸可分为和两大类。 二、选择 1、人类最早冶炼的金属是（） A、金 B、银 C、铜 D、铁 2、提出燃烧作用的氧化学说和确定质量守恒定律的是：（） A、波义耳 B、拉瓦锡 C、门捷列夫 D、维勒 3、对发现化学元素周期律作出了决定性贡献的是：（） A、波义耳 B、拉瓦锡 C、门捷列夫 D、维勒 4、研究无穷维抽象空间及其分析的数学理论（） A、数理统计 B、运筹学 C、泛函分析 D、数理逻辑 5、用数学方法研究推理的规律，研究正确思维所遵循的规律的学科，亦称符号逻辑的是（） A、数理统计 B、运筹学 C、泛函分析 D、数理逻辑 6、地球的形状确切的是说是（） A、球形 B、椭球体 C、梨状体 D、苹果形
7、“第一类永动机是可以制成的”这句话违背了( ) A、牛顿第一定律 B、机械能守恒定律 C、热力学第一定律 D、分子运动论 8、绵羊有白色的和黑色的。白色由显性基因(B)控制，黑色由隐性基因(b)控制。一只白色公羊和一只白色母羊交配，生了一只黑色小绵羊，那么公羊和母羊的基因型应该是（）A．BB BB B．BB Bb C．Bb Bb D．BB bb 9、达尔文进化学说的核心是（） A．适者生存 B．遗传和变异 C．生存斗争 D．自然选择 10、环境科学产生的理论基础是：（） A、生态学 B、物理学 C、化学 D、生物学 三、判断（在题号前括号内填“√”或“╳”） （）1、从猿到人的转变关键是劳动 （）2、原始时代第一个最重要的技术创造是石器的制造和发明。 （）3、自然科学最基本的社会功能是：它不能促进社会生产的发展。 （）4、原始宗教观念的主要内容是万物有灵论。 （）5、我国的种茶养蚕都是世界上最早的。 （）6、我国的天文学不是世界上天文学发展最早的国家之一。 （）7、我国是世界上最早的瓷器生产国。 （）8、很轻的原子核在极高的温度下非常接近时会聚合在一起，形成新的核并放出大量能量的过程叫核的聚变。 （）9、南北大运河以开凿最早、规模最大、里程最长闻名于世。 （）10、“绝对时空观”把时间和物质运动分割开来，认为空间是与外界任何事物无关的“绝对空间”，时间是与外界任何事物无关的“匀速地”“流逝着”的“绝对时间”。 四、简答题 1、简述塞尔维特血液小循环的主要内容：
地球物理学概论-模拟题
《地球物理学概论》模拟题 一单选题 年国际地球物理联合会提出了一个初步的地球参考模型,将地球内部划分了三种级别的圈层结构,其中一级圈层为:. A.地壳,地幔和地核 B.岩石圈,地幔和地核 C.地壳,软流圈,地幔和地核 D.岩石圈,软流圈,地幔和地核 [答案]:A 2.地磁场的大小和方向由地磁要素来描述,地磁要素有()个. [答案]:D 3.地球上之所以存在海陆地形的差异,是()的结果. A.地球收缩 B.板块运动 C.地球膨胀 D.行星撞击 [答案]:B 4.地球物理勘探方法是以岩()石等介质的()差异为物质基础,利用物理学原理,通过观测和研究地球物理场的空间与时间分布规律,以实现基础地质研究,环境工程勘察和地质找矿为目的. A.物理性质 B.化学性质 C.相态 D.类型 [答案]:A 5.利用地震波的波速特征划分地球内部圈层结构时,在()出现P波而不见S波. A.地壳 B.地幔 C.外核 D.内核 [答案]:C 6.利用地震波的波速特征研究地球内部构造时,在外核部分出现P波而不见S波,因此推测外核为(). A.液态
C.固熔态 D.不清楚 [答案]:A 7.利用质子磁力仪测量地磁场值,从中计算磁异常时不需要进行的校正处理有() A.日变校正 B.混合校正 C.正常场校正 D.正常梯度校正 [答案]:B 8.推算地球内部的()状况,是分析地球内部物理结构和物质分布特征的最基本的依据. A.速度分布 B.密度分布 C.磁性分布 D.电性分布 [答案]:B 9.在地震波中,()是由震源向外传播的压缩波,质点振动与传播方向垂直,传播速度慢,仅能在固态中传播. A.纵波 B.横波 C.瑞利面波 D.勒夫波 [答案]:B 10.中国位于世界两大地震带()之间,地震断裂带十分发育. A.环太平洋地震带与欧亚地震带 B.环太平洋地震带与地中海地震带 C.欧亚地震带与海岭地震带 D.环太平洋地震带与海岭地震带 [答案]:A 11.()是沉积岩的一种,主要由碎屑物质和胶结物组成. A.火成岩 B.玄武岩 C.碎屑岩 [答案]:C 12.标准测井一般不包括的曲线为(). A.电阻率 B.井径 C.自然电位
地球物理勘探概论复习题期末复习资
地球物理勘探习题 1、什么是重力勘探方法？ 重力勘是指以岩石、矿石密度差异为基础，由于密度差异会导致地球的正常重力场发生局部变化（即重力异常），通过观测研究重力异常达到解决地质问题的勘探法。 2、什么是重力场和重力位？ 重力场：地球周围具有重力作用的空间成为重力场。 重力位：重力场中的重力位W等于单位质量的质点由无穷远移至该点所做的功。 3、重力场强度与重力加速度间有什么关系？ 重力场强度，无论在数值上，还是量纲上都等于重力加速度，而且两者的方向也一致。在重力勘探中，凡是提到重力都是指重力加速度。空间内某点的重力场强度等于该点的重力加速度。 4、重力勘探(SI)中，重力的单位是什么？重力单位在SI制和CGS制间如何换算？①在SI制中为m·s-2，它的百分之一为国际通用单位简写.；②SI和CGS 的换算：.=10-1mGal 5、什么是地球的正常重力场？正常重力场随纬度和高度的变化有什么规律？①地球的正常重力场：假设地球是一个旋转椭球体（参考平面），表面光泽，内部密度是均匀的，或是呈同心层状分布，每层的密度是均匀的，并且椭球面的形状与大地水准面的偏差很小，此时地球所产生的重力场即正常重力场。②正常重力值只与纬度有关，在赤道处最小，两极处最大，相差约.；正常重力值随纬度变化的变化率，在纬度45°处最大，而在赤道处和两极处为零；正常重力值随高度增加而减小，其变化率为./w。· 6、解释重力异常的实质。 重力异常是由于地球表面地形的起伏、地球内部质量的不均匀和内部变动和重力日变引起的重力和正常值产生偏差的现象。
7、在工作中如何确定重力测量的精度和比例尺？布置测网的原则是什么？ ①比例尺反映了重力测量工作的详细程度，取决于相邻测线间的距离。测量精度是根据地质任务和工作比例尺来确定；以能反映探测对象引起的最小异常为准则，一般以最小探测对象引起的最大异常的到为宜。 ②布置测网的原则：测网一般是由相互平行的等间距的测线和测线上分布的等间距的测点所组成。对于走向不明或近于等轴状的勘察对象，宜采用方形网，即点线间距相等。对于在地表投影有明显走向的勘探对象，应用矩形网，测线方向与其走向垂直。 8、野外重力观察资料整理包括几部分工作？ 消除自然引起的干扰要进行：地形校正、中间层校正、高度校正；消除地球正常重力场影响要进行：正常场校正。 9、为什么地形校正横为正值？ 由于测点所在水准面以上的正地形部分，多于物质产生的引力垂直分量都是向上的，引起仪器读数偏小。负地形部分相对该水准面缺少一部分物质，空缺物质产生的引力可以认为是负值，其垂直分量也是向上的，使仪器读数减小。因此地形影响恒为正值，故其校正值恒为正。 10、什么是布格重力异常？自由空间异常？均衡异常？ ①布格重力异常：是对测值进行地形校正，布格校正（高度校正与中间层校正）和正常场校正后获得的。 ②均衡重力异常：是对布格重力异常再作均衡校正，即得均衡校正。表示了一种完全均衡状态下其异常所代表的意义。 ③自由空间异常：对观测值仅作正常场校正和高度校正，反映的是实际地球的形状和质量分布与参考椭球体的偏差。 11、重力观测结果如何用剖面图和平面图来表示？
中科院地球物理学
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；
地球物理勘探概论复习题期末复习资料
地球物理勘探习题 1、什么是重力勘探方法 重力勘是指以岩石、矿石密度差异为基础，由于密度差异会导致地球的正常重力场发生局部变化（即重力异常），通过观测研究重力异常达到解决地质问题的勘探法。 2、什么是重力场和重力位 重力场：地球周围具有重力作用的空间成为重力场。 重力位：重力场中的重力位W等于单位质量的质点由无穷远移至该点所做的功。 3、重力场强度与重力加速度间有什么关系 重力场强度，无论在数值上，还是量纲上都等于重力加速度，而且两者的方向也一致。在重力勘探中，凡是提到重力都是指重力加速度。空间内某点的重力场强度等于该点的重力加速度。 4、重力勘探(SI)中，重力的单位是什么重力单位在SI制和CGS制间如何换算 ①在SI制中为m·s-2 ，它的百分之一为国际通用单位简写.；②SI和CGS的换算：.=10-1 mGal 5、什么是地球的正常重力场正常重力场随纬度和高度的变化有什么规律 ①地球的正常重力场：假设地球是一个旋转椭球体（参考平面），表面光泽，内部密度是均匀的，或是呈同心层状分布，每层的密度是均匀的，并且椭球面的形状与大地水准面的偏差很小，此时地球所产生的重力场即正常重力场。②正常重力值只与纬度有关，在赤道处最小，两极处最大，相差约.；正常重力值随纬度变化的变化率，在纬度45°处最大，而在赤道处和两极处为零；正常重力值随高度增加而减小，其变化率为./w。· 6、解释重力异常的实质。 重力异常是由于地球表面地形的起伏、地球内部质量的不均匀和内部变动和重力日变引起的重力和正常值产生偏差的现象。 7、在工作中如何确定重力测量的精度和比例尺布置测网的原则是什么 ①比例尺反映了重力测量工作的详细程度，取决于相邻测线间的距离。测量精度是根据地质任务和工作比例尺来确定；以能反映探测对象引起的最小异常为准则，一般以最小探测对象
《固体地球物理学概论》最新2014年复习提纲要点
《固体地球物理学概论》复习重点 (010111，011111班，011112等班，2014年4月) 考试时间：2014年5月9日（周五）晚上19:30-21:30 考试地点：教1-205, 305 编者： Zhang.Wei-Qi ,Geoscience faculty,China University of Geoscience,2014 第一章：引言 1、地球物理学的定义。 解： 地球物理学是以地球为研究对象的一门应用物理学。 2、地球物理学组成及研究内容。 解： 组成包括：理论地球物理、应用地球物理 A. 理论地球物理学着眼于基础理论方面的研究，研究的主要内容有： （1）研究地球形状与重力分布的重力学； （2）研究地震及弹性波在地球内部传播规律的地震学； （3）研究地球磁现象的地磁学； （4）研究地球电性质的地电学； （5）研究地球内部热过程和热状态的地热学； （6）深部探测和地球动力学等。 B. 应用地球物理学是解决勘察石油、金属、非金属矿或其它地质问题的。 3、地球物理学的基本特点。 解： 1、地球物理学是入地的窗口：根据地球物理学资料，可以间接探知地球深部； 2、地球物理方法的反演具有多解性； 3、地球物理方法是间接地获取地质信息，即地球物理学的间接性； 4、地球物理学通过建立模型，简化复杂客体，反映客体本质； 5、地球物理学初值和边值的约束作用：现在的地球为地球演化提供了一个作为初值（终值）的时间条件，而地面观测又为地球内部的物理过程提供了一个边界条件。 6、对地球物理学结论的可靠性估计部分通过地球物理学探知的结论可靠性较高，而有一些则较低；
4、地球物理学与地质学的比较 第二章：地球的起源 1、戴文赛新星云假说的要点。 解： 行星的形成要经过“原始星云→星云盘→尘层→星子→行星”这样几个步骤。（1）原始星云的形成：原始星云是由一块星际云块塌缩并瓦解而成的。 （2）星云盘的形成：原始星云盘继续塌缩，半径逐渐减小，因角动量守恒，造成自转速度增大。赤道面上的外边缘物质，当其惯性离心力与中心部分引力相抗衡时，便停下来，形式星云盘。 （3）尘层的形成：云盘中尘粒跟气体一起绕太阳转动，同时彼此发生碰撞，结合成颗粒，并向赤道沉降，逐渐形成尘层。 （4）星子的形成：当尘层的密度足够大时，会导致引力不稳定性，使尘层瓦解为许多物质团。当物质团的密度超过罗奇密度时，就可以自吸引塌缩，聚集成星子。 (5)行星（胎）的形成：初始星子频繁碰撞，结合成为更大星子或者碎裂为更小星子。大星子引力较强，更有效地吸积周围的物质和小星子迅速成长成为行星胎。 2、罗奇密度的用途和计算。 解： 罗奇密度用于对星云盘的的温度、厚度和密度做出估计。 ρ＞ρ0＝4M/(a^3)。式中ρ0称为罗奇密度，上式称为聚集条件。如果ρ<ρ0则天体分裂。 3、地球早期演化中的圈层分化过程。 解： （1）地核和地幔的形成：原始地球是一个均匀的球体，由于放射性元素衰变产生热能，地球内部的温度就逐渐增高，促进地球发生圈层分异，进而地球就分异成地核和地幔。 (2)原始地壳的形成和陆壳、洋壳分化：在地核和地幔形成后，那时的地球表层是熔融的。40—46亿年前，表层开始冷却分异，形成全球性的原始地壳，即陆壳。30—40亿年前，地球受到星子撞击影响，原始地壳分异，形成原始洋壳。 (3)海洋和大气的形成：地球大气经历了原生大气、还原大气和氧化大气三个阶段:A、地球在形成过程中俘获星云中的气体，形成地球的原始大气层。B、放射性元素的衰变使地球物质融化，加速还原气体从地球内部溢出，形成还原大气。C、由于地球内部的地幔分异作用，排出的气体逐渐氧化；太阳辐射使地球大气中的水分解、绿色植物的光合作用都形成较多氧气，从而形成氧化大气。在地球形成的过程中，星子碰撞后放出的水，火山岩浆活动产生的水，以及大气中的水气凝聚的水都可以流人星子撞击坑，形成海洋。
2019年中国地质大学853地球物理学基础考试大纲
中国地质大学研究生院 硕士研究生入学考试《地球物理学基础》考试大纲 一、试卷结构 简述题和论述题 二、考试大纲 1、地球的起源、运动与内部结构 考试内容：太阳系组成与演化、地球的转动与轨迹、地球的内部结构和地球内部的物质组成等方面内容。重点包括太阳系组成与演化、太阳系天体轨道特征、自转特征和质量与密度特征、地球的转动与轨迹、地球内部主要层圈结构（地壳、上地幔、过渡带、下地幔、内核及外地核）及其物理特征、地壳物质组成及洋壳和陆壳的区别以及上地幔、过渡带、下地幔、地核的物质组成及推测方法等问题。 2、地球的形状、密度及重力场 考试内容：地球重力、大地水准面与地球形状、正常重力场与重力异常、地壳均衡与重力均衡异常和潮汐作用与固体潮等方面的内容。重点包括地球重力场、地球的重力位、地球重力变化、重力等位面、大地水准面、地球的基本形状——标准椭球面、垂线偏差与高程异常、正常重力场、各种校正与重力异常、地壳均衡概念、均衡异常、潮汐作用、起潮力、重力固体潮等问题。 3、地球的磁场 考试内容：地球磁场及其构成、岩石磁性、地磁场起源假说、地球的变化磁场和古地磁学与地磁场变迁等方面内容。重点包括地磁要素、地磁要素发布特点、地磁偶极子场、基本磁场、磁异常、地球变化磁场三大类岩石磁性特征、自激发电机假说、地磁场成因的基本解释、地磁平静变化与扰动变化特征、岩石剩余磁性及其成因、古地磁学研究内容及方法、地磁极的漂移、地磁极的倒转等问题。 4、地球的电磁感应和电性结构 考试内容：地球电磁感应的物理基础、电磁感应与地球内部的电导率和地球深部电性结构特征等方面内容。重点包括地球电磁感应的物理基础、地球内部电磁场的来源、球体问题与平面问题、基本方程——麦克斯韦方程组、谐波场方程、趋肤深度、天然场源电磁感应、人工场源电磁感应、地球内部的电导率分特征。 5、地球内部热状态与地热场特征 考试内容：热场概念与岩石热物理特征、地球内部的热源与大地热流、地球内部的温度分布和地球的热历史等方面内容。重点包括地热场与热流密度概念、岩石热导率/比热/热扩散率/生热率、岩石热传递形式、地球原始温度、放射性生热、其它热源、大地热流值及其分布特征、地壳-地幔-地核温度分布规律、地球的热能源与耗损、地球的增温与约束等问题。 6、地球内部的地震波场 考试内容：地震与介质的弹性性质、地震波及其特征、地震体波的传播、地震面波及其特征、
地球物理学概论概念
《地球物理学概论》模拟题（补） 一．单项选择题 1、地球内部的古登堡面是（）分界面。 A．地幔与地核B．地壳与地幔C．上地幔与下地幔D．内核与外核 2、用于石油和天然气勘探最有效的物探方法是（）勘探。 A.地震 B.重力 C.电法 D.磁法 3、地震波在地层中传播，遇到两种地层的分界面时，一部分能量返回原地层形成（）。 A.透射波 B.反射波 C.滑行波 4、地震波传播速度最大的岩石是（）。 A.花岗岩 B.变质岩 C.粘土 D.页岩 5、重力勘探是基于岩矿石的（）差异，通过观测重力场随空间、时间的变化规律来研究地球内部构造及寻找矿产能源的。 A．弹性B．磁性C．电性D．密度 6、地壳的下界面称为（）。 A.硅铝层 B.硅镁层 C.莫霍面 7、波在（）里传播的距离，叫波长。 A.一定时间 B.一个周期 C.一种介质 8、纵波的特点是质点振动方向与波传播方向（）。 A.垂直 B.不垂直 C.一致 D.不一致 9、物理地震学认为，地震波是（）。 A.一条条射线 B.沿射线路径在介质中传播 C.一种波动 D.面波 10、岩石埋深越大，其（）。 A.密度越大 B.密度越小 C.孔隙度增大 D.孔隙度不变 11、岩石的孔隙度越大，一般有（）。 A.地震波传播速度越大 B.岩石密度越大 C.岩石密度越小 D.有效孔隙度一定大 12、地震勘探最主要的是（）地震法。 A.折射波 B.透射波 C.反射波。 13、静自然电位的符号是（）。 A．SSP B. Usp C. SP D. Ed 14、横波的特点是质点振动方向与波传播方向（）。 A.垂直 B.不垂直 C.相同 D.不相同 15、促使地壳的物质成分，内部结构和表面形态等不断变化和发展的各种自然作用，统称为( )。
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绪论 一.地球物理学的概念，研究特点和研究内容 它是以地球为研究对象的一门应用物理学，是天文学，物理学与地质学Z间的边缘学科。 地球物理学应用物理学的原理和方法研究地球形状，内部构造，物质组成及其运动规律，探讨地球起源，形成以及演化过程，为维护生态环境，预测和减轻地球自然灾害，勘探与开发能源和资源做出贡献。包扩地震学，地磁学，地电学，重力学，地热学，大地测量学，大地构造物理学，地球动力学等。 研究特点：1?交叉学科地球物理学由地质学和物理学发展而来，随着学科本身的发展，它不断产生新的分支学科，同时促进了各分支学科的相互交叉，加强了它与地球科学各学科之间的联系。2.间接性都是通过观测和研究物理场的信息内容实现地质勘查目标，研究的不是地质体本身，而是其物理性质。3多解性止演是唯一的，而反演存在多解。不同的地质体具有不同的物理性质，但产生的物理场可能相同。不同的地质体具有相近的物理性质，由于观测误差，物理场的观测不完整以及物理场特点研究不够，产生多解。不同的地质体具有相同的物理性质，即使知道了地质体的物性分布，也无法确定其地质属性。地球物理学的总趋势：多学科综合和科学的国际合作。二?地球物理学各分支所依据的物理学原理和研究的物性参数。 地震学：波在弹性介质屮的传播。地震体波走时，而波频散，自由振荡的本征谱特征重力学：牛顿万有引力定律。地球的重力场和重力位 地磁学：麦克斯韦电磁理论。地磁场和地磁势。 占地磁学：铁磁学。岩石的剩余磁性。 地电学：电磁场理论。天然电场和大地电场 地热学：热学规律，热传导方程。地球热场，热源。 第一章太阳系和地球 一?地球的转动方式。 1?自转地球绕地轴的一种旋转运动，方向自西向东，转速并非完全均匀，冇微小变化。 2.公转地球绕太阳以接近正圆的椭圆轨道旋转的运动。 3?平动地球随整个太阳系在宇宙太空屮不停地向前运动。 4?进动地球曲于旋转，赤道附近向外凸出，口月对此凸出部分的吸引力使地轴绕黄轴转动，方向门东向曲。这种在地球运动过程中，地轴方向发生的运动即为地球的进动。 5. 章动。地轴在空间的运动不仅仅是沿一平滑圆锥面上的转动，地轴还以很小的振幅在锥面内,外摆动，地球的这种运动叫章动。 二.地球的形状及影响因索。 地球为一梨形不规则回转椭球体。 影响因素：1?地球的自引力…正球体；2?地球的自转■…标准扁球体；3.地球内部物质分布不均匀-不规则冋转椭球体
地球物理学概论模拟题
《地球物理学概论》模拟题（补） 一．填空题 1．地球物理学的研究对象是（从固体内核至大气圈边界的整个）地球。 2．地球内部的圈层划分主要是依据地震波在地球内部传播得出的波速分布特征。3．世界上的地震主要集中分布在三个地震带：环太平洋地震带、地中海-南亚地震带、和海岭地震带。 4．地球表面的形态可分为海洋、大陆边缘、陆地，海陆地形的差异是板块运动的结果。5．天然地震按地震成因可分为：构造地震、火山地震、塌陷地震、诱发地震。 6．描述地磁场大小和方向的地磁要素有七个。 二．选择题 1． A 是由震源向外传播的压缩波，质点振动与传播方向一致，传播速度快，且能在固、液、气中传播。 A．纵波B．横波C．瑞利面波D．勒夫波 2．在反射波法地震勘探中，地下单一水平界面上的反射波时距曲线为：C A．过原点的直线B．不过原点的直线C．双曲线D．高次曲线3．重力勘探是基于岩矿石的 D 差异，通过观测重力场随空间、时间的变化规律来研究地球内部构造及寻找矿产能源的。 A．弹性B．磁性C．电性D．密度 4．地球内部的古登堡面是A分界面。 A．地幔与地核B．地壳与地幔C．上地幔与下地幔D．内核与外核 5．在反射波法地震勘探中，直达波的时距曲线为：A A．过原点的直线B．不过原点的直线C．双曲线D．高次曲线 6．电法勘探是基于岩矿石的 C 差异，通过观测重力场随空间、时间的变化规律来研究地球内部构造及寻找矿产能源的。 A．弹性B．磁性C．电性D．密度 三．简答题 1．地球物理学主要应用于哪些领域（不少于3个）？ 答：研究地球的内部结构、区域和深部地质构造、寻找矿产能源、解决工程与水文地质中的问题、用于军事与考古等。 2．简要说明地震波传播所遵循的三大规律？ 答：地震波传播主要遵循惠更斯原理、费马定理、snell定理等。 惠更斯原理：任意时刻波前面上的每一点都可以看作是一个新的点源，由它产生二次扰动，形成元波前，而以后新波前的位置可以认为是该时刻各元波前的包络，由波前面形成的新扰动在观测点上相互干涉叠加。 费马定理：波从一点到另一点沿费时最少的最佳路径传播。 Snell定理：地震波透射线（反射线）位于入射平面内，入射角的正弦和透射角的正弦之
勘探地球物理学基础--习题解答
《勘探地球物理学基础》习题解答 第一章 磁法勘探习题与解答（共8题） 1、什么是地磁要素？它们之间的换算关系是怎样的？ 解答：地磁场T 是矢量，研究中令x 轴指向地理北，y 轴指向地理东，z 轴铅直向下。地磁场 T 分解为：北向分量为X ，东向分量为Y ，铅直分量为Z 。 T 在xoy 面内的投影为水平分量H ，H 的方向即磁北方向，H 与x 的夹角（即磁北与地理北的夹角）为磁偏角D （东偏为正），T 与H 的夹角为磁倾角I （下倾为正）。X 、Y 、Z ，H 、D 、I ，T 统称为地磁要素。它们之间的关系如图1-1。 图1-1 地磁要素之间的关系示意图 各要素间以及与总场的关系如下： 222222T H Z X Y Z =+=++， c o s X H D =， sin Y H D =? cos H T I =?， s i n Z T I =?， t a n /I Z H =， a r c t a n (/I Z H = tan /D Y X =， a r c t a n (/D Y X = 2、地磁场随时间变化有哪些主要特点？ 解答：地磁场随时间的变化主要有以下两种类型：（1）地球内部场源缓慢变化引起的长期变化；（2）地球外部场源引起的短期变化。 其中长期变化有以下两个特点： 磁矩减弱：地心偶极子磁矩正在衰减，导致地磁场强度衰减（速率约为10～
20nT/a）。 磁场漂移：非偶极子的场正在向西漂移。（且是全球性的，但快慢不同，平均约0.2o/a）。 短期变化有以下两个特点： 平静变化：按一定的周期连续出现，平缓而有规律，称为平静变化。地磁场的平静变化主要指地磁日变。 扰动变化：偶然发生、短暂而复杂、强弱不定、持续一定的时间后就消失，称为扰动变化。地磁场的扰动变化又分为磁暴和地磁脉动两类。 3、地磁场随空间、时间变化的特征，对磁法勘探有何意义？ 解答：在实际磁法勘探中，一般工作周期较短，主要关心的是地磁场的短期变化，即地磁日变化、磁暴以及地磁脉动。 在高精度磁测中，地磁日变化是一种严重干扰，一般在地面磁测、航空磁测过程中设有专用仪器进行地磁日变观测，以便进行相应的校正，称为日变改正。但在海上磁测时，为了提高测量精度必须提出相应的措施，消除其日变干扰场。 在强磁暴期间，应该暂停野外磁测工作，避免那些严重的地磁扰动覆盖在地质体异常之上。 地磁脉动可以在具有高电导率的地壳层中产生感应大地电磁场，可以作为磁测的激发场。通过测量其大地电流，可以确定地壳层的电导率及其厚度等，以解决某些地质、地球物理问题。 4、了解各类岩石的磁性特征对磁法勘探的有什么意义？ 解答：磁法勘探是以地壳中不同岩（矿）石间的磁性差异为基础，通过观测和研究天然磁场及人工磁场的变化规律，用以查明地质构造和寻找有用矿产的地球物理勘探方法。因此，在磁法勘探前必须了解各类岩（矿）石的磁性参数，以分析总结工作区是否具备磁法勘探的工作前提，为工作方法的选择提供依据；另外，了解工作区各类岩（矿）石的磁性差异、差异大小、分布规律以及成因也是磁法勘探工作的布置和磁测成果资料的解释的重要依据。
地球物理学概论题
一．填空题 1．地球物理学的研究对象是（从固体内核至大气圈边界的整个）地球。 2．地球内部的圈层划分主要是依据地震波在地球内部传播得出的波速分布特征。3．世界上的地震主要集中分布在三个地震带：环太平洋地震带、地中海-南亚地震带、和海岭地震带。 4．地球表面的形态可分为海洋、大陆边缘、陆地，海陆地形的差异是板块运动的结果。5．天然地震按地震成因可分为：构造地震、火山地震、塌陷地震、诱发地震。 6．描述地磁场大小和方向的地磁要素有七个。 二．选择题 1． A 是由震源向外传播的压缩波，质点振动与传播方向一致，传播速度快，且能在固、液、气中传播。 A．纵波B．横波C．瑞利面波D．勒夫波 2．在反射波法地震勘探中，地下单一水平界面上的反射波时距曲线为： C A．过原点的直线B．不过原点的直线C．双曲线D．高次曲线3．重力勘探是基于岩矿石的 D 差异，通过观测重力场随空间、时间的变化规律来研究地球内部构造及寻找矿产能源的。 A．弹性B．磁性C．电性D．密度 4．地球内部的古登堡面是 A 分界面。 A．地幔与地核B．地壳与地幔C．上地幔与下地幔D．内核与外核 5．在反射波法地震勘探中，直达波的时距曲线为： A A．过原点的直线B．不过原点的直线C．双曲线D．高次曲线 6．电法勘探是基于岩矿石的 C 差异，通过观测重力场随空间、时间的变化规律来研究地球内部构造及寻找矿产能源的。 A．弹性B．磁性C．电性D．密度 三．简答题 1．地球物理学主要应用于哪些领域（不少于3个）？ 答：研究地球的内部结构、区域和深部地质构造、寻找矿产能源、解决工程与水文地质中的问题、用于军事与考古等。 2．简要说明地震波传播所遵循的三大规律？ 答：地震波传播主要遵循惠更斯原理、费马定理、snell定理等。 惠更斯原理：任意时刻波前面上的每一点都可以看作是一个新的点源，由它产生二次扰动，形成元波前，而以后新波前的位置可以认为是该时刻各元波前的包络，由波前面形成的新扰动在观测点上相互干涉叠加。 费马定理：波从一点到另一点沿费时最少的最佳路径传播。 Snell定理：地震波透射线（反射线）位于入射平面内，入射角的正弦和透射角的正弦之比等于第一、二两种介质中的波速之比。 3．什么是剩余磁化强度？岩石的剩磁分为几类？ 答：是指岩矿石在生成时，处在一定的条件下，受当时的地磁场磁化、成岩后经历漫长的地质年代，所保留下来的磁化强度。 岩石的剩磁包括热剩磁、碎屑剩磁、化学剩磁、等温剩磁、粘滞剩磁。 4．地磁要素有哪些？地磁场垂直分量Z随纬度的变化规律？ 答：1) 地磁要素有磁偏角D、磁倾角I、总磁场强度T、垂直磁场强度Z、水平磁场强度H、水平X分量(北向)、水平Y分量(东向)。 2) 垂直强度Z大致与等倾线分布相似，近乎与纬度线平行，在磁赤道上Z=0，由此向两极其绝对值逐渐增大，在磁赤道以北Z>0，表示垂直分量向下，在磁赤道以南Z<0，表示垂直分量向上。