固体地球物理学概论(2015)
地球物理学概论(重力勘探)
2、火成岩（2.5～3.6 g /cm³）
（1）主要取决于矿物成分及其含量的百分比，由 酸性→基性→超基性岩，随着密度大的铁镁 暗色矿物含量增多密度逐渐加大。
（2）成岩过程中的冷凝、结晶分异作用也会造成 同一岩体不同岩相带，由边缘相到中心相， 密度逐渐增大；
（3）不同成岩环境(如侵入与喷发)也会造成同一岩 类的密度有较大差异，同一成分的火成岩密 度，喷出岩小于侵入岩。
attraction.
To the left is a “gravimeter” which measures the force of
gravity in the earth.
（一）重力仪分类：
石英弹簧重力仪 机械式重力仪 金属弹簧重力仪
按结构分
振弦重力仪（海上）
电子式重力仪
超导重力仪 （实验室）
地球物理学概论 地球重力场
中国大陆地区布格重力异常
中国大陆地区自由空间重力异常
中国区域地质图
第一节 重力勘探理论基础
一、重力场（gravity field）
（一）重力 （gravity）
P F C
P—重力
C—惯性离心力，
F—地球质量对物体m的引
力,
而引力 F 服从万有引力定律，即：
器 的干涉条纹数目直接代表下落距离(即S=Nλ/２，N为
干涉条纹数)。这些干涉信号由光电倍增管接收，转换
成电信号，放大后与来自石英振荡器的标准频率信号
同时送入高精度的电子系统，以便计算时间间隔与干
涉条纹数目，从而精确得到S１、S2、S3、 S4 。
2
上抛下落对称观测可避免残存空气阻力、时间测
定、电磁等影响带来的误差，物体被铅垂上抛后，
固体地球物理学概论Snell定律课件
固体地球物理学概论
第七章
弹性概念——应力 (续)
The stresses are symmetrical（对称的）, i.e. only six components of the stress tensor p are independent because
P = - (pxx+ pyy+ pzz)/3 This is a general definition of the “pressure”. In the special case of a liquid at rest, pxx= pyy= pzz = - P, this is the hydrostatic pressure. In geology, lithostatic pressure is often estimated by using
When the material in the mantle is heated, it expands and becomes lighter. In spite of its high viscosity（粘性）, it rises more or less vertically in some places, especially under the oceanic ridges. With its losing pressure and heat during traveling upward, the material is forced to travel horizontally. They drag the lithosphere motion.
地球物理学概论
地球物理学概论地球物理学是一门研究地球内部构造和性质的学科，它借助物理方法和技术手段来探索地球的各种现象和现象背后的原理。
它主要包括地震学、地磁学、重力学和电磁学等分支学科。
地震学是地球物理学中的一个重要分支，它研究地震现象及其与地球内部结构的关系。
地震是由地壳和上地幔发生的突然释放的能量，给地球表面带来震动。
通过对地震的观测和分析，地震学家可以揭示地球内部的结构、构造和运动方式，为地震灾害预测和地震活动的科学研究提供依据。
地磁学是研究地球磁场的学科，它探讨地球的磁场起源、演变和变化规律。
地球磁场是地球物理学中的一个重要物理现象，它起源于地球内部的液态外核的运动。
地磁场的强弱和方向变化可以提供有关地球内部的信息，如地球的自转速度、地球内部物质的性质和热对流等。
地磁学的研究对于了解地球内部的动力学过程和地球磁场与生物活动的相互作用具有重要意义。
重力学是研究地球的引力场和重力潮汐现象的学科。
地球的重力场是由于地球质量引起的，它对地表物体具有吸引力。
通过测量和分析重力场的变化和分布，重力学家可以揭示地球内部结构和组成物质的性质，例如地球的密度、地壳厚度和岩石类型等。
此外，重力潮汐现象也是重力学的研究内容，它研究地球内部物质的流动、地壳运动和海洋潮汐等现象。
电磁学是利用电磁场原理研究地球内部结构和物质性质的学科。
地球内部存在着各种导电性物质，如矿床、岩浆等，这些物质会对电磁场产生反应。
通过测量地球表面的电磁场变化，电磁学家可以推断地球内部导电物质的分布和性质，如矿床的富集程度、岩浆的温度和流动速度等。
电磁学的研究对于地球资源勘探和环境监测具有重要意义。
综上所述，地球物理学作为一门研究地球内部构造和性质的学科，通过物理方法和技术手段揭示了地球的各种现象和现象背后的原理。
地震学、地磁学、重力学和电磁学是地球物理学的主要分支学科，它们分别研究地震现象、地球磁场、重力场和电磁场等现象及其与地球内部结构的关系。
这些学科的研究对于了解地球的内部动力学过程、自然灾害预测和资源勘探具有重要意义。
地球物理概论试题及答案
地球物理概论试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 地球物理学是研究什么的学科？A. 地球的物理性质B. 地球的化学性质C. 地球的生物性质D. 地球的气象现象答案：A2. 地球物理学的主要研究方法是什么？A. 观察和实验B. 理论计算C. 数学建模D. 以上都是答案：D3. 地震波在地球内部传播速度的变化主要取决于什么？A. 地球的温度B. 地球的密度C. 地球的组成物质D. 地球的重力答案：C4. 地壳的平均厚度是多少？A. 5公里B. 10公里C. 30公里D. 50公里答案：C5. 地球的磁场是由什么产生的？A. 地球的自转B. 地球的内核C. 地球的大气层D. 太阳风答案：B6. 地球物理学中，用于探测地下结构的常用技术是什么？A. 重力测量B. 磁力测量C. 地震波勘探D. 以上都是答案：D7. 地球物理学中，地热能的来源是什么？A. 太阳辐射B. 地球内部放射性物质的衰变C. 地球的自转D. 地球的重力答案：B8. 地球物理学家如何确定地球内部的构造？A. 通过地面观测B. 通过卫星数据C. 通过地震波的传播特性D. 通过钻探答案：C9. 地球物理学中的“地壳”是指什么？A. 地球的最外层B. 地球的内核C. 地球的外核D. 地球的地幔答案：A10. 地球物理学中，用于测量地球重力场变化的技术是什么？A. 重力梯度测量B. 重力加速度测量C. 重力差分测量D. 以上都是答案：D二、填空题（每空1分，共10分）1. 地球物理学的分支学科包括______、______、______等。
答案：地震学、地磁学、地热学2. 地球的内核主要由______和______组成。
答案：铁、镍3. 地球物理学中，______是指地球表面以下到莫霍界面之间的部分。
答案：地壳4. 地球物理学家通过______来研究地球的内部结构。
答案：地震波5. 地球物理学中，______是指地球表面以下到古登堡界面之间的部分。
固体物理学概论
固体物理学概论固体物理学是研究物质的结构和性质的一门学科，它涵盖了领域广泛且深奥的知识。
本文将为读者介绍固体物理学的基础知识和主要研究内容。
一、晶体结构晶体是物质在固态中具有长程有序的结构，其原子、离子或分子按照规则排列。
晶体结构对物质的性质和功能具有重要影响。
固体物理学研究晶体结构的方法和特性，发展了晶体学的基本理论。
1. 空间点阵空间点阵是描述晶体结构的重要工具，它由一组等距离的格点所组成。
常见的点阵有简单立方点阵、面心立方点阵和体心立方点阵等。
这些点阵可以通过平移和旋转操作来描述晶体的周期性。
2. 晶胞和晶格晶胞是晶体中基本重复单元，它由一组原子、离子或分子构成。
晶格是由晶胞组成的整体结构，它描述了晶体中原子的排列方式。
晶胞和晶格可以通过晶体学的实验方法进行确定。
二、电子结构电子结构是固体物理学中的核心内容，它研究了电子在晶体中的行为和性质。
电子结构决定了物质的导电性、磁性以及光学性质等。
1. 能带理论能带理论是描述晶体中电子分布的重要理论模型。
根据能量分布，电子在晶体中具有禁带和能带的概念。
导带和价带之间的能隙决定了物质的导电性质。
2. 费米能级费米能级是描述固体中电子填充状态的参考能量。
它决定了电子在晶体中的分布规律，以及固体的导电性质。
费米能级的位置和填充程度影响了物质的导电性。
三、磁性和磁性材料磁性是固体物理学研究的另一个重要方向。
固体材料在外加磁场下表现出不同的磁性行为，如铁磁性、顺磁性和反铁磁性等。
1. 磁化强度和磁矩磁化强度是描述材料对磁场响应的物理量，它与材料中的磁矩相关。
磁矩是材料中带有自旋的原子或离子产生的磁场。
2. 磁性材料的分类磁性材料可以根据其磁性行为进行分类。
铁磁材料在外加磁场下显示出强烈的磁化行为，顺磁材料对外加磁场表现出弱磁化行为，而反铁磁材料在一定温度下表现出特殊的磁性行为。
四、光学性质固体物理学还研究了固体材料的光学性质。
物质在光场中的相互作用导致了光的传播、吸收和散射等现象。
固体地球物理学
固体地球物理学
固体地球物理学是研究地球内部结构和地球物理特性的
学科领域。
它通过地震勘探、地电、地热、地磁等方法，探索地球地幔和核的内部构造，揭示地球板块运动和地球演化的原因，为地球科学的发展和资源勘探提供重要信息。
固体地球物理学主要研究地球物质和地球中的物理现象。
地震学是固体地球物理学的重要分支，通过分析地震波传播的路径、速度、振幅等，可以推断地球内部的物质组成和结构特征。
地震勘探是利用地震波在地下传播的原理，测量地下介质的物理参数和边界的位置，从而寻找石油、天然气等地下资源。
地电学是研究地球电磁现象的学科，通过测量地球表面
和地下的电场、磁场、电阻率等参数，分析地下介质的电性质和结构，探测矿产资源和地下水等地球物质。
地热学是研究地球内部热流和地下热储资源的学科，通
过测量地下温度和热流量，了解地下热传导的规律，评估地热资源的分布和潜力，为地热能的利用提供科学依据。
地磁学是研究地球磁场和地磁现象的学科，通过测量地
球表面和大气中的磁场变化，了解地球内部磁场的生成机制、演化过程和空间分布，研究地磁活动与地壳运动、地震等自然灾害的关系。
固体地球物理学在解释地球内部结构和地球演化历史方
面发挥着重要作用。
通过地震勘探和地球物理勘探技术，人们可以得到地球内部和地下资源的分布情况，揭示地球演化的过程和机制，为人类对地球的认识和资源开发提供科学依据。
总之，固体地球物理学是地球科学的重要分支学科，通过运用物理学原理和技术手段，探索地球内部的构造与演化，为地球科学研究和资源勘探提供重要支持和指导。
《固体物理基础概论》PPT课件
组成晶态固体的粒子在空间周期性排列,具 有长程序,它的对称性是破缺的。
非晶体与晶体相反，其组成粒子在空间的 分布是完全无序或仅仅具有短程序,具有高度 的对称性。
准晶介于晶体和非晶体之间，粒子在空间 分布有序，但不具有周期性，仅仅具有长程的 取向序。
固体物理的研究对象以晶体为主。
准晶
2 . 固体物理学的基本任务：是企图从微观上 去解释固体材料的宏观物性，并阐明其规律。
到了期末，接近考试了，此时介绍晶体结合 、晶体缺陷等学生材内容和学时分配 第一章 金属自由电子费米气体模型(10学时) 第二章 晶体的结构 (19学时) 第三章 能带论 (23学时) 第四章 晶格振动 (10学时) 第五章 输运现象 (5学时) 第六章 晶体的结合、晶体缺陷和相图(5学时)
曼彻斯特大学最近公布的波纹式的石墨烯薄片示意图
Ultra-Thin Material
超导磁悬浮
Magnetic Domains by Magneto-optical Effect
包钴氧化铁 钡铁氧体
铁合金
CrO2
m
计算机的硬盘
计算机的硬盘
2007年诺贝尔 物理学奖---巨 磁电阻效应 （GMR)
4.基泰尔（C.Kittel 5th edition）著，杨顺华等 译，固体物理导论，科学出版社，1979
5.方可,胡述楠,张文彬 主编;固体物理学,重庆大 学出版社,1993
6.陈金福 主编 固体物理学—学习参考书 高等 教育出版社,1986 7.
8.阎守胜. 2000. 固体物理基础. 北京：北京大学 出版社
7.教学要求
1) 掌握金属自由电子模型的内容并学会利用该模型对 金属的电、热、光等物性进行分析； 2) 掌握晶体的结构特点、晶格的特征、晶体对称性 和分类、倒格子以及X射线衍射；
固体地球物理学
固体地球物理学固体地球物理学是研究地球内部的物理性质、结构和运动的学科。
它主要包括地震学、地电学和地热学三个分支。
通过对地震波、地电场和地热场的观测和分析，固体地球物理学可以揭示地球内部的结构、构造和演化过程，对于认识地球的内部特征和了解地球演化的过程具有重要意义。
地震学是固体地球物理学中最重要的分支之一，它研究地震波在地球内部的传播和反射、折射、散射等现象，以及地震波与地球的相互作用。
地震波是地震研究的主要工具，通过观测和分析地震波的传播和振动特征，可以推测地球内部的物质性质和结构，揭示地球内部的构造和演化过程。
地震学除了研究地震波和地震现象，还包括地震的监测和预测。
地震学的发展对于地震灾害的预防和抗震建筑的设计具有重要意义。
地电学是研究地球的电性质和电场分布的学科。
地球内部存在着电荷分布不均匀的现象，形成了地球的电场。
地电场是地电学研究的主要对象之一，通过对地电场的观测和分析，可以了解地球内部的电导率分布和物质性质。
地电学还研究地球内部的电性异常现象，如地电流、地磁变化和地球电磁脉动等。
通过地电学的研究，可以推测地球内部的物质性质和地球演化的过程。
地热学是研究地球内部的热现象和热场分布的学科。
地球内部存在着热流的传导和运动，形成了地球的热场。
地热场是地热学研究的主要对象之一，通过对地热场的观测和分析，可以了解地球内部的温度分布和物质热特性。
地热学还研究地球内部的热异常现象，如热流运动、地热梯度变化和地球内部热源的产生等。
通过地热学的研究，可以推测地球内部的物质性质和地球演化的过程，也对地热能的利用和地热资源的开发有着重要意义。
综上所述，固体地球物理学通过对地震波、地电场和地热场的观测和分析，揭示了地球内部的结构、构造和演化过程，对于认识地球的内部特征和了解地球演化的过程具有重要意义。
地震学、地电学和地热学是固体地球物理学的三个主要分支，它们通过研究地震波、电场和热场的传播、分布和相互作用，推断了地球内部的物质性质和演化过程，对于地震灾害的预防、地球资源的开发和热能利用具有重要意义。
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固体地球物理学概论
第一章
固体地球物理学概论
第一章
固体地球物理学的学科分支
重力学
地球的形状、引力场的变化、物质密度的变化与分布，等等
地磁学
地磁场的分布和变化、地磁场的起源、地磁场的演变，等等
地震学
地震发生机制与震源分布、地震波类型与传播、地震预报，等等
地热学
地温场的分布和变化、地热源及其分布，地热的传播，等等
固体地球物理学概论
第一章
地球物理学的研究方法
最初，地球物理学研究就是从对地球的观测开始的，所以 地球物理学研究是建立在对地球充分观测的基础上进行的。 地球物理学的研究方法可分为以下几个方面： • • • • 观测 数据分析与处理 模拟真实对象的理论模型计算与实验 推测真实对象反演计算
固体地球物理学概论
固体地球物理学概论
第二章
自转及密度特征
⑶太阳系天体的自转
行星的自转可分两种情况，类地星自转速率差异较大，金星需244天， 火星只需1.03天；巨行星和远日星自转较快，均不到1天。 太阳自转有“赤道加速”现象，即赤道处自转约25.4天，两极附近 约35天，其内部旋转速度更快，可能比表面快十几甚至几十倍。
地电学
地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等
固体地球物理学概论
第一章
地球物理学与其它学科
地球物理学是天文学、物理、化学、地质学之间的边缘学 科，是一个涉及多学科的、与其它学科相互交叉、相互渗透的 学科。 数学、物理学、地质学是研究地球物理学三大基础。
现代仪器技术、电子技术、信息科学、运载工具技术的发 展，是推动其发展的关键技术。
固体地球物理学概论
第二章
⑷质量与密度分布特征 太阳占了太阳系总质量的99.85%，行星占0.135%，其它占 0.015%。若将行星分为三类，即 类地星（水星、金星、地球、火 星）、巨行星（木星、土星）和远日星（天王星、海王星），则 有 质量分布：类地星＜巨行星＞ 远日星 密度分布：类地星 ＞巨行星 ＞ 远日星 （5）太阳系的年龄 根据同位数测定，地球、月球和陨石的年龄约在45亿年左右 ，如果太阳系中所有的行星和陨石在同一时期形成，太阳系的年 龄也应为45亿年。
Orbital Eccentricity --0.2056 0.0068 0.0167 0.0934 0.0483 0.0560 0.0461 0.0097 0.2482
Obliquity --0.1° 177.4° 23.45° 25.19° 3.12° 26.73° 97.86° 29.56° 119.6°
第一章
物性差异→地球物理场的变化→ 应用物理学和地质学的原理→ 解释地球物理场变异的地质因素 Geophysical anomaly→Principle of physics→ Interpretation of geology for geophysical anomalies 计算机模拟 Modelling of computer
固体地球物理学概论
第一章
地球物理学的特点
间接性(Indirect-即不是直接研究地质体本身) 定量性(Quantitativity-测量的地球物理参量与解释的结 果均由定量化结果） 多解性(multisolution or Ambiguity)
固体地球物理学概论
第一章
如何学好本课程
• • • • • •
(Earth＇s)
Mass
(Earth＇s)
Rotation 25.36* 58.8 244 1.00 1.029 0.411 0.428 0.748 0.802 0.267
# Moons 9 0 0 1 2 16 18 15 8 1
Orbital Inclination --7 3.394 0.000 1.850 1.308 2.488 0.774 1.774 17.15
固体地球物理学概论
第一章
地球物理学对人类社会发展的贡献
• 大地测量学的诞生与发展，使人类能够得到地球表面的起伏变化， 并用于生产建设和规划，……
•
•
地磁学的研究，使人类了解了地磁场，并用于导航，……
地热学的研究，使人类了解如何直接利用能源，…….
•
地震学的研究, 开始“预报”地震灾害，……..
• 基于地球物理学理论的探测技术——应用地球物理学，为人类创造 财富，为人类“排忧解难”，…….
固体地球物理学概论
第一章
近20年来，国际上连续组织了四次由50多个国家参加的全球大协作 计划，使地球物理学获得了空前的巨大进展。这四次大协作计划是： 1957～1958年的国际地球物理年(IGY) 1960～1970年的国际上地幔计划(IUP) 1974～1980年的国际地球动力学计划(IGP) 1981～1989年的国际岩石圈计划(ILP) 国际上地幔计划研究内容包括： 1、全球性的地壳断裂系统 2、大陆边缘地带及岛弧的构造 3、地幔的物质组成及地球化学过程 4、地壳与地幔的结构及其横向不均匀性 所用的手段包括：地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理测量 、地热、地质、深钻等。 其重要成果就是提出了一个“板块构造假说”
⑸彗星
固体地球物理学概论
第二章
大行星位置排列示意图
固体地球物理学概论
第二章
小行星、彗星 大行星卫星图片
彗星
小行星
月球
木星的卫星
固体地球物理学概论
第二章
太阳系主要成员的基本特征
2.1.2 太阳系主要成员的基本特征
Distance (AU)
(Earth＇s)
Radius 109 0.38 0.95 1.00 0.53 11 9 4 4 0.18
地球物理学已经成为人类社会发展的不可缺少的科学。
应用地球物理——资源勘察、灾害调查、环境监测、工程检测、军 事战略……
固体地球物理学概论
第一章
地球物理学的发展
地球物理学从19世纪末到20世纪初已形成体系，但对地球物理现象的 观察和探讨，从远古就开始了。 公元前六世纪，希腊人从亚那萨哥拉时代已把大地看成球体；公元前 三世纪，古希腊的学者亚里士多德曾提出：运动物体的下落时间与其重量 成比例；战国时期，我国发明了指南针，并开始应用于指引方向；公元三 世纪我国东汉的地震学家张衡成功地进行了地震观测；公元八世纪，我国 唐代的天文学家张遂(僧一行)独立得出地球圆周长，其误差约小于20％； …… 公元16世纪以来，作为物理学中热门，地球物理学得到较快的发展。 伽利略从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成 正比，而与物体自身的重量无关；里舍(在利用摆钟从巴黎到南美进行天文 观测时发现重力加速度在各地并非恒值；牛顿的万有引力定律以及他推算 的地球扁率；南斯拉大地震学家莫霍洛维奇在1909年研究阿尔卑斯地区的 区域地震波震相时发现了地壳与地幔的分界面——莫霍(Moho)界断面； ……
Density (g/cm3) 1.410 5.43 5.25 5.52 3.95 1.33 0.69 1.29 1.64 2.03
Sun Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus Neptune Pluto
0 0.39 0.72 1.0 1.5 5.2 9.5 19.2 30.1 39.5
第三章 地球形状、密度及重力场 第四章 地球磁场与地磁学 第五章 地球的电磁感应和电性结构 第六章 地球内部的热状态与地热场特征
第七章 地球内部的地震波场
第八章 实验与计算地球物理 第九章 若干热点问题
固体地球物理学概论
第一章
第一章 序言 什么是地球物理?
地球物理学研究哪些内容?
第三章 地球形状、密度及重力场 第四章 地球磁场与地磁学 第五章 地球的电磁感应和电性结构 第六章 地球内部的热状态与地热场特征
第七章 地球内部的地震波场
第八章 实验与计算地球物理 第九章 若干热点问题
固体地球物理学概论
课程主要内容
第一章 序言
第二章 地球的起源、运动与结构
地球物理与其他学科的关系 地球物理的发展 地球物理对社会发展的贡献
固体地球物理学概论
第一章
地球物理学的定义
地球物理学是以地球为研究对象 , 研究地球的各种物理现 象，以及这些现象与地球运动、地球各层圈结构构造、地球物 质的分布及迁移的关系的学科。(Geophysics)
地球物理学最早是物理学的一个分支。广义上说，地球物 理学研究的领域涉及天体物理学、地质构造物理学、大地测量 学、海洋物理学、大气物理学、空间物理学等。狭义上说，地 球物理学指的是固体地球物理学，即以研究固体地球的各种物 理特征与地球运动、地球内部结构构造、地球内部物质成分及 其分布等关系的学科。 地球物理学是地球科学的重要组成部分，地球物理学、地 质学和地球化学被称为地球科学的三大支柱。
2.1.1 太阳系的成员
⑴太阳----恒星，是太阳系的中心，是质量和体积最大的星体。 ⑵大行星
2.1 太阳系、太阳系的组成及起源
水星（Mercury)、金星（Venus）、地球（Earth）、
火星（Mars）、木星（Jupiter）、土星（Saturn）、 天王星(Uranus)、海王星(Neptune)、冥王星(Pluto) ⑶小行星 太阳系约有30000多个小行星，最大的小行星叫谷神（Ceres）,直径约 730km。 ⑷行星的卫星
参考教材： 《固体地球物理学概论》 滕吉文 地震出版社 《地球物理学》 王家映 中国地质大学出版社 《固体地球物理学导论》 曾融生 北京科学出版社 《地球物理学基础》 傅承义 北京科学出版社 《地球物理引论》 刘光鼎 上海科学技术出版社
固体地球物理学概论
课程主要内容
第一章 序言
第二章 地球的起源、运动与结构
实验地球物理 Experimental geophysics