2015年地球物理学基础--作业讲解
地球物理学基础ppt课件
1、火成（岩浆）岩密度＞变质岩密度＞沉积岩密度
根据长期研究的结果，认为决定岩、矿石密 度的主要因素为：
※ 组成岩石的各种矿物成分及其含量的多少； ※ 岩石中孔隙度大小及孔隙中的充填物成分； ※ 岩石所承受的压力等。
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。
Δg = gg
+
0
-
σ1
σ2
σ3
σ0
σ1>σ0
σ2<σ0
σ3=σ0
4、引起重力异常的条件
（1）探测对象与围岩要有一定的密度差。 （2）岩层密度必须在横向上有变化，即岩层内有密度不同的地
质体存在，或岩层有一定的构造形态。 （3）剩余质量不能太小（即探测对象要有一定的规模） （4）探测对象不能埋藏过深
（1）重力观测是在地球的自然表面上而不是在大地 水准面上进行的（自然表面与大地水准面间的 物质及测点与大地水准面间的高差会引起重力 的变化）
（2）地壳内物质密度的不均匀分布；
（3）重力日变化
3、重力异常的物理意义
A
大地水准面
σ0
△F
σ V
g0 △g
△F
g观
△σ =σ–σ0 △m=Δσ×V
g观 g0 F
由上式可见：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（或 重力场强度）。
2、重力的单位（gravity unit)
在SI制中：g（重力加速度）的单位为1m/s2，规定 1m/s2的百万分之一为国际通用重力单位（gravity unit)，简写为g.u，即：
地球物理学的基础知识
地球物理学的基础知识地球物理学是科学探究地球物理特征寄托于地球物理现象的地球学的分支。
它通过对地球的重力、磁场、热力、振动等物理现象的研究，揭示了地球内部隐蔽的物质构造、演化过程和地球系统的动态行为，具有重要的理论和实际应用价值。
地球物理学的基础知识包括：1. 重力场。
重力场是由于地球的引力而产生的。
它存在于在地球表面和其较高层次上，对地球物理探测的结果产生了很大的影响。
在地球表面上，重力的大小和方向不同，这是由于地球表面各个地方的质量、形状和旋转的影响。
可以通过测量重力场的变化获得地球的质量和尺寸以及地球内部结构的部分信息。
2. 磁力场。
磁力场是由地球内部产生的，它带有磁性，拥有磁极和磁场线。
由于地球的运动和转动，磁力场在不断地变化着。
磁力场的变化可以用来解释地球的磁性和地球内部的运动，如地震的发生。
通过对地磁场的研究，可以获得地球内部的结构和演化过程的一些信息。
3. 电磁场。
电磁场是由于地球内部电流而产生的，它存在于地球的大气层中，对地球物理探测的结果也有很大影响。
电磁场可以用来解释地球上的电漏电现象、地震、火山活动等，同时还可以提供一些地球物理学研究的新技术。
4. 地震学。
地震学是研究地球内部物质运动和地震现象的科学分支，它可以揭示地球的构造、地壳运动的特征和地球内部的能量分布。
地震学主要研究地震波，根据不同类型的地震波的传播特性和速度，可以推断出地球内部的物质结构。
5. 热力学。
热力学的研究对象是地球的热流，包括地球表面的热流和地球内部的热流。
热流是由于地球内部热能的流动而产生的。
通过热流的研究，可以揭示地球内部物质的深度和性质，同时还可以研究地球上的一些热现象。
总结：地球物理学是一门涉及地球内部结构和物质运动的学科。
它通过对地球的重力、磁力、电磁、地震、热力等物理现象的研究，揭示了地球内部隐蔽的物质构造、演化过程和地球系统的动态行为，对人类理解地球及其环境、资源的形成和发展，探索未来的可持续发展都具有重要意义。
静校正处理-地球物理学习基础
3、以上两种校正留下的残余和其它因素引起的剩余时差校正。
目前我们常用的静校正方法
高程静校正 折射静校正 层析静校正 剩余静校正
高程静校正
高程静校正
解决地形起伏、爆炸井深不一引起的静校正问 题可用高程校正方法解决。该方法利用野外测量成 果和预定的基准面高程以及基准面和地面之间的速 度来计算校正量。
地震波反射波的旅行时间反映地下反射点的位置，多个反 射点的位置勾画出反射界面的几何分布即地下构造形态。但由 于野外地形的起伏变化，采集时激发和接收点不在一个水平面 上，反射波旅行时间受地形变化的影响，它所反映的地下构造 形态包含有地表起伏的因素。通过静校正处理，将激发和接收 点的位置校正到一个水平面上以去掉地表起伏的影响。
初至时间差随炮检距差的变化如下图。图中星形的位置由该 接收点的初至时间差和炮检距差确定。根据这些星形的位置拟 合成直线（红色虚线），直线的斜率除以2就是V2。
+ 初至时差
_
G4
G2 G1
G3 _
G5 +
偏移距差
2、计算时间延迟项
时间延迟项的计算既可用互换法也可用迭代法
（1）互换法
一个站点的时间延迟需用两个炮点的三个折射波旅行时计算，如图：
3、后续处理的需要
地震资料处理的一些重要步骤是在反射波时距曲线为双曲线 的前提下进行的（速度分析、动校正等），但反射波时距曲线 为双曲线的条件是：地表水平、上覆介质速度为常数。为了后 处理的需要，应把反射时间校正到炮点、检波点均在一个水平 面上一样的情况。
地表水平、上覆介质速度为常数时,地震波传播路径如下图:
通过以上方法，把折射波旅行时方程的未知量都求出来了，但这不是目的。我们要
地球物理解释基础ppt课件
第19章介绍AVO方法
• 什么是AVO?——研究CMP道集内相对振幅，称作振幅随炮检
距变化的分析（AVO）。研究相对振幅随反射角的变化，这种方法称 作振幅随入射角变化的分析（AVA）
• AVO分析能解决什么地质问题 —碎屑岩气藏直接烃类指示 —在碳酸盐油藏中可能识别孔隙发育带
• 随炮检距变化的反射系数 ——AVO的计算
地球物理解释基础 (2)
第14章解释与盐构造有关的圈闭
• 许多重要油田 和盐圈闭联系在一起——著名的墨西哥湾、美国几
个洲、加拿大、北海、北非、德国 、里海地区 都存在盐圈闭。塔里木盆 地的克拉2气田也和盐圈闭有关
• 盐与众不同 ——有较低的密度和较高的地震速度 • “漂浮”状侵入到沉积物之下——侵入体产生各种盐体形状 ，盐
层析成像技术
• 层析的目标是求解每个面元的速度 • 层析成像方法的第一步是从未叠加的地震资料上或直接从野
外观测值拾取旅行时 • 建立初始模型作射线追踪，由初始模型计算的波至时间与观
测值进行比较 • 根据模型值与观测值之差对模型进行修改 • 拾取旅行时-建立模型-模型正演-测量时间差-修改模型——这
正演模拟和反演的关系
正演模拟——用一个数学关系式，对给
出的一组模型参数合成地下响应。
反演或“反演模拟” ——与正演 模拟
“相反”的过程。对一个给出的数据集， 寻
求定义一个与观测数据相符的地质模型
从数学上讲，反问题由于比方程式更多 未知数的存在，能够引起不确定性，产生 多解，所以反演的多解性是固有的
反演的多解性（非唯一性、不确定性）
1D, 2D, 3D需要将物理模 型材料校正为成比例的模 型
当非均质体的尺度与 Fresnel带相比很大时， 一般是可以应用的。通
地球物理学的基础知识和应用
地球物理学的基础知识和应用地球是我们的家园，它随着时间的推移和人类活动的发展而不停地变化着。
地球物理学是一门研究地球内部结构、物质组成、物理属性及它们与环境之间相互作用的综合性科学。
在地球科学领域中，地球物理学是一门基础学科，它为我们提供了大量珍贵的信息，不仅有助于我们了解地球的内部构造和特征，还可以为地震预测、能源勘探、矿产资源发现等领域提供重要依据。
地球物理学的基础知识地球的内部结构可以分为地核、外核、下地幔、上地幔和地壳五层。
地球物理学通过地震波、磁场和重力场等现象的观测和分析，可以研究出地球结构的大致特征。
地震波是用来研究地球内部结构和物理特征的一种重要手段。
它是自然地震或人为工程爆炸等留下的地震波向地球内部传播后反射、折射、干涉和衍射等现象的结果。
根据地震波传播的速度和路径，我们可以了解地球中不同物质的位置和性质等信息。
地球物理学还研究了地球的物理属性，如密度、磁性、导电性、导热性等。
地球物理学家发现地球内部密度和压力都随深度增加而增大，而地震导致的地震波速度则按不同的路径和介质而异。
磁性可以通过测量地球磁场来研究。
地球磁场是由地球内部的液态外核运动产生的，而极地区域的磁场则是由地球内部的磁石所造成的。
地球物理学的应用地球物理学的重要应用之一是地震预测。
地震是地球内部构造变化产生的自然现象，对人类造成的生命和财产损失极大。
地震预测是通过地震波、地面变形、电磁现象等多种监测手段进行分析和判断，预测可能产生地震的时间、地点和强度等信息。
但由于地震预测受限于资金、科技以及观测方法等因素，目前仍无法预测出准确的地震时间和地点，而只能进行预警和应急响应。
地球物理学还可以用于能源勘探，如石油、天然气等。
地球上的石油、天然气等化石燃料都是数亿年来生物体的遗化物。
用地震勘探方法对地下岩层进行探测，结合地壳磁性、全球定位系统以及其他仪器的测量和分析，可以找到能源矿藏周围的岩层构造、厚度、盆地形态等信息，具有重要的勘探和开发价值。
地球物理学基础
地球物理学基础绪论一．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。
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。
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--不规则回转椭球体三．地球内部结构地壳：地下的一个地震波速度的间断面，P波速度由界面上方的6.2km/s增至8.1km/s左右。
这个间断面称为莫霍面（M面）。
莫霍面以上的介质称为地壳，以下的介质称为地幔。
地壳构造复杂，厚度不均，大陆厚，海洋薄。
地幔：从莫霍面到地下2900km深处这一层称为地幔。
分为上地幔和下地幔。
地质学地球物理学基础知识解析
地质学地球物理学基础知识解析地质学是研究地球的物质构成、结构、演化历史以及与地球表面和内部过程有关的学科。
地球物理学是研究地球内部和大气层、海洋等的物理性质及其相互关系的学科。
地质学与地球物理学相辅相成，通过科学研究和实践探索，揭示了地球的奥秘。
本文将解析地质学地球物理学的基础知识。
一、地质学基础知识解析1.地球结构地球结构主要分为地壳、地幔和地核。
地壳是地球最外层的岩石壳层，包括陆壳和海壳。
地幔是地壳下面的一层，占据了地球的大部分体积，由固态岩石组成。
地核由外核和内核组成，外核为液态，内核为固态。
2.板块构造理论地球表面的地壳是由多个板块组成的，这些板块在地球内部漂浮并通过构造活动相互作用。
板块构造理论解释了地球上的地震、火山喷发和山脉形成等现象。
3.地质时间尺度地质时间尺度是研究地球历史的时间序列，包括了地质纪、地质世、地质时等单位。
地质时间尺度帮助科学家们了解地球的演化历史。
4.岩石与矿物岩石是地球表面的基本构成物质，由一个或多个矿物组成。
矿物是自然界中的无机物质，具有固定的化学成分和晶体结构。
二、地球物理学基础知识解析1.地球引力地球具有引力，引力作用下物体会向地心运动。
地球引力对于地球表面的物质分布和大气运动起着重要作用。
2.地热学地热学研究地球内部的热传导和热对流等热现象。
地球内部的热量来源于地球形成时的能量释放和核反应。
3.地磁学地球拥有地磁场，地磁场是地球内部和大气层、海洋相互作用的结果。
地磁场对导航、地质勘探等具有重要意义。
4.地震学地震学研究地震的发生、传播和震源机制。
地震是地球内部能量释放的结果，对于理解地球内部结构具有重要意义。
结语地质学和地球物理学是研究地球及其内部和外部过程的重要学科。
地质学揭示了地球的物质构成和演化历史，而地球物理学通过测量和观测揭示了地球内部的物理性质及其相互关系。
地质学地球物理学的基础知识为我们更好地了解和保护地球提供了重要依据。
同时，这些学科也为资源勘探和环境保护等领域提供了重要的支持和指导。
地球物理学概论的练习题
地球物理学概论的练习题地球物理学概论的练习题从狭义上讲，练习题是以巩固学习效果为目的要求解答的问题；从广义上讲，练习题是指以反复学习、实践，以求熟练为目的的问题，包括生活中遇到的麻烦、难题等。
下面为大家带来地球物理学概论的练习题，欢迎阅读！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、 UspC、 SPD、 Ed14、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()。
A、地质作用B、构造作用C、沉积作用二．判断题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。
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负泊松比的材料是有的。
5. 根据完全弹性介质的性质以及以上各参数关系的推导，推导三维各向 同性介质的胡克定律.（参考各种《弹性力学》书籍、资料）
作业 03
2.Translation of nouns Wavefront, reflected wave, high velocity zone, spherical layers, integral method, plane wave, ray path, Snell’s Law
4. 画图示意下列各种震动激发的弹性介质内质点运动：半无限 空间中传播的Rayleigh波、单层半空间中传播的LOVE波。并 简述二者的异同点。（10 points）
5. 假设一个均匀的弹性平板，覆盖在均匀弹性半无限空间上，其上下界面分 别为z=0和z=h，求解此时Love波传播的频散方程，并讨论其频散特性。 （20 points）
m 4R 2
球壳可被看作由许多个小圆环构成 如右图所示选取其中一小圆环考虑，该小圆环的质量
dm dS 2 ( R sin ) Rd
则该质量元的转动惯量 dI (R sin ) dm 2R
2 4
sin3 d
整个球壳的转动惯量
I
dI
0
2R sin d 2R
4 3
4
3 sin d 0
2 mR 2 3
K=
������ = 0.67 ������������2
（C）将地球看成由地幔和地核两层组成，厚度均等于地球半径一半，地核的密度是地幔的 3 倍，原理同（a）,只不过要分段积分，可得 K=
������ ������ ������ 2
=
17 50
首波，射线参数，走时曲线，直达波，视速度，低速间断面， 震相，球面射线曲率
答： 波前，反射波，高速带，球面层，积分法，平面波，射线路 径，斯奈尔定律 Head wave/ critically refracted wave, ray parameter, travel time curve, direct wave, apparent velocity, low velocity discontinuity, seismic phase, curvature of spherical ray
散度，旋度，应力，初始条件，各向异性，震源，傅氏变 换，波动方程，格林函数，剪应变
答：弹性理论，本构法则，弹性介质，泊松比，连续介质 力学，扩张，剪切应变，不可压缩性，体积模量，标量 Divergence, rotation, stress, initial conditions, anisotropy, source/focus, Fourier transform, wave equations, Green function, shear strain
5. For a sphere, moment of inertia is given as ，please prove below three situations：
(a) If the sphere is homogenous (uniform density), K = 0.40; (b) If all the mass of the sphere is on the outside, K = 0.67; (c) For a two layer earth with a denser core whose radius is 0.50 that of the entire planet, with the density of core is three times greater than rim, K=0.33.
3. 推倒球面介质射线参数
r sin i const. p. v
4. 写出球对称介质中的地震射线曲率的表达式，并加以推导。
5. 分别推导二层水平介质中震源位于地表和深度H 处直达波、反射波、 首波公式并画出直达波、反射波、首波的走时曲线。
作业 04
2. Explanation of nouns（20 points） (1)Surface wave (2) Dispersion (3) Group velocity (4)Phase velocity
（1）面波：体波在地表衍生而成的次生波，沿两种介质的分界面而传播， 一般沿地表传播，振幅随深度增加而衰减，能量集中在介质分界面并沿 分界面而传播，破坏性比较强。 （2）频散：面波速度随着周期而变化，称为面波频散。在记录中面波是很 多波列的叠加，随着到时的先后，各相位的周期逐渐改变。周期越大的 速度越大为正频散，周期越大的速度越小为倒频散除自由表面的瑞利面 波无频散外，所有的地震面波都具有频散特性。
3. 根据中文书P66-68，画出下列震相pP、sP 、PPP、SKIKP、 PKIKPPKIKP、PKIKP、PcP，并简述震相影区。（20 points）
震相影区：地震波在传播过程中，随深度增加速度减小，经过低速层后，将会在地表一定区 域中接收不到地震射线，此区域称为影区，对应走时曲线上会出现一定间断现象。
（3）群速度：由于频散，各种频率的波以各自速度传播，相互叠加，形成 合振动， 其振幅不断变化，用其极大值速度表征其传播速度，该速度为 群速度，即波群整体移动速度。波传播时能量与振幅平方成正比，绝大 部分能量集中于振幅极大处，因此，群速度也是能量和信号的传播速度。
（4）相速度：单色简谐波传播时，其同相面传播的速度。
4.What are the major discontinuities in the Earth’s internal structure? How are they known?
答：如果地球由表及里，是由均一物质组成，则纵横波速度在任何深度和任何方向都应该相同。但根据地球 内部地震波传播曲线分析，可以看出地震波传播速度随深度发生变化，并且还有些地方发生突然变化，可见 地球内部物质不是均一的，而且还存在许多界面。地震波在地下若干深度处，传播速度发生急剧变化的面， 称为不连续面。在地下平均33km处，纵波速度由7.6km/s 急增为8.0km/s,横波速度由4.2km/s增到4.4km/s, 这个一级不连续面称为莫霍面，即地壳和地幔的分界面。在2900km深处，纵波速度由13.32km/s突然降为 8.1km/s，而横波至此完全消失，这个面称为古登堡不连续面，即地幔和地核的分界面。这两个一级不连续 面，将地球内部划分为三个圈层：地壳、地幔、地核。
地球物理学，转动惯量，非均匀性，各向异性，边界条件， 震源机制，自由震荡，软流圈，岩石圈，地幔
答：地震学，地磁学，地热学，大地测量学，正演，反演， 里氏震级，弹性变形，波动方程，脆性变形 Geophysics, moment of inertia, heterogeneity/nonuniformity, anisotropy, boundary conditions, ealation, asthenosphere, lithosphere, mantle Isotropy Homogeneity/uniformity
（a）球体转动惯量 如右图所示的球面坐标系中选取任一体积元作 为质量元，该体积元的体积
dV r sin d rd dr r 2 sin drdd
其质量：
dm
m
4 R 3 3
dV
3m r 2 sin drdd 3 4R
对 OZ 轴的转动惯量：
dI (r sin )2dm
3. Write down Kepler’s three laws of planetary motion. Which law is a result of the conservation of momentum? Which law is a result of the conservation of energy? 答： 开普勒第一定律，也称椭圆定律or轨道定律：每一个行星都 沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦 点中。 开普勒第二定律，也称面积定律：在相等时间内，太阳和运 动中的行星的连线（向量半径）所扫过的面积都是相等的。 开普勒第三定律，也称调和定律or 周期定律：是指绕以太阳 为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其椭圆轨道半长轴的 立方与周期的平方之比是一个常量。 开普勒第一定律遵循能量守恒定律，开普勒第二定律遵循动 量守恒定律。
= 0.34，与题目所给的相差 0.01
作业 02
2.Translation of nouns Theory of elasticity, constitution law, elastic medium, Poisson’s ratio, continuum mechanics, dilatation, shear strain, incompressibility, bulk modulus, scalar
3m r 4 sin 3 drdd 3 4R
整个球体的转动惯量：
I
dI V
R
dr d
0 0 0
2
3m 2 r 4 sin 3 d mR 2 K = 3 5 4R
������ ������ ������ 2
= 0.40
（b）薄球壳转动惯量 令薄球壳质量为 m 质量面密度为
2015年地球物理学基础 作业讲解(1-4)
史亚男 刘梦雪 王少坡 2015.10.29
作业 01
1. 翻译略 2. Translation of nouns Seismology, Geomagnetics, Geothermics, Geodesy, Forward modeling, Inversion, Richter Magnitude Scale, Elastic behavior， Wave Equations, Brittle deformation