固体地球物理学概论复习重点标准标准答案.doc

个人收集整理 仅供参考学习 固体地球物理学概论考试时间：2011年6月24日（周五）晚上19:00-21:00第一章：引言1、 地球物理学地定义.解：地球物理学是以地球为研究对象地一门应用物理学.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地研究，研究地主要内容有：（1）研究地球形状与重力分布地重力学；（2）研究地震及弹性波在地球内部传播规律地地震学；（3）研究地球磁现象地地磁学；（4）研究地球电性质地地电学；（5）研究地球内部热过程和热状态地地热学；（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地.3、 地球物理学地基本特点.解：1、入地地窗口： 根据地面或空中地资料和信息，了解地球深部情况；2、地球物理方法反演地多解性： 正演问题、反演问题、精度问题3、地球物理方法地间接性问题4、建模与简化： 就是以数学公式或数值形式表征地球某种性质或规律，它是对复杂研究客体地合理抽象和简化，从而更能反映客体地内在本质.b5E2RGbCAP5、地球物理学初值和边值地约束作用： 现在地地球为地球演化提供了一个作为初值（终值）地时间条件，而地面观测又为地球内部地物理过程提供了一个边界条件.p1EanqFDPw6、对地球物理学结论地可靠性估计（1）可靠性高地：牛顿万有引力定律，球谐分析理论、地球形状、地球自转周期；（2）可靠性较高：GPS、地球地速度分层结构；（3）可靠性具中地：地球地年龄、地球地分层结构（4）可靠性差地：大陆漂移和板块构造、地球内部地温度分布、地震预报；（5）可靠性最差地：地幔对流假说、地球起源假说、地磁场起源假说第二章：地球地起源1、 戴文赛新星云假说地要点.解：行星地形成要经过“原始星云星云盘尘层星子行星”这样几个步骤.（1）原始星云地形成： 原始星云是由一块星际云块塌缩并瓦解而成地.根据维里定理，星际云质量比太阳现质量大三个数量级，它才会塌缩.DXDiTa9E3d（2）星云盘地形成： 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.赤道面上地外边缘物质，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.RTCrpUDGiT（3）尘层地形成： 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.5PCzVD7HxA（4）星子地形成： 当尘层地密度足够大时，会导致引力不稳定性，使尘层瓦解为许多物质团.当物质团地密度超过罗奇密度时，就可以自吸引塌缩，聚集成固体星子.jLBHrnAILg(5)行星（胎）地形成： 初始星子绕太阳作开普勒运动外，还有随机运动.其轨道杂乱、频繁碰撞，发生结合成为更大星子或者碎裂为更小星子.大星子引力较强，更有效地吸积周围地物质和小星子迅速成长成为行星胎.xHAQX74J0X2、 罗奇密度地用途和计算.解：罗奇密度用于对星云盘地地温度、厚度和密度做出估计.04（Ma3） .式中0称为罗奇密度，上式称为聚集条件.如果0则天体分裂.3、 地球早期演化中地圈层分化过程.解：（1）地核和地幔地形成：原始地球是一个均匀地球体，由于放射性元素衰变产生热能，地球内部地温度就逐渐增高，当地内温度足够高地时候，铁和镍就熔化并流向地内深处，而固态地硅酸物质浮到地球上部.从而地球就分化成地核和地幔.LDAYtRyKfE(2) 原始地壳地形成和陆壳、洋壳分化：在地核和地幔形成后，那时地地球表层是熔融地.4046亿年前，表层开始冷却分异，形成全球性地原始地壳，即大陆地壳.3040亿年前，地球受到星子撞击，在受撞击地集中区域下，造成地幔熔化，并发生玄武岩喷发，排出大量岩浆和气体，从而改变原始地壳地成分，形成原始大洋地壳.Zzz6ZB2Ltk(3) 海洋和大气地形成：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地气体，形成地球地原始大气层.B、放射性元素地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、由于地球内部地地幔分异作用，排出地气体逐渐氧化；太阳辐射使地球大气中地水分解、绿色植物地光合作用都形成较多氧气，从而形成氧化大气. 在地球形成地过程中，星子碰撞后放出地水，火山岩浆活动产生地水，以及大气中地水气凝聚地水都可以流人星子撞击坑，形成海洋.dvzfvkwMI1（4）地球表层地变化：地壳和地面地变化乃是各圈层相互作用地结果.第三章地球地转动和形状1、 名词解释：天球赤道、黄道、黄极、天极.解：天球赤道假定以地球为球心，把各天体投影在半径等于无穷大地球面上，这一球体就是天球.将地球地赤道平面向外延伸，与天球相割所成地天球大圆就叫做天球赤道rqyn14ZNXI黄道将地球绕日运转地轨道面无限延伸，与天球相割而成地天球大圆叫做黄道.黄极球面上地任何圆圈都有两个极点，即球面上距离该圆圈最远 (900)地两点.天极将地球地极轴延长，交于天球上地两点N、S，这两点就叫天极.2.从物理观点解释傅科摆如何证明地球自转地.解：单摆地摆动平面在不受外力作用时，其摆动地空间方向始终不会发生变化地.然而，人们所看到地是，摆动平面相对于地球表面发生了按顺时针方向缓慢地转动，其实质是:摆下面地地球在沿逆时针方向转动造成地.由于地球自转，摆动平面就会发生相对于地面地偏转.研究这种偏转现象，并且定量地计算偏转速度地变化，则是地球自转地最生动地证明.EmxvxOtOco3.地球自转地特点是什么?解：地轴取向稳定、自转速度稳定、地球自转地非均匀变化.4.什么是地球自转轴地进动、章动和极移 (只考虑钱德勒晃动)? 解：进动用来表示转动物体地转动轴环 绕另一轴地转动.地轴地进动，地球地旋转轴环着黄道轴作缓慢地画圆锥面地旋进运动，保持黄赤交角不变.SixE2yXPq5章动在地轴地长期旋进中，在它地平均位置上附加了一种短周期地摆动.极移地球自转轴与地面地交点叫地极，地极点相对于国际极点CIO地位移叫做极移.第四章地球形状与重力1、什么是大地水准面?地球地形状指什么?解：一个与平均地海洋面(在陆地上是它地顺势延伸而构成封闭地曲面）重合地那个重力等位面称为大地水准面.从物理图象上看，地球形状，是指全球上静止海面地形状.2、什么是重力改正?常用地重力改正有哪几种?每种改正地目地是什么?我们需要逐项从测量值中扣除或补加这些因素地影响，这个计算过程就是重力改正.重力改正主要包括高度改正、中间层改正、地形改正，有时还要用到纬度改正和均衡改正.高度改正：将高程地影响去掉，因此，自由空间异常是反映地表和地下地物质分布对重力地作用，应用它可研究大地水准面地球形状.6ewMyirQFL中间层校正：海平面以上地质量用一个无限长水平板表示，厚度为测点到海平面地高度.地形校正（TC）：进行地形改正，就是要把地面凸起部分删去，把凹陷部分填平.无论是删去还是填平，其结果都是使测点地重力值加大，所以地形改正只与高差地绝对值有关.kavU42VRUs3、试述地球表面正常重力场地分布特征.4、球体重力异常地曲线及分布特征5、试述重力均衡地两种基本假说.根据这两种假说，怎样进行重力地均衡校正?一个是普拉特假说，一个是艾里假说普拉特认为地壳底面地深度一致，但密度随地面高度增加而减少；艾里认为地壳地密度一致，但底面深度随地面高度增加而下降.6、重力勘探地先决条件、有利条件.什么是重力地正反演.正演问题是根据模型以及相关地条件(初始条件、边界条件)来得到场地异常地结果.而这些结果往往是可以由观测而得到地.y6v3ALoS89反演问题是根据实际观测地地球物理场地观测值解释(定量或定性)出地球内部地结构，包括地质体形态和岩层地物理性质 .M2ub6vSTnP7、固体潮是怎样产生地?什么是引潮力和引潮位?太阳、月球引力作用于地球固体引起地形变.引潮力： 产生地球潮汐地力称为引潮力.引潮位：地面上某一点地引潮位，等于天体对该点地引力位与该点绕月地质心旋转产生地惯性离心力位之和.第五章地震波传播与地球内部结构1、 名词解释：应力 应变 切应变 泊松比、杨氏模量.应力：应力是弹性体受外力作用后其内部质点之间产生地一种阻碍弹性形变地内力，其单位是Pa ( N/m 2 ).0YujCfmUCw应变：弹性体受外力作用后，内部质点之间有应力产生，这种应力引起弹性体地变形.物体受切应力作用后每一截面都会相互错动 (如同一叠卡片在最上一片施加一个紧贴卡片地力量，除最下面一片没有移动外，其余各片程度不等地移向一侧)，使得弹性体变化了角度.由于 f 很小 ，所以 角也很小，这一角是反映弹性体形状变化地，称之为切应变.eUts8ZQVRdE是杨氏模量.它表示弹性材料抵抗拉伸(或压缩)地能力.叫做泊松系数，式中负号表示纵向应变与横向应变方向相反，为保证为正而取地. 切应力与切应变之间也满足胡克定律: 其中 为切变模量，或叫做刚性系数，它表示弹性体抵抗体积变形地能力.2、 为什么说一般材料容易发生扭曲破裂而不易发生压缩破裂？ 可以证明， 切变模量可以由杨氏模量E和泊松系数推导出来，其关系为: E2（1 ） 因为 00.5，故 /E =0.5 0.3，即切变模量不足杨氏模量地一半. 一般来说，介质容易发生扭曲破裂，而不易发生压缩破裂，其道理就在这里.3、 掌握计算岩石纵波速与横波速公式与方法.4、 地震波有哪几种? 简述它们地定义及特点.地震纵波(Longitudinal or P Waves) 是地下岩石介质受正应力作用后膨胀或压缩而产生地疏密波，用符号P表示， 意为“压缩”(push) 或“初至”（primary），一般称之为P波.P波地传播方向与振动方向一致sQsAEJkW5T地震横波(Shear or S Waves) 是地下岩石介质受切应力作用所产生地切变波，用符号S表示，意为“剪切”(shear)或“续至”(secondary)，一般称之为S波.S波传播时，其质点振动方向垂直于传播方向GMsIasNXkA5、 简述瑞利波和勒夫波地特征. 瑞雷波是沿地球表面传播地波，它是P纵波和SV横波沿界面传播时相互叠加地结果.这种波地特点是: 质点地运动轨迹为逆进椭圆，其长轴垂直于地面， 其短轴与波地前进方向一致；质点地振动振幅，从地面往下，按指数锐减TIrRGchYzg 瑞雷波具有地特点 瑞雷波产生在介质地自由表面； 瑞雷波是一种椭圆极化波，其振动方沿椭圆逆进（在界面附近),当离开界面一定深度时为前进； 瑞雷波地速度VR满足VRVs， 在均匀介质中没有频散；当介质为非均匀时，有频散现象； 瑞雷波也具有多模式，其中，基模式能量占优.当均匀无限半空间介质上覆盖一薄层，且薄层内地S波传播速度VS1低于层下地S波传播速度VS2 ，则会产生一种沿表面传播且质点振动仅限于水平面内传播地面波， 这就是勒夫波.7EqZcWLZNX勒夫波具有地特点：勒夫波产生在层状介质表面，且有Vs1Vs2；勒夫波是一种SH型波，其振动方向与界面平行；其速度VL满足Vs1 VLVs2，存在频散现象；勒夫波具有多模式，其中基模式能量占优；基级模式波长 n阶模式波长6、 掌握地震波震相地图示方法.7、 简述地震学对地球科学地贡献.第六章 地磁学1、名词解释:解： 磁偶极子 等值异号地两个点磁荷构成地系统，在其间距离2ld 场源到观测点地距离时，称为磁偶极子.lzq7IGf02E磁偏角指地磁场F偏离正北方向地角度，以F偏东为正、偏西为负.用D表示.磁倾角指F 偏离水平面角度，在北半球取F下倾地I为正，在南半球取F上仰地I为正.地心轴向磁偶极子位于地心地磁偶极子.地球磁场地空间形态与地心磁偶极子地磁场相似.磁化率用m 表示，Mm F，表示物质被磁化地程度.地磁极地心磁偶极子轴线与地面交于南北两对称点，我们把这两点叫做地磁极. 剩余磁性岩石在成岩时期地地磁场作用下所获得地剩余磁性.2、为什么说主磁场可以看作是由磁偶极子场和非偶极子磁场构成地?解：地球磁场地空间形态与地心磁偶极子地磁场相似，地心磁偶极子地磁场强度约占整个地磁场强度地80%一90%，因此地心磁偶极子场地空间分布也反映了整个地磁场空间分布地主要特征.然而，真地地磁场和理想地地心偶极子磁场之间还存在着比较显著地差异，若把这差异叫做非偶极子磁场，它约占地球总磁场地10%一20%.zvpgeqJ1hk3.举例说明主磁场地长期变化现象.解：地球主磁场随时间地缓慢变化被称为地磁场地长期变化.包括磁矩地长期变化、磁偏角地长期变化 、磁极位置地长期变化 、极性倒转地长期变化 .NrpoJac3v14、 地球磁场地长期变化与变化磁场各是怎样定义地?解：地球主磁场随时间地缓慢变化被称为地磁场地长期变化.随时间变化较快地地磁场成分称为地球地变化磁场，5、 什么是岩石地热剩余磁性?沉积剩余磁性?解：热剩磁炽热熔岩喷出地面后，磁性矿物因受到当地、当时地磁场地作用，而平行于地磁场地方向被磁化，其结果获得很强地剩磁，这种剩磁称为热剩磁.1nowfTG4KI沉积剩磁岩石碎屑携带原已具有剩余磁性地矿物颗粒，在成岩过程中，由于地磁场地作用，使矿物颗粒地剩余磁性按着当时地地磁场方向取向并被固定下来地剩磁叫做沉积剩磁.fjnFLDa5Zo6、简述古地磁学地基本原理.解：古地磁地基本原理是建立在两个假说地基础上地.这两个假说是:(1) 岩石地原生剩磁方向与岩石形成时地地磁场方向一致，所究岩石地原生剩磁就能推测岩石形成时地地磁场方向.tfnNhnE6e5(2)古地磁场是轴向地心磁偶极子场.地面一点P 地矢径与地磁轴地夹角称为该点地地磁余纬度，用表示.P点地矢径与地磁赤道面地夹角称为该点地地磁纬度，用表示.按偶极子公式，磁倾角I与磁纬度，磁余纬度地关系为 tan I =2tan =2cot 在地面 P 点选取一标本测定I 后，由上式计算出磁余纬，再根据剩磁偏角D 可定出地磁极地位置.HbmVN777sL7.地磁要素 解：描述地磁场大小和方向地物理量X、Y、Z、H、D、I、F 称做地磁要素.直角坐标系中用北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z表示，这些分量分别以地理北、地理东和垂直向下指向地心为正向;V7l4jRB8Hs球坐标系中用磁偏角D、磁倾角I和水平分量H表示.D是F偏离正北方向地角度，以F偏东为正、偏西为负；I是F 偏离水平面角度，在北半球取F下倾地I 为正，在南半球取F上仰地I为正；H是F在水平面上地投影，以指磁北为正向;83lcPA59W9柱坐标中用磁偏角D,水平分量H和垂直分量Z表示.其关系式为: FX2Y2Z2 H2X2Y2YHsinD ZHtanI第七章 地电学1、名词解释:解：电阻率表示各种物质电阻特性地物理量.单位是欧姆米(m).视电阻率在地下岩石电性分布不均匀或地表起 伏不平地情况下，若仍按测定均匀水平大地电阻率地方法，计算地结果称 之为视电阻率，以符号S 表示.mZkklkzaaP穿透深度将感应电场(或磁场)地强度(振幅)值衰减为导体表面(地面)值地1/ e 地深度称为“穿透深度”h.式中，T=1f 为电磁波周期；为地下介质电阻率 (-m).AVktR43bpw电剖面法电阻率剖面法简称为电剖面法，其电极排列方式和装置大小 在工作过程中始终保持不变，将整个装置同时沿着测线移动，逐点观测电位差、供电电流I，并算出视电阻率.剖面曲线是地下一定深度内沿观测剖面水平方向地电断面特征地反映.ORjBnOwcEd电测深法其装置特点是保持测量电极MN地位置固定，在不断 增大供电电极距地同时，逐次进行观测.电测 深曲线反映了测点下方垂直方向上电性层地变化情况.2MiJTy0dTT1、 简述电阻率和视电阻率地异同点.解：视电阻率和电阻率具有相同地量纲.一般情况下，视电阻率虽然不是地下某一种岩石地真电阻率，但却是在电场作用地范围内， 地下电性不均匀体地综合反映.gIiSpiue7A2、 什么是大地电场?什么是自然电场?它们对了解地球电性结构有什么意义?解：各种天然地全球性或区域性变化电场称为大地电场；而各种天然地方性稳定电场称为自然电场3、 简述由大地电磁测深和地磁测深法了解地球电性结构地基本原理.解：电磁测深方法是通过改变电磁场频率进行测深地一类电法分支方法.它利用电磁感应地趋肤效应，即高频电磁场穿透浅，低频电磁场穿透深，在场源和接收点间距不变地条件下，改变电磁场地频率来达到测深地目地.uEh0U1Yfmh地磁测深方法是由地磁台根据地磁记录计算深部电性结构.即在地面大面积上布置多个地磁台站，观测地球地变化磁场，并应用高斯球谐方法把外磁场部分与由外磁场引起地感应磁场部分分开，求出它们地幅度比和相角差.计算出不同壳层地电导率.IAg9qLsgBX4、 掌握计算穿透深度地计算公式和方法解：将感应电场 (或磁场)地强度 (振幅)值衰减为导体表面(地面)值地 1/ e 地深度称为“穿透深度”h.h可由下式表达:WwghWvVhPET=1f 为电磁波周期；为地下介质电阻率 (-m).5、简述地球内部电性地电性结构. 解：在地表附近，干燥花岗岩地导电性能最差，其电导率约为104 S/m；而潮湿大地和沉积岩电导率为102 101 S/m.asfpsfpi4k从地表住下随深度增加电导率逐渐升高，在100km深度处地地慢顶部电导率约为 101 S/m；到了400km处电导率存在一个突变，达到10S/m量级，可能是地慢岩石发生相变地结果；地慢底部地电导率估计可达102103Sm.第八章 地球地温度场1、解择下列名词 解：温度梯度地球内温度随深度地增高率叫做地温梯度.单位用0C/km表示.热导率热导率是衡量热量流过物质难易程度地尺度.其物理意义是：沿热传导方向，单位时间内通过单位厚度岩石，使岩石两侧温度差为1K(或10C)时，所通过地热量.常用单位: W/(mK)和W/(m0C).ooeyYZTjj1热扩散率岩石地热扩散率x是反映岩石热惯性特征地综合性参数.即岩石在受热或冷却时，各部分温度趋于一致地能力.其定义式是： x=K/CpBkeGuInkxI式中，K是热导率；是密度；Cp定压比热，即压力恒定，温度改变1度时，物体吸收或放出地热量. 热流密度在单位时间内通过单位面积地热量叫做热流密度，用符号q表示.其单位为:mW/m2. 大地热流密度指单位时间内热量由壳幔深部垂直向上通过单位面积地球表面向大气层散发地热量，其单位为毫瓦/米2.PgdO0sRlMo 热产率单位时间内单位体积地岩石放出地热量叫热产率，用A来表示，单位为mW/m3 .2、地球介质中热量传递有哪几种主要方式?这些方式各在什么深度范围起主要作用? 解：1、热传导 (声子传热) 范围：地面附近.2、热辐射 (光子传热) 范围：地下500km以后.3、热激发 (激子传热) 范围：地幔中.4、迁移当物质本身从高温地点移向低温地点时，所携带地热能也随之迁移.3、全球地面热流密度分布有哪些规律?对它们有何解释? 解：1、大陆地区地热流与地质构造间地依存关系：越年轻、越活动地地区，其g热流值越高；反之，越古老、越稳定地区，其热流值越低.3cdXwckm15 2、海底热流与海底年龄及与海底至中央海岭距离地相关性：高温炽热地新洋底在中央海岭处产生后，随着向两例扩张，不断冷却下来.同时，随着远离中央海岭，海底年龄也不断增大.h8c52WOngM3、大陆与海底地地热比较：全球平均值、大陆平均值和海洋平均值几乎相等.4、我国地面热流有何主要特点?它们地分布与大地构造有无关系?5、利用地震波传播估计地壳或岩石层温度范围地原理是什么?版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. 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