固體地球物理學(xué)概論復(fù)習(xí)重點答案.doc
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《固體地球物理學(xué)概論》 考試時間：2011年6月24日（周五）晚上19:00-21:00 第一章：引言 1、 地球物理學(xué)的定義。 解：地球物理學(xué)是以地球為研究對象的一門應(yīng)用物理學(xué)。 2、 地球物理學(xué)組成及研究內(nèi)容。 解：組成包括：理論地球物理、應(yīng)用地球物理 A. 理論地球物理學(xué)著眼于基礎(chǔ)理論方面的研究，研究的主要內(nèi)容有： （1）研究地球形狀與重力分布的重力學(xué)； （2）研究地震及彈性波在地球內(nèi)部傳播規(guī)律的地震學(xué)； （3）研究地球磁現(xiàn)象的地磁學(xué)； （4）研究地球電性質(zhì)的地電學(xué)； （5）研究地球內(nèi)部熱過程和熱狀態(tài)的地?zé)釋W(xué)； （6）深部探測和地球動力學(xué)等。 B. 應(yīng)用地球物理學(xué)是解決勘察石油、金屬、非金屬礦或其它地質(zhì)問題的。 3、 地球物理學(xué)的基本特點。 解：1、入地的窗口： 根據(jù)地面或空中的資料和信息，了解地球深部情況； 2、地球物理方法反演的多解性： 正演問題、反演問題、精度問題 3、地球物理方法的間接性問題 4、建模與簡化： 就是以數(shù)學(xué)公式或數(shù)值形式表征地球某種性質(zhì)或規(guī)律，它是對復(fù)雜研究客體的合理抽象和簡化，從而更能反映客體的內(nèi)在本質(zhì)。 5、地球物理學(xué)初值和邊值的約束作用： 現(xiàn)在的地球為地球演化提供了一個作為初值（終值）的時間條件，而地面觀測又為地球內(nèi)部的物理過程提供了一個邊界條件。 6、對地球物理學(xué)結(jié)論的可靠性估計 （1）可靠性高的：牛頓萬有引力定律，球諧分析理論、地球形狀、地球自轉(zhuǎn)周期； （2）可靠性較高：GPS、地球的速度分層結(jié)構(gòu)； （3）可靠性具中的：地球的年齡、地球的分層結(jié)構(gòu) （4）可靠性差的：大陸漂移和板塊構(gòu)造、地球內(nèi)部的溫度分布、地震預(yù)報； （5）可靠性最差的：地幔對流假說、地球起源假說、地磁場起源假說 第二章：地球的起源 1、 戴文賽新星云假說的要點。 解：行星的形成要經(jīng)過“原始星云→星云盤→塵層→星子→行星”這樣幾個步驟。 （1）原始星云的形成： 原始星云是由一塊星際云塊塌縮并瓦解而成的。根據(jù)維里定理，星際云質(zhì)量比太陽現(xiàn)質(zhì)量大三個數(shù)量級，它才會塌縮。 （2）星云盤的形成： 原始星云盤繼續(xù)塌縮，半徑逐漸減小，因角動量守恒，造成自轉(zhuǎn)速度增大。赤道面上的外邊緣物質(zhì)，當(dāng)其慣性離心力與中心部分引力相抗衡時，便停下來，形式星云盤。 （3）塵層的形成： 云盤中塵粒跟氣體一起繞太陽轉(zhuǎn)動，同時彼此發(fā)生碰撞，結(jié)合成顆粒，并向赤道沉降，逐漸形成塵層。 （4）星子的形成： 當(dāng)塵層的密度足夠大時，會導(dǎo)致引力不穩(wěn)定性，使塵層瓦解為許多物質(zhì)團(tuán)。當(dāng)物質(zhì)團(tuán)的密度超過羅奇密度時，就可以自吸引塌縮，聚集成固體－星子。 (5) 行星（胎）的形成： 初始星子繞太陽作開普勒運動外，還有隨機運動。其軌道雜亂、頻繁碰撞，發(fā)生結(jié)合成為更大星子或者碎裂為更小星子。大星子引力較強，更有效地吸積周圍的物質(zhì)和小星子迅速成長成為行星胎。 2、 羅奇密度的用途和計算。 解：羅奇密度用于對星云盤的的溫度、厚度和密度做出估計。 ρ＞ρ0＝4（M／a3） 。式中ρ0稱為羅奇密度，上式稱為聚集條件。 如果ρ<ρ0則天體分裂。 3、 地球早期演化中的圈層分化過程。 解：（1）地核和地幔的形成： 原始地球是一個均勻的球體，由于放射性元素衰變產(chǎn)生熱能，地球內(nèi)部的溫度就逐漸增高，當(dāng)?shù)貎?nèi)溫度足夠高的時候，鐵和鎳就熔化并流向地內(nèi)深處，而固態(tài)的硅酸物質(zhì)浮到地球上部。從而地球就分化成地核和地幔。 (2) 原始地殼的形成和陸殼、洋殼分化：在地核和地幔形成后，那時的地球表層是熔融的。40—46億年前，表層開始冷卻分異，形成全球性的原始地殼，即大陸地殼。30—40億年前，地球受到星子撞擊，在受撞擊的集中區(qū)域下，造成地幔熔化，并發(fā)生玄武巖噴發(fā)，排出大量巖漿和氣體，從而改變原始地殼的成分，形成原始大洋地殼。 (3) 海洋和大氣的形成：地球大氣經(jīng)歷了原生大氣、還原大氣和氧化大氣三個階段:A、地球在形成過程中俘獲星云中的氣體，形成地球的原始大氣層。B、放射性元素的衰變使地球物質(zhì)融化，加速還原氣體從地球內(nèi)部溢出，形成還原大氣。C、由于地球內(nèi)部的地幔分異作用，排出的氣體逐漸氧化；太陽輻射使地球大氣中的水分解、綠色植物的光合作用都形成較多氧氣，從而形成氧化大氣。 在地球形成的過程中，星子碰撞后放出的水，火山巖漿活動產(chǎn)生的水，以及大氣中的水氣凝聚的水都可以流人星子撞擊坑，形成海洋。 （4）地球表層的變化：地殼和地面的變化乃是各圈層相互作用的結(jié)果。 第三章 地球的轉(zhuǎn)動和形狀 1、 名詞解釋：天球赤道、黃道、黃極、天極。 解：天球赤道——假定以地球為球心，把各天體投影在半徑等于無窮大的球面上，這一球體就是天球。將地球的赤道平面向外延伸，與天球相割所成的天球大圓就叫做天球赤道 黃道—— 將地球繞日運轉(zhuǎn)的軌道面無限延伸，與天球相割而成的天球大圓叫做黃道。 黃極——球面上的任何圓圈都有兩個極點，即球面上距離該圓圈最遠(yuǎn) (900)的兩點。 天極——將地球的極軸延長，交于天球上的兩點N、S，這兩點就叫天極. 2.從物理觀點解釋傅科擺如何證明地球自轉(zhuǎn)的。 解：單擺的擺動平面在不受外力作用時，其擺動的空間方向始終不會發(fā)生變化的。然而，人們所看到的是，擺動平面相對于地球表面發(fā)生了按順時針方向緩慢地轉(zhuǎn)動，其實質(zhì)是:擺下面的地球在沿逆時針方向轉(zhuǎn)動造成的。由于地球自轉(zhuǎn)，擺動平面就會發(fā)生相對于地面的偏轉(zhuǎn)。研究這種偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，并且定量地計算偏轉(zhuǎn)速度的變化，則是地球自轉(zhuǎn)的最生動的證明。 3.地球自轉(zhuǎn)的特點是什么? 解：地軸取向穩(wěn)定、自轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定 、地球自轉(zhuǎn)的非均勻變化。 4.什么是地球自轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動、章動和極移 (只考慮錢德勒晃動)? 解：進(jìn)動——用來表示轉(zhuǎn)動物體的轉(zhuǎn)動軸環(huán) 繞另一軸的轉(zhuǎn)動。地軸的進(jìn)動，地球的旋轉(zhuǎn)軸環(huán)著黃道軸作緩慢的畫圓錐面的旋進(jìn)運動，保持黃赤交角不變。 章動——在地軸的長期旋進(jìn)中，在它的平均位置上附加了一種短周期的擺動。 極移——地球自轉(zhuǎn)軸與地面的交點叫地極，地極點相對于國際極點CIO的位移叫做極移。 第四章 地球形狀與重力 1、什么是大地水準(zhǔn)面?地球的形狀指什么? 解：一個與平均的海洋面(在陸地上是它的順勢延伸而構(gòu)成封閉的曲面）重合的那個重力等位面稱為大地水準(zhǔn)面。 從物理圖象上看，地球形狀，是指全球上靜止海面的形狀。 2、什么是重力改正?常用的重力改正有哪幾種?每種改正的目的是什么? 我們需要逐項從測量值中扣除或補加這些因素的影響，這個計算過程就是重力改正。 重力改正主要包括高度改正、中間層改正、地形改正，有時還要用到緯度改正和均衡改正。 高度改正：將高程的影響去掉，因此，自由空間異常是反映地表和地下的物質(zhì)分布對重力的作用，應(yīng)用它可研究大地水準(zhǔn)面——地球形狀。 中間層校正：海平面以上的質(zhì)量用一個無限長水平板表示，厚度為測點到海平面的高度。 地形校正（TC）：進(jìn)行地形改正，就是要把地面凸起部分刪去，把凹陷部分填平。無論是刪去還是填平，其結(jié)果都是使測點的重力值加大，所以地形改正只與高差的絕對值有關(guān)。 3、試述地球表面正常重力場的分布特征。 4、球體重力異常的曲線及分布特征 5、試述重力均衡的兩種基本假說。根據(jù)這兩種假說，怎樣進(jìn)行重力的均衡校正? 一個是普拉特假說，一個是艾里假說 普拉特認(rèn)為地殼底面的深度一致，但密度隨地面高度增加而減少； 艾里認(rèn)為地殼的密度一致，但底面深度隨地面高度增加而下降。 6、重力勘探的先決條件、有利條件。什么是重力的正反演。 正演問題是根據(jù)模型以及相關(guān)的條件(初始條件、邊界條件)來得到場的異常的結(jié)果。而這些結(jié)果往往是可以由觀測而得到的。 反演問題是根據(jù)實際觀測的地球物理場的觀測值解釋(定量或定性)出地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，包括地質(zhì)體形態(tài)和巖層的物理性質(zhì) 。 7、固體潮是怎樣產(chǎn)生的?什么是引潮力和引潮位? 太陽、月球引力作用于地球固體引起的形變。 引潮力： 產(chǎn)生地球潮汐的力稱為引潮力。 引潮位：地面上某一點的引潮位，等于天體對該點的引力位與該點繞月地質(zhì)心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力位之和。 第五章 地震波傳播與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1、 名詞解釋：應(yīng)力 應(yīng)變 切應(yīng)變 泊松比、楊氏模量。 應(yīng)力：應(yīng)力是彈性體受外力作用后其內(nèi)部質(zhì)點之間產(chǎn)生的一種阻礙彈性形變的內(nèi)力，其單位是Pa ( N/m 2 )。 應(yīng)變：彈性體受外力作用后，內(nèi)部質(zhì)點之間有應(yīng)力產(chǎn)生，這種應(yīng)力引起彈性體的變形。 物體受切應(yīng)力作用后每一截面都會相互錯動 (如同一疊卡片在最上一片施加一個緊貼卡片的力量，除最下面一片沒有移動外，其余各片程度不等的移向一側(cè))，使得彈性體變化了角度φ。由于 f 很小 ，所以φ 角也很小，這一φ角是反映彈性體形狀變化的，稱之為切應(yīng)變。 E是楊氏模量。它表示彈性材料抵抗拉伸(或壓縮)的能力。 γ叫做泊松系數(shù)，式中負(fù)號表示縱向應(yīng)變與橫向應(yīng)變方向相反，為保證γ為正而取的。 ? 切應(yīng)力與切應(yīng)變之間也滿足胡克定律: φ＝ τ／μ ? 其中μ 為切變模量，或叫做剛性系數(shù)，它表示彈性體抵抗體積變形的能力。 2、 為什么說一般材料容易發(fā)生扭曲破裂而不易發(fā)生壓縮破裂？ ? 可以證明， 切變模量μ可以由楊氏模量E和泊松系數(shù)γ推導(dǎo)出來，其關(guān)系為: μ＝E／2（1＋ γ） ? 因為γ ＝0~0.5，故μ /E =0.5 ~0.3，即切變模量不足楊氏模量的一半。 ? 一般來說，介質(zhì)容易發(fā)生扭曲破裂，而不易發(fā)生壓縮破裂，其道理就在這里。 3、 掌握計算巖石縱波速與橫波速公式與方法。 4、 地震波有哪幾種? 簡述它們的定義及特點。 地震縱波(Longitudinal or P Waves) 是地下巖石介質(zhì)受正應(yīng)力作用后膨脹或壓縮而產(chǎn)生的疏密波，用符號P表示， 意為“壓縮”(push) 或“初至”（primary），一般稱之為P波。P波的傳播方向與振動方向一致 地震橫波(Shear or S Waves) 是地下巖石介質(zhì)受切應(yīng)力作用所產(chǎn)生的切變波，用符號S表示，意為“剪切” (shear)或“續(xù)至”(secondary)，一般稱之為S波。S波傳播時，其質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向 5、 簡述瑞利波和勒夫波的特征。 ? 瑞雷波是沿地球表面?zhèn)鞑サ牟ǎ荘縱波和SV橫波沿界面?zhèn)鞑r相互疊加的結(jié)果。這種波的特點是: 質(zhì)點的運動軌跡為逆進(jìn)橢圓，其長軸垂直于地面， 其短軸與波的前進(jìn)方向一致；質(zhì)點的振動振幅，從地面往下，按指數(shù)銳減 ? 瑞雷波具有的特點 ? ①瑞雷波產(chǎn)生在介質(zhì)的自由表面； ? ②瑞雷波是一種橢圓極化波，其振動方沿橢圓逆進(jìn)（在界面附近),當(dāng)離開界面一定深度時為前進(jìn)； ? ③瑞雷波的速度VR滿足VR下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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