固体地球物理学概论复习重点答案.doc
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《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、入地的窗口： 根据地面或空中的资料和信息，了解地球深部情况； 2、地球物理方法反演的多解性： 正演问题、反演问题、精度问题 3、地球物理方法的间接性问题 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的合理抽象和简化，从而更能反映客体的内在本质。 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 （1）可靠性高的：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、地球的速度分层结构； （3）可靠性具中的：地球的年龄、地球的分层结构 （4）可靠性差的：大陆漂移和板块构造、地球内部的温度分布、地震预报； （5）可靠性最差的：地幔对流假说、地球起源假说、地磁场起源假说 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。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。 （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，聚集成固体－星子。 (5) 行星（胎）的形成： 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＝4（M／a3） 。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，当地内温度足够高的时候，铁和镍就熔化并流向地内深处，而固态的硅酸物质浮到地球上部。从而地球就分化成地核和地幔。 (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，即大陆地壳。30—40亿年前，地球受到星子撞击，在受撞击的集中区域下，造成地幔熔化，并发生玄武岩喷发，排出大量岩浆和气体，从而改变原始地壳的成分，形成原始大洋地壳。 (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。 （4）地球表层的变化：地壳和地面的变化乃是各圈层相互作用的结果。 第三章 地球的转动和形状 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的球面上，这一球体就是天球。将地球的赤道平面向外延伸，与天球相割所成的天球大圆就叫做天球赤道 黄道—— 将地球绕日运转的轨道面无限延伸，与天球相割而成的天球大圆叫做黄道。 黄极——球面上的任何圆圈都有两个极点，即球面上距离该圆圈最远 (900)的两点。 天极——将地球的极轴延长，交于天球上的两点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的。 解：单摆的摆动平面在不受外力作用时，其摆动的空间方向始终不会发生变化的。然而，人们所看到的是，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:摆下面的地球在沿逆时针方向转动造成的。由于地球自转，摆动平面就会发生相对于地面的偏转。研究这种偏转现象，并且定量地计算偏转速度的变化，则是地球自转的最生动的证明。 3.地球自转的特点是什么? 解：地轴取向稳定、自转速度稳定 、地球自转的非均匀变化。 4.什么是地球自转轴的进动、章动和极移 (只考虑钱德勒晃动)? 解：进动——用来表示转动物体的转动轴环 绕另一轴的转动。地轴的进动，地球的旋转轴环着黄道轴作缓慢的画圆锥面的旋进运动，保持黄赤交角不变。 章动——在地轴的长期旋进中，在它的平均位置上附加了一种短周期的摆动。 极移——地球自转轴与地面的交点叫地极，地极点相对于国际极点CIO的位移叫做极移。 第四章 地球形状与重力 1、什么是大地水准面?地球的形状指什么? 解：一个与平均的海洋面(在陆地上是它的顺势延伸而构成封闭的曲面）重合的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的形状。 2、什么是重力改正?常用的重力改正有哪几种?每种改正的目的是什么? 我们需要逐项从测量值中扣除或补加这些因素的影响，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：将高程的影响去掉，因此，自由空间异常是反映地表和地下的物质分布对重力的作用，应用它可研究大地水准面——地球形状。 中间层校正：海平面以上的质量用一个无限长水平板表示，厚度为测点到海平面的高度。 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，其结果都是使测点的重力值加大，所以地形改正只与高差的绝对值有关。 3、试述地球表面正常重力场的分布特征。 4、球体重力异常的曲线及分布特征 5、试述重力均衡的两种基本假说。根据这两种假说，怎样进行重力的均衡校正? 一个是普拉特假说，一个是艾里假说 普拉特认为地壳底面的深度一致，但密度随地面高度增加而减少； 艾里认为地壳的密度一致，但底面深度随地面高度增加而下降。 6、重力勘探的先决条件、有利条件。什么是重力的正反演。 正演问题是根据模型以及相关的条件(初始条件、边界条件)来得到场的异常的结果。而这些结果往往是可以由观测而得到的。 反演问题是根据实际观测的地球物理场的观测值解释(定量或定性)出地球内部的结构，包括地质体形态和岩层的物理性质 。 7、固体潮是怎样产生的?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的形变。 引潮力： 产生地球潮汐的力称为引潮力。 引潮位：地面上某一点的引潮位，等于天体对该点的引力位与该点绕月地质心旋转产生的惯性离心力位之和。 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的一种阻碍弹性形变的内力，其单位是Pa ( N/m 2 )。 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的变形。 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的力量，除最下面一片没有移动外，其余各片程度不等的移向一侧)，使得弹性体变化了角度φ。由于 f 很小 ，所以φ 角也很小，这一φ角是反映弹性体形状变化的，称之为切应变。 E是杨氏模量。它表示弹性材料抵抗拉伸(或压缩)的能力。 γ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γ为正而取的。 • 切应力与切应变之间也满足胡克定律: φ＝ τ／μ • 其中μ 为切变模量，或叫做刚性系数，它表示弹性体抵抗体积变形的能力。 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μ可以由杨氏模量E和泊松系数γ推导出来，其关系为: μ＝E／2（1＋ γ） • 因为γ ＝0~0.5，故μ /E =0.5 ~0.3，即切变模量不足杨氏模量的一半。 • 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? 简述它们的定义及特点。 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的疏密波，用符号P表示， 意为“压缩”(push) 或“初至”（primary），一般称之为P波。P波的传播方向与振动方向一致 地震横波(Shear or S Waves) 是地下岩石介质受切应力作用所产生的切变波，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 5、 简述瑞利波和勒夫波的特征。 • 瑞雷波是沿地球表面传播的波，它是P纵波和SV横波沿界面传播时相互叠加的结果。这种波的特点是: 质点的运动轨迹为逆进椭圆，其长轴垂直于地面， 其短轴与波的前进方向一致；质点的振动振幅，从地面往下，按指数锐减 • 瑞雷波具有的特点 • ①瑞雷波产生在介质的自由表面； • ②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； • ③瑞雷波的速度VR满足VR
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