固体地球物理学

----更新时间:2022-05-29

固体地球物理学是用物理学的观点和方法研究固体地球的运动、物理状态、物质组成、作用力和各种物理过程的综合性学科。

基本介绍

用物理学的观点和方法研究固体地球的运动、物理状态、物质组成、作用力和各种物理过程的综合性学科。所谓固体地球是相对于大气和海洋而言的。地球物理学一词,是20世纪初才正式为人采用的,50年代有了很大发展,进一步分为大气物理学海洋物理学空间物理学和固体地球物理学。

基础学科

固体地球物理学有3 个发展较早的基础性学科:重力和大地测量学、地震学地磁学。固体地球物理学还包含地电学和地热学。这两个学科发展历史不长,正在进一步发展之中。在固体地球物理学范围内 ,还有3个学科名称 ,它们都是对固体地球作综合性和整体性研究的。它们彼此之间的差别很小。大地构造物理学在30年代只讨论岩石和矿物形成的物理条件和过程,近年来其研究领域已由地球表层逐渐扩大到地球内部。地球内部物理学是研究地球内部物质结构、组成和物理过程的学科分支。地球动力学原是研究地球内部的作用力、物质对作用力的响应特性及有关的变化过程的。60年代板块大地构造学说兴起后,有关地球的整体性运动的问题都以地球动力学的名称出现,是研究比较活跃的领域。

重力和大地测量学研究和测定地球形状、大小和地球重力场,以及测定地面点几何位置的学科。大地测量的历史悠久,中国唐代高僧一行曾算出地球子午线一度之长。重力和大地测量是国家建设的重要项目,关系到国土管理、矿产开发和航天事业的发展。

分支学科

目前这门学科可分为若干分支学科。

大地测量学

固体地球物理学中最老的学科之一。它是研究地球的形状和地面上各地点的空间位置和几何关系的一门学科。从大尺度来看,地面不是平的,甚至不是一个简单的规则曲面,而铅垂线的方向也并不总同真实地面垂直。于是测定远距离地点的方位和高程便不是一个简单的问题,而早已形成一个专门的学科。由于铅垂线的方向决定于重力,所以大地测量学和重力学是分不开的,后者是专门研究地球重力场的分布和成因的一门学科。地球重力场决定于地下物质的分布。重力学除同大地测量学有密切关系外,也同地质构造和矿产分布有关。重力分布是阐明地质构造和勘探有用矿床的一种重要数据。

地震学

固体地球物理学的主要支柱,应用极广。地震学不仅研究天然地震,而且利用由天然地震或人工地震所产生的地震波,来研究地球内部的结构或其他信息,特别是储油构造。地震勘探法主要是利用人工地震的地震波,现在已成为石油勘探最重要的方法之一。除此之外,地震观测还是监视地下核爆炸唯一有效的方法。在取得地球内部信息方面,地震学走在地学各学科的最前列,其潜力也是最大的。

地磁学

也是一门古老的学科。中国在战国时期就已知道磁石的吸铁性和指极性;11世纪以前已发现地磁偏角;约在 9世纪至10世纪的时候就已将磁针用于航海。不过对于地磁场的最早解释则是由英国人吉伯(W.G.il-bert)在1600年提出的。然而只是到了1839年,德国数学家C.F.高斯用球谐分析的方法阐明了地磁场的基本特征,地磁学才真正得到系统的发展。地磁学是阐明地球磁场的形态、成因和应用的一门学科。对于解释地质构造,勘探磁性矿床和石油都有一定的作用。由于地面磁场受空间电流影响极大,地磁学同天电学有时是不可分割的。它们都是固体地球物理学同大气物理学或宇宙地球物理学之间的边缘学科。

地磁场有一部分来自岩石的磁性,后者是岩石被地磁场磁化后所形成的。由于地壳的变动,岩石磁化的方向可能同现代地磁场的方向不一致,因此可以利用这一现象来探讨地壳的运动。50年代兴起的古地磁学正是以此为内容的一个学科,它是地磁学的一个分支。

地电学

研究地球物质的电性变化和地内电流分布的一门学科。用于找矿,电法勘探已是一种内容丰富而又有效的技术;但用于解释地球内部的情况,地电学还不能给出精确的结论,还有待进一步的发展。

地热学

研究地球内部热源和温度分布,以及地球发展的热历史的一个学科。近年来,由于地下热能的开发和利用,地热学得到很大的推动,地热地球物理勘探已成为物理勘探的方法之一。和地热学密切相关的还有同位素年代学,这在解释地质现象中有极广泛的应用。

此外,固体潮地球自由振荡是两个重要的地球物理课题,前者现正发展成为学科,后者常和地震波一起讨论,做为研究地球内部构造的一个重要方法。

上述各学科基本上是根据某种地球物理场来划分的,例如重力场、地磁场、弹性场、温度场、放射性场等等。各学科所用的方法和理论各成体系。不过一个重大的地球物理问题,常常不是以某一种地球物理场为特征,而往往涉及多种地球物理场。用这个观点划分,就有:地球内部物理学,它是研究地球内部的各种物理过程(包括结构和物质组成)的一门学科。大地构造物理学,约在30年代,这门学科只讨论岩石和矿物形成的物理条件和过程,但近年来这个词的涵义已扩大到同固体地球物理学几乎同义。地球动力学,原来是研究地球内部的作用力及其导致的变化过程的一门学科,但现在实际上与大地构造物理学很难区别。大地构造物理学、地球动力学与地球内部物理学不同之处,是前者较侧重地质因素,而后者则侧重物理因素,但实际差别是微乎其微的。应用地球物理学,即勘探地球物理学,它研究所有的地球物理勘探方法。