《地球物理学导论》教学大纲（基地班）.doc

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1、地球物理学导论教学大纲（地质学专业，必修，72学时）一、教学思想根据教育部关于国家人才基地各类专业总的培养方向和目标，地球物理学导论（必修）课程教学的宗旨是使地质学基地的学生能够全面地了解和重点掌握各类地球物理理论与方法的基本原理、技术。地球物理学是利用物理学的方法研究地球物理场的组成、空间结构及其时空分布规律，进而解决地质问题的间接方法。因此，一方面要充分利用数理基础理论，深入理解地球物理场的实质；另一方面，培养综合应用地球物理资料解决地质问题的实际技能。重点是综合分析地质地球物理资料基本素质的提高和创造性思维（以及个性化）的培养。本课程在取材上，注意参考上世纪末本世纪初国内、外有关教材和文

2、献，在适当兼顾应用地球物理学的前提下，重点是地球物理学基本理论的介绍，突出该部地球物理方法与技术在区域基础地质研究方面的应用。比较全面地介绍重力学、地磁学、地电学、地震学（重点是地震勘探，天然地震做为基本了解）、地热学等学科的基本原理、资料处理和解释方法以及在地质学研究中的综合应用。力求反映地球物理学各个领域的新理论、方法和前沿及新进展。二学时分配与授课方式1.学时分配本课程总计为72学时。课堂讲授为7478，实习占总学时的2226，6学时/周，大约需要12周时间。2.授课方式采用讲授、实习与习题、课堂讨论三大块有机结合。（1）在教学内容的组织上，侧重于地球物理与地质紧密结合，尽可能避免冗长的

3、数学理论推导，强调有关数学公式的物理意义。为充分发挥学生的主观能动性，采用启发式课堂讲授和学生课外自学相结合方式。在教学手段上，为了让学生做好笔记和有思考的余地，除保留必要的板书和推导外，凡能够用图形/表格表示的内容，均以多媒体组织课堂教学。每次讲授新的内容之前，以提问方式复习前次课程的内容，一方面了解学生所掌握的状况，亦有利于使学生巩固所学内容。大纲、教案、习题等均上网公布，供浏览学习。（2）为配合课堂学习，深入掌握所学理论、概念，每次课后安排相应课外习题或思考题，一方面作为课堂讲授的补充，另一方面培养学生创造性思维和解决地质问题的实际动手能力。同时，每章安排1-2次实习，除了培养学生对地球

4、物理图形综合分析能力外，训练学生利用计算机完成部分定量处理和简单图形图像显示及图形解析，达到深化对地球物理资料的理解，培养和提高学生的计算机应用水平目的。（3）每章结束时提供12篇反映本章理论前沿进展的文章，供有兴趣的学生深入学习、参考。在讲授、实习、学习参考文献等过程中，提出针对性的问题进行课堂讨论，以求深化认识，探索前沿领域。对难度较大的习题和带有共同性的问题，安排一定的习题课和例题讲授，引导学生逐步深入学习。三考试方式1.平时（到课率，课堂纪律，平时作业与实习报告）成绩占20%;2.期末闭卷考试成绩占80%，其中基本概念、理论为70%，其余30%考察学生综合总结与分析、利用所学知识解决一

5、定实际地质问题的能力。3.采用考教分离方式，建立相关试题库，可随机抽取试题进行考试。 四教学内容绪 论重点介绍地球物理学的发展历史，所属科学范畴，与其它学科间的联系，特点（优势与限制），在实际地学问题的应用和有效途径。第一章 重力学 本章重点：掌握地球重力场组成、空间结构，叠加异常的识别与划分方法。重点是各种重力校正及其异常的地质地球物理意义，在深部地质与勘探中的应用，突出探讨卫星重力的地球动力学意义以及均衡作用的多尺度与多层次性！第一节 地球重力场 一、地球的重力场组成、空间结构及其关系的数学描述 二、正常重力场及其水平梯度和垂直梯度 三、地球内部重力场求取 第二节 重力观测方法简介 一、重

6、力测量（绝对、相对测量）原理、方法 二、野外重力仪观测及其结果预处理 第三节 重力校正和重力异常 一、高度、布格、均衡等校正意义与方法 二、各类异常的定义、地质地球物理含义 三、正常重力与重力异常的相对性 第四节 重力异常的推断解释 一、地球物理资料推断解释的一般方法与步骤 二、岩石密度参数、剩余密度、剩余质量概念与重力异常的关系 三、简单形体的正、反演问题 四、任意截面形状二、三度体正、反演计算，重力测深公式的广泛应用 第五节 重力异常的识别与划分 一、决定重力异常特征的主要地质因素：区域异常与局部异常，不同深度，不同范围、不同规模与形体的异常叠加效应；地壳、岩石圈变化的反映； 二、局部重力

7、异常的识别与重力异常的划分方法 三、位场的转换原理及其地质意义 第六节 重力异常的地质解释与应用实例 一、异常特征描述：区域异常与局部异常特征，稳定区域与造山带异常特征，不同构造期不同方向异常叠加的先后关系的判断；断裂构造在重力场中的表现； 二、卫星重力异常及其岩石圈构造意义探讨，以1-2篇前沿文章组织课堂讨论 三、均衡理论与地壳上地幔结构，均衡作用的多尺度和多层次性，组织课堂讨论 第二章 地磁学 本章重点：掌握地磁场的组成与空间结构、变化规律及其地球动力学意义，磁异常（地磁、航磁与卫星磁力）与重力异常剖面/平面特征的异同比较，推断解释的基本方法，特别是在解决区域地质和岩石圈上部（Upper

8、Lithosphere）的应用。第一节 地球的磁场 一、地磁场的基本性质及地磁要素 二、地磁场的组成及空间结构及其分部规律 第二节 基本磁场（内源场） 一、地磁图（空间三分量、倾角与偏角）基本分布规律 二、地心偶极子磁场空间分布及其梯度； 三、随空间变化磁场（大陆磁场、西向漂移、磁极倒转）的地质含义 四、地磁场随时间长期变化现象及其形成机制探讨五、正常磁场与磁异常 第三节 变化的磁场（外源场） 一、平静变化起因 二、干扰变化及其二重性：作为干扰被剔除，作为新场源勘探岩石圈内部结构 第四节 岩石的磁性 一、物质的磁性分类，岩（矿）石的磁性特征：感磁与剩磁矢量合成 二、岩石的剩余磁性类型：原、次生

9、成因，三大岩类磁性特征 三、古地磁学应用：古大陆重建、哑地层的划分、古瓷器考古 第五节 磁性体的磁场 一、计算磁性体磁场的基本公式：面磁荷积分法、泊松公式（重磁场互算） 二、规测形体磁异常正反演法与空间图形分布 三、板状体的磁场计算：Za2Jz的实用意义 四、复杂条件下磁性体磁场的计算：几何图形离散剖分正、反演思路 第六节 磁异常资料的处理和反演 一、实测磁异常资料的处理和转换分类（与重力类比）二、磁异常的反演 第七节 磁测资料的推断解释与应用 一、磁异常地质解释的基本方法与步骤（思路） 二、磁测资料（包括航空磁力、卫星磁力）在区域地质和深部地质地球物理调查中的应用举例（不同构造单元磁场特征、

10、断裂与褶皱的磁异常表现） 三、磁测资料在石油、天然气勘查中的应用 四、磁测资料在固体矿产勘查中的应用第三章 地电学 本章重点：直流电流场的正常与异常空间分布特征比较，视电阻率概念及其影响因素，测深曲线的性质及各类图件的地质含义；大地电磁场的时/空特征，解释方法与直流电阻率测深类比，壳内和上地幔低阻层的地球动力学意义岩石圈厚度与热构造活动信息。第一节 大地电场 一、大地电场的分类及测量方法 二、地电场的变化：日变化、地电微变化、地电湾扰和地电暴 第二节 有源直流电阻率法基本原理 一、岩（矿）石的电阻率及其影响因素 二、电阻率法测量原理 三、视电阻率的概念及其影响因素 第三节 电阻率剖面法 一、对

11、称四极法、联合剖面法、中间梯度法原理，剖面曲线分析 二、应用范围、条件 第四节 直流电阻率测深法 一、水平电性层（23层）电测深曲线性质及特征分析 二、水平电性层电测深曲线的定量解释（量板法、数字解释法与经验法） 三、应用（地质构造、工程、水文与环境） 第五节 大地电磁测深法 一、大地电磁测深法的场源及其性质 二、平面电磁波特性及波阻抗计算 三、大地电磁测深法的应用-以1-2篇文章组织课堂讨论（新进展） 1.地壳上地幔结构研究 2.岩石圈物质组成及热状态研究 3.划分构造单元 4.寻找隐伏构造 5.圈定矿化远景区 第四章 地震学 本章重点：地震波的射线性质，地球尤其是地壳/岩石圈的的波速结构极

12、其探测方法，地震层析成象的构造/动力学意义；莫霍不连续面的性质、演化，探讨深层构造与浅层构造的相互制约/耦合关系。第一节 天然地震的分类及活动规律 一、地震学基本名词与概念 二、天然地震分类 三、地震活动规律与板块构造 第二节 弹性波理论基础 一、理想弹性介质及弹性模量 二、地震波类型：体波、面波及其性质 三、地震波的反射和透射 四、影响岩石波速的因素 第三节 震相及走时方程 一、近震震相及走时方程 二、远震震相及走时表 第四节 地震波射线性质及地球内部波速的计算 一、射线参数与斯奈尔定律 二、射线走时数学描述：走时方程 三、本多夫定律：射线参数与视速度的关系 四、不同的速度（低速、高速）分布

13、对射线形状及走时曲线形状的影响 五、计算地球内部波速的有效方法：古登堡方法、赫格罗兹一维歇尔特积分法 第五节 用天然地震波研究地球内部结构 一、用近震体波研究地球上地幔结构 二、用远震体波获得地球内部速度结构 三、地震层析成象 四、面波与地壳上地幔结构 五、地震波Q值与地壳上地幔结构 第六节 深部地壳和上地幔探测一、波速分布的确定：折射波法、陆壳反射地震法与深地震测深(DSS) 二、深部界面的绘制 第七节 地壳上地幔结构-以1-2篇文章组织课堂讨论 一、莫霍不连续面的性质分类：尖锐一级间断面、过渡层与组合薄层的动力学意义 二、地壳分层结构-双层与三层模式 三、地壳与上地幔低速层及其成因：大陆内

14、部结构的多层性、层间活动性及非耦合性 四、大陆与大洋地壳结构 第八节 地震成因与构造应力场 一、地震成因分类 二、震源机制与构造应力场 第五章 地震勘探 本章重点：反射、折射波勘探法、共反射点水平叠加方法基本原理，动、静校正，时间剖面解释，各类速度的相互关系和在解释中的作用。第一节 人工地震探测基本方法 一、反射波方法：形成条件、时距方程、视速度与界面深度求取，以及特点 二、折射波方法：形成条件、时距方程、视速度与界面深度求取，以及特点 三、共反射点水平叠加方法：原理，时距方程，静、动校正，视速度与界面深度求取，与共炮点时距曲线相比所具有的特点等 第二节 地震探测的野外工作方法 一、测线布置原

15、则与观测系统 二、地震波的激发与接收（野外施工数据采集） 第三节 共反射点叠加资料处理与解释 一、地震数据处理一般流程 二、速度谱制作原理及其应用 三、数字滤波原理与在地震处理中的重要作用 四、时间剖面的制作过程、特点与对比 五、时间剖面上地质现象的反射结构特征与解释 六、各类速度及相互关系、DIX公式及其应用 七、多波地震勘探简介（介绍一些最新进展）第六章 地热学 本章重点：地球的热结构与热状态，大地热流密度的获得与空间分布特点，热岩石圈构造的动力学意义探讨。第一节 基本概念 一、地热学中常用的物理量 二、岩石的热物理性质 三、热的三种传递方式 第二节 地球的热结构与状态 一、地球的热源与热

16、损耗及热平衡 二、地球的温度分布特点、反演方法 第三节 大地热流密度一、大地热流密度的测量方法、热流与年代、放射性物质产热率以及放射性物质分布模式间关系二、大地热流密度的分布特点：全球热流分布样式、板块边界热流分布，构造热活动强弱的热流特点，热能在深部的作用 第四节 地热测量的应用 一、地热能勘探 二、预测油气远景区 三、勘探金属矿床 四、预测矿山热害 五、地球动力学探讨：岩石圈物质的流变学反演、热能在岩石圈拆沉、底侵、地幔柱等下地壳对流非稳定性演化中的作用（新进展）-以1-2篇文章组织课堂讨论 主要参考文献1.史謌，2002，地球物理学基础，北京大学出版社2.郭俊义，2001，地球物理学基础

17、，测绘出版社3.曾融生，1984，固体地球物理学导论，科学出版社4.傅承义，陈运泰，祁贵仲，1985，地球物理学基础，科学出版社5.力武常次，秋原幸男，1980，物理地学，地震出版社6.GEORGE D. GARLAND, 1979, INTRODUCTION TO GEOPHYSICS, W. B. SAUNDERS COMPANY.7.WMTELFORD,LPGELDART,RESHERIFF & DAKEYS,1976,Applied Geophysics,Cambridge University Press8.王家映，地球物理学，中国地质大学出版社9.丁绪荣主编，普通物探教程（重力及磁

18、力），地质出版社 10.丁绪荣主编，普通物探教程（电法及放射性），地质出版社 11.丁绪荣主编，普通物探教程（地震附声波探测），地质出版社12.胡德昭，朱慧娟主编，地球物理学原理及应用，南京大学出版社。13.罗孝宽，郭绍雍主编，1991，应用地球物理教程（重力 磁法）地质出版社14.傅良魁主编，1991，应用地球物理教程（电法 放射性 地热）地质出版社15.陆基孟等编，1982，地震勘探原理，石油工业出版社16.王家林，王一新，万明浩编著，1991，石油重磁解释，石油工业出版社17.美L.L.内特尔顿著，1987，石油勘探中的重力法和磁法，石油工业出版社18.美C.H.迪克斯著，1987，石油

19、地震勘探，石油工业出版社 19.苏戈尔德什米特著，1984，区域地球物理调查及其定量分析方法，地质出版社 20.苏莫伊谢延科，1986，深部地质学原理，地质出版社 21.北京大学等，1982，重力与固体潮教程，地震出版社 22.美AA考夫曼，GV凯勒著，1987，大地电磁测深法，地震出版社 23.朴化荣编著，1990，电磁测深法原理，地质出版社 24.孙正江，王华俊编，1984，地电概论，地质出版社 25.美 WJ欣兹，1990，区域重磁异常图的应用效果，地质出版社 26.PKearey & MBrooks,1984,An Introduction to Geophysical Explora

20、tion,Black Well Scientific Publication. 27.EDWIN SROBINSON ,CAHIT CORUH, 1988, Basic Exploration Geophysics, JOHN WILEY & SONS. 28.Michael E.Badley, 1985, Practical Seismic Interpretation ,International Human Resources Development Corporation, U.S.A29.戴少武，刘少峰，程顺有，2000，江汉及其邻区盆山耦合关系与油气,西北大学出版社30.张国伟，张

21、本仁，袁学诚，肖庆辉等，2001，秦岭造山带与大陆动力学，科学出版社31.黄仲良，1999石油重磁电法勘探，石油大学出版社实习一 规则形体重力场的正演计算及图形屏幕显示一预习内容预习第一章简单形体的正反演计算一节。二实习要求 1.了解规则几何形体重力场的剖面平面分布特征和简单反演方法。 2.掌握在计算机上进行正演计算的基本步骤与方法，提高使用C语言直接编程的能力。 3.通过不同埋深、不同半径的球体的重力场比较，加深对地球物理场空间变化规律的认识。三、实习内容1.用理论公式计算过二球心的剖面上的迭加异常g和一阶导数gz；2.绘出剖面曲线；四、实习步骤 1.绘出流程图； 2.使用语言在计算机上直接

22、编出相应的程序； 3.计算平面上一定范围的g或gz，写入文件，并打印出来； 4.将所计算的结果在屏幕上显示出任一条剖面曲线； 5.改变球体埋深或半径重复步； 6.比较两次计算结果图形的特征变化，加以总结并做反演，写出实习报告。实习二 重力位高阶导数的计算及其在解释中的意义一预习内容 预习重力异常的识别与划分一节。二实习要求 .了解重力位高阶导数的计算（包括根据公式正演计算和根据野外实际资料求各阶导数的基本思想方法）。 .着重弄清楚重力位高阶导数在解释中的作用。 .进一步熟悉计算机的操作与用C语言进行编程的能力。三实习内容利用第一次实习所计算的平面重力g，用高阶导数程序计算二球体水平叠加场的高阶

23、导数gz或gzz，然后，对比分析g与gz或gzz的特征，体会高阶导数的高通滤波效果在地质解释推断工作中的重要作用。五实习步骤 1.将高阶导数程序输入计算机，并调试成功； 2.打开第一次计算的重力数据文件，进行计算，结果写入文件； 3.在屏幕上显示结果图形； 4.保存数据，对比重力异常与高阶导数异常图，总结自己的认识，写出简短报告。实习三 磁异常的正演计算一预习内容 预习第二章第五节的双星号部分，水平圆柱体和球体的磁场。二实习要求.学会微型计算机的使用，熟悉简单的程序。.加深磁化强度方向、大小以及磁性体埋深与磁异常分布特征间的关系的认识。.学习规则形成的异常正演计算、反演方法及其图示。二、实习内

24、容计算通过球体中心的东西剖面和南北剖面的垂直磁异常Za。三实习步骤 1.用C语言在计算机上按流程图和公式写出程序； 2.进行编译、连接成可执行文件； 3.计算结果，并在屏幕上绘成剖面曲线并打印出来； 4.用特征点法或切线法求出球心埋深，并与理论值h=100米比较； 5.保存数据，写出实习报告。注意：做剖面后妥善保存，待学完定量解释部分后再做第二个作业。实习四 重、磁资料的综合定性分析一预习内容 预习第一章与第二章有关重磁异常推断解释的内容。二实习要求 通过本实习，进一步熟悉重力异常图，航磁异常图的地质构造表现特征，掌握实际重、磁力资料的综合定性解释方法。三实习内容鄂尔多斯盆地重、磁力场综合定性

25、解释。 四实习步骤 .阅读教材有关部分及本实验指导书和了解盆地地质及地球物理情况。进一步熟悉教材所述的地质构造的一般重、磁特征。.了解本区异常分布与地质构造的关系。.对盆地本部及其边缘重、磁力异常进行分类和描述。（异常范围大小、形状、走向、幅度及水平梯度等）。.定性解释（）划分出盆内外构造单元。（）确定出隐伏或出露的基底断裂位置和相对隆起和拗陷区。（）确定出盆地与外围不同构造单元的具体边界，并指出其接触关系。（）计算民生灌溉渠之断裂的垂直断距。取=(-120+175)mgal，=0.8g/cm3（）用简短精练的文字写出实习报告。实习五 电阻率测深图件构制和资料定性定量分析解释一预习内容 预习第

26、三章第四节直流电阻率测深法原理与电性解释。二实习要求 1.掌握平面等值线图和断面等值线图的计算机绘制方法。 2.学会s平面等值线图和电测深断面等值线图的定性定量分析法。三实习内容1.利用泾阳县九倾垣地区的面积性电阻率测深结果，以确定奥陶系石灰岩的顶面埋深；2.根据一测深点数据绘制测深曲线并作定量解释；四实习步骤 1.利用表1的数据绘出s平面等值线图；2.定量解释某一测深点的测深曲线；3.写出报告。实习六 时间剖面及其对比解释一预习内容 预习第五章第三节时间剖面定性对比解释部分。二实习要求 1.了解时间剖面的制作过程、特点、与地质剖面的联系及不同点； 2.掌握时间剖面中波的对比原则、识别标志、实

27、际对比方法； 3.学会在时间剖面上正确识别各种地质构造现象（褶皱、断层、不整合等）。三实习内容以我国华北地区的一条重要的基于剖面为例。通过对该剖面的对比与解释，解决了该地区的一些重大地层和地质构造问题。四. 实习步骤 1.按波的对比原则、标志与方法，首先追踪强相位同相轴，了解剖面内构造分布的基本格架； 2.将剖面内钻井资料与时间剖面内同相轴对比，以确定反射界面的地层时代，便于向上覆和下伏反射界面外推其时代； 3.确定不整合面和各构造层； 4.识别断层、褶皱、超覆（上超，顶超，下超）、退覆层系； 5.在构造层内研究地层的生、储、盖关系，进一步划分可能含油气圈闭； 6.根据对比分析结果，写出实习报告。实习七 t0法绘制反射深度界面一预习内容 预习时间剖面转换为深度剖面的原理与方法部分。二实习要求 1.学会时间剖面深度剖面之间的转换方法，深入理解速度在解释中的重要性； 2.掌握深度剖面的实际制作技术之一。三实习内容 根据某地实测数据，绘制的时深转换量板，并将时间剖面转换为深度剖面。四实习步骤 1.取厘米坐标纸，利用所给数据，按1：20000比例尺制作量板； 2.读取所给时间剖面上某一反射界面10个t0值，并利用量板求出相应的10个h值，作好记录； 3.按上述深度剖面的制作方法，在坐标纸上绘出深度剖面图； 4.写出实习报告（量板与深度界面图为作业一部分）。