1、第二章 地球的物理性質第一節 地球的重力一、 地球重力場的一般特征地球的重力主要指地球對地表附近和地內物質的吸引力。重力。1F GP由于地球不是正球體，并有自轉，所以地表的的重力除主要受地球質量的影響外，還受自轉產生的離心力和各點與地心距離的影響，因此，實測的重力實際是地心吸引力與離心力的合力。赤道的重力為978.0318伽(厘米/秒2）重力（g）標準值隨緯度（）的變化規律為：g=978.0318( l十0.0053024 sin2-0.0000059 sin22)2二、重力異常重力理論值-按公式g =978.0318( l十0.0053024 sin2-0.0000059 sin22) 求得

2、的重力值，實際是在海平面（海拔為0米）高度的，即相當于地球為理想的旋轉橢球體，并且內部密度無橫向變化時的理論重力值，也叫重力標準值。3 重力異常-在具體地區實際測量時，由于地形高度、周圍地形以及地下局部巖石密度差異，都使實測重力值偏離正常理論值(標準值)，形成區域或局部的重力異常。為了比較各測站的的重力，必須進行一些校正，計算出各測站在海平面上的校正值，這種校正后的實測值與該測站的標準值往往也有差值，這種現象稱之為重力異常（gravity anomaly）。正異常-實測值大于標準值為正異常（positive anomaly）負異常-實測值小于標準值為負異常（negative anomaly）。

3、4根據重力異常的范圍大小又可分為：區域重力異常（regional gravity anomaly）（范圍大于等于幾千平方公里）局部重力異常（local gravity anomaly）（范圍小于等于幾百平方公里）。5 地表地形對實測重力值的影響包括兩方面： 第一、測點高度 因其直接影響測點與地心距離，高差每增減 l米，重力差為0.3083 毫枷。可根據測點海拔計算予以消除，一律校正至海平面高度，經這樣校正后的重力值與理論重力值之差，稱為自由空氣異常。 第二，測點周圍地形的側向影響 測點周圍高于海平面的山體的質量對測點有引力，其垂直分量影響重力值；低于海平面則產生引力虧損。必須根據實際周圍地形及

4、巖石密度 (一般地表附近取平均植2.67克厘米3)計算扣除。自由空氣異常經這樣校正后得出的異常稱為布格重力異常。6第二節 地球的磁性一、地磁場和地磁要素地球是一個均勻磁化球體，分布特征和棒形磁鐵的磁場相似，形成一個偶極子磁場。偶極子磁軸與地面的交點稱為地磁極(geomagnetic pole)。地磁場的南北兩極和地理南北兩極并不在一處，而且相距頗遠，而且磁軸也不通過地心。地磁軸和地球自轉軸不相重合，交角約 11。地磁極與地理極之間的相對位置也在不斷改變；地磁極的遷移可能是地內深部物質運動引起的。7地磁子午線-地磁場也有無數磁力線在地球表面上通過兩地磁極，每一條這樣的磁力線叫地磁子午線( geo

5、magnetic meridian)。磁偏角-由于地磁極和地理極不相吻合，因此，在大多數地方，地磁子午線與地理子午線之間也就有交角，這個交角叫磁偏角(magnetic declination)。我們用羅盤(Com pass)測方位時應加以校正才能得到地理方位。磁傾角-磁針與水平面之間的夾角叫磁傾角8磁場-磁力線分布的空間叫磁場(magnetic field)磁場強度-磁場內有磁力作用存在，磁力的大小叫磁場強度(magnetic intensity)。地磁要素( magnetic elements)-總磁場強度 F、水平分量 H、豎向分量Z、北向分量X、東向分量Y、磁偏角 D和磁傾角 I，共七個

6、量。無論根據哪三個分量都可確定該點地磁場強度的大小和方向9二、地磁場的變化和地磁異常 地磁場的變化具體表現為地磁要素的變化，有短期變化和長期變化兩種。短期變化 由地球外部原因引起。 例如每天都有輕微而有規則的日變化，每年也有同樣輕微的年變化。日-地相對位置和地軸傾斜所引起的。 還有一種突然性的比較劇烈的變化叫磁暴(magnetic storm)，平均每年發生10次左右，每次時間幾小時到幾天。與太陽活動時放出大量電磁輻射使地球大氣強烈電離有關。10長期變化 起因于地球內部。 把地磁要素的短期變化消去，就得到基本地磁場(main magnetic field)的本來面目。人們發現，基本地磁場也有長

7、期的緩慢變化。自16世紀以來人們不斷觀察，發現磁偏角、磁傾角和磁場強度都在非常緩慢地全球性地變化。這種現象叫長期變化。 最重要的長期變化是地磁場有“向西遷移”(westward drift)現象。11地磁異常(magnetic anomaly) 利用多個磁測站、航空磁測和衛星磁測所得的數據進行地面磁測校訂和計算獲得的全球基本地磁場的數值，叫正常值。 在實際工作中如果發現實測地磁要素數值與正常值不一致，便說明在正常磁場里有一個局部異常磁場存在，使地磁要素產生偏差，這個現象叫地磁異常(magnetic anomaly)正異常-異常值大于正常值；負異常-異常值小于正常值。磁法勘探-利用地磁異常勘探有

8、用礦物的方法12三、古地磁剩磁和古地磁的概念 地殼的巖石是在地磁場中形成的，所以一開始都具有磁性，但其受到高溫會消磁，在冷卻過程中受到地磁場影響又具磁性，完全冷卻后這種磁性就保留下來，以后地磁場變化了，這個磁性仍然保留，叫剩磁(remanent magnetization)。包括熱剩磁和沉積剩磁。 剩磁可以指示當時的地磁場方向，所以叫古地磁( paleomagnetism)。13熱剩磁 火山巖或熔巖常保留有剩磁，稱為熱剩磁(thermoremanent magnetization)。14沉積剩磁 含有多量磁性礦物的沉積巖也常有剩磁，已磁化的顆粒(例如含剩磁的熔巖碎屑)，下沉到海底時，便順著地磁

9、場方向停積下來，以后變為沉積巖也就保留有古地磁。這種剩磁叫沉積剩磁15第三節 地 熱一、地球內部溫度及其變化根據地內溫度分布狀況可以分三個層：外熱層、常溫層、內熱層。 1外熱層(solar warming layer) 是地球表層，吸收太陽輻射熱，其中絕大部分又輻射回空中，只有極少一部分透入地下以增高巖石溫度。外熱層的溫度是向下減低的。2常溫層(homothermal layer)是外熱層最下界，溫度常年保持不變，等于當地年平均溫度。163內熱層(interior warming layer) 在常溫層下，溫度隨深度而逐漸增加。 計量這種增溫的大小通常有兩種表示方法：(1) 地溫梯度(geot

10、hermal gradient，或地熱增溫率)，即深度每增加100米時所升高的溫度。(2)地溫深度(geothermal depth，或地熱增溫級)，即溫度每升高1C所增加的深度。 地球上不同地區的地溫梯度并不相同，與熱源和巖石的熱導率有關，在同一熱源的情況下，熱導率小的地區地溫梯度較高。17二、地表熱流和地熱異常地熱流-地球內部的熱總是不斷地傳出地面，傳播方式可以是傳導、對流和輻射，其中以熱傳導方式由地球內部傳到地表的熱稱為地熱流(heat flow) 。地熱流主要有以下兩點規律： 1、地球表層活動帶（括年青的山脈、大陸裂谷、洋脊、海溝陸側的島弧或海岸山脈以及某些深大斷裂）一般地熱較高。 2

11、、大陸與海底的地熱流平均值基本相等。18地熱異常區和地熱勘探 熱流值較大的地區(如熱泉，火山等地區)叫地熱異常區(thermal anomaly area)這些地區經過地熱勘探(geothermal prospecting)，用鉆孔把地下熱水開發出來，用于發電(地熱電站)、工業、農業、醫療衛生、生活飲用和提取稀有元素等。地熱是主要天然動力資源之一。19三、地熱的成因放射性元素的蛻變熱 一般巖石多少都含有一定數量的放射性元素。主要是U、Th、K40基本上可以補償地球向外發散的熱量。地球本身的重力能 重力能對地球早期或起始溫度具有重要意義。重力分異使重物質下沉，輕物質上浮，結果使地球核部具有更大的

12、質量，同時放出位能。釋放的位能主要將轉為熱能。還有潮汐磨擦，地球自轉變慢等都可使部分能量轉為熱能。20第四節 地球的彈性和塑性一、固體地球的彈性和塑性地球具有彈性 表現在能傳播地震波，因為地震波是彈性波。用精密儀器可觀測到地球固體表層在日月引力下有潮汐現象，可以引起地殼升降7.15厘米，叫固體潮(Earth tide)，說明固體地球具有彈性。固體地球在一定條件下還表現為塑性體 很多巖體發生劇烈而復雜的彎曲卻沒有斷裂開，是巖體的塑性表現。21地球彈性和塑性，在不同條件下可以轉化 在作用速度快、持續時間短的力(如地震波、潮汐力)的作用下，地球表現為彈性體； 在作用緩慢、持續時向長的力(如地球旋轉力

13、、重力)的條件下則表現為塑性體。 這種條件是相對的，與地球物質的松弛時間有關。22二、地震波的性質地球內部的彈性狀況是通過地震波在地球內部傳播速度來確定的。地震波有體波、面波和自由振蕩三種，都是彈性波。體波(body wave)又分為縱波和橫波兩種。它們的質點振動都是直線運動。都在介質體中傳播，所以叫體波。縱波-質點振動方向與地震波傳播方向平行的叫縱波(P wave)，橫波-質點振動方向與地震波傳播方向垂直的叫橫波(S wave)。23面波(surface wive)-當體波傳播到介質表面或兩介質間的界面時就會反射或折射，同時有一部分轉化為沿界面或表面傳播，便是面波，質點振動比較復雜，傳播速度

14、慢，只有橫波速度的34。自由振蕩(free oscillation)-是由極大地震所激發的整個地球的彈性振動。24物體彈性特征通常用兩種基本彈性系數來表示：體積彈性模量或叫體變模量 體變摸量是物體在圍壓下體積能縮小的程度，體變模量值愈大的物體其體積愈難縮小。剛性模量或叫切變模量 切變模量是物體在定向壓力下形狀能改變的程度，液體沒有反抗變形的能力，所以切變模量為零。25地震波速的快慢與物體的密度和彈性有關， 它們的關系是： Vp2 = (K+4/3)/ Vs2 =/ 公式中 Vp 為縱波速度， Vs 為橫波速度，為物體密度，K為物體體變摸量， 為切變模量。 P波速度較S波快 波速與密度成反比，與

15、彈性模量成正比 在固體中縱波和橫波都可傳播，而在液體中，因切變模量等于零，故橫波不能通過液體。26第五節 地球的其它物理性質一、地球的放射性1、放射性物質在地球內部的分布 地表巖石、水、大氣、生物中都有放射性元素存在，地球內部深處也有，它們存在于各種巖石中，但主要集中在地殼，特別集中在酸性巖漿巖中。 最具有地質意義的是壽命長的放射性元素鈾、釷、鉀，它們的半衰期長，可與地球年齡相比，能夠用它們來測定地質年齡，也在蛻變過程中釋放熱量，是地球內部主要熱源之一。272、放射性的表現和放射性異常 放射性異常區-放射性強度局部增高的地段，叫做放射性異常區( anomaly area of radioactivity)。 放射性勘探-使用一些專門儀器來探測和進一步研究、查明放射性礦床，叫放射性勘探(radioactivity pros pecting)。28二、地球的電性1、地電的來源和在地內的分布 地球內部的電性主要視地內物質的電導率而定。電導率則變化大，地殼的電導率與溫度、巖石成分、結構構造、物態、空隙度，空隙水的礦化度等有關。2、地電場的變化和地電異常 大地電流的強度和方向均有變化，這是因為大地電