科里奥利现象 沿南北向运动的流体,在北半球的运动方向总是向右偏转,例如河流右岸冲刷较重,浮 运木材向右岸漂,在南半球则向左偏转。此处的右(左)岸是指面向河流下游站立时右(左) 手一侧的河岸。引起这种偏转的“力”称为科里奥利力。实际上并不存在这个力,而是流体 因惯性保持原来的运动方向,地面因地球自转改变了方向,所以流体的方向相对发生偏转, 看上去似乎流体受到一个力的作用。称为“科里奧利现象”更恰当 沿东西向运动的流体也会发生科里奥利现象,沿其他方向的运动可看成南北向和东西向 运动的合成,也存在科里奥利现象。把浴盆里的水放掉时,大多数会出现逆时针旋转的旋涡 就是科里奥利现象 洋流和大气环流也存在科里奧利现象 想象北半球一条南北向河流,河床与经线平行。在tl时刻河水流向恰与经线平行,到 口时刻河床随地球自转转过一个角度,仍然平行于经线,但河水因惯性仍保持原来的流向, 于是河水冲向右岸。在南半球则冲向左岸。在赤道附近经线是互相平行的,所以不存在科里 奥利现象。纬度越高,科里奥利现象越明显。 3月球、潮汐和地球自转变慢 地球与月球的关系 月球半径为1738km,质量为735×102kg,密度3.34。月面引力是地面引力的1/6。无 大气和水,无磁场。 地月距离为384401km,是地球半径的60倍 月球绕地球公转的周期——朔望月约为29.5日,恒星月约为273日。 月球的自转周期与公转周期相同,方向也相同,所以总是一面朝向地球。 月球对地球的引力形成海洋潮汐和固体潮,固体潮是地壳弹性变形,升降幅度可达7~ 15cm。潮汐摩擦使地球自转速度减慢,化石表明4亿年前的一年有400日 地球自转减慢使地壳运动变得比较平缓 4地球公转和米兰科维奇学说 地球的公转 黄道一一地球公转轨道平面称为黄道面,黄道面与天球的交线称为黄道。 黄赤交角一一赤道面与黄道面的夹角,在缓慢变化,2000年为23°26′21.42″ 地球公转周期为365.25恒星日 地球公转轨道为一椭圆,目前的偏心率(焦点距与长轴之比)为1/60 太阳回归运动一一由于地球自转轴是倾斜的,即存在黄赤交角,所以一年中太阳光直射 地面的位置是往返移动的,最北的位置称为北回归线,最南的位置称为南回归线,回归线的 纬度等于黄赤交角。阳光直射北回归线的这一天称为夏至日,直射南回归线的这一天称为冬 至日。一年中阳光两次直射赤道,分别为春分日和秋分日。 由于存在黄赤交角,不同纬度不同季节的昼长不同。 米兰科维奇学说 南斯拉夫科学家米兰科维奇于1920年提出,地球轨道偏心率、地球自转轴倾角、岁差 这三个要素的周期性变化导致地球夏季半年(春分至秋分)日照量减少是冰期形成的主要原 因。50年后,这一观点得到古气候研究成果的支持,被广泛接受 米兰科维奇学说不仅可以解释冰期的形成,同样也可以解释地球南北纬30度附近的两 条干旱带的变迁
6 科里奥利现象 沿南北向运动的流体，在北半球的运动方向总是向右偏转，例如河流右岸冲刷较重，浮 运木材向右岸漂，在南半球则向左偏转。此处的右（左）岸是指面向河流下游站立时右（左） 手一侧的河岸。引起这种偏转的“力”称为科里奥利力。实际上并不存在这个力，而是流体 因惯性保持原来的运动方向，地面因地球自转改变了方向，所以流体的方向相对发生偏转， 看上去似乎流体受到一个力的作用。称为“科里奥利现象”更恰当。 沿东西向运动的流体也会发生科里奥利现象，沿其他方向的运动可看成南北向和东西向 运动的合成，也存在科里奥利现象。把浴盆里的水放掉时，大多数会出现逆时针旋转的旋涡， 就是科里奥利现象。 洋流和大气环流也存在科里奥利现象。 想象北半球一条南北向河流，河床与经线平行。在 t1 时刻河水流向恰与经线平行，到 t2 时刻河床随地球自转转过一个角度，仍然平行于经线，但河水因惯性仍保持原来的流向， 于是河水冲向右岸。在南半球则冲向左岸。在赤道附近经线是互相平行的，所以不存在科里 奥利现象。纬度越高，科里奥利现象越明显。 3 月球、潮汐和地球自转变慢 地球与月球的关系 月球半径为 1738km，质量为 7.35×1022kg，密度 3.34。月面引力是地面引力的 1/6。无 大气和水，无磁场。 地月距离为 384401km，是地球半径的 60 倍。 月球绕地球公转的周期——朔望月约为 29.5 日，恒星月约为 27.3 日。 月球的自转周期与公转周期相同，方向也相同，所以总是一面朝向地球。 月球对地球的引力形成海洋潮汐和固体潮，固体潮是地壳弹性变形，升降幅度可达 7～ 15cm。潮汐摩擦使地球自转速度减慢，化石表明 4 亿年前的一年有 400 日。 地球自转减慢使地壳运动变得比较平缓。 4 地球公转和米兰科维奇学说 地球的公转 黄道——地球公转轨道平面称为黄道面，黄道面与天球的交线称为黄道。 黄赤交角——赤道面与黄道面的夹角，在缓慢变化，2000 年为 23°26′21.42″。 地球公转周期为 365.25 恒星日。 地球公转轨道为一椭圆，目前的偏心率（焦点距与长轴之比）为 1/60。 太阳回归运动——由于地球自转轴是倾斜的，即存在黄赤交角，所以一年中太阳光直射 地面的位置是往返移动的，最北的位置称为北回归线，最南的位置称为南回归线，回归线的 纬度等于黄赤交角。阳光直射北回归线的这一天称为夏至日，直射南回归线的这一天称为冬 至日。一年中阳光两次直射赤道，分别为春分日和秋分日。 由于存在黄赤交角，不同纬度不同季节的昼长不同。 米兰科维奇学说 南斯拉夫科学家米兰科维奇于 1920 年提出，地球轨道偏心率、地球自转轴倾角、岁差 这三个要素的周期性变化导致地球夏季半年（春分至秋分）日照量减少是冰期形成的主要原 因。50 年后，这一观点得到古气候研究成果的支持，被广泛接受。 米兰科维奇学说不仅可以解释冰期的形成，同样也可以解释地球南北纬 30 度附近的两 条干旱带的变迁
第三章地质事件和地质年代 1地质事件 地球在形成以来的漫长时间内发生了一系列变化,其中一些大的变化在地壳中留下的痕 迹,是我们研究地球的线索,我们把其中有意义的称为地质事件 地质事件的规模有大有小,例如原始海洋的形成、生物物种的出现和绝灭、大陆分裂漂 移和碰撞、冰期和间冰期、地磁场反转等是全球性的重大事件,火山爆发、河流改道、洋底 浊流等是区域性的事件, 地质事件的持续时间有长有短,如山脉隆起时间以百万年计,而山体滑坡则只有几分钟, 地质事件主要记录在地壳岩石中,我们通常根据岩石中特征的物质和特征的现象来识别 地质事件。 不仅要知道发生过什么事件,而且要知道事件发生的时间。地质事件的时间有两个含义: 事件发生的先后顺序一一相对地质年代:事件距离今天的时间一一同位素年龄。 例如,2003年,在新疆罗布泊勘探钾盐的钻井中普遍发现泥层中夹有一层含石膏的细 砂层,经过研究识别出这是罗布泊历史上的一次变干事件,距离今天约80万年。它反映青 藏高原的一次快速上升 2相对地质年代 相对地质年代是指地质事件发生的先后顺序。确定地质事件的先后顺序的原理有地层层 序原理、化石层序原理和切割关系原理。 地层层序原理 地层是层状岩石的总称,包括沉积岩、火山岩和浅变质岩。地层形成的顺序叫做层序, 先形成的地层在下面,后形成的在上面。只要不发生倒转或推覆,我们看到的地层一定是上 新下老。这一原理称为地层层序原理,也称为地层层序律 在正常情况下,新地层中不可能出现老的事件。如果事件A只出现在老地层中,事件B 只出现在新地层中,那么A早于B 地层形成时,上新下老,一般是水平的,称为正常地层。地层受到构造作用的影响会发 生褶皱,水平地层变为倾斜地层,只要还是上新下老,就还称为正常地层。如果变为上老下 新,则称为倒转地层。 在野外,仔细观察地层的某些特征,可以帮助我们判断地层是正常还是倒转。例如,波 痕、交错层理、粒序层理、包卷层理等。 某些逆断层可以把老地层推到远处的新地层之上,这种现象称为推覆构造。推覆构造也 会打乱正常的地层层序。老地层和新地层各自的小的层序可能都是正常的,但包括老地层和 新地层的大的层序是不正常的。 地层并不总是连续的、完整的,而且连续的地层也会受到后期的改变和破坏。 地层好比记载地球历史的一大套书,这套书分散在世界各地,有的前后颠倒,有的被拆 散,有的因为被撕碎、被火烧、被磨损而缺页,而且所有的书都没有页码。要把这套书整理 好,还要有别的方法 化石层序原理 生物死亡后,遗体被沉积物掩埋,在地层中保存下来,称为化石。生物活动的痕迹也 可以被保存下来,称为遗迹化石,如足迹。对化石的研究使我们知道生物是如何从低级到高 级、从简单到复杂逐渐演化的。演化是不可逆的,所以称为进化。虽然达尔文的生物进化论 需要发展,但“生物进化不可逆”是正确的。 生物物种的出现和绝灭是特殊的事件,根据进化不可逆原理可以判断这些事件的先后顺 序;根据地层层序原理也可以判断化石的新或老。两方面结合,不断发现,反复对比,就可
7 第三章 地质事件和地质年代 1 地质事件 地球在形成以来的漫长时间内发生了一系列变化，其中一些大的变化在地壳中留下的痕 迹，是我们研究地球的线索，我们把其中有意义的称为地质事件。 地质事件的规模有大有小，例如原始海洋的形成、生物物种的出现和绝灭、大陆分裂漂 移和碰撞、冰期和间冰期、地磁场反转等是全球性的重大事件，火山爆发、河流改道、洋底 浊流等是区域性的事件。 地质事件的持续时间有长有短，如山脉隆起时间以百万年计，而山体滑坡则只有几分钟。 地质事件主要记录在地壳岩石中，我们通常根据岩石中特征的物质和特征的现象来识别 地质事件。 不仅要知道发生过什么事件，而且要知道事件发生的时间。地质事件的时间有两个含义： 事件发生的先后顺序——相对地质年代；事件距离今天的时间——同位素年龄。 例如，2003 年，在新疆罗布泊勘探钾盐的钻井中普遍发现泥层中夹有一层含石膏的细 砂层，经过研究识别出这是罗布泊历史上的一次变干事件，距离今天约 80 万年。它反映青 藏高原的一次快速上升。 2 相对地质年代 相对地质年代是指地质事件发生的先后顺序。确定地质事件的先后顺序的原理有地层层 序原理、化石层序原理和切割关系原理。 地层层序原理 地层是层状岩石的总称，包括沉积岩、火山岩和浅变质岩。地层形成的顺序叫做层序， 先形成的地层在下面，后形成的在上面。只要不发生倒转或推覆，我们看到的地层一定是上 新下老。这一原理称为地层层序原理，也称为地层层序律。 在正常情况下，新地层中不可能出现老的事件。如果事件 A 只出现在老地层中，事件 B 只出现在新地层中，那么 A 早于 B。 地层形成时，上新下老，一般是水平的，称为正常地层。地层受到构造作用的影响会发 生褶皱，水平地层变为倾斜地层，只要还是上新下老，就还称为正常地层。如果变为上老下 新，则称为倒转地层。 在野外，仔细观察地层的某些特征，可以帮助我们判断地层是正常还是倒转。例如，波 痕、交错层理、粒序层理、包卷层理等。 某些逆断层可以把老地层推到远处的新地层之上，这种现象称为推覆构造。推覆构造也 会打乱正常的地层层序。老地层和新地层各自的小的层序可能都是正常的，但包括老地层和 新地层的大的层序是不正常的。 地层并不总是连续的、完整的，而且连续的地层也会受到后期的改变和破坏。 地层好比记载地球历史的一大套书，这套书分散在世界各地，有的前后颠倒，有的被拆 散，有的因为被撕碎、被火烧、被磨损而缺页，而且所有的书都没有页码。要把这套书整理 好，还要有别的方法。 化石层序原理 生物死亡后，遗体被沉积物掩埋，在地层中保存下来，称为化石 。生物活动的痕迹也 可以被保存下来，称为遗迹化石，如足迹。对化石的研究使我们知道生物是如何从低级到高 级、从简单到复杂逐渐演化的。演化是不可逆的，所以称为进化。虽然达尔文的生物进化论 需要发展，但“生物进化不可逆”是正确的。 生物物种的出现和绝灭是特殊的事件，根据进化不可逆原理可以判断这些事件的先后顺 序；根据地层层序原理也可以判断化石的新或老。两方面结合，不断发现，反复对比，就可
以建立不同化石出现的先后顺序和绝灭的先后顺序 根据地层中的化石的年代可以判断地层的年代,进而可以判断地层中记录的地质事件的 年代。这一原理称为化石层序原理。 某些生物演化比较快,物种存在时间比较短,而且它们分布的范围比较广。用它们的化 石判断地层的时代比较准确,而且比较容易在不同地区之间进行对比。这样的化石称为标准 化石。 切割关系原理 若地质体A被地质体B切割或穿插,则B一定晚于A。这一原理称为切割关系原理。 例如,岩浆岩侵入围岩中,岩浆岩一定晚于围岩。一个岩体侵入于另一个岩体,靠同位 素年龄可能难以判断先后,如果找到穿插关系,则可以确定。 再如,在砂砾岩的层面上常常见到冲刷面,因为冲刷面只可能切割先形成的岩层中的微 层理,不可能切割后形成的岩层中的微层理,所以据此可以判断地层层序是否正常 又如,被矿脉充填的断裂是成矿前断裂,切割矿脉的是成矿后断裂 3同位素年龄 放射性元素的衰变存在如下规律: t=(1/λ)ln(1+M/Nt) 式中:t为衰变时间,λ为半衰期,M为新生子体,Nt为现存母体。 只要测出样品中新生子体和现存母体的原子个数之比,就可以计算出衰变时间。这一时 间是从样品中的放射性同位素最近一次被封闭在一个体系(如矿物晶体)中开始到今天的时 间,称为同位素年龄。 同位素年龄并非绝对年龄,因为它只能给出体系最近一次被封闭的年龄,而且要求封闭 时体系中没有子体,封闭后也没有子体和母体的渗入渗出。给出的常常是样品经历的最近 次热事件的年龄,而不是样品形成的年龄。例如,造山带的岩石的同位素年龄常常是造山事 件的年龄,而岩石的年龄可能老得多。一般情况下,造山过程中会有多次热事件,而且不会 把岩石全部彻底改造,因此同一造山带的不同岩石样品的同位素年龄往往不一致。甚至一粒 矿物的核部与边部的同位素年龄也可能不同 4地球生物进化的重大事件和演化趋势 地球生物进化的过程和特点: 非细胞生物→原核细胞生物→真核细胞生物; 藻类→裸蕨类(孢子植物)→裸子植物→被子植物 无脊椎动物→脊椎动物 鱼类→两栖类→爬行类→鸟类、哺乳类; 从海洋到陆地 逐渐远离水; 先有植物进化后有动物进化: 既有渐变过程也有突变过程 人类今天的行为极大地影响了生物进化过程。 地球生物进化的重大事件: 最早的细菌一一南非3800Ma,西澳3500Ma 厌氧自养原核生物一一蓝细菌,光合作用一—2000Ma 真核生物一一宏观藻类——1800Ma,繁盛于1000Ma 软躯体动物一一伊迪卡拉动物群一一氧气一—650Ma 有壳动物一—澄江动物群一—540Ma 鱼类——435Ma
8 以建立不同化石出现的先后顺序和绝灭的先后顺序。 根据地层中的化石的年代可以判断地层的年代，进而可以判断地层中记录的地质事件的 年代。这一原理称为化石层序原理。 某些生物演化比较快，物种存在时间比较短，而且它们分布的范围比较广。用它们的化 石判断地层的时代比较准确，而且比较容易在不同地区之间进行对比。这样的化石称为标准 化石。 切割关系原理 若地质体 A 被地质体 B 切割或穿插，则 B 一定晚于 A。这一原理称为切割关系原理。 例如，岩浆岩侵入围岩中，岩浆岩一定晚于围岩。一个岩体侵入于另一个岩体，靠同位 素年龄可能难以判断先后，如果找到穿插关系，则可以确定。 再如，在砂砾岩的层面上常常见到冲刷面，因为冲刷面只可能切割先形成的岩层中的微 层理，不可能切割后形成的岩层中的微层理，所以据此可以判断地层层序是否正常。 又如，被矿脉充填的断裂是成矿前断裂，切割矿脉的是成矿后断裂。 3 同位素年龄 放射性元素的衰变存在如下规律： t = ( 1 / λ ) ln ( 1 + M / Nt ) 式中：t 为衰变时间，λ 为半衰期，M 为新生子体，Nt 为现存母体。 只要测出样品中新生子体和现存母体的原子个数之比，就可以计算出衰变时间。这一时 间是从样品中的放射性同位素最近一次被封闭在一个体系（如矿物晶体）中开始到今天的时 间，称为同位素年龄。 同位素年龄并非绝对年龄，因为它只能给出体系最近一次被封闭的年龄，而且要求封闭 时体系中没有子体，封闭后也没有子体和母体的渗入渗出。给出的常常是样品经历的最近一 次热事件的年龄，而不是样品形成的年龄。例如，造山带的岩石的同位素年龄常常是造山事 件的年龄，而岩石的年龄可能老得多。一般情况下，造山过程中会有多次热事件，而且不会 把岩石全部彻底改造，因此同一造山带的不同岩石样品的同位素年龄往往不一致。甚至一粒 矿物的核部与边部的同位素年龄也可能不同。 4 地球生物进化的重大事件和演化趋势 地球生物进化的过程和特点： 非细胞生物→原核细胞生物→真核细胞生物； 藻类→裸蕨类（孢子植物）→裸子植物→被子植物； 无脊椎动物→脊椎动物； 鱼类→两栖类→爬行类→鸟类、哺乳类； 从海洋到陆地； 逐渐远离水； 先有植物进化后有动物进化； 既有渐变过程也有突变过程； 人类今天的行为极大地影响了生物进化过程。 地球生物进化的重大事件： 最早的细菌——南非 3800Ma，西澳 3500Ma 厌氧自养原核生物——蓝细菌，光合作用——2000Ma 真核生物——宏观藻类——1800Ma，繁盛于 1000Ma 软躯体动物——伊迪卡拉动物群——氧气——650Ma 有壳动物——澄江动物群——540Ma 鱼类——435Ma
植物登陆一一臭氧层--400Ma 两栖类——350Ma 爬行类——250Ma 鸟类一-140Ma 哺乳类——65Ma 人类——3Ma 生物大爆发事件 62古代晚期,植物在海洋中制造了足够多的氧气,为动物的出现和演化创造了条件 la前首先出现以伊迪卡拉动物群为代表的生物爆发,但演化失败了,很快都绝灭了。 540Ma前的寒武纪早期,出现了以云南澄江动物群为代表的生物大爆发,动物界的各 个门几乎同时出现了,门类之多,形态之丰富,出现之突然,甚至使人们对从简单到复杂的 生物进化理论产生了怀疑 生物大绝灭事件 元古宙末(650Ma)寒武纪末(495Ma)、奧陶纪末(435Ma)、晚泥盆世弗拉斯期末(365Ma) 二叠纪末(25Ma)、三叠纪末(203Ma)、白垩纪末(65Ma),共发生7次大规模生物绝灭事件。 二叠纪末的绝灭事件中,科减少了52%,种减少了90%以上。有人估计今天物种绝灭速 度是二叠纪末的1000倍,确实值得忧虑了。 5地质年代表 经过地球科学家200多年的研究,已经识别出了生物进化的一系列事件及其顺序,据此 建立了地质年代表。在地质年代表中,将地球历史分为几个大的阶段,即几个宙,每个宙又 分为几个代,显生宙的每个代又分为几个纪,一个纪又分为几个世。近几十年又给根据化石 建立的相对地质年代表加上了同位素年龄。地球科学家还在不断地完善地质年代表,使其更 加精细和准确
9 植物登陆——臭氧层——400Ma 两栖类——350Ma 爬行类——250Ma 鸟类——140Ma 哺乳类——65Ma 人类——3Ma 生物大爆发事件 元古代晚期，植物在海洋中制造了足够多的氧气，为动物的出现和演化创造了条件。 650Ma 前首先出现以伊迪卡拉动物群为代表的生物爆发，但演化失败了，很快都绝灭了。 540Ma 前的寒武纪早期，出现了以云南澄江动物群为代表的生物大爆发，动物界的各 个门几乎同时出现了，门类之多，形态之丰富，出现之突然，甚至使人们对从简单到复杂的 生物进化理论产生了怀疑。 生物大绝灭事件 元古宙末（650Ma）、寒武纪末(495Ma)、奥陶纪末(435Ma)、晚泥盆世弗拉斯期末(365Ma)、 二叠纪末(251Ma)、三叠纪末(203Ma)、白垩纪末(65Ma)，共发生 7 次大规模生物绝灭事件。 二叠纪末的绝灭事件中，科减少了 52%，种减少了 90%以上。有人估计今天物种绝灭速 度是二叠纪末的 1000 倍，确实值得忧虑了。 5 地质年代表 经过地球科学家 200 多年的研究，已经识别出了生物进化的一系列事件及其顺序，据此 建立了地质年代表。在地质年代表中，将地球历史分为几个大的阶段，即几个宙，每个宙又 分为几个代，显生宙的每个代又分为几个纪，一个纪又分为几个世。近几十年又给根据化石 建立的相对地质年代表加上了同位素年龄。地球科学家还在不断地完善地质年代表，使其更 加精细和准确
第四章地球的物理性质和圈层结构 1地球的质量、密度和密度分布 1797年,卡文迪什用扭称法求出地球引力常数为6.754×108,1930年,海莱对卡文迪 什的装置改进后测得为6670×108。据此计算出地球的质量为59472×1024吨。 地球的平均密度为5516g/cm3地壳上部沉积岩的平均密度为26,花岗岩的密度为2.85, 地壳下部的密度为29。 密度的分布在垂向上是不连续的,在横向上也不完全是均匀的 地球内部的密度的研究主要依靠地震波提供的信息 2地震波 地震波分为纵波(P波)、横波(S波)和面波(M波)。主要利用纵波和横波来了解地 球内部情况 利用地震波可以了解地球内部各圈层的物质状态,还可以了解岩石圈内的构造界面。例 如,石油勘探中主要依靠地震波来了解油田的构造。 纵波和横波的主要特点 波速与地球内部物质的密度成正比,与物质的刚性成正比。纵波比横波快。横波不能通 过液态和气态物质 纵波和横波在遇到两种物质的界面时会发生折射和反射,并且会派生出新的纵波和横 波,分别称为PP、PS、SP、SS震相,二次折射或反射后的称为PPP、PPS等震相。 穿过外核的纵波称为PKP波,穿过内核的纵波称为 PKIKP波。 地球的弹性、塑性和粘性 弹性是物体在受力时发生变形,力去除后变形很快完全恢复的性质。地球的弹性表现为 能传播地震波(弹性波),还表现为固体潮 塑性是物体在受力时发生变形,力去除后变形不能完全恢复的性质。地球的塑性表现为 地球是一个旋转椭球体,还表现为地壳岩层受力时往往发生弯曲褶皱。 粘性是物体在受力时发生变形,力去除后变形缓慢恢复的性质。地球的粘性表现为地震 波的衰减,还表现为冰川消融后地面缓慢回升 3地球的重力场和重力均衡 重力是地心引力与地球自转离心力的合力。 地球物理学研究重力时,仪器测量的是重力加速度,习惯上把“重力加速度”简称为“重 打”,符号为g,单位为伽(纪念伽利略),1伽=lcm/s2,常用毫伽或微伽作单位。 g随纬度φ的增大而增大 g=9780318(1+0.0053024sin2-0.00059sn2) g随海拔高度的增大而减小,每升高1米g值减小0.3083毫伽 地表实测的重力值与理论计算值的差异称为重力异常。引起异常的原因是测点海拔高 度、测点周围地形、地下岩石密度,我们关心的是后者,要消除前二者的影响。将测点高度 校正到海平面称为自由空气校正。假定测点平面与海平面之间为一无限大水平板状体,减去 它的影响,称为布格校正。自由空气校正和布格校正合称为高程校正。若测点周围的地形起 伏不容忽视,则应先作地形校正 经过布格校正后的异常称为布格异常,正(负)异常反映测点下方的岩石密度偏大(小)。 重力均衡是为解释喜马拉雅山对大地测量产生的误差而提出的假说,现已成为一个重要 的理论。重力均衡理论的要点是:较轻的地壳浮在较重的地幔上,地壳的厚度各处不一样, 山脉处较厚,称为山根,重力迫使其下面的地幔向地壳较薄处流动,莫霍面形态与地表形态 成镜像对称。若已达到均衡,则山根的质量亏损等于海平面以上多出的质量。若未均衡,则
10 第四章 地球的物理性质和圈层结构 1 地球的质量、密度和密度分布 1797 年，卡文迪什用扭称法求出地球引力常数为 6.754×10-8，1930 年，海莱对卡文迪 什的装置改进后测得为 6.670×10-8。据此计算出地球的质量为 5.9472×10-24 吨。 地球的平均密度为5.516g/cm3。地壳上部沉积岩的平均密度为2.6，花岗岩的密度为2.85， 地壳下部的密度为 2.9。 密度的分布在垂向上是不连续的，在横向上也不完全是均匀的。 地球内部的密度的研究主要依靠地震波提供的信息。 2 地震波 地震波分为纵波（P 波）、横波（S 波）和面波（M 波）。主要利用纵波和横波来了解地 球内部情况。 利用地震波可以了解地球内部各圈层的物质状态，还可以了解岩石圈内的构造界面。例 如，石油勘探中主要依靠地震波来了解油田的构造。 纵波和横波的主要特点： 波速与地球内部物质的密度成正比，与物质的刚性成正比。纵波比横波快。横波不能通 过液态和气态物质。 纵波和横波在遇到两种物质的界面时会发生折射和反射，并且会派生出新的纵波和横 波，分别称为 PP、PS、SP、SS 震相，二次折射或反射后的称为 PPP、PPS 等震相。 穿过外核的纵波称为 PKP 波，穿过内核的纵波称为 PKIKP 波。 地球的弹性、塑性和粘性 弹性是物体在受力时发生变形，力去除后变形很快完全恢复的性质。地球的弹性表现为 能传播地震波（弹性波），还表现为固体潮。 塑性是物体在受力时发生变形，力去除后变形不能完全恢复的性质。地球的塑性表现为 地球是一个旋转椭球体，还表现为地壳岩层受力时往往发生弯曲褶皱。 粘性是物体在受力时发生变形，力去除后变形缓慢恢复的性质。地球的粘性表现为地震 波的衰减，还表现为冰川消融后地面缓慢回升。 3 地球的重力场和重力均衡 重力是地心引力与地球自转离心力的合力。 地球物理学研究重力时，仪器测量的是重力加速度，习惯上把“重力加速度”简称为“重 力”，符号为 g，单位为伽（纪念伽利略），1 伽=1cm/s2，常用毫伽或微伽作单位。 g 随纬度 φ 的增大而增大： g = 978.0318(1+0.0053024sin2φ-0.0000059sin22φ) g 随海拔高度的增大而减小，每升高１米 g 值减小 0.3083 毫伽。 地表实测的重力值与理论计算值的差异称为重力异常。引起异常的原因是测点海拔高 度、测点周围地形、地下岩石密度，我们关心的是后者，要消除前二者的影响。将测点高度 校正到海平面称为自由空气校正。假定测点平面与海平面之间为一无限大水平板状体，减去 它的影响，称为布格校正。自由空气校正和布格校正合称为高程校正。若测点周围的地形起 伏不容忽视，则应先作地形校正。 经过布格校正后的异常称为布格异常，正（负）异常反映测点下方的岩石密度偏大（小）。 重力均衡是为解释喜马拉雅山对大地测量产生的误差而提出的假说，现已成为一个重要 的理论。重力均衡理论的要点是：较轻的地壳浮在较重的地幔上，地壳的厚度各处不一样， 山脉处较厚，称为山根，重力迫使其下面的地幔向地壳较薄处流动，莫霍面形态与地表形态 成镜像对称。若已达到均衡，则山根的质量亏损等于海平面以上多出的质量。若未均衡，则