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固体地球物理学导论(1)

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固体地球物理学概论Snell定律课件

固体地球物理学概论Snell定律课件
In three dimension orthogonal coordinate system, we can define stress p as (pxx pxy pxz pyx pyy pyz pzx pzy pzz).
固体地球物理学概论
第七章
弹性概念——应力 (续)
The stresses are symmetrical（对称的）, i.e. only six components of the stress tensor p are independent because
P = - (pxx+ pyy+ pzz)/3 This is a general definition of the “pressure”. In the special case of a liquid at rest, pxx= pyy= pzz = - P, this is the hydrostatic pressure. In geology, lithostatic pressure is often estimated by using
When the material in the mantle is heated, it expands and becomes lighter. In spite of its high viscosity（粘性）, it rises more or less vertically in some places, especially under the oceanic ridges. With its losing pressure and heat during traveling upward, the material is forced to travel horizontally. They drag the lithosphere motion.

地球物理学导论

地球物理学导论
(2)特点：进程曲折，发展缓慢，直到20世纪30年代情况才发生变 化。
3．交通通讯变化的影响 (1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和 ，出行 方式转变了人们的思想观念。
(2)交通近代化使中国同世界的联系大大增强，使异地传输更为便 捷。
(3)促进了中国的经济与社会发展，也使人们的生活 多。姿多彩
关键词——交通和通讯不断进步、辛亥革命和国民大革命顺应
时代潮流
图说历史
主旨句归纳
(1)近代交通由传统的人力工具逐渐演变为
机械动力牵引的新式交通工具，火车、
汽车、电车、轮船、飞机先后出现。
(2)通讯工具由传统的邮政通信发展为先进
的电讯工具，有线电报、电话、无线电
报先后发明。
(3)近代以来，交通、通讯工具的进步，推
()
A．江南制造总局的汽车
B．洋人发明的火车
Hale Waihona Puke C．轮船招商局的轮船D．福州船政局的军舰
[解析] 由材料信息“19世纪七十年代，由江苏沿江居民 到上海”可判断最有可能是轮船招商局的轮船。
[答案] C
[题组冲关]
1．中国近代史上首次打破列强垄断局面的交通行业是 ( )
A．公路运输
B．铁路运输
C．轮船运输
C．通过互联网 D．乘坐火车赴各地了解
解析：本题考查中国近代物质生活的变迁。注意题干信
息“20世纪初”“最快捷的方式”，因此应选B，火车速度 远不及电报快。20世纪30年代民航飞机才在中国出现， 互联网出现在20世纪90年代。 答案：B
4．下列不属于通讯工具变迁和电讯事业发展影响的是( ) A．信息传递快捷简便 B．改变着人们的思想观念 C．阻碍了人们的感情交流 D．影响着人们的社会生活 解析：新式通讯工具方便快捷，便于人们感情的沟通和交流。 答案：C

固体中学物理学导论

固体中学物理学导论

固体物理学导论第一章晶体结构1.1 原子的周期性阵列一个晶体的所有各面的方向指数都是精确的整数。

衍射实验决定性的证明了晶体是由原子或原子团的周期性阵列组成的。

在理想情况下，晶体是由全同的原子团在空间无限重复排列而构成的，这样的原子团被称为基元。

在数学上这些基元可以抽象为几何点，而这些点的集合被称为晶格。

原胞是体积最小的晶胞，初基基元是包含原子数目最少的基元。

1.2 晶格的基本类型晶格可以通过晶格平移或其它各种对称操作与其自身重合。

典型的对称操作是围绕一个通过格点的晶轴进行转动。

，，，与这些角度相对应的转动轴分别被称为一重、二重、三重、四重和六重轴，通常用符号1、2、3、4和6分别表示这些转动轴。

晶格平移矢量具有任意性，由此给出的一般性晶格通常被称为斜方晶格。

二维晶格的分类：有五种，即一种斜方晶格和四种特殊晶格。

布拉维晶格（Bravais lattice）是对某种具体晶格类型的统称，于是有五种二维布拉维晶格。

三维晶格的分类：有14种，即三斜晶格和13种特殊晶格。

为方便起见，通常按照七种惯用晶胞将这14种晶格划分为7种晶系，即三斜（1）、单斜（2）、正交（4）、四角（2）、立方（3）、三角（1）和六角晶系（1）。

立方晶系包括简单立方(sc)，体心立方(bcc)和面心立方(fcc)三种晶格。

1.3 晶面指数系统一个晶面的取向可以由这个晶面上的任意三个不共线的点确定。

晶体中某一方向的指数是指这样一组最小整数，这组最小整数间的比率等于该方向的一个矢量在轴上的诸分量的比率。

1.4 简单晶体结构氯化钠型结构：面心立方。

基元由一个钠离子和一个氯离子组成，每个原子有六个异类原子作为最近邻。

每一个单位立方体中有4个氯化钠基元。

氯化铯型结构：简单立方，基元由一个铯离子和一个氯离子组成，每个原子有八个异类原子作为最近邻。

每个原胞有1个分子。

六角密堆积型结构(hcp)：与面心立方结构的总体积被球占据的体积比率一样，都为0.74。

固体地球物理学导论--地热场与地球的热状态 ppt课件

固体地球物理学导论--地热场与地球的热状态 ppt课件
热激发传热率为 kc=K0 e-E/σT
K0: 常数，E：激发能量，σ：波尔兹曼（Boltzmann）常数，T：温度
11
固体地球物理学概论
ppt课件
“波”的形式传播热量
激子的传热在地球的浅部是微不足道的，但在地表100 km以下深度 ，它的作用不可忽略，相应的热导率称为“激子热导率”。岩石温度越 高，其热传导能量就越大，在地幔中激子热导率比上述两种热导率更大 。
2T S k
If there is no source inside the media, the equation is
2T 0
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固体地球物理学概论
ppt课件
热对流传热
⑷对流传热 Heat convection (热对流) 当物质由高温移向低温区内，所携带的热能也随之发生迁移，这就
4
固体地球物理学概论
ppt课件
岩石热导率
6.1.2 岩石热物理性质 ⑴（岩石）热导率（Thermal conductivity） k
q k T x
(W/m2)
k: W/(mºK). Or
q = -k▽T
Here q is the thermal flux, T is the temperature. Generally the thermal conductivity k decreases with the increment of the temperature.
3
固体地球物理学概论
ppt课件
热流密度
⑶热流密度
热流密度被定义为在单位时间内流过单位面积的热量，它是一个矢量 ，以温度降低的方向为正。地球的大地热流密度是表征地球地温场的一个 重要物理量，一般用它表示地球内部热能向地球表面散失的状况。所以大 地热流密度系指单位时间内通过地球表面单位面积所散失的热流量。根据 稳定热传导原理，它等于岩石热导率与相应地温梯度的乘积。

基泰尔. 固体物理导论. 参考文献

基泰尔. 固体物理导论. 参考文献

基泰尔. 固体物理导论. 参考文献一、概述1. 介绍固体物理学的重要性和研究对象2. 引出本文主要内容二、基泰尔固体物理导论概述1. 基泰尔的学术背景和成就2. 《固体物理导论》的出版历史和影响三、固体物理导论的主要内容1. 原子结构和晶体学1) 原子的结构和性质2) 晶体的分类和性质2. 晶格振动和声学性质1) 晶格振动的基本理论2) 固体中的声波传播3. 电子结构和导电性1) 原子的电子结构2) 固体中的电子行为与导电性4. 磁性与磁介质1) 磁性材料的分类与特性2) 磁介质的应用与研究5. 绝缘体和半导体1) 绝缘体与半导体的性质对比2) 半导体材料与器件的发展四、《固体物理导论》的学术贡献1. 对固体物理学的理论框架和实验研究的影响2. 在教学和科研领域的地位和价值五、结论1. 总结基泰尔的《固体物理导论》对固体物理学研究的重要性和影响2. 展望固体物理学领域的未来发展方向参考文献基泰尔. 固体物理导论. Springer-Verlag出版社. 1986.六、基泰尔固体物理导论概述基泰尔（Charles Kittel）是一位美国著名的物理学家，生于1916年。

他曾在伯克利加州大学任教并从事磁性物理学、凝聚态物理学等领域的研究工作。

基泰尔教授是固体物理学领域的权威专家，他在磁性、声子、电子结构等方面的研究成果丰硕，对固体物理学的发展做出了杰出贡献。

《固体物理导论》是基泰尔教授于1953年首次出版的著作，其后多次修订，成为固体物理学领域最为权威和经典的教材之一。

这部著作系统全面地介绍了固体物理学的基本理论和方法，对研究者和学习者有着重要的指导意义。

《固体物理导论》对于推动固体物理学的研究和教学有着深远的影响，被誉为固体物理学领域的“圣经”。

七、固体物理导论的主要内容1.原子结构和晶体学《固体物理导论》首先介绍了固体物理学的基本概念和原子结构的特点。

基泰尔教授深入浅出地阐述了原子结构的基本理论，包括原子核和电子的构成，以及原子的能级和轨道结构。

固体物理学导论基特尔

固体物理学导论基特尔

衍射： 本质是一种同相干涉。
•
不使用电子波来探测的原因？？
2.1 布拉格反射定律
1.布拉格“反射”公式
1 2
衍射加强的条件：
1


2
2dh1h2h3 sin n
布拉格反射公式
d h1h2 h3
n为整数，称为衍射级数。
C A
B
2d· sinθ =nλ
2d n
2d
K h CA (h b1 h b 2 h b3 ) 1 2 3
B
A
a1
a2 0 h1 h2 a 2 a3 K h CB (h b1 h b 2 h b 3 ) 0 1 2 3 h2 h3
a1
所以 K h h1 b1 h2 b 2 h3 b 3 与晶面族(h1h2h3)正交。
布拉格方程的优缺点：
优点：布拉格方程 将晶体的原子排列(对应的点阵) 等
效于 一系列平行平面，从而从反射的角度，通过简单的 推导，直观地给出了晶体衍射可能出现的各个方向。
缺点：由上分析可知，布拉格方程体现的是晶体结构
中晶胞大小及形状的影响。但无具体考虑反映出晶胞 中原子的品种和位置对衍射的影响。
K n h1b1 h2 b2 h3 b3
2.与晶体中一族晶面相
相对应；
3.是真实空间中点的周 期性排列； 4.线度量纲为[长度]
对应；
3.是与真实空间相联系的 傅里叶空间中点的周期性 排列； 4.线度量纲为[长度]-1
已知晶体结构, 如何求其倒格呢？
晶体 结构 正格 基矢 倒格 基矢


b3
a3
b2

固体物理导论教学课件

固体物理导论教学课件
为基矢。对于一个空间点阵，基矢的选择不是唯一的，可 以有多种不同的选择方式。
a2 0 a1
3. 原胞 ➢ 空间点阵原胞 • 空间点阵最小的重复单元 • 每个空间点阵原胞中只含有一个格点 • 对于同一空间点阵，原胞有多种不同的取法，但
原胞的体积均相等
原胞体积： va a1 a 2 a 3
➢ 晶格原胞＝空间点阵原胞＋基元
➢ Wigner-Seitz原胞（对称原胞）
体心立方的基矢和Wigner－Seitz原胞
面心立方基矢、原胞和Wigner－Seitz原胞
4. 晶格的分类
➢ 简单晶格：每个晶格原胞中只含有一个原子， 晶格中所有原子在化学、物理和几何环境 上都是完全等同的。
例：Na、Cu、Al等晶格均为简单晶格
倒格子原胞体积：
vab 8 3
b b1 b2 b3
Rl G n 2 h h为整数
研究到易点阵的意义
利用倒易点阵的概念可以很方便地导出晶体几何学中 各种重要关系
可以方便而形象地表示晶体衍射几何学 倒易矢量可以理解为波失
由倒易点阵基失所张的空间成为倒易空间， 可理解为状态空间(k空间)
bcc：
a1
a2
b
0
a
a3
a 1 b c a j k
12
2
a 1 c a a k i
22
2
a 1 a b a i j
32
2
a 1 a b c a i j k
12
2
a 1 a b c a i j k
22
2
a 1 a b c a i j k
§1.3 晶体的宏观对称性
一、点对称操作 ➢ 对称操作：若一个空间图形经过一空间操作 （线性变换），其性质复原，则称此 空间操作为对称操作——正交变换

固体地球物理 1 绪论

固体地球物理 1 绪论

20世纪前应用地球物理学萌芽：
1640年，瑞典人用罗盘找铁矿； 1870年，泰朗和铁贝尔制成“万能磁力仪”进行地
质勘探和找矿。
5.20世纪的发展：
地震学得到了广泛应用，逐渐揭示了地球内部 的力学性质。
约翰、米尔恩（John Milne）制作了一种操 作简单的地震仪。1897年，英国人奥尔德姆首先在 地震图上识别出P波和S波。从此开始了用地震波研 究地球内部分层结构的历史。后来，发现了莫霍面 和康氏面；丹麦人莱曼女士指出地球的核有明显的 内核和外核；澳大利亚人布伦根据地震学分析得出 内核为固态的结论。杰夫瑞斯和布伦给出了地震走 时表，即著名的J-B表。
1960～1970年的国际上地幔计划
1、全球性的地壳断裂系统 2、大陆边缘地带及岛弧的构造 3、地幔的物质组成及地球化学过程 4、地壳与地幔的结构及其横向不均匀性
所用的手段包括：地震、地磁、古地磁、重力、 海上地球物理测量、地热、地质、深钻等。
其重要成果就是提出了一个“板块大地构造假说”
板块假说：地球最上层(岩石层)是由几个大的板 块所组成的。这些板块不是固定不动的，而是相 对地运动着。地球上各种大地构造活动就是这些 大板块互相作用的结果。
这个假说是1967年才提出来的，时间不久，还 远远不够完善。但假说的出现是地学发展上是一 个里程碑，最重要的意义不在于地球岩石层可以 分成多少个板块，而在于新假说以大量的观测事 实证实了”活动论”的新地球观;这是在基本概念上 的一次重要的进展。
1974～1980年国际地球动力学计划(IGP)
“国际上地馒计划到1970年就结束了。但问 题并未结束。板块大地构造是一个新的概 念，它虽然可以解释许多地学现象，但也存 在不少缺陷和困难，需要补充和改进。例 如，板块的边界大部分在海洋，关于这部分 边界的情况研究得比较多，但在大陆上的情 况就研究得比较少。板块运动的动力来源还 没有公认一致的解释。板块的活动除在其边 缘外，在其内部也有所表现;而这种活动对地 震成因和矿产富集都极有影响。

固体地球物理学导论复习ppt课件

固体地球物理学导论复习ppt课件
基本概念（震源、震中、震源深度、震中距、震级，烈度） 地震分类与分布、发震的机制（弹性回跳原理）
地球结构
地球外貌及形状、地球内部结构
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
2. 地球的形状与重力
重力场
重力及其分布（重力的组成、变化特征) 引起重力变化的原因
大地水准面与地球形状
重力等位面与水准面 大地水准面
古地磁学及应用
磁极漂移与倒转 古地磁的应用
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
4. 地球的电磁感应与地电结构
地电性参数 大地电磁场的成因 影响大地电场与电磁场分布的因素
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
5. 地球的内部热流与地热
岩石热学性质与大地热流
岩石热学性质（热导率、比热、热扩散率） 大地热流值与地温梯度 地表大地热流分布特征 太阳热辐射对地温场的影响
地球内部热传递
热传递形式（热传导、热辐射、热激发、热对流） 壳幔热结构
地球内部温度分布 地球的热历史
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
固体地球物理学概论 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
复习
课程主要内容

固体地球物理学导论

固体地球物理学导论
现状
目前，地球物理学已经成为地球科学领域中的重要分支，其研究范围涵盖了地球的深部结构、地震预测、资源勘 探、环境保护等多个方面。同时，随着计算机技术和观测技术的不断发展，地球物理学的研究手段和方法也在不 断更新和完善。
地球物理学与其他学科关系
与地质学的关系
与物理学的关系
与其他学科的交叉
地球物理学与地质学密切相关，两者 都是研究地球的学科。地质学主要研 究地球的岩石圈和地表现象，而地球 物理学则通过物理手段研究地球内部 的结构和性质，为地质学提供了重要 的补充和验证。
等。
THANKS
感谢观看
地震波传播原理及其在地球内部探测中应用
地震波传播原理
地震波是由地震震源产生的弹性波，在 地球内部传播。地震波包括体波和面波 两种类型，体波包括纵波（P波）和横波 （S波），面波则包括勒夫波和瑞利波。 不同类型的地震波在地球内部具有不同 的传播速度和路径。
VS
在地球内部探测中应用
地震波传播原理被广泛应用于地球内部探 测。通过分析地震波的传播速度、路径和 振幅等信息，可以推断出地球内部的物质 组成、结构和状态。例如，地震层析成像 技术可以通过分析地震波的传播路径和时 间差来揭示地球内部的精细结构。
06
电法勘探原理及应用
岩石电性参数及其影响因素
电阻率
表示岩石导电能力的参数，受岩石成分、结构、温度、压力等因 素影响。
电极化率
表示岩石在电场作用下产生极化现象的能力，与岩石中矿物成分 、含量、结构等密切相关。
介电常数
反映岩石储存电荷能力的参数，受岩石成分、结构、湿度等因素 影响。
电法勘探技术与方法
地震波分析方法
通过对地震波的分析，可以获取震源位置、震级大小、震源机制等关键信息。常用的地震波分析方法包括波形分析、 频谱分析、震源定位等。
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现代仪器技术、信息科学、运载工具技术的发展，是推动其 发展的关键技术。
地球物理学已经成为人类社会发展的不可缺少的科学。
应用地球物理——资源勘察、灾害调查、环境监测、工程检测、军事 战略……
6
固体地球物理学概论
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地球物理学的发展
地球物理学从19世纪末到20本世纪初已形成体系，但对地球物理现象的 观察和探讨，从远古就开始了。
• 基于地球物理学理论的探测技术，为人类创造财富， 为人类“排忧解难”，…….
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固体地球物理学概论
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地球物理学的研究方法
最初，地球物理学研究就是从对地球的观测开始的，所以地 球物理学研究是建立在对地球充分地观测基础进行的。
地球物理学研究方法可分为以下几个方面：
• 观测方法研究 • 数据分析与处理方法研究 • 模拟真实对象的理论模型计算与实验 • 推测真实对象反演计算
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固体地球物理学概论
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如何学好本课程
• 阅读参考书籍 • 听、记、问 • 掌握基本概念 • 领会分析问题和解决问题的方法 • 了解数学方法的应用
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固体地球物理学概论
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第二章 地球的起源、运动与结构
太阳系及其组成与演化 地球的转动与轨迹 地球内部的结构 地球内部的物质组成
2
固体地球物理学概论
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第一章 序言
什么是地球物理?
地球物理学研究那些内容?
地球物理与其他学科的关系.
地球物理的发展
地球物理对社会发展的贡献
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地球物理学的定义
地球物理学是以地球为研究对象,研究地球的各种物理现象， 以及这些现象与地球运动、地球各层圈结构构造、地球物质的 分布及迁移的关系的学科。(Geophysics)
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固体地球物理学概论
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太阳系、太阳系的组成
2.1 太阳系、太阳系的组成及起源
2.1.1 太阳系的成员 ⑴太阳----恒星，是（Mercury)、金星（Venus）、地球（Earth）、 火星（Mars）、木星（Jupiter）、土星（Saturn）、 天王星(Uranus)、海王星(Neptune)、冥王星(Pluto) ⑶小行星 太阳系约有30000多个小行星，最大的小行星叫谷神（Ceres）,直径 约730km。 ⑷行星的卫星 ⑸彗星
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大行星位置排列示意图
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固体地球物理学概论
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小行星、彗星 大行星卫星图片
小行星
彗星
月球
木星的卫星
14
固体地球物理学概论
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太阳系主要成员的基本特征
2.1.2 太阳系主要成员的基本特征
Distance Radius
Mass Rotation # Moons Orbital
公元16世纪以来，作为物理学中热门，地球物理学得到较快的发展。伽 利略从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正 比，而与物体自身的重量无关；里舍(在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观 测时发现重力加速度在各地并非恒值；牛顿的万有引力定律以及他推算的 地球扁率；南斯拉大地震学家莫霍洛维奇在1909年研究阿尔卑斯地区的区 域地震波震相时发现了地壳与地幔的分界面——莫霍(Moho)界断面；……
固体地球物理学概论
地球物理与空间信息学院
固体地球物理学概论
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课程主要内容
第一章 序言 第二章 地球的起源、运动与结构 第三章 地球形状、密度及重力场 第四章 地球的磁场 第五章 地球的电磁感应和电性结构 第六章 地球内部的热状态与地热场特征 第七章 地球内部的地震波场 第八章 地球内部介质的各向异性与地震层析成像 第九章 实验与计算地球物理 第十章 若干热点问题
公元前六世纪，希腊人从亚那萨哥拉时代已把大地看成球体；公元前三 世纪，古希腊的学者亚里士多德曾提出：运动物体的下落时间与其重量成 比例；战国时期，我国发明了指南针，并开始应用于指引方向；公元三世 纪我国东汉的地震学家张衡成功地进行了地震观测；公元八世纪，我国唐 代的天文学家张遂(僧一行)独立得出地球圆周长，其误差约小于20％； ……
地球物理学是地球科学的重要组成部分，地球物理学、地质 学和地球化学被称为地球科学的三大支柱。
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固体地球物理学概论
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固体地球物理学的学科分支
重力学
地球的形状、重力场的变化、物质密度的变化与分布，等等
地磁学
地磁场的分布和变化、地磁场的起源、地磁场的演变，等等
地震学
地震发生机制与震源分布、地震波类型与传播、地震预报，等等
地球物理学最早是物理学的一个分支。广义上说，地球物理 研究的领域涉及天体物理学、地质构造物理学、大地测量学、 海洋物理学、气象学、大气物理学、空间物理学等。狭义上说 ，地球物理学指的是固体地球物理学，即以研究地球的各种物 理特征与与地球运动、地球内部结构构造、地球内部物质成分 及其分布等关系的学科。
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固体地球物理学概论
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地球物理学对人类社会发展的贡献
• 大地测量学的诞生与发展，使人类能够得到地球表面的起伏变化，并用 于生产建设和规划，……
• 地磁学的研究，使人类了解了地磁场，并用于导航，……
• 地热学的研究，使人类了解如何直接利用能源，…….
• 地震学的研究, 开始“预报”地震灾害，……..
7
0.2056
0.1°
5.43
Venus
0.72
0.95
0.89
244
0
3.394
0.0068
177.4° 5.25
Orbital
Obliquity Density
(AU) (Earth's) (Earth's) (Earth's)
Inclination Eccentricity
(g/cm3)
Sun
0
109
332,800 25.36*
9
---
---
---
1.410
Mercury 0.39
0.38
0.05
58.8
0
地热学
地温场的分布和变化、地热源及其分布，地热的传播，等等
地电学
地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等
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固体地球物理学概论
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地球物理学与其它学科
地球物理学是天文学、物理、化学、地质学之间的边缘学科 ，是一个涉及多学科的、与其它学科相互交叉、相互渗透的学 科。
数学、物理学、地质学是研究地球物理学三大基础。