地球科学概论选修考试答案

《地球科学概论选修考试答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地球科学概论选修考试答案（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1. 地磁场有哪些基本特征和起源假说？答：地磁场的基本特征：相当于地球球心磁偶所产生的磁场，有两个磁极，北磁极具有 S 磁性，南磁极具有 N 磁性，磁力线的分布：在北半球，磁力线由空中指向地下。在赤道附近磁力线平行地面，在南半球，磁力线由地下指向空中。磁轴与地轴之间的夹角为 11.5。磁场极强的变化规律：平均值为 0.5 两级最大值为 0.6-0.7 赤道上最小值为 0.3-0.4 起源假说：地球存在磁场的原因还不为人所知，普遍认为是由地核内液态铁的流动引起的。最具代表性的假说是“发电机理论” 。1945 年，物理学家埃尔萨塞根据磁流体发电机的原理，认为当液态的外地核在最初的微弱磁场中运动，像

2、磁流体发电机一样产生电流，电流的磁场又使原来的弱磁场增强，这样外地核物质与磁场相互作用，使原来的弱磁场不断加强。由于摩擦生热的消耗，磁场增加到一定程度就稳定下来，形成了现在的地磁场。 再由物理知识可得，高温高压中的物质，其原子的核外电子全被加速而逃逸，所以在地核 6000K的高温与 360W 个大气压的环境中会有大量的电子逃逸出来。地幔间会形成负电层，按照麦克斯的电磁理论，可以总结这样的一句话：电动生磁，磁动生电。所以要形成地球南北极式的磁场必然需要形成旋转电场（多说，由太阳提供初始力） ，而地球自转必然会造成地幔负电层旋转，即旋转的电场。还有一种假说认为地磁场起源 地球物理学的基本问题之一。

3、自 1600 年英国的吉伯（W.Gilbert）提出“地球是一个巨大的磁石”开始，有关地磁场起源的推测已有近 400 年的历史，但至今仍未获得圆满解决。 简史 地磁场的主要部分犹如一个近似沿自转轴方向均匀磁化的球体的磁场。因此“永久磁石说”就成为地磁场成因最早和最自然的猜测。当地球物理学家提出地核可能是由铁、镍等强磁性物质组成的时候，这种猜测似乎得到了支持。然而地球内部的温度远超过铁的居里点（见岩石磁性） ，所以这个假说不能成立。继而有人曾企图借助于带电地球的旋转、回转磁效应、温差电流以及感应电流等物理效应来解释地磁场，但其量值都远远不够大。例如根据回转磁效应，地球由于自转获得的磁化强度约为

4、10-10 电磁单位，比与地磁场相当的均匀磁化球体的磁化强度 7.210-2 约小 9 个数量级。鉴于从已有的物理规律找不到答案，有人开始探索新的规律。1947 年英国物理学家布莱克特（P.M.S.Blackett）发现，当时测定的太阳、室女星座 78 号星和地球 3 个天体的磁矩 M 和角动量 P 满足关系，其中 G 为万有引力常数,c 为光速，为比例常数，约为 0.25。布莱克特把这个关系设想为物理学的一个新定律，作为地磁场起源的解释，称为“巨大转体说” 。由于有 3 个天体的支持，这个假说曾一度引起广泛的关注。为证实这一结果，布莱克特专门设计了一种测弱磁场的高灵敏度仪器，但实验结果是否定

5、的，所以布莱克特本人声明放弃他的假说。 自激发电机说与上述各种推测同时出现的是“自激发电机说” 。1919 年拉莫尔（J.Larmor）首先提出了旋转的导电流体维持自激发电机的可能性，这是关于地磁场起源的自激发电机说的最早概念。而较为系统的论述，则是 40 年代末和 50 年代初由埃尔萨塞 (W.M.Elsasser） 、帕克(E.N.Parker）和布拉德(E.C.Bullard ）等人完成的，称为埃尔萨塞帕克模型和布拉德过程。随着大型计算机的应用，使更复杂的磁流体动力学的计算成为现实。60 年代后期发现，布拉德过程是不稳定的。这使得曾被认为极有希望的“自激发电机说”陷入了危机。直到 197

6、0 年，利利（F.E.M.Lilley）修正了布拉德过程的运动模式，才使得稳定的“自激发电机说”再度有了可能。60 年代古地磁学的数据肯定了地磁场在漫长的地质时期经历了多次倒转的事实，地磁场极性的正向与反向的历史并没有显示出哪种极性更具有特殊性。这是除“自激发电机说”以外，其他关于地磁成因的假说所难以解释的。地球具有磁场在天体中并不特殊，太阳系九大行星中至少有木星、水星具有与地球磁场相类似的内源磁场。太阳和许多恒星也具有磁场。6070 年代帕克的研究说明，地磁场起源的模式可能对其他天体也适用。据此，人们现在认为“自激发电机说”是解释地磁成因的最有希望的理论。 原理 地核内磁流体动力学的研究思路

7、是导电流体和磁场的相互作用如何改变原始的磁场和运动状态，这是“自激发电机说”的基础。2、板块运动与地质构造、火山活动、地震活动的关系？大陆飘移是由板块运动引起的，板块构造学说认为地球表层的岩石圈并不是整体一块的，而是由多个板块拼和而成的。全球有 6 大板块，它们处于不同的运动状态中，使海洋与陆地的相对位置不断变化。 一般来说,板块的内部比较稳定,而板块边缘地壳运动比较活跃,通常表现为张裂拉伸、俯冲碰撞、断裂错动等，容易形成火山和地震。全球有两大火山地震带，即环太平洋火山地震带和地中海-喜马拉雅火山地震带，地区眼上百分之九十五的大地震都发生在这两带内。简单地说,地震的原因主要有:地球各个大板块之

8、间互相挤压.另外还有火山喷发引起. 地震分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地震，它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震总数的 90%以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为火山地震，约占地震总数的 7%。此外，某些特殊情况下了也会产生地震，如岩洞崩塌（陷落地震）、大陨石冲击地面（陨石冲击地震）等。 引起地震的原因很多，据此可分为构造地震、火山地震和冲击地震，人类活动也可以导致发生地震，称为诱发地震，如水库地震。 一、构造地震 构造地震是由构造变动特别是断裂活动所产生的地震。全球绝大多数

9、地震是构造地震，约占地震总数的90。其中大多数又属于浅源地震，影响范围广，对地面及建筑物的破坏非常强烈，常引起生命财产的重大损失。 我国的强震绝大部分是浅源构造地震，其中 80以上均与断裂活动有关。如 1970 年 1 月 5 日云南通海地震（7.7 级），是曲江断裂重新活动造成的。1973 年 2 月四川甘孜、炉霍地震（7.9 级），是鲜水河断裂重新活动造成的，并在地震后在地面形成一条走向 NW310、长 100 多 km 的地裂缝。 世界上许多著名的大地震也都属于构造地震。1906 年美国旧金山大地震（8.3 级）与圣安德列斯大断裂活动有关。1923 年日本关东大地震（8.3 级）与穿过相

10、模湾的 NW-SE 向的断裂活动有关。1960 年 5 月 21日至 6 月 22 日在智利发生一系列强震（ 3 次 8 级以上的地震，10 余次 7 级以上的地震），都发生在南北长达 1400km 的秘鲁海沟断裂带上。 （一）构造地震的成因和震源机制 这个问题是地震预报理论中最核心的问题，也是目前仍在继续探讨和需要解决的问题。 在地壳及上地幔中，由于物质不断运动，经常产生一种互相挤压和推动岩石的巨大力量，即地应力。岩石在地应力作用下，积累了大量的应变能；当这种能一旦超过岩石所能承受的极限数值时，就会使岩石在一刹那间发生突然断裂，释放出大量能量，其中一部分以弹性波（地震波）的形式传播出来，当地

11、震波传到地面时，地面就震动起来，这就是地震。 从已发生的地震来看，它的发生跟已经存在的活动构造（特别是活断层）有密切关系，许多强震的震中都分布在活动断裂带上。如果从全球范围来看，地震带的分布与板块边界密切相关。这些边界实际上也是张性的、挤压性的或水平错开的一些断裂构造。 断裂活动何以产生能量很大的地震，其活动方式如何，目前存在若干有关的假说。 1.弹性回跳说 是出现最早、应用最广的关于地震成因的假说，是根据 1906 年美国旧金山大地震时发现圣安德列斯断层产生水平移动而提出的一种假说。假说认为地震的发生，是由于地壳中岩石发生了断裂错动，而岩石本身具有弹性，在断裂发生时已经发生弹性变形的岩石，在

12、力消失之后便向相反的方向整体回跳，恢复到未变形前的状态。这种弹跳可以产生惊人的速度和力量，把长期积蓄的能量于霎那间释放出来，造成地震。总之，地震波是由于断层面两侧岩石发生整体的弹性回跳而产生的，来源于断层面。如图 8-3，岩层受力发生弹性变形（B ），力量超过岩石弹性强度，发生断裂（C），接着断层两盘岩石整体弹跳回去，恢复到原来的状态，于是地震就发生了。这一假说能够较好地解释浅源地震的成因，但对于中、深源地震则不好解释。因为在地下相当深的地方，岩石已具有塑性，不可能发生弹性回跳的现象。 2.蠕动说 蠕动又称潜移、潜动。地表土石层在重力作用下可以长期缓慢地向下移动，其移动体和基座之间没有明显的界

13、面，并且形变量和移动量均属过渡关系，这种变形和移动称为蠕动。蠕动速率每年不过数毫米至数厘米。 人们发现建筑在活动断层上的建筑物和活动断层本身在没有地震的情况下也有这种蠕动现象，即相对缓慢稳定的滑动。如在土耳其安卡拉以北 110km 处有一条安纳托里亚活动断层带，位于此断层带上的建筑物墙壁被发现有错断现象，其蠕动量每年约为 2cm。也有人对中东一带发生地震以后的断层进行观测，发现有些地段伴有无震蠕动，其蠕动量每年约为 1cm。 在什么情况下容易产生蠕动，还未十分清楚。有些实验表明，在高压低温，岩石孔隙度高（含水），含有软弱性矿物如白云石、方解石、蛇纹石等岩石的条件下，容易产生稳定蠕动。也有人认为

14、在更高的围压或更高的温度下容易产生蠕动。 有一种现象逐渐为事实所证明，即岩层中长期蠕动的地段或在活动断层中蠕动占长期活动的百分比较高的地段，由于能量通过缓慢的蠕动而逐渐释放，反而很少发生强烈地震。在我国阿尔金山地区有规模很大的剪切断层，是正在活动的断层，通过卫星影像分析，发现有蠕动现象，现代水系被切穿，位移明显，错距也很大，但是有史以来却少有地震记录，推测此断层的活动方式是以无震蠕动为主。 根据蠕动与地震大小关系的资料表明：蠕动占长期活动的 50以上的地段，最大地震只能为 5 级，而蠕动占长期活动的 10以下的地段，可能发生 8 级以上的大地震。 3.粘滑说 在地下较深的部位，断层两侧的岩石若

15、要滑动必须克服强大的摩擦力，因此在通常情况下两盘岩石好像互相粘在一起，谁也动弹不了。但当应力积累到等于或大于摩擦力时，两盘岩石便发生突然滑动。通过突然滑动，能量释放出来，两盘又粘结不动，直到能量再积累到一定程度导致下一次突然滑动。实验证明，物体在高压下的破坏形式，是沿着断裂面粘结和滑动交替进行，断面发生断续的急跳滑动现象，经过多次应力降落，把积累的应变能释放出来，这种说法就叫粘滑说。 影响断层活动方式的因素很多：一是温度，温度低于 500，断层面两侧岩体易产生粘滑；温度高于500 ，则易产生蠕动和蠕变。二是岩石成分，岩性脆硬（如石英岩、石英砂岩等），断层两侧岩石往往以粘滑为主；岩性柔软，则以蠕

16、动为主。三是岩石的孔隙度和水分含量，岩石孔隙大，孔隙度高，含水分多，当然容易蠕动；相反，岩石孔隙小，孔隙度低，含水分少，则多呈粘滑形式。此外，围压的大小也会影响断层的活动方式。如果断层两盘连续发生粘滑，便是地震频繁的时期。 实际上，同一活动断层在不同的深度可以有不同的活动方式，同一断层在不同的时期也可以有不同的活动方式。例如，圣安德列斯断层，深度在 4km 以上为无震的稳定蠕动；4 12km 则为伴随有地震的粘滑运动；12km 以下（由于高温）又以稳定的蠕动为主。因此，圣安德列斯断层带上的地震震源深度均不超过20km。 4.相变说 有人认为深源地震是由于深部物质的相变过程引起的。地下物质在高温高压条件下，引起岩石的矿物晶体结构发生突然改变，导致岩石体积骤然收缩或膨胀，形成一个爆发式振动源，于是发生地震。此说未能从多方面给出具体论证，因而未能得到广泛流行。近年根据地震纵波在地下深部传播情况分析，深源地震所在部位也同样发生了断裂和错动，证明地震发生与断裂活动有关。同时，板块构造学说指出，当岩石圈板块向地下俯冲时，中