采矿地球物理绪论

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,采矿地球物理学概论,六、学时分配表,学时分配表,六、学时分配表,评价方式（包括作业、实验、考试等:,（1）作业、实验占30的成绩；,（2）考试，占70的成绩。,地球物理学,是一门以地球为研究对象的应用物理学。其中，对固体地球的研究，在二十世纪六十年代以来，获得极大发展。它已成为地学的重要组成部分，并且渗透到地学中的许多分支。,一、绪论,采矿地球物理学是采矿科学中的一个新的分支，是利用岩体中自然的或人工激发的物理场,监测岩体的动态变化,揭露已有的地质构造,采矿地球物理学的最大特点是在更深层次上认识地下岩层的特点及运动规律。,采矿地球物理方法具有观察、测量成本低、获得的信息量大、研究测量具有非破坏性等优点，因此是主要采矿测量方法之一。,在二十一世纪，采矿地球物理方法将是采矿安全技术以及有益矿物的经济、高效开采方面应用的最基本的测量工具。,1.地球科学,地球科学,以整体的地球作为研究对象，包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围，是由,固体地圈、大气圈、水圈和生物圈,（包括人类本身）组成的一个开放的复杂巨系统，称为地球系统。,物理、化学和生物,三大基本过程之间的相互作用，以及人与地球系统之间的相互作用。因此，地球科学是一个庞大的超级学科体系群，传统上划分出众多的一级和二级学科分类体系（表1-1）。,表1-1 地球科学的学科分类体系,.按圈层范围,.按学科交叉,.按服务目的,大气科学,大气物理学,地球物理学,固体地球物理学,环境地学,经济地学,工程地学,水文地学,遥感地学,航空科学,气象学,地磁与高空物理学,天气动力学等,地震学等,海洋科学,物理海洋学,地球化学,元素地球化学,生物海洋学,同位素地球化学,环境海洋学等,生物地球化学等,续表1-1 地球科学的学科分类体系,.按圈层范围,.按学科交叉,.按服务目的,地理科学,自然地理学,地生物学,生态学,城市地学,农业地学,旅游地学,军事地学,火 山 学,天气预报,地震预报,灾害学等,经济地理学,生物地理学,人文地理学,古生物学等,区域地理学等,地质科学,地球物质成分学,动力地质学,历史地质学,区域地质学等,天文地学,天文地球动力学,行星地理学,天文地质学等,数学地学,数学地质,数字地球等,大气科学,研究大气圈的组成、结构和气候过程，,海洋科学,研究水圈海洋部分的物理、化学、生物现象的运动过程，,地理科学,研究地球表层的地理环境，,地质科学,研究地球的物质成分、内部结构、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。其中，后两者都涉及地球的物理、化学、生物作用过程和不同圈层之间相互关系，具有更高的综合性。,2.,地,地球物,理,理学及,其,其发展,地球物,理,理学(Geophysics)是,以,以地球,为,为研究,对,对象的,一,一门应,用,用物理,学,学。它,是,是天文,学,学、物,理,理学与,地,地质学,之,之间的,边,边缘科,学,学，在,地,地球科,学,学中占,据,据重要,地,地位。,地球物,理,理学的,研,研究范,围,围甚广,，,，包括,从,从地球,最,最深部,的,的地核,到,到大气,圈,圈的边,界,界。它,是,是由地震学(Seismology),、,、地磁学(Geomagnetics)、地电学(Geoelectricity)、重力学(Gravity),、,、地热学(Geothermicity),、,、大地测,量,量学(Geodesy),、,、大地构,造,造物理,学,学(Tectonophysics)、地球动,力,力学(Geodynamics)等基,础,础科学,组,组成。,地球物,理,理学用,物,物理学,的,的原理,和,和方法,研,研究地,球,球的形,状,状、内,部,部构造,、,、物质,组,组成及,其,其运动,规,规律，,探,探讨地,球,球起源,、,、形成,以,以及演,化,化过程,，,，,为维护,生,生态环,境,境、预,测,测和减,轻,轻地球,自,自然灾,害,害、勘,探,探与开,发,发能源,和,和资源,做,做出贡,献,献。图1-1,为,为地球,物,物理学,的,的形成,和,和发展,示,示意图,。,。,图1-1,地,地,球,球物理,学,学的形,成,成和发,展,展示意,图,图,研究宏,观,观现象,和,和基本,理,理论的,叫,叫做理,论,论地球,物,物理学(TheoreticalGeophysics),或,或“纯,”,”地球,物,物理学(pureGeophysics)，,利,利用由,此,此产生,的,的方法,来,来勘探,有,有用矿,藏,藏的叫,做,做勘探,地,地球物,理,理学(ExplorationGeophysics)或,应,应用地,球,球物理,学,学(AppliedGeophysics),，,，研究,岩,岩层运,动,动以及,煤,煤岩动,力,力现象,的,的则称,为,为采矿地球,物,物理学(MiningGeophysics)。本,教,教材所涉,及,及的内容,均,均属于固,体,体地球物,理,理学的范,围,围。,人类观察,和,和研究地,球,球物理现,象,象已经有,几,几千年的,历,历史，早,在,在公元前1177,年,年的商朝,，,，我国就,有,有关于地,震,震的记载,。,。实际上,，,，现代物,理,理学是从,研,研究地球,物,物理问题,开,开始的。,例,例如牛顿,（,（Newton）,通,通过研究,地,地球和月,球,球的运动,发,发现了万,有,有引力定,律,律，克雷,若,若(Clairaut)研,究,究地球的,形,形状，拉,普,普拉斯(Laplace),研,研究地球,的,的起源，,高,高斯(Gause)研究地,球,球磁场，,开,开尔芬(Kelvin)研,究,究地球的,弹,弹性、热,传,传导和许,多,多其他地,球,球物理问,题,题。,18l9世纪，,地,地球物理,学,学成为物,理,理学中的,一,一门重要,分,分支。到,了,了20世,纪,纪初，它,就,就自成体,系,系。进入20世纪30年代,，,，由于成,功,功地把地,球,球物理学,方,方法用于,矿,矿产资源,勘,勘探当中,，,，使它得,以,以迅猛发,展,展。最近,形,形成的采,矿,矿地球物,理,理学，发,展,展更是迅,速,速。,地球物理,学,学发展的,总,总趋势有,两,两种：一,是,是多学科,的,的综合，,二,二是科学,的,的国际合,作,作。从20世纪50年代末,期,期起，在,各,各国地球,物,物理学家,的,的倡导和,努,努力下，,制,制定了一,系,系列国际,性,性研究计,划,划。60,年,年代初，,近,近50个,国,国家参加,了,了上地幔,计,计划，主,要,要研究内,容,容包括：,(1),全,全球性的,地,地壳断裂,系,系统；,(2),大,大陆边缘,地,地带及岛,弧,弧的构造,；,；,(3),地,地幔的物,质,质组成及,地,地球化学,过,过程；,(4)地,壳,壳及地幔,的,的结构及,其,其横向不,均,均匀性。,这个计划,延,延续了10年，于l970,年,年结束，,其,其最重要,的,的成果就,是,是建立了“板块大,地,地构造假,说,说”。这个假说,的,的出现是,地,地学发展,史,史上的一,个,个里程碑,，,，其重要,性,性及影响,可,可与近代,科,科学的任,何,何重大发,现,现相媲美,。,。,70年代,以,以后，国,际,际间围绕,着,着地球动,力,力学、岩,石,石圈结构,等,等问题开,展,展了一系,列,列的多学,科,科综合研,究,究。,19741979年，国,际,际地球动,力,力学计划,作,作为上地,幔,幔计划的,延,延续，主,要,要解决板,块,块构造假,说,说所遗留,下,下来的问,题,题，特别,是,是板块运,动,动的驱动,力,力问题。,国,国际岩石,圈,圈计划(19802000年)也,正,正在实施,中,中，这个,计,计划的四,个,个研究领,域,域是：,(1)全,球,球变化的,地,地球科学,；,；,(2)现,代,代动力学,和,和深部作,用,用过程；,(3)大,陆,陆岩石圈(层)；,(4)大,洋,洋岩石圈(层)；,3.,采,采矿,地,地球物理,学,学的基本,任,任务,采矿地球,物,物理学是,地,地球物理,学,学的分支,之,之一，是,用,用地球物,理,理的方法,来,来解决采,矿,矿现场的,实,实际问题,，,，例如矿,床,床的勘探,问,问题，矿,山,山动力现,象,象，采矿,工,工程问题,，,，特别是,井,井下的开,采,采与地质,问,问题。,3.1,采,矿,矿,地,地,球,球,物,物,理,理,方,方,法,法:,岩,体,体,中,中,弹,弹,性,性,波,波,传,传,播,播,过,过,程,程,的,的,研,研,究,究,称,称,之,之,为,为振,动,动,法,法，,包,包,括,括微,震,震,法,法,、,、,振,振,动,动,法,法和地,音,音,法,法；,岩,体,体,内,内,重,重,力,力,变,变,化,化,的,的,研,研,究,究,，,，,称,称,之,之,为,为重,力,力,法,法；,地,电,电,现,现,象,象,的,的,研,研,究,究,，,，,称,称,之,之,为,为地,电,电,法,法；,还,有,有热,法,法,，,，,原,原,子,子,能,能,法,法等,。,。,这,些,些,研,研,究,究,方,方,法,法,都,都,需,需,要,要,特,特,殊,殊,的,的,测,测,量,量,仪,仪,器,器,和,和,理,理,论,论,指,指,导,导,。,。,1),震,震,动,动,法,法,采,矿,矿,作,作,业,业,打,打,破,破,了,了,岩,岩,体,体,内,内,原,原,有,有,的,的,应,应,力,力,平,平,衡,衡,状,状,态,态,，,，,其,其,结,结,果,果,造,造,成,成,了,了,岩,岩,体,体,内,内,变,变,形,形,能,能,的,的,聚,聚,积,积,。,。,这,这,些,些,能,能,量,量,以,以,突,突,然,然,的,的,形,形,式,式,动,动,力,力,释,释,放,放,，,，,产,产,生,生,震,震,动,动,，,，,并,并,使,使,变,变,形,形,增,增,加,加,。,。,与,大,大,地,地,地,地,震,震,相,相,比,比,，,，,其,其,震,震,动,动,频,频,率,率,高,高,，,，,影,影,响,响,范,范,围,围,小,小,。,。,震,震,动,动,能,能,量,量,为,为l,l0,2,l,l0,10,J,，,，,里,里,氏,氏,震,震,级,级,为,为0,4.5,级,级,，,，,振,振,动,动,频,频,率,率,为,为1,50Hz,，,，,震,震,动,动,范,范,围,围,为,为,儿,儿,百,百,米,米,到,到,几,几,百,百,公,公,里,里,。,。,震,动,动,法,法,记,记,录,录,采,采,矿,矿,震,震,动,动,的,的,能,能,量,量,，,，,确,确,定,定,和,和,分,分,析,析,震,震,动,动,的,的,方,方,向,向;,对,对,震,震,中,中,定,定,位,位,来,来,评,评,价,价,和,和,预,预,测,测,矿,矿,山,山,动,动,力,力,现,现,象,象,。,。,具,体,体,的,的,说,说,，,，,就,就,是,是,记,记,录,录,震,震,动,动,的,的,地,地,震,震,图,图,，,，,确,确,定,定,震,震,动,动,发,发,生,生,的,的,时,时,间,间,，,，,震,震,中,中,的,的,坐,坐,标,标,，,，,震,震,动,动,释,释,放,放,的,的,能,能,量,量,，,，,特,特,别,别,是,是,震,震,中,中,的,的,大,大,小,小,，,，,地,地,震,震,力,力,矩,矩,，,，,震,震,动,动,发,发,生,生,的,的,机,机,理,理,，,，,震,震,中,中,的,的,压,压,力,力,降,降,等,等,，,，,以此,为,为基,础,础，,进,进行,震,震动,危,危险,的,的预,测,测预,报,报，,如,如预,报,报震,动,动能,量,量大,于,于给,定,定值,的,的平,均,均周,期,期，,在,在时,间,间T,内,内震,动,动能,量,量小,于,于或,等,等于,给,给定,值,值的,概,概率,，,，该,区,区域,内,内震