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出版者:Cambridge University Press

作者:Donald L. Turcotte

出品人:

页数:470

译者:

出版时间:2002-4-25

价格:GBP 45.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521666244

丛书系列:

图书标签:

• 地球动力学
• geodynamics
• 教材
• 科学
• Geophysics
• Geodynamics
• Plate Tectonics
• Earth Structure
• Mantle Dynamics
• Lithosphere
• Geophysics
• Geology
• Earth Sciences
• Seismology
• Convection

好的，这是一份为一本名为《地震波与地球内部结构》的图书撰写的详细简介，该图书内容与您提到的《Geodynamics Second Edition》无关。 --- 图书简介：《地震波与地球内部结构》 核心主题：透视地球深处 本书《地震波与地球内部结构》旨在为地球科学、地球物理学、地质学以及相关领域的研究人员、高级学生和专业工程师提供一个全面、深入且技术严谨的框架，用以理解如何利用地震波这一无与伦比的工具，解析地球从地壳到内核的复杂结构、物质性质与动力学过程。不同于关注板块构造或岩石圈形变的前沿理论，本书的焦点完全集中于地震波传播理论、正演模拟方法、反演技术，以及如何将这些数据转化为清晰、量化的地球内部物性图像。 地球，这个我们脚下栖息的巨大球体，其内部的物质状态、温度、压力和化学成分的剧烈变化，是塑造我们地表环境与灾害的基础。然而，这些深处的秘密无法直接观测。地震波，作为由地震或人工震源产生的弹性波，是唯一能够穿透并揭示这些深层信息的“自然X射线”。本书正是系统地梳理了从理论基础到实际应用的整个知识体系。 第一部分：理论基石与波的传播物理 全书的开篇立足于坚实的数学与物理基础。我们首先回顾了弹性动力学的基础方程，详细阐述了P波（纵波）和S波（横波）的运动学和动力学特性。重点讨论了在各向同性、各向异性介质中的波场传播规律，这对于理解地壳深处受构造应力影响的介质至关重要。 1. 弹性介质与波方程： 详细推导了在三维弹性介质中求解弹性波方程的数学方法，包括格林函数在无限和半空间中的应用。这部分内容为后续的数值模拟和反演奠定了理论基础。 2. 边界反射与折射： 深入探讨了界面上的波场行为，特别是斯内尔定律在地震波传播中的具体体现。我们详细分析了反射系数和透射系数的计算，这对于解释浅层地震勘探中的结构界面至关重要。 3. 衰减与散射： 物质的非弹性特性（如粘滞阻尼）导致地震波能量的衰减。本书对$Q$值结构（品质因子）的理论模型及其在不同地幔层中的变化进行了详尽的讨论，并引入了散射理论来描述非均匀介质对波场的影响。 第二部分：正演模拟与数值方法 精确的地球内部模型必须依赖于可靠的正演模拟——即给定一个已知的地球结构，计算出我们应该在地面接收到什么样的地震波形。本书提供了对当前主流数值方法的深入比较和解析。 1. 有限差分法（FDM）： 这是应用最广泛的方法之一。我们不仅讲解了基础的一阶和二阶精度差分格式，更详细介绍了如何处理自由表面、吸收边界条件（如PML吸收层）以及如何高效地在GPU/CPU集群上并行化大规模的三维波场模拟。 2. 谱方法与伪谱法： 针对高频和复杂介质，谱方法提供了极高的精度。本书详细阐述了伪谱法在处理各向异性介质和复杂速度场时的优势与挑战，特别是其在计算卷积积分方面的效率。 3. 有限元法（FEM）与不规则网格模拟： 针对地表地形起伏、断层带等几何复杂区域，FEM提供了一种灵活的网格划分方案。本书讨论了FEM在地震模拟中的应用及其与FDM结合的混合方法。 4. 弱解与非常规源函数： 从地球物理学的角度出发，讨论了地震源机制（如双偶极子模型、破裂过程）如何被转化为波场激发源，并介绍了适用于数值模拟的源函数表达方式。 第三部分：地震波反演：从数据到模型 反演是地球物理学的核心挑战，它涉及到从观测到的波形或走时信息中，反推出地下介质的参数（如波速、密度、衰减系数）。本书系统地组织了从线性到非线性的各种反演技术。 1. 走时反演与射线追踪： 尽管现代方法不断发展，但射线理论仍然是理解深部结构快速约束的基础。本书详细介绍了射线路径的计算、费马原理的应用，以及如何利用走时残差进行快速速度模型构建。 2. 全波形反演（Full Waveform Inversion, FWI）： FWI代表了当前地震成像的前沿技术。本书深入探讨了FWI的理论框架，包括伴随状态法（Adjoint Method）的推导、梯度计算、以及不同类型的目标函数（如$L_2$范数、互相关函数等）。我们特别关注了如何克服FWI在非凸优化问题中的局限性，例如多尺度方法和迁移成像的结合。 3. 散射成像与反射层析成像： 针对分辨率的限制，本书介绍了如何利用高频散射信息来约束速度的细微变化，以及利用共轭对或CMP道集进行反射层析成像，以提高浅层结构的细节。 4. 约束与正则化： 真实的地球结构反演往往是欠定的。因此，引入先验信息至关重要。本书详述了各种正则化技术，如Tikhonov正则化、基于模型的约束（如平滑约束、稀疏性约束），以及如何将地质学知识融入到反演框架中。 第四部分：应用案例与地球结构解析 本部分将理论与技术应用于实际的地球科学问题，展示了地震波如何揭示地幔的复杂性、俯冲带的精细结构以及地壳的构造历史。 1. 地幔柱与热物质输运： 利用表面波层析成像技术，展示如何构建数千公里范围内的三维速度异常图，从而识别和刻画地幔柱的形态和上升路径，并探讨这些速度异常与温度和部分熔融的定量关系。 2. 俯冲带的成像： 俯冲板片是影响全球地震活动的关键构造单元。本书通过高分辨率地震成像的案例，展示了如何分辨出水饱和的致密板片与其周围地幔楔的精确几何边界，以及俯冲带内麻雀岩的分布。 3. 地壳各向异性分析： 重点讨论了如何利用S波分裂（S-wave splitting）技术，结合P波和S波的接收函数，来揭示地壳深处岩石的塑性流变方向、断裂带的取向，以及俯冲板片在岩石圈地幔中的定向排列。 4. 城市工程中的近地表成像： 讨论了高密度、高频地震采集技术（如微地震勘探）如何应用于精确刻画工程场地和潜在滑坡体的近地表速度结构，这对于减轻地震灾害风险具有直接的工程意义。 总结与展望 《地震波与地球内部结构》不仅仅是一本教科书，它是一份关于如何将物理定律转化为地球洞察力的操作手册。通过对地震波理论、数值模拟和先进反演方法的系统梳理，本书旨在培养读者批判性地评估地震数据、理解模型局限性，并最终生成可靠的地球内部结构图像的能力。随着计算能力的飞速提升和新型传感器技术的发展，地震波形反演将继续是解开地球深层动力学谜团的最强大工具。本书为希望站在这一前沿的学者提供了必要的工具箱和知识储备。

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这本书的**案例分析和地区地质实例部分，是我认为相对薄弱的环节**。地动力学作为一个高度依赖观测和实证的学科，其理论模型的有效性最终还是要通过对地球真实构造的解释来验证。我期待看到更多全球尺度上不同构造带——比如安第斯山脉的俯冲、喜马拉雅山的隆升，或是裂谷系统的形成——是如何被文中的理论框架所成功描绘的。但实际情况是，许多章节的讨论似乎停留在纯粹的数学推导和理想化模型的构建上，与真实世界的“泥土”和“岩石”关联度不够紧密。当我读到关于地幔对流的章节时，我希望能看到更多关于地震波层析成像数据如何反哺模型修正的细节，或者新的岩石物理实验结果如何挑战经典模型。然而，这些鲜活的、仍在争议中的前沿信息，在书中被一带而过，或者干脆没有出现。这使得这本书读起来**像一本“理想中的地球”的教科书，而非“我们正在研究的地球”的指南**。它似乎更偏向于对经典理论的系统性回顾，对于近十年内，尤其是在数值模拟和地球观测技术飞速发展背景下涌现出的新观点、新争论，着墨不多，显得有些滞后和保守。

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这本书，说实话，我拿到手的时候，对它抱有的期望值是挺高的。毕竟“地球动力学”这个名字本身就带着一种宏大和深邃的感觉，让人联想到地壳的运动、板块的漂移，那些塑造了我们脚下世界的无形力量。然而，当我翻开它，开始认真阅读后，我的感受却变得复杂起来。首先，它在**理论基础的阐述上，略显晦涩和断裂**。很多核心概念，比如流变学模型，或是热驱动对流的数学描述，作者似乎假定读者已经具备了相当深厚的物理学和高等数学功底。对于我这种非地质学科班出身，但对地球深部过程充满好奇的业余爱好者来说，理解起来简直像在啃一块无比坚硬的石头。它更像是为已经站在前沿的研究人员准备的参考手册，而非一本能带领新手稳步入门的教科书。大量的公式堆砌和符号定义，使得阅读过程变得异常缓慢，我常常需要在阅读一页文字时，额外花费半小时去查阅先前章节中模糊提及的定义。如果作者能在关键的物理图像和直观感受上多下一些功夫，用更生动的比喻来解释那些抽象的力学过程，这本书的普适性无疑会大大提高。它更像是一份严谨的学术报告的集合，而非一次愉快的知识探索之旅。它的价值在于其深度，但代价却是牺牲了大量的可读性，对于那些渴望清晰脉络的读者而言，这无疑是一种煎熬。

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这本书在**对“时间尺度”的把握和阐释上，常常让我感到困惑和不一致**。地动力学研究的时间跨度极其宏大，从百万年的构造事件到十亿年的地幔演化。我期望作者能提供一个清晰的时间参照系，帮助读者在不同时间尺度上理解物理过程的驱动力差异。然而，在某些章节，作者似乎混用了地质学上的“大时间”（如数十亿年）和岩石学上的“瞬时”（如实验室加载速率），导致在描述某些岩石变形机制时，缺乏对宏观构造背景的充分考量。例如，当讨论到岩石圈的弯曲和断裂时，如果不能明确指出该过程是在数百万年的构造应力下发生的，还是在快速加载实验中观察到的，那么其对地壳形变过程的解释力就会大打折扣。这本书在试图包罗万象时，反而显得在时间轴的刻度上有些摇摆不定，使得读者难以建立起一个连贯的、多尺度耦合的地动力学图像。这种对时间尺度的模糊处理，尤其是在涉及到“快速”与“慢速”过程的边界判断时，使得一些关键结论的可靠性受到了一丝微妙的质疑。

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探讨这本书的**作者群体和学术派系倾向**时，我发现它似乎过于偏向于某一特定的理论流派，这使得内容略显单薄和片面。作为一本被定位为“全面”的教材，它理应平衡地呈现地动力学领域内存在的主要观点和竞争性的模型。比如，在关于“地幔热柱起源”或是“大洋中脊的驱动力”等核心争议问题上，书中往往只是详尽地介绍了一种主流观点，而对于与之抗衡的、同样有强大数据支持的替代性解释，则鲜有提及，或者只是轻描淡写地一句带过。这种处理方式，对于一个渴望理解学科全貌的学习者来说，是具有误导性的。它没有教会我如何批判性地思考这些复杂的地球系统问题，反而像是在灌输一套“标准答案”。科学的魅力在于其持续的辩论和修正，而这本书似乎更像是一个“既定结论”的总结。我希望看到的是对当前研究热点中不同学派如何用数据相互“攻击”和“辩护”的深入剖析，而非仅仅是对某一套模型的优雅演绎。这种学术上的“保护性”处理，使得这本书的学术深度有所下降，更像是一本特定研究组的观点汇编，而非一个开放的知识平台。

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从排版和装帧来看，这本书的**视觉设计和信息呈现方式，透着一股陈旧的学术气息**。纸张的质感尚可，但插图的质量和密度实在令人遗憾。在现代科学出版物中，高质量的彩色图件是不可或缺的，它们能极大地帮助读者理解复杂的空间关系和物理场分布。然而，这本书中大量的示意图仍然是黑白的，线条密集，缺乏必要的色彩区分和标注的清晰度。例如，在讨论到粘滞度、密度随深度变化的曲线时，如果没有清晰的颜色区分或阴影处理，读者很容易将不同的物理参数混淆。更别提那些复杂的应力场分布图，在小小的黑白图例中，其细节几乎完全丢失了。这不仅降低了阅读体验，更直接削弱了理解效率。在信息爆炸的时代，一本专业的参考书理应充分利用现代印刷技术来优化信息传达的效率，而这本书给我的感觉是，它仿佛停在了二十年前的印刷标准上。对于需要依赖图示来建立空间想象的学科来说，这种保守的视觉策略，无异于给学习设置了额外的障碍，让人不禁想问，在修订第二版时，为何不在图文并茂上下更多的功夫？

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其实我超级讨厌这种书。动辄700，800页，字体都很小，内容又很杂，然后又没深度。。。。。。但是好多人都说是好书

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……每天都在拿出來參考這本書的狀態永遠都是在讀呀…！

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数学部分就是个二啊！估计是方便纯地质背景的同学

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