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作者:Wicander, Reed/ Monroe, James S.

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页数:0

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价格:126.95

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isbn号码:9780495555070

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• 地质学
• 地球科学
• 物理地质学
• 地质学导论
• 地球
• 岩石
• 矿物
• 地貌
• 地质灾害
• 环境地质学

《地球物理学原理与应用》 内容简介 本书深入探讨了地球物理学的核心理论、观测技术及其在现代地球科学研究中的广泛应用。作为一本全面且深入的教材或参考读物，它旨在为地球科学、物理学、工程学等领域的学生和研究人员提供一个坚实的理论基础和实践指导。本书的叙事逻辑严密，从基础的物理学原理出发，逐步过渡到复杂的地球物理现象及其测量方法，最终聚焦于地球内部结构、动力学过程以及资源勘探等实际问题。 第一部分：地球物理学的理论基础与观测技术 本部分奠定了整个学科的基石，重点介绍支撑地球物理研究的基本物理定律和数据采集方法。 第一章：场论与波动方程基础 详细回顾了电磁场、引力场和弹性场的数学描述，这是理解所有地球物理观测的基础。引入矢量微积分、偏微分方程（特别是亥姆霍兹方程和波动方程）的求解方法。重点分析了在不均匀介质中场的传播特性，为后续的地震波和电磁波理论做铺垫。对傅里叶变换和拉普拉斯变换在物理场分析中的应用进行了详尽的阐述，强调它们在信号处理和反演理论中的核心地位。 第二章：重力测量与重力场研究 从牛顿万有引力定律出发，推导了大地水准面（Geoid）的定义和理论模型。系统介绍了重力仪的类型（如静态、绝对和相对重力仪）及其误差来源和精确度校正方法，包括仪器误差、地形校正和潮汐校正。详细讨论了重力异常的计算与解释，包括布格异常（Bouguer Anomaly）的意义，以及如何利用重力梯度张量（Gravitational Gradient Tensor）来提高浅层地质结构的识别能力。案例分析将聚焦于利用重力数据进行大尺度地壳结构（如地幔柱、沉积盆地深度）的推断。 第三章：地磁学与地磁场源 本章聚焦于地球磁场，从地磁发电机理论（Geodynamo Theory）入手，解释了地球磁场的起源、结构和随时间的变化（Secular Variation）。详细介绍了地磁场的主要组成部分（地磁要素）以及磁场的测量技术，包括地面磁力测量、航空磁测和卫星磁力测量。对地磁异常的识别和建模进行了深入探讨，特别是对与地下岩石剩磁和感应磁化强度相关的局部异常进行分析，这对寻找含铁矿床和地质填图至关重要。此外，还涵盖了古地磁学（Paleomagnetism）的基本原理及其在板块构造重建中的应用。 第四章：地震波传播与地震学基础 本部分是地球物理学的核心之一。首先，系统阐述了弹性理论，推导出P波（纵波）和S波（横波）在均匀、各向同性介质中的传播方程。随后，扩展到不均匀介质中的波场合成、反射与折射理论，详细分析了Snell定律在地震学中的应用。引入了射线理论（Ray Theory）和波动方程数值解方法（如有限差分法、有限元法）来模拟复杂地质构造中的波传播。重点讨论了地震仪的结构、记录原理及其对不同频率地震波的响应特性。 第二部分：地球深部结构与动力学 本部分将重点放在利用地球物理方法揭示地球内部的结构、物质状态和动力学过程。 第五章：地震层析成像（Seismic Tomography） 详细介绍现代地震学中利用全球或区域地震波观测网，通过反演（Inversion）技术重建地球内部三维速度结构的方法论。阐述了构建速度模型所需的理论框架，包括线性化迭代反演、非线性反演的收敛性问题，以及分辨率与信息量（A Priori Information）的制约。通过丰富的全球地震层析成像结果，读者可以清晰地看到地幔柱、俯冲带和大陆岩石圈厚度等关键构造单元的精细结构。 第六章：大地热流与地幔对流 本章探讨热力学在地球科学中的应用。首先，介绍测量地表和深部地热梯度的方法和数据分布。然后，深入分析热传导、热对流和放射性生热在地球内部热力学平衡中的作用。重点阐述了地幔对流的物理模型，如何通过粘滞性（Viscosity）、扩散率等参数来约束地幔的物理状态和动力学演化速度，并将其与板块构造运动联系起来。 第七章：电磁法勘探原理 电磁法是探测地壳介质电导率、介电常数和磁化率的关键手段。本章从麦克斯韦方程组出发，推导出在导电介质中电磁波的衰减和相速度变化规律。详细介绍了时间域电磁法（TEM）、频率域电磁法（FEM）和大地电磁法（MT/CSMT）的观测系统、数据预处理和反演技术。重点解析了大地电阻率在识别地下水、岩浆房和地壳导电层中的独特优势。 第三部分：地球物理学的应用领域 本部分展示了地球物理技术在资源勘查、工程建设和环境监测中的实际效能。 第八章：油气和矿产资源勘探中的地球物理 本章聚焦于高精度、高分辨率的勘探技术。在油气勘探方面，深入讲解了二维和三维地震勘探（2D/3D Seismic）的数据采集、处理流程（包括去噪、偏移成像）和解释技术，强调如何利用地震相（Seismic Facies）和速度分析来识别圈闭构造和储层岩性。对于矿产勘探，则侧重于重磁电联合反演，如何利用高精度磁法和激发极化法（IP）来确定含矿体的几何形状、深度和品位。 第九章：工程地球物理与环境应用 本章关注浅层地球物理的应用。系统介绍了浅层地震法、探地雷达（GPR）和井间层析成像（Cross-hole Tomography）在工程勘察中的具体实施。案例包括监测地下水流路径、评估地基稳定性、探测空洞和溶洞，以及监测污染羽的迁移。对于环境问题，探讨了如何利用地球物理方法进行污染物源头定位和修复效果的长期监测。 第十章：地球物理数据的反演、误差与不确定性分析 本章是贯穿全书的理论深化。详细讨论了地球物理反演问题的数学本质——病态性（Ill-posedness）。重点介绍反演方法，包括正则化技术（如Tikhonov正则化），并讨论了蒙特卡洛模拟和贝叶斯方法在量化模型不确定性中的应用。强调了在地球物理实践中，必须充分理解数据质量、模型假设和最终解释结果之间的误差传递链。 本书的特色在于其内容的深度与广度兼备，不仅为初学者提供了坚实的理论基石，也为专业人士提供了面对复杂地球物理问题的先进工具和深入思考的角度。全书配有大量的数学推导、物理图像和实际数据实例，确保理论与实践的紧密结合。

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我尝试将这本书推荐给几位对自然科学有兴趣的朋友，反馈都指向同一个问题：图例的有效性有待商榷。从物理学的角度看，图表是至关重要的信息载体，这本书在这方面投入了大量精力，但有些关键性的示意图，比如用来解释地幔对流驱动力的那些复杂的剪切应力分布图，虽然在技术层面上是准确的，但其符号和线条的复杂性，使得非专业人士几乎无法在第一时间理解其所表达的核心物理意义。有时候，一个简单、概念化的手绘图，反而能比一张密密麻麻的数值模拟输出图更能抓住问题的本质。例如，在解释岩石圈板块之间的拉张和挤压边界时，我发现一些侧重于构造运动学的教材，用更简洁的箭头和地层弯曲示意图，反而能更快地建立读者的空间想象。总而言之，这本书在理论的深度上是无可置疑的，但它在“如何有效地将深奥的物理概念可视化、并转化为易于理解的视觉语言”这一环节上，显得有些过于学术化和内向，似乎默认了读者已经具备了从复杂图表中提取信息的能力。

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说实话，我买这本书的时候，是抱着寻找一本“全面了解地球的经典之作”的期望的，结果发现它更像是一本聚焦于“地球内部物理机制”的深度参考手册，那种百科全书式的全覆盖感并不突出。比如，对于一些新兴的、偏向于环境地质学或资源勘探的章节，内容明显就比较简略，似乎作者的笔墨和重点还是牢牢锁定在传统的岩石学、构造学和地球物理学的核心交叉领域。举个例子，在水文地质学部分，它只是简单提到了地下水的赋存和流动，但对于如何利用地球物理方法（比如电法勘探）来精确定位含水层，介绍得就非常有限，更偏向理论而非应用。我个人更希望看到更多关于现代遥感技术如何辅助地质制图的讨论，但这本书的案例和插图似乎还停留在更传统的野外考察和实验室分析阶段。虽然基础理论无可挑剔，但对于想要紧跟时代步伐、关注交叉学科前沿的读者来说，这本书的“经典”可能也意味着它的视野在某些方面略显保守，提供给读者的工具箱，也许缺少了那么几件最时髦的现代化工具。

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我最近为了准备一个关于构造地质学的简报，几乎是抓着这本厚厚的书啃下来的，说实话，它的学术气息是非常浓厚的，尤其是在对地球深部结构和地震波传播的研究部分，简直是把我带入了一个纯粹的物理学和数学模型构建的世界。它不会绕弯子，直接上手就给出了各种波速随深度变化的曲线图，然后紧接着就是P波和S波在不同介质中传播速度差异的严密推导，我敢保证，如果你没有一点基础物理学的功底，读到后面一定会感到吃力。我个人认为，这本书的价值就在于它坚持了“物理决定地质”的底层逻辑，它没有将地质现象停留在描述层面，而是试图从能量守恒和物质响应的角度去解释一切——比如，山脉的隆升和剥蚀速率，都是应力积累与地壳弹性恢复之间的复杂博弈。其中关于岩石圈流变学的那一章，对岩石在不同应力状态下表现出的塑性或脆性行为的讨论，非常深入细致，详细区分了温度和应变速率对岩石变形机制的影响。如果你期待的是那种图文并茂、轻松阅读的游记式地质介绍，那你可能会被这本书的专业性劝退；但如果你是地质学高年级学生或希望深入理解地球动力学本质的研究者，这本书的严谨和详实绝对是无可替代的宝贵资源。

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这本书的阅读体验，坦白地说，充满了挑战与回报并存的拉锯战。它的叙述风格极其克制、精准，几乎没有一句废话，每一段文字都像是在堆砌精确的逻辑砖块。我特别欣赏它在阐述地震学原理时所展现出的那种不妥协的精确性，比如，对于不同地震波的衰减规律，它给出的数学模型和参数设定，是经过无数次观测校准的，让人心服口服。然而，正是这种极致的精确性，使得初学者在面对诸如“古地磁学”或“地球化学循环”这些涉及时间跨度极大的概念时，感到了一丝抽离感。它清晰地描述了磁场翻转的物理过程，但却很少用生动的故事或历史性的事件来锚定这些地质事件的宏伟尺度，使得阅读过程更像是与一个高度理性的、不带情感的科学机器在对话。我需要频繁地查阅其他辅助材料，来填补那些“为什么会发生”的背景故事，这本书擅长解答“如何发生”和“物理机制是什么”，但对于“为什么是这个时间点发生”的宏大叙事则有所保留。它更像是一本高级研讨课的教材，而非面向大众的科普读物。

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这本《地球物理学基础》简直是为我们这些对脚下这片土地如何运作感到好奇的人量身定做的入门指南。我记得我第一次翻开它时，那种扑面而来的严谨感就让我知道，这不是那种浮光掠影的科普读物，而是真正想把“地质学的骨架”硬生生塞进你脑子里的那种书。它最让我印象深刻的是对板块构造理论的阐述，那种将地球内部的对流、地幔的粘滞性与我们日常能看到的火山喷发、地震带分布串联起来的逻辑链条，简直是教科书级别的精彩。作者似乎非常擅长用清晰的图表和恰到好处的类比来解释那些宏大且抽象的物理过程，比如岩浆的上升路径，不是简单地告诉你“岩浆出来了”，而是深入剖析了压力、温度梯度如何共同作用，使得岩石发生熔融。我特别喜欢它在描述矿物晶体结构那一部分，虽然涉及到很多化学和对称性概念，但作者的笔触并没有让我感到枯燥，反而像是在引导我们进入一个微观的、几何学的奇妙世界。读完这部分，我再看那些博物馆里的岩石标本时，眼神完全不一样了，不再是简单的石头，而是特定物理化学条件下的产物。这本书的深度和广度兼顾得非常好，既有扎实的物理基础支撑，又不失地质学研究的前沿视野，让人读起来酣畅淋漓，有一种“原来世界是这样运转的”豁然开朗的感觉。

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