内容提要

本书以地球物理学的基本理论和基本方法为重点，系统地介绍了地球物理学中各个分支学科

的产生、发展过程、现状、存在的问题和未来的发展趋势，以及将其用以研究地球内部状态和结构的

最新成果。

全书由两部分组成。第一部分为一、二两章，讨论了太阳系和地球的一般物理、化学、地质性质

及地球的年龄。第二部分为三至七章，主要论述了各种研究地球的地球物理学方法，包括地震、重

力、地磁、地电与地热。

本书内容简明扼要、通俗易懂，物理概念突出，避免了繁琐的数学推导，具有较大的适用范围，

是煤炭高等院校应用地球物理专业的教学用书，同时也可作为其它地学专业师生及工程技术人员

了解地球物理学科的参考用书。

目录

绪论

第一章 太阳系和地球

第一节 太阳系

第二节 地球的转动

第三节 地球的结构

第四节 地球的大气圈和水圈

第五节 地球的演化

第二章 放射性和地球年龄

第一节 放射性

第二节 地球年龄

第三章 地震学

第一节 地震波的基本概念

第二节 地震波传播的基本规律

第三节 走时曲线及应用

第四节 地震面波和地球的自由振荡

第五节 天然地震和震源机制

第四章 地球形状与重力

第一节 重力位和地球的形状

第二节 重力校正和重力异常

第三节 地壳均衡说

第四节 固体潮

第五章 地磁学

第一节 地磁要素

第二节 地球的磁场

第三节 地磁场的长期变化

第四节 古地磁学

第五节 地磁场的成因

第六节 地磁场的短期变化

第六章 地电学

第一节 大地电场

第二节 自然电场

第三节 岩石的电学性质

第四节 地球内部的电性结构

第七章 地热学

第一节 地球的热场

第二节 岩石的热学性质

第三节 地球内部的热传递

第四节 地球热场的分布特征

第五节 地球的热状态

第六节 地球热历史

参考文献

第一章 太阳系和地球

第一节 太阳系



现代科学证明，太阳系是在同一时期形成的。地球仅是太阳系中的一个行星，研究地球

的形成和演化，不是一种单项研究，而是一种整体研究，这对解释太阳系的起源具有普遍意

义。反之，把地球放在整个太阳系起源的背景上去研究它的形成和演化也是很必要的。

一、太阳系

太阳是银河系中众多恒星中的一颗，而银河系外尚有无数个河外星系，目前用最先进

的天文望远镜能观察到100亿光年远的河外星系。太阳系包括太阳、九个行星和它们的卫

星、数以万计的小行星、数十亿的慧星、无数的陨石以及巨量的尘埃和气体。

哥白尼（Copernirus，1473～1543）以前，地球被认为是宇宙的中心，其它星体包括太阳、

月球和行星均围绕着地球而转动。哥白尼提出地球和其它行星围绕太阳而转动的日心说理

论，并且被伽利略（Calileo，1564～1642）的天文观测所证实。开普勒（Kepler，1571～1630）

发现了行星运动的三个规律：（1）行星围绕太阳在一椭圆形轨道（实际上是接近于正圆形）上

运行，太阳为椭圆的一个焦点；（2）行星在轨道上运行有一定规律，当靠近太阳时，运行速度

就变快，当远离太阳时，运行速度就变慢；（3）行星的旋转周期取决于行星与太阳的距离，

距离太阳越远，行星旋转的越慢。牛顿发现了万有引力定律，从理论上证明了开普勒定律，准

确地解释行星运动的规律。后来发现观测的天王星位置与计算的数据不符，亚当（Adams，

1819～1892）和李维利厄（LeVerrier，1811～1877）都认为这是由于另一个行星的引力所产

生的影响，他们计算了该行星的位置，这就是后来在1846年用望远镜观测到的海王星。

行星，按其与太阳的距离，其顺序依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海

王星和冥王星。行星可以分为两类，水星、金星、地球和火星是内行星，也称类地行星，其特点

是体积小、密度大、自转速度慢、卫星数目少、物质组成同地球相似。木星、土星、天王星和海

王星是外行星，鉴于外行星都在木星之后，故也称类木行星，其特点是体积大、密度小，自转

速度快、卫星数目多、主要由轻的气体元素如氢、氦所组成。冥王星则是外行星中的一个例

外，它更象类地行星而不象类木行星。根据外行星的性质，它们还可再分为巨行星（木星、土

星）和远日行星（天王星、海王星、冥王星）两类。除九大行星以外，现已发现在火星和木星轨

道之间至少有30000个小行星存在，其中最大的一颗叫谷神星，是1801年发现的，直径约

730km。根据小行星的大小、密度以及陨石的物理化学特性，得知小行星的性质与内行星较

为相似，而与外行星不同。

此外，行星（主要指大行星）的周围还有一些卫星。卫星的运转与这些行星围绕太阳的运

转一样。

慧星和小行星一样，都是在围绕太阳的轨道上运转的一些小星体。根据慧星的轨道，可

将其分为两类：长周期慧星（周期大于200年）和短周期慧星（周期小于200年）。慧星的数量

是如此巨大，但人类每年能够观测到的只有10个左右，例如著名的哈雷（Halley）慧星，它的

周期是76年。

整个太阳系就像一座走时准确的时钟，遵循一定的规律不停地运转着。太阳系的这种结

构是怎样产生的？如此庞大的体系又是怎样组织的如此完美呢？这就是人们所说的“大自然

的规律”，看一下表1－1中所给出的行星、太阳和月球的某些天文数据，从中可以发现太阳

系有以下这些规律性：

1）轨道的规律性

行星都以同一方向围绕太阳旋转，而且在自转方向与太阳一致（金星和天王星例外），

通常称为同向性。

行星的偏心率都很小，运行轨道都接近圆形，通常称为近圆性。行星的轨道均位于大约

与太阳的赤道面成6°倾斜的同一平面上，通常称为共面性。

2）轨道半径的规律性

行星轨道半径遵循一定的规律，即所谓波特（Bode）定律。如以天文单位表示行星到太阳

的距离，则行星轨道半径为

rn＝0.4十0.3×2n （1－1）

式中，n是行星距太阳的序数，水星的n为－∞，金星的n为0，地球的n为1，其余类推。