Физика Земли

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ К.И. САТПАЕВА
Геологоразведочный институт
Кафедра «Геофизика»
«Утверждаю»
Директор института
_________ Д.К.Калитов
«____»__________2005 г.
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
По дисциплине: Физика Земли
Специальность: 050706 - Геология и разведка месторождений полезных
ископаемых
Форма обучения:
очная
Всего
Курс
Семестр
Лекций
Лабораторные занятия
Рубежный контроль
СРС
СРСП (аудиторных)
Всего аудиторных часов
Всего внеаудиторных часов
Трудоемкость
Курсовой проект (работа)
Экзамен
3 кредита
2
3
30 часов
15 часов
2
45 часов
45 часов
90
45
135 часов
нет
3 семестр
АЛМАТЫ 2005
Программа курса составлена д.г.м.н., профессором А. Нурмагамбетовым
на основании Госстандарта специальности «050706 – Геология и разведка месторождений полезных ископаемых»
Рассмотрена на заседании кафедры «Геофизика»
«____»_______________2005 г. Протокол № ________
Зав.кафедрой_________________А.Нурмагамбетов
Одобрена методическим Советом института
«_____»________2005 г. Протокол №____
Председатель________________________
Сведения о преподавателе:
Нурмагамбетов А., д.г.м.н., профессор – выпускник 1967 г. КазПТИ (геофизика), общий научно-педагогический стаж – 38 лет, стаж работы в КазНТУ – 8 лет, учебное пособие и методические указания по данной дисциплине – в печати.
Офис: кафедра «Геофизика»
Адрес: 480013, г. Алматы, Сатпаева 22, ГУК 527
Тел/Факс: 8-(3272)-92-79-05
Е-mail: nalkuat@mail.ru
2
1. Цели и задачи дисциплины
Основная цель данного курса – дать необходимые знания будущим геологам и геофизикам о внутреннем строении Земли и физических свойств веществ
внутри Земли и о характере протекающих там основных процессов, полученные различными отраслями геологии и геофизики. Приобретенные по курсу
знания студентам должны служить как необходимая основа для лучшего усвоения предусмотренных учебным планом последующих геологических и геофизических дисциплин.
Отдельными тематическими разделами лекционного курса и лабораторных
занятий преследуются следующие задачи:
 показать значение физики Земли как научного направления, ее роль и место в системе наук о Земле; предмет и объект исследований;
 вкратце охарактеризовать космическое окружение Земли и место Земли в
межпланетной среде;
 дать представление о фигуре и размерах Земли, о параметрах физических
полей внутри Земли (давления, плотности и др.);
 рассказать о составе и строении земной коры и изложить существующие
представления о составе и строении глубоких частей Земли;
 представить основные точки зрения о возможных источниках тепла
внутри Земли и влиянии солнечного излучения на температуру Земли;
 дать представление о природе и причинах землетрясений, охарактеризовать сейсмичность земного шара и отдельных его частей;
 рассказать о роли сейсмических методов в изучении строении Земли,
охарактеризовать существующие подходы и результаты изучения внутреннего
строения Земли сейсмическими методами;
 дать представление о геохронологической шкале; показать роль радиоактивных элементов в определении абсолютного возраста Земли;
 изложить существующие подходы к определению упругих свойств внутренних частей Земли;
 отразить связь поверхностных явлений с глубинными процессами;
 изложить концепцию новой глобальной тектоники и показать ее роль в
объяснении сейсмичности Земли.
Пререквизиты: предшествующие дисциплины необходимые для изучения
данной дисциплины: математика, физика, геодезия и основы топографии, общая и историческая геология, экология, введение в специальность.
Постреквизиты: последующие дисциплины необходимые для изучения
данной дисциплины: геотектоника и геодинамика, геокартирование и дистанционные методы исследования, сейсмотектоника, геология Казахстана, сейсмология, геофизические методы поисков и разведки, структурная геология.
2 Система оценки знаний студентов
По кредитной технологии обучения для всех курсов и по всем дисциплинам Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева применяется рейтинговый контроль знаний студентов. Рейтинг дисциплины
оценивается по 100-бальной шкале. Сведения об оценке знаний осуществляют3
ся по балльно-рейтинговой системе в виде шкалы, где указываются все виды
контроля.
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
№
вариантов
1
Вид итогового контроля
Экзамен
Виды контроля
Баллы
Итоговый контроль
Рубежный контроль
Текущий контроль
40
20
40
Календарный график учебного процесса
по дисциплине «Физика Земли»
Недели
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
Л1_
Л1_
Л2_
Л2_
Б1_
Б2_
Л3_
Л3_
Л4_ Л4_ Б2 АБ2 Р_1 Р_2
АБ1
Виды
2
1
2
1
1
1
2
1
1
контроля 1
Баллы
3
3
3
2
4
3
10 3
2
3
2 7
10
3
2
Виды текущего контроля: Л-лабораторная работа, К-контрольная, РКрубежный контроль, Р – реферат.
Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии суммарного
рейтингового балла  30. Итоговый контроль считается сданным в случае
набора  20 баллов. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале.
Оценка знаний студентов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
D
F
Рейтинговый балл
(в процентах %)
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
В баллах
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
Перечень вопросов для проведения контроля по модулям
и промежуточной аттестации
Вопросы для проведения контроля по 1 модулю:
1. Назовите круг вопросов, изучаемый курсом «Физика Земли»
4
2. Чем заполнены межзвездные пространства?
3. Из каких планет состоит Солнечная система?
4. Каков возраст Галактики?
5. Во сколько раз масса Солнца превосходит земную массу?
6. Что такое солнечный ветер?
7. Что такое магнитосфера?
8. С какой скоростью вращается Земля вокруг Солнца?
9. Значения большой (экваториальной) и малой (полярной) полуоси Земли?
10. Что такое полярное сжатие Земли?
11. Что такое геоид?
12. К какой форме ближе всего подходит фигура Земли?
13. Величина максимальной разницы между приподнятыми (горными) и опущенными (дно океанов) участками Земли
14. Среднее значение плотности пород земной коры
15. Средняя плотность Земли в целом
Вопросы для проведения контроля по 2 модулю:
1. Какие максимальные значения принимает давление в ядре Земли?
2. Чем определяется твердость вещества?
3. Из каких слоев сложена континентальная земная кора?
4. Из каких слоев сложена океаническая земная кора?
5. Чем выражается вертикальная неоднородность земной коры?
6. Чем вызвана горизонтальная неоднородность земной коры?
7. Что такое гипсографическая кривая земного шара?
8. Что такое платформа?
9. Что такое геосинклиналь?
10. Какова толщина земной коры под океанами?
11. Какова толщина земной коры под материками?
12. Что представляет собой астеносферный слой?
13. Что такое геотермический градиент?
14. Что такое геотермическая ступень?
15. Как вычисляется тепловой поток?
Вопросы для подготовки к промежуточной аттестации:
1.
Какова структура Галактики?
2.
Из каких планет состоит Солнечная система?
3.
Во сколько раз радиус Солнца больше экваториального радиуса Земли?
4.
Что такое полярные сияния?
5.
С какой скоростью вращается Земля вокруг Солнца?
6.
Что такое геоид?
7.
Величина максимальной разницы между приподнятыми (горными) и
опущенными (дно океанов) участками Земли
8.
Чем определяется пластичность вещества?
9.
Что понимается под упругим телом?
10. Что такое текучесть твердого тела?
5
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
Что понимается под прочностью горных пород?
Из каких слоев сложена континентальная земная кора?
Кто и когда ввел понятие о трехслойном строении земной коры?
Чем выражается вертикальная неоднородность земной коры?
Чем вызвана горизонтальная неоднородность земной коры?
Как называется процентное содержание элемента земной коры?
Назовите первые три наиболее распространенных элемента (по весу) в
земной коре?
Какую информацию дает нам сейсмическое зондирование?
Когда был составлен первый глобус Земли?
Что такое материковая отмель (шельф)?
Какова средняя глубина океанов?
Какие элементы выделяются в рельефе океанического дна?
До каких океанических глубин простирается континентальный склон?
Что собой представляет Срединно-океанический хребет?
Что такое «рифт»?
Назовите типы окраин материков (где встречаются океаны и континенты)
Что такое абиссальные равнины?
На какие участки земной коры делятся континенты?
Что такое платформа?
Что такое геосинклиналь?
Что понимается под структурными этажами платформы?
Что такое кристаллический фундамент платформы?
Что такое «плита»?
Что такое «щит»?
Как называются карты, на которых изображены расположения платформ
и складчатых зон различного возраста?
Какова толщина земной коры под океанами?
Назовите наиболее отчетливо выделяемые три геосферы Земли?
Какова толщина земной коры под материками?
Чем отделена земная кора от нижележащих слоев?
Что представляет собой астеносферный слой?
На каких глубинах находится астеносфера под континентами?
На каких глубинах находится астеносфера под океанами?
Литосфера - оболочка Земли, расположенная от поверхности до . . . . .
До какой глубины продолжается мантия?
В каком состоянии находится вещество в мантии?
На какой глубине начинается внешнее ядро Земли?
Радиус внутреннего ядра
Вулканы - мощные источники . . . . . . .
О чем свидетельствует существование горячих источников и вулканических извержений?
Почему вещество внутри Земли остается твердым, несмотря на очень
высокую температуру?
До каких глубин нагреваются земные слои солнечными лучами?
6
52.
53.
54.
55.
56.
С чем связано непрерывное повышение температуры с глубиной?
Что такое геотермический градиент?
Как вычисляется тепловой поток?
Что такое теплопроводность?
Что такое конвекция?
57.
Какой закон выражает формула F  k
58.
59.
60.
61.
62.
63.
Дайте определение силы тяжести?
Как направлена сила притяжения Земли?
В каком направлении действует центробежная сила Земли?
Чем определяется нормальное значение силы тяжести?
Как называется прибор для измерения ускорения силы тяжести?
Чем вызвано экваториальное вздутие Земли?
mm1
?
r2
3 Содержание дисциплины
Распределение часов по видам занятий
Наименование
темы
Количество академических
часов
ЛекЛабоция
раСРСП СРС
торные
2
4
4
1. Физика Земли и ее место в системе
естественных наук
2. Космическое окружение Земли
3. Общие сведения о Земле
4. Земная кора, ее строение и состав
5. Крупные структурные элементы земной коры
6. Движения континентов
7. Землетрясения и их природа
8. Сейсмическое районирование и
прогноз
9. Строение глубоких недр Земли
10. Магнитное поле Земли.
11. Электрическое поле Земли
12. Гравитационное поле Земли
13. Тепловое поле Земли
14. Радиоактивность и возраст Земли
15. Изучение Земли из космоса
Всего (часов)
7
2
2
2
2
2
2
4
3
4
4
3
4
2
2
2
2
2
3
4
4
3
4
4
2
2
2
2
2
2
2
30
2
2
3
15
3
3
3
3
3
2
2
45
3
3
3
3
3
2
2
45
Содержание лекции
1. Физика Земли и ее место в системе естественных наук. История развития. Цель преподавания и основные задачи изучения дисциплины.
2. Космическое окружение Земли. Рождение Земли. Общие сведения о
Галактике. Солнечная система. Солнечно-земные связи. Лунно-земные связи.
3. Общие сведения о Земле. Форма и размеры Земли. Фигура Земли. Плотность Земли. Давление внутри Земли. Силы внутри Земли.
4. Земная кора, ее строение и состав. Из истории исследований земной коры. Из чего сложена земная кора. Неоднородности земной коры. Химический
состав земной коры
5. Крупные структурные элементы земной коры. Континенты и океаны.
Особенности строения земной поверхности. Геосинклинальные области и
платформы.
6. Движения континентов. Гипотеза А. Вегенера. Новая волна мобилизма.
Тектоника литосферных плит. Механизм перемещения литосферных плит.
7. Землетрясения и их природа. Происхождение землетрясений. Основные
сейсмологические термины. Сейсмические волны. Измерение землетрясений.
Классификация землетрясений.
8. Сейсмическое районирование и прогноз. География землетрясений. Виды сейсмического районирования. Предсказание землетрясений
9. Строение глубоких недр Земли. Мантия Земли. Ядро Земли. Упругие
свойства внутренних частей Земли.
10. Магнитное поле Земли. Земля – большой магнит. Элементы магнитного поля Земли. Вариации и инверсия магнитного поля. Магнитные аномалии.
Природа магнитного поля.
11. Электрическое поле Земли. Электрические явления в атмосфере. Электрические токи в земной коре. Измерение электрических полей. Геоэлектрическое зондирование.
12. Гравитационное поле Земли. Силы тяжести. Измерение силы тяжести.
Распределение силы тяжести. Принцип изостазии.
13. Тепловое поле Земли. Источник теплового поля. Тепловой поток земных недр. Геотермическая изученность земного шара.
14. Радиоактивность и возраст Земли. Естественная радиоактивность. Радиоактивность Земли. Возраст Земли.
15. Изучение Земли из космоса. Материалы космических съемок. Общие
принципы дешифрирования. Примеры решения некоторых геологогеофизических задач.
Содержание лабораторных занятий
1. Построение годографов сейсмических волн в логарифмическом масштабе. Расчет и построение логарифмической шкалы при различных значениях
одного порядка.
2. Расчет и построение гистограмм (по таблицам параметров геофизических полей). Составление расчетной таблицы и ее заполнение. Построение гистограммы.
8
3. Контрольная работа по первому и второму модулям лекционных занятий. Письменный ответ на поставленные вопросы.
4. Построение схем изолинии параметров геофизических полей. Принцип и
основные правила построения изолинии. Необходимость построения изолинии
для решения геофизических задач.
5. Определение средних и пластовых скоростей сейсмических волн.
6. Контрольная работа по третьему и четвертому блокам лекции. Письменный ответ на поставленные вопросы
Содержание СРС
1. Физика Земли и ее место в системе естественных наук
2. Космическое окружение Земли
3. Общие сведения о Земле
4. Земная кора, ее строение и состав
5. Крупные структурные элементы земной коры
6. Движения континентов
7. Землетрясения и их природа
8. Сейсмическое районирование и прогноз
9. Строение глубоких недр Земли
10. Магнитное поле Земли.
11. Электрическое поле Земли
12. Гравитационное поле Земли
13. Тепловое поле Земли
14. Радиоактивность и возраст Земли
15. Изучение Земли из космоса
Содержание СРСП
1. Галактика, ее строение и структура. Схематический вид.
2. Физические свойства материала Земли (плотности, давление, ускорение
силы тяжести). Изменение физических параметров с глубиной от поверхности
Земли.
3. Схема строения континентальной и океанической типов земной коры.
4. Химический состав земной коры. Содержание (в весовых процентах)
наиболее распространенных в земной коре элементов.
5. Схемы внутреннего строения Земли. Выделение слоев Земли с геометрическими и физическими параметрами.
6. Схема литосферных плит на земной поверхности.
7. Основные сейсмологические термины и их определения. Определение
основных сейсмологических терминов: очаг, эпицентр, гипоцентр, магнитуда,
балл и т.д.
8. Классификация землетрясений по энергии Е и магнитуде М.
9. Сейсмическая шкала MSK (MMSK) и определения интенсивности
(балльности) землетрясений на поверхности Земли I в баллах.
10. Магнитное и электрическое поле Земли и расчет их составляющих.
11. Особенности гравитационного поля Земли.
9
12. Изменение температуры с глубиной. График изменения температуры с
глубиной. Геотермический ступень и градиент.
13. Изменение скоростей продольных и поперечных волн с глубиной. Сейсмическая модель Земли.
14. Относительная и абсолютная геохронологические шкалы.
15. Структура земной поверхности из космоса.
График проведения занятий
№
Дата
Время
Наименование тем
Лекции
Физика Земли и ее место в системе
естественных наук
Космическое окружение Земли
Общие сведения о Земле
Земная кора, ее строение и состав
Крупные структурные элементы
земной коры
Движения континентов
Землетрясения и их природа
Сейсмическое районирование и
прогноз
Строение глубоких недр Земли
Магнитное поле Земли
Электрическое поле Земли
Гравитационное поле Земли.
Тепловое поле Земли
Радиоактивность и возраст Земли
Изучение Земли из космоса.
Лабораторные занятия
Построение годографов сейсмических волн в логарифмическом масштабе.
Расчет и построение гистограмм
(по таблицам параметров геофизических полей).
Контрольная работа по первому и
второму блокам лекции
Построение схем изолинии параметров геофизических полей
Определение средних и пластовых
скоростей сейсмических волн.
Контрольная работа по третьему и
четвертому блокам лекции
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
14
15
1
2
3
4
5
6
10
4 Учебно-методический материал по дисциплине
Основная:
1. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет.М.:Наука.1983. 415 с.
2. Стейси Ф. Физика Земли. М.: Мир. 1972. 342 с.
3. Магницкий В.А. Основы физики Земли. М.:Геодезиздат. 1953. 290 с.
4. Земная кора и верхняя мантия. М.:Мир. 1972. 640 с.
5. Гутенберг Б. Физика земных недр. М.:ИЛ. 1963. 263 с.
6. Магницкий В.А. Внутреннее строение и физика Земли. М.:Недра. 1965.
7. Филиппов Е.М.Популярно о геофизике.Киев: Науково думка.1989.168 с.
8. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.Из-во МГУ
1991. 446 с.
9. Фишер Д. Рождение Земли. М.Мир 1990. 264 с.
10. Белоусов В.В. Земля, ее строение и развитие. М.Из-во АН СССР. 1963. 152
с.
11. Вольвовский И.С. Сейсмические исследования земной коры в СССР .М.
Недра. 1973. 208 с
12. Резанов И.А. Земная кора. М.Наука. 1974.160 с.
13. Вегенер А. Происхождение континентов и океанов. Л.Наука. 1984. 277 с.
14. Новая глобальная тектоника (тектоника плит). М.Мир. 1974.
15. Миронов В.С. Курс гравиразведки. М.Недра. 1980. 543 с.
16. Кац Я.Г., Рябухин А.Г. Космическая геология. М.198480 с.
17. Цубои Т. Гравитационное поле Земли. М.Мир.1982. 288 с.
18.
Пути познания Земли. Редколлегия: Баранов В.И., Зайцев Л.П. и
др.М.Наука. 1971.343 с.
19. Рихтер Ч. Элементарная сейсмология. М: Из-во иностранной литературы.
1963.670 с.
20. Саваренский Е.Ф., Кирнос Д.П. Основы сейсмологии и сейсмометрии. М:
Гостехиздат. 1955.
21. Шульц С.С. Земля из Космоса. М.Недра. 1984. 115 с.
Дополнительная:
1. Болт Б. В глубинах Земли. М.:Мир.1984.190 с.
2. Бончковский В.Ф. Внутреннее строение Земли. М.:АН СССР. 1953. 175с.
3. Нурмагамбетов А. Основы сейсмологии и сейсмической безопасности. Алматы: Lem. 2001. 120 с.
4. Израилев В.М. Земля – планета парадоксов. М.Наука.1991. 190 с
5. Кропоткин П.Н. Эволюция Земли. М.Знание. 1964.94 с.
6. Физика земной коры и верхней мантии.Тр.нац.академии и Нац.НИС
США.М:Мир.1966.253 с.
7. Ферхуген Дж.,Тернер Ф. и др. Земля. Введение в общую геологию. Т.1.
М.Мир.1974. 392 с.
8. Судо М.М. Современная геология. М.Знание. 1981. 161 с.
9. Монин А.С. История Земли. Л.Наука.1977. 228 с.
10. Гаврилов В.П. Загадка геотектоники. М.Наука 1988.188 с.
11. Силкин Б.И., Троицкая В.А., Шебалин Н.В. Наша незнакомая планета.
М.Из-во АН СССР .1962.295 с.
11
12. Шарма П. Геофизические методы в региональной геологии. М.Мир.1989.
487 с.
13. Федынский В.В. Разведочная геофизика. М.Недра.1967.672 с.
14. Бончковский В.Ф., Бублейников Ф.Д. Земля, ее фигура и физические свойства. М. Из-во техн.-теорет. литературы. 1956. 252 с.
15. Шишкин И. Из глубины пылающих недр. М.Мысль. 1969.95 с.
16. Глико А.О., Парфенюк О.И. Тепловое поле Земли//В сб. «Комплексные исследования по физике Земли». М.Недра.1989. С.26-43.
17. Войткевич Г.В. Происхождение и химическая эволюция Земли. М.Наука.
1983. 168 с.
18. Кац Я.Г., Рябухин А.Г. Космическая геология. М.1984 80 с.
19. Исследования природной среды космическими средствами. Сер. геология и
геоморфология.т.1. М.1973.126 с.; т.2. М.1974. 110 с.; т.5. М.1976. 292 с.
20. Исследования природной среды космическими средствами. Сер. геология и
геоморфология. т.2. М.1974. 110 с
21. Исследования природной среды космическими средствами. Сер. геология и
геоморфология. т.5. М.1976. 292 с.
22. Сейсмологические таблицы. Тр.ИФЗ АН СССР.М.1962. 98 с.
23. Каталог землетрясений Северного Тянь-Шаня. Алма-Ата 1990.202 с.
24. Нұрмағамбетов Ә. Сейсмология негіздері. Алматы. 2002. 170 стр.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Цель и задачи дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Пререквизиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Постреквизиты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Система оценки знаний студентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля . . .. . . . . . . . . . . 4
Календарный график учебного процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Оценка знаний студентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Перечень вопросов для проведения контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. Содержание дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Распределение часов по видам занятий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Содержание лекций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Содержание лабораторных занятий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Содержание СРС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Содержание СРСП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
График проведения занятий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 10
4. Учебно-методический материал по дисциплине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
12