前言
明确频率、分辨率、穿透性3者之间的关系:
电磁波波速一定,频率与波长成反比;
波的能量由振幅决定,量/光子的能量由频率决定。
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频率越高,波长越小,分辨率越高,穿透性越强,传的近!
遇到障碍物是直接穿过去的(探伤),小裂隙都看的清楚,但能量衰减快!;
可见光及紫外光频率以上,频率极高!
可见光直接把小水杯各个细节照亮,让人肉眼都能看清,分辨率肯定高;
但是普通可见光连门都穿不透,衰减太快! -
频率越低,波长越大,分辨率越差,绕射性越强,传的远!
红外光频率逐渐降低,但是可以传的非常的远,遇到的障碍物只要没有它的波长长都可以绕过去,所以能量损耗也少!
但是用红外光看不清水杯的细节。
地球物理学科分类
固体地球物理学可以分为下面2大类:
我们主要讨论"普通地球物理学"的范畴!!
地球物理学科的命名,主要还是根据"物理学"来命名的!所以物理学和数学是地球物理学的关键!地球只是一个研究对象而已。对比物理学的细分,普通地球物理学也有对应的细分:
物理学 | 地球物理学 |
---|---|
力学 | 地震学 |
电磁学 | 地电学、地磁学(大地电磁) |
重力 | 重力(重磁) |
热学 | 地热学 |
光学 | 暂无 |
其中又有新的拓展:
地电学 + 地磁学 大地电磁
磁法 + 重力 重磁
下面对固体地球物理中的各个细分学科做概述性的说明。
地震学
物探:地震勘探 震源:人工震源
普通地物:天然地震学 震源:天然震源
为什么说地震学与物理中的力学有关?
因为力学要研究材料的弹性系数,地震学研究的就是地下介质的弹性系数!
因为根据纵波、横波的速度公式:
其中分子中的两个"拉梅常数"就是地下介质的弹性参数!所以地震学与力学有关。
流程:地震波到时 速度 弹性系数(力学) 物性分界面
学科评价:理论已经很完备,难有大的突破!它由于他一直处于爹的位置,所以它的数据处理方法是最高级的!可以把地震对波场相关的处理方法应用到重力场、电磁波场中!
电磁学
物探:电法、磁法 源:人工源(高频)
普通地物:地磁学、地电学 源:天然源(低频)
说明:
- 人工源,频率高,分辨率高!只能做很浅地表;例如地质雷达;
- 天然源,频率很低,分辨率差但是可以研究几百公里深的地下!
- 物探中的电法、磁法其实指的仅仅是电流、磁性物质等。
大地电磁:既可以用于物探,又可以用于普通地物。它是不仅仅是利用电流、磁性物质等,它的理论上升到"电磁波场",同地震波场一样也是位场的研究!
所以,理论上讲大地电磁更应该用于普通地物的研究。
大地电磁源的频率范围:
其中极低频的源一般叫10000s、5000s这样的长周期大地电磁!
这种长周期大地电磁就可以看的非常深!!几百公里!!可以与地震并驾齐驱!!
这个学科是未来一个大发展方向!
注意:
- 电法、磁法都只是纯用电流、磁性物质等等,大地电磁用到的电磁波!是波!是位场!本质上和重力场、地震波场是同源的;
- 地质雷达用到是高频(几GHz)的电磁波!不是地震!!只是因为电磁波和地震波场都是同源的位场!所以可以用地震的方法来处理而已。
学科评价:非常有前途!每年都是有方法、新理论!做的人也少!
大地电磁最适合去做海洋研究!!
因为电磁波比地震波具有天然优势:传播不需要介质!!
海上地震首先源的激发困难,其次波经过海底巨厚淤泥、海水后极大衰减!
所以海洋上大地电磁比地震牛逼多了!只是理论还在发展。
海底火上喷出来的都是金银财宝。
重力学
重磁不分家,所以一般叫重磁法。
为什么重磁不分家?
因为:因为重力场、磁场都满足拉普拉斯方程!二者的源既相似又有区别
相似是公式差不多,不同是源/场有不同。
所以二者一般联合在一起处理。
物探用不了这个方法,因为重力研究的是区域密度差,小尺度的分辨率啥也看不清。
但是,在大尺度、超大尺度(星体之间),这是无敌且唯一的方法。
卫星重力数据;空间物理中重磁数据是最牛逼的!
学科评价:天文学、空间物理学,重磁法甚至可以让你有可能得诺奖!!这是干大事的高大上工具。可不能用来跟物探干。但是数理基础要求很高。
地热学
最可以反映地下活动性(activity)!
因为:活动 摩擦生热、熔化 滑动 区域构造/地震
这是可以研究一切表面现象的"根源性"的方法!是非常非常非常重要的方法!一篇就能让你上nature!
但是:太冷门、难收集到数据(地热梯度等)、理论难(开放空间粒子无规则运动)!
因为:热扩散不是位场!它只是粒子做无规则运动!并且还是在开放空间(太尺度下),那热扩散的数据就更难搞了。
学科评价:研究星体根源性的东西,哪怕测出一个点就是nature!若总结了理论或提出一种衡量地热的参数,开创一个新的学科!!
总结
固体地球物理,真的很难!大展拳脚的机会太多了!!