地球内部流变学  071M5011H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:李忠海
授课时间: 星期四, 第1、2、3节
授课地点: 学3-281(机房)
授课周次: 1、2、3、4、6、7、8
授课时间: 星期二, 第1、2、3节
授课地点: 学3-281(机房)
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7
课程编号: 071M5011H 课时: 42 学分: 2.5
课程属性: 专业普及课 主讲教师:李忠海
英文名称: Rheology in the Earth’s Interior

教学目的、要求

本课程主要面向构造地质学、固体地球物理学专业的博士、硕士研究生,尤其针对大地构造、地球动力学、地球内部物理学专业方向的研究生。本课程从地球内部形变和流变学的基本原理出发,结合岩石、矿物晶体变形的微观物理特征,从短时间尺度和长时间尺度分别对地球内部的动力学和运动学规律,以及二者之间的联系纽带——流变学性质进行介绍和分析。同时,本课程将以岩石流变学的前沿研究进展及其在地球动力学中的应用作为开始和结束,达到和强化学以致用的目的。

预修课程

高等数学,普通物理

教 材

教材与教学方式:
自编讲义。
以教师授课为主,辅以课后习题和文献阅读报告。
采取电脑PPT的方式上课为主,板书为辅。

主要内容

第一章 地球内部流变学简介及前沿研究进展(共3学时)
一、流变学的基本概念和研究内容。
二、通过具体实例介绍流变学的前沿研究进展,及其在地球科学、尤其是地球动力学研究中的重要性。
第二章 流变学理论基础(共12学时)
一、应力、应变与流变学方程。
二、弹性与固体:弹性性质是流变学中最基本的性质。应力和应变在弹性范围内是线性关系,变形可以完全恢复。本部分也介绍运动方程,应变能函数,应力相容条件等基本方程和概念。
三、黏性与流动:流体是流变学范围内和固体相对应的另一种物质属性。流体的运动状态是通过应变率张量和描述流体运动特性的黏滞性来确定的。许多物质的变形在不同的阶段具有不同的性质,它们可以通过弹性和黏性元件的组合来表示。(教学重点)。
四、塑性与破裂:无论是弹性体和粘性体,达到塑性屈服强度后,其表现为塑性变形主导。本部分将介绍基于实验岩石学的不同物质的变形特征及脆-韧性转换,脆性破裂准则,及流体对破裂的影响等。
第三章 地球内部流变的短时间尺度性质(共6学时)
一、地震地球模型:根据变形时间尺度的差异性,地球介质有时表现为弹性主导,有时表现为粘性主导。前者最主要的特征领域之一就是短时间尺度的地震地球模型。本部分将简要介绍弹性波理论及弹性参数、地震震相、球形对称速度分布等。
二、地球内部结构:地壳结构,地幔结构与物质组成,地震层析成像等。(教学重点)。
第四章 地球内部流变的长时间尺度性质(共12学时)
一、地球内部的温度和热传输:温度和热传输在地球科学中起着至关重要的作用,温度对于地球介质的流变性质有很大的影响,地球内部的热传递主要通过两种形式:对流和传导。地球动力学的许多重要过程,岩石圈的强度和变形、地幔对流等,都受到地球内部温度所控制。(教学重点)。
二、板块构造与地球动力学:板块运动与地幔对流是地球长时间尺度变形的主要表现形式,与地球内部流变性质息息相关。本部分将从地球物理观测、实验岩石学测试和地球动力学模拟三个方面,重点介绍岩石圈和地幔的流变性质及动力学、运动学特征。(教学重点、难点)
第五章 地球内部流变的微观物理特征(共5学时)
一、晶体变形的微观机制:点缺陷和扩散,线缺陷和位错运动。
二、高温高压下岩石的扩散蠕变:稳态蠕变的现象与模型,岩石和矿物的蠕变,流体弱化作用,动态重结晶等。
三、高温高压下岩石的位错蠕变:橄榄石的位错蠕变,地幔矿物晶格优选定向及各向异性。
四、地球内部流变结构:岩石圈和地幔的热-流变分层,粘滞系数的时间、空间变化特征;地幔中的水和部分熔融及其对橄榄石流变的影响,上地幔的相变等。(教学重点、难点)。
第六章 总结和应用及考试(共4学时)
	对地球内部流变学特征进行总结,并进一步探讨热-流变性质在地球动力学研究中的应用。
  进行考试。

参考文献