一级学科中文名称:地球物理学(0708

英文名称:Geophysics 0708

 

一、学科概况

地球物理学是一门与物理学、地质学、大气科学、海洋科学和天文学密切相关的基础学科,它的主要研究对象是人类生息的地球及其周围空间。它运用物理学的原理和方法,与地质学、大气科学、海洋科学和天文学相结合,通过利用先进的电子和信息技术对各种地球物理场(如地磁场、地电场、重力场、地震波场、地球温度场、地球内部放射性物质辐射场、高空大气和等离子体场、高空电磁场等)进行观测,来探索地球本体及其周围空间的介质结构、物质组成、形成和演化,研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。

地球物理学是一门应用性很强的基础学科,并巳与地质科学有密切联系,它的研究成果有助于促进人类对所生息的地球及其周围空间环境的科学认识,而且支持着众多的国民经济建设中具有重要意义的产业部门或高科技领域。例如,勘探和开发利用石油与天然气、地热资源、金属与非金属矿藏,预测与预防(或防治)诸如地震、火山、滑坡及岩爆等自然灾害、保护与监测地球生态环境、保障日地空间环境中航天飞行安全等。

研究所在地球物理学学科领域包含四个二级学科:(1)固体地球物理学;(2)空间物理学;(3)地球动力学;(4)地球与空间探测技术。本学科形成了一支有较强创新能力、结构合理的学术队伍。现有博士生导师37人,硕士生导师41人。其中,中科院院士5人,国家千人计划”4人,国家自然科学杰出青年基金获得者12人,中科院百人计划”6人、中科院现有关键技术人才1人。

2007年以来,地球物理学一级学科培养博士187名、硕士75名。

1、固体地球物理学(070801

固体地球物理学科的历史可以追溯到1913年成立的工商部地质调查的地球物理研究室,以及1928年成立的中央研究院气象研究所。1950年,在中央研究院气象研究所的基础上,合并了物理所的地磁小组、前工商部地质调查所的地球物理研究室和前北平研究院物理研究所的物理探矿部分而组建成立中国科学院地球物理研究所。本学科点在文革期间,被要求转向地震研究,随地球物理所脱离了科学院,并入地震局系统;1978年,重新组建地球物理研究所归入该所。1999年,中国科学院地球物理研究所与中国科学院地质研究所整合为中国科学院地质与地球物理研究所,本学科点归入新所。

经过多年的积累和建设,固体地球物理学已经形成4个基础牢固、特色鲜明的研究方向,分别是油气地震勘探、油气综合地球物理、地震学与地球深部探测、电磁法勘探。每个研究方向都围绕国家重大需求开展基础和应用研究。近五年来,承担并完成了包括863973、国家杰出青年基金、国家自然科学基金等在内的多项科研课题。

2、空间物理学(070802

空间物理学是地球物理学的分支学科之一,又是空间科学的重要组成部分,已经成为人类认识自然界和自身生存环境的前缘学科之一。空间物理学所说的空间特指日地之间的空间,当前空间物理学的主要研究对象是日地空间环境,包括地球空间(地磁、中高层大气、电离层、磁层)、行星际空间(太阳风)和太阳大气(日冕),并涉及到太阳系其它星体(如火星、金星)的空间环境。

3、地球动力学(070820

地球动力学是固体地球物理学的分支学科。它主要研究固体地球大尺度运动和整体运动、表层和地球内部物质的力学性质、运动过程与机制。中国的研究工作从1945年李四光提出的地质力学开始。在20世纪60年代,板块构造学说的提出丰富了地球动力学的研究内容。在20世纪80年代,数值与理论模拟进一步推动了该学科的发展。

目前我所地球动力学方向依托所内国际知名的古地磁学与年代学实验室、高性能并行计算实验室、氩氩定年实验室、惰性气体实验室、以及高温高压实验室等,为定量研究块体的运动和拼合方式、以及地磁演化与地球内部动力学等方面提供了新思路。

学科方向分为:地磁场与地球内部过程、地球介质物理实验与数值模拟、以及地球内部物质成分与性质。

4、地球与空间探测技术(070821

地球与空间探测技术是地球物理学的新兴分支学科,也是地球物理学的重要研究手段,是人们认识自然界和自身生存环境的主要工具。我所主要学科方向为地球物理探测装备技术和空间探测技术。目前承担国家科技重大专项等项目2项。

二、学科内涵与特色

1、固体地球物理学(070801

固体地球物理学的研究对象是固体地球本体,研究范围涵盖地球的各个层圈,包括地壳、地幔和地核。按方法原理和技术手段分类,可分为重力学、地磁学、地电学、地震学、地热学、放射性地球物理学等。固体地球物理学同时具有基础性、学科交叉性和前沿性的特点,理论基础涉及面广,主要包括数学、物理学、信息处理技术等领域,如力学、电磁学、热学、近代物理学、应用数学、计算机信息科学等。研究所的主要特色方向包括:

1)油气地震勘探

主要研究的领域包括地震波数值模拟、地震偏移成像、地震层析成像、波形反演、地震数据处理和微分方程保结构算法等方面的研究。

主要学科带头人:刘光鼎院士、杨长春研究员、张剑锋研究员、刘洪研究员、常旭研究员、刘伊克研究员、符力耘研究员。

2)油气综合地球物理

主要以重、磁、电、震及地震层析成像等多种研究手段为途径,对影响前新生代油气资源分布的深部背景、断裂体系进行研究,为前新生代海相资源战略研究提供宏观基础资料,同时在盆地模拟、地球物理仪器研制和综合观测方面进行探索性研究。

主要学科带头人:刘光鼎院士、郝天珧研究员、王彦飞研究员。

3)地震学与地球深部探测

走向地球深部,探寻整个地球系统的运动规律和能量状态,已成为现代地球科学发展的趋势。针对大陆形成与演化、地球深部状态和过程等重大科学问题,地震学与地球深部探测以人工源和天然地震地球物理探测为手段,以典型构造域壳幔结构,地幔转换带、核幔边界和地核等地球深部结构为研究对象;通过建立局部、区域和全球结构图像, 并综合地球物理、地质、地球化学、矿物物理学等多学科观测,探讨地球内部各圈层的结构、物质组成和物理化学特征及其相互作用,深入认识地球整体行为、内部动力学和长期演化。

主要学科带头人:滕吉文院士、姚振兴院士、张忠杰研究员、李小凡研究员。

4)电磁法勘探

利用电磁法勘探等地球物理理论与技术,通过研究地下目标体的地球物理响应特性以及研究野外获取的地球物理信息处理和分析的先进技术,揭示地下介质的地球物理场特点与规律,为特定条件和特定环境下的矿产资源勘查、工程地质勘察、灾害地质调查等提供理论依据和技术保障 。

主要学科带头人:底青云研究员、白登海研究员。

2、空间物理学

空间物理学以等离子体物理、流体力学、电磁学等为理论基础,分别(或结合)采用实验观测、数据分析、理论解释、数值模拟等手段,研究太阳大气、行星际空间、地球空间等不同空间层次的特性及其相互耦合,探讨中性气体、等离子体、电磁场等不同物质的特性及其相互作用,解释日地空间各种宏观和微观物理现象及其形成机制。主要相关学科包括固体地球物理学、大气物理学、太阳物理学、天体物理学、等离子体物理学、流体力学、无线电物理等。

特色学科专业有:电离层物理学、中高层大气物理学、磁层物理学、地磁学、空间探测技术等。

主要学科带头人:万卫星院士、宁百齐研究员、刘立波研究员。

3、地球动力学

地球动力学通过对地幔和地核中可能存在的各种物质在高温高压下的物理和化学性质的研究,结合地球物理、地球化学和宇宙化学的研究成果,探讨地核和地幔的多种物理和化学性质;探讨地球的动力学演化过程。重点研究领域如地核轻元素含量及其对内核生长历史、地球磁场动力源和工作机制、地球整体化学成分的重大影响;地幔矿物物理性质与化学成分对应关系及其对地幔成分和地幔对流的影响等;通过地磁场长周期变化,研究核幔边界演化、地球外核流体运动模式、以及地球内核生长历史等。研究特色在于多学科交叉、实验与模拟并重,注重圈层耦合及相关动力学过程。在极性转换期间地磁场形态学、地质时期地磁场古强度变化与地球深部过程的相关性以及沉积盆地古地磁定年等领域取得了系统性、创新性的成果。主持创建了集成岩石磁学、古地磁学、地磁场古强度、磁性矿物学和生物地磁学研究的综合实验室,开拓了新的实验技术和方法,该实验室已成为岩石磁学与古地磁学领域国内外研究中心之一,大大提升了我国该研究领域在国际上的地位和影响

特色学科专业:(1)地磁场与地球内部过程;学科带头人:朱日祥院士、黄宝春研究员、潘永信研究员、刘青松研究员、邓成龙研究员。(2)地球介质物理实验与数值模拟;学科带头人:白武明研究员。

4、地球与空间探测技术

地球物理学作为实验与探测物理学科,其研究方法及手段主要通过实验和探测。固体地球物理的探测主要是利用重力、地电、地磁、地震等探测手段进行勘探及各种地球物理过程的研究;空间物理的探测主要是利用地磁、光(化)学、等离子体等手段进行研究。

特色学科专业有:(1)地球物理探测仪器及技术;研究方向主要包括海底地震仪OBS制造,以及MEMS加速度传感器规模化制造技术与数字检波器集成。主要学科带头人:俞度立研究员、游庆瑜研究员。(2)空间探测技术;研究方向是卫星磁测系统中的星载磁强计。主要学科带头人:杜爱民研究员。