2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——行星巖石物理特征分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪種巖石主要由巖漿冷卻凝固形成？（）A.變質(zhì)巖B.沉積巖C.巖漿巖D.火山巖2.P波的傳播速度通常比S波快，其主要原因是？（）A.P波是縱波，S波是橫波B.P波與巖石的彈性模量有關(guān)，S波與巖石的剪切模量有關(guān)C.P波傳播時(shí)巖石質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向相同，S波相反D.P波傳播時(shí)巖石質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波傳播方向，S波相同3.地震波的反射和折射現(xiàn)象主要是由什么引起的？（）A.地震波能量的衰減B.地震波速度的變化C.地震波頻率的變化D.地震波振幅的變化4.下列哪種巖石通常具有較高的密度和較快的聲波速度？（）A.礦物顆粒粗大的侵入巖B.礦物顆粒細(xì)小的噴出巖C.由變質(zhì)作用形成的片麻巖D.由沉積作用形成的頁(yè)巖5.重力異常主要反映了什么？（）A.地球表面的地形起伏B.地球內(nèi)部密度的變化C.地球內(nèi)部溫度的變化D.地球內(nèi)部磁場(chǎng)的分布6.磁異常主要是由什么引起的？（）A.地球內(nèi)部熔融物質(zhì)的存在B.地球內(nèi)部巖石的磁性C.地球外部太陽(yáng)活動(dòng)的影響D.地球表面大氣環(huán)流的影響7.巖石圈板塊的邊界主要有哪些類(lèi)型？（）A.海嶺和海溝B.裂谷和斷層C.俯沖帶和碰撞帶D.以上都是8.地震層析成像的主要目的是什么？（）A.測(cè)量地震波的速度B.探測(cè)地震震源的位置C.推斷地球內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)D.分析地震波的震相9.巖石圈的形成與什么過(guò)程密切相關(guān)？（）A.巖漿的分異作用B.巖石的變質(zhì)作用C.巖石的沉積作用D.以上都是10.行星巖石的物理性質(zhì)與其成分、結(jié)構(gòu)、溫度、壓力和應(yīng)力等因素有關(guān)，以下哪種因素對(duì)巖石密度的影響最?。浚ǎ〢.成分B.結(jié)構(gòu)C.溫度D.應(yīng)力二、填空題（每空1分，共10分。請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線(xiàn)上。）1.巖石按其成因可分為_(kāi)_____巖、______巖和______巖三大類(lèi)。2.地震波分為_(kāi)_____波和______波兩種。3.巖石密度是單位體積巖石的質(zhì)量，其單位通常是______。4.聲波速度是描述聲波傳播快慢的物理量，其單位通常是______。5.重力異常是指某個(gè)地區(qū)的實(shí)際重力值與______重力值的差值。6.磁異常是指某個(gè)地區(qū)的實(shí)際磁場(chǎng)強(qiáng)度與______磁場(chǎng)強(qiáng)度的差值。7.巖石圈是地球內(nèi)部______圈與______圈之間的圈層。8.地震層析成像是一種利用地震波的______和______來(lái)推斷地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像方法。9.巖石圈板塊的運(yùn)動(dòng)主要受______和______的作用。10.巖石的聲波速度與其彈性模量和______有關(guān)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）1.簡(jiǎn)述巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述地震波反射和折射的基本原理。3.簡(jiǎn)述重力異常和磁異常的成因。4.簡(jiǎn)述巖石圈板塊構(gòu)造理論的主要內(nèi)容。四、計(jì)算題（每題10分，共20分。請(qǐng)根據(jù)題目要求進(jìn)行計(jì)算。）1.某地震臺(tái)記錄到一束P波的到達(dá)時(shí)間為t_p，S波的到達(dá)時(shí)間為t_s，地震臺(tái)距震源的距離為d。已知P波和S波在巖石圈中的傳播速度分別為v_p和v_s。請(qǐng)推導(dǎo)出震源距離d的計(jì)算公式。2.假設(shè)某行星的半徑為R，表面重力加速度為g，密度為ρ。請(qǐng)推導(dǎo)出該行星巖石圈厚度的估算公式（假設(shè)巖石圈的密度與地幔相同）。五、論述題（10分。請(qǐng)就以下問(wèn)題進(jìn)行論述。）假設(shè)你是一名行星科學(xué)家，你獲得了某行星的地震波形數(shù)據(jù)和重力異常數(shù)據(jù)。請(qǐng)分析這些數(shù)據(jù)，推斷該行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明你的推斷依據(jù)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.A5.B6.B7.D8.C9.A10.D二、填空題1.巖漿；變質(zhì)；沉積2.P；S3.克/立方厘米或g/cm34.米/秒或m/s5.理論6.地球7.地幔；莫霍面8.傳播路徑；振幅9.礦物組成；密度10.密度三、簡(jiǎn)答題1.巖漿巖：主要由巖漿冷卻凝固形成，具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，通常不含化石，礦物顆粒較粗。變質(zhì)巖：由原巖在高溫高壓條件下發(fā)生變質(zhì)作用形成，具有變質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造，可能含有化石，礦物顆?？赡馨l(fā)生變化。沉積巖：由巖石風(fēng)化剝蝕后的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)搬運(yùn)、沉積、壓實(shí)、膠結(jié)作用形成，具有層理構(gòu)造，通常含有化石，礦物顆粒較細(xì)。2.當(dāng)?shù)卣鸩◤囊环N介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)界面時(shí)，由于兩種介質(zhì)的速度不同，波的能量會(huì)一部分返回原介質(zhì)，形成反射波；另一部分會(huì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，形成折射波。反射波和折射波的方向取決于入射角、兩種介質(zhì)的波速等因素。3.重力異常：地球內(nèi)部密度不均勻?qū)е聦?shí)際重力值與理論重力值存在差異。磁異常：地球內(nèi)部存在磁性物質(zhì)導(dǎo)致實(shí)際磁場(chǎng)強(qiáng)度與地球基本磁場(chǎng)強(qiáng)度存在差異。4.巖石圈板塊構(gòu)造理論認(rèn)為，地球的巖石圈被分割成若干個(gè)板塊，這些板塊漂浮在軟流圈之上，并相互運(yùn)動(dòng)。板塊的運(yùn)動(dòng)受到地幔對(duì)流和板塊自身重力的影響，導(dǎo)致板塊發(fā)生碰撞、張裂、俯沖等地質(zhì)現(xiàn)象，形成了地球上的山脈、海溝、裂谷等地質(zhì)構(gòu)造。四、計(jì)算題1.d=v_p*(t_p-t_s/2)解析：P波和S波同時(shí)出發(fā)，P波到達(dá)時(shí)間為t_p，S波到達(dá)時(shí)間為t_s。P波走了一個(gè)往返路程，S波走了一個(gè)單程路程。設(shè)震源距離為d，P波速度為v_p，S波速度為v_s。則P波走了一個(gè)往返路程的時(shí)間為2d/v_p，S波走了一個(gè)單程路程的時(shí)間為d/v_s。根據(jù)題意，有2d/v_p=t_p，d/v_s=t_s-t_p。聯(lián)立兩式，解得d=v_p*(t_p-t_s/2)。2.H=(3/4)*(R^2*g/(ρ*G)-R/ρ)解析：假設(shè)巖石圈和地幔的密度分別為ρ_r和ρ_m，巖石圈的厚度為H，地幔的密度為ρ。由于巖石圈和地幔的密度相同，所以ρ=ρ_m。根據(jù)萬(wàn)有引力定律，星球表面重力加速度g與星球質(zhì)量M和半徑R的關(guān)系為g=GM/R^2，其中G為萬(wàn)有引力常數(shù)。星球質(zhì)量M可以表示為M=(4/3)πR^3ρ。將M代入g的表達(dá)式，得到g=(4/3)πGR^2ρ。巖石圈厚度H可以通過(guò)地幔的密度和星球表面重力加速度來(lái)估算。假設(shè)地幔的密度為ρ，則有g(shù)=(G*(M-(4/3)πR^3ρ))/R^2。將M的表達(dá)式代入上式，整理得到ρ=(3gR^2)/(4πGR^2-4πg(shù)R^2)=(3gR^2)/(4πGR^2(1-g/Rg))。由于g/Rg<<1，所以可以近似得到ρ≈(3gR^2)/(4πGR^2)=3g/(4πGR)。將ρ的表達(dá)式代入g的表達(dá)式，得到g=(4/3)πGR*(3g/(4πGR))=g。這說(shuō)明假設(shè)成立。因此，巖石圈厚度H=R-R'，其中R'為地幔半徑。根據(jù)上述推導(dǎo)，地幔半徑R'=R/(1+(4πGR^2ρ)/(3g))。將ρ=ρ_m代入上式，得到R'=R/(1+(4πGR^2ρ_m)/(3g))。因此，巖石圈厚度H=R-R'=R-R/(1+(4πGR^2ρ_m)/(3g))=R*(1+(4πGR^2ρ_m)/(3g)-1/(1+(4πGR^2ρ_m)/(3g)))。由于(4πGR^2ρ_m)/(3g)<<1，所以可以使用泰勒展開(kāi)近似，得到H≈R*(1+(4πGR^2ρ_m)/(3g)-1+(4πGR^2ρ_m)/(3g))=R*(8πGR^2ρ_m)/(3g)=(3/4)*(R^2*g/(ρ_m*G)-R/ρ_m)。由于ρ=ρ_m，所以最終得到H=(3/4)*(R^2*g/(ρ*G)-R/ρ)。五、論述題（由于該題開(kāi)放式較強(qiáng)，以下提供一種可能的論述思路，僅供參考）該行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能分為地殼、地幔和地核。地震波形數(shù)據(jù)表明，該行星存在明顯的P波和S波速度分界面，這可以推斷出該行星存在一個(gè)相對(duì)