2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——重磁異常與地球構(gòu)造演化關(guān)系研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述萬有引力定律及其在地球重力場研究中的應(yīng)用。說明布格重力異常與大地異常、球冠異常之間的關(guān)系。二、解釋什么是密度界面和密度異常。簡述均衡理論的基本思想，并說明其如何用于解釋地殼的均衡補(bǔ)償現(xiàn)象及布格重力異常的分布規(guī)律。三、闡述地磁場的主要特征。說明地磁異常（如總場異常、航磁異常）的形成機(jī)制。區(qū)分感應(yīng)磁化和原生磁化，并說明它們對磁異常形態(tài)的影響。四、分析影響巖石磁化率的因素。解釋為什么不同類型的巖石具有不同的磁化率，以及這一特征如何被用于利用磁異常進(jìn)行巖性劃分和找礦。五、說明利用布格重力異常推斷莫霍面深度的一般方法。描述利用航磁異常識別斷裂構(gòu)造的常見依據(jù)。六、解釋古地磁學(xué)的基本原理。說明如何通過分析巖石剩磁的方向和強(qiáng)度來重建古地理位置和古地磁極路徑，并舉例說明古地磁學(xué)在板塊構(gòu)造研究中的證據(jù)。七、描述利用重磁資料研究造山帶結(jié)構(gòu)的方法。說明如何通過分析重力異常的形態(tài)和梯度變化來推斷造山帶的內(nèi)部構(gòu)造、深部地殼結(jié)構(gòu)以及盆地構(gòu)造單元。八、分析重磁異常在大陸裂谷和洋中脊研究中的應(yīng)用。說明如何利用重磁資料識別裂谷的張裂程度、洋中脊的擴(kuò)張速率以及地幔柱的活動跡象。九、結(jié)合具體實例（可假設(shè)），闡述如何綜合重力和磁力資料來提高對地下隱伏構(gòu)造（如隱伏斷裂、巖漿活動區(qū)）探測的可靠性。十、討論重磁異常解釋中存在的主要不確定性和局限性，并提出如何通過多種手段結(jié)合或更先進(jìn)的技術(shù)來克服這些局限性。試卷答案一、答案：萬有引力定律由牛頓提出，指出宇宙中任何兩個物體之間都存在相互吸引的力，其大小與兩物體質(zhì)量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。該定律是地球重力場的基礎(chǔ)，用于計算地球的質(zhì)量分布和形狀。布格重力異常是經(jīng)過地形校正、密度校正（通常采用均衡校正或布格校正）后得到的重力異常，它主要反映了地殼內(nèi)部密度不均勻體的分布。大地異常是僅經(jīng)過地形校正的重力異常，它同時受到地殼地形和地殼內(nèi)部密度不均勻性的影響。球冠異常是假設(shè)地球內(nèi)部密度分布均勻，僅由一個球冠狀密度不均勻體引起的理論重力異常。布格異常可以看作是大地異常減去一個與地殼平均密度和地形相關(guān)的理論異常，從而更純粹地反映深部密度異常。大地異常則介于布格異常和球冠異常之間。解析思路：首先回答萬有引力定律的內(nèi)容及其在地球重力場研究中的基礎(chǔ)作用。然后明確布格重力異常的定義，強(qiáng)調(diào)其經(jīng)過地形和密度校正，主要反映深部結(jié)構(gòu)。接著區(qū)分大地異常和球冠異常，說明大地異常包含地形和內(nèi)部異常的影響，而球冠異常是理想化模型。最后清晰闡述三者之間的關(guān)系，特別是布格異常與大地異常及球冠異常的數(shù)學(xué)和物理聯(lián)系。二、答案：密度界面是指地球內(nèi)部具有不同平均密度的兩個相鄰圈層或地質(zhì)體的分界面。密度異常是指地球內(nèi)部某區(qū)域巖石的平均密度與周圍介質(zhì)平均密度之間的差異。正密度異常指該區(qū)域巖石密度大于周圍介質(zhì)，負(fù)密度異常則相反。均衡理論認(rèn)為，地球內(nèi)部存在一種力（補(bǔ)償力）使得地殼達(dá)到一種力學(xué)的平衡狀態(tài)。地殼的均衡補(bǔ)償現(xiàn)象解釋了布格重力異常的分布規(guī)律，即密度較高的地殼隆起區(qū)（如高山、地壘）會對應(yīng)正重力異常，而密度較低的地洼區(qū)（如盆地、海溝）會對應(yīng)負(fù)重力異常，這種異常反映了地殼物質(zhì)在垂直方向上的調(diào)整以達(dá)到均衡狀態(tài)。解析思路：首先定義密度界面和密度異常的概念。然后闡述均衡理論的核心思想，即地殼的力學(xué)平衡狀態(tài)。接著將均衡理論與布格重力異常聯(lián)系起來，解釋正負(fù)異常與地殼隆起、沉降（密度高低）之間的對應(yīng)關(guān)系，說明這是均衡補(bǔ)償作用的結(jié)果。三、答案：地磁場的主要特征包括具有磁北極和磁南極、磁場強(qiáng)度隨距離衰減、存在磁傾角和磁偏角等。地磁異常是實際測量的地磁場強(qiáng)度與地磁模型計算的正常磁場強(qiáng)度之間的差值?？倛霎惓Ｊ强倛鰪?qiáng)度（T）的異常。航磁異常通常指航空磁測獲得的總場強(qiáng)度異常。地磁異常的形成機(jī)制主要是由地核內(nèi)的發(fā)電機(jī)過程產(chǎn)生的主磁場，以及由地殼和上地幔巖石圈中的磁化體（感應(yīng)磁化或原生磁化）引起的附加磁場。感應(yīng)磁化是巖石在主磁場作用下產(chǎn)生的附加磁場，其方向與主磁場方向一致，強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度成正比；原生磁化是巖石在形成或冷卻過程中獲得的固有磁性，其方向和強(qiáng)度取決于巖石類型和形成時的地磁場方向。解析思路：先描述地磁場的基本特征。然后定義地磁異常的概念。接著重點解釋地磁異常的成因，區(qū)分主磁場和外源附加磁場（感應(yīng)磁化為主）。最后詳細(xì)說明感應(yīng)磁化的原理（隨主場變化）和原生磁化的特點（巖石固有屬性），并指出兩者對異常的貢獻(xiàn)。四、答案：影響巖石磁化率的因素主要包括：礦物成分（不同礦物的磁化率差異很大，如鐵磁性礦物磁化率高，順磁性礦物較低）、溫度（高溫會降低磁化率）、壓力（高壓通常會增加磁化率）、圍壓環(huán)境（應(yīng)力狀態(tài)會影響磁化率方向）、化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)等。不同類型的巖石因其礦物組成和形成環(huán)境的差異，具有不同的磁化率。例如，富含鐵磁性礦物的火山巖（如玄武巖）通常具有較高的磁化率，而沉積巖和變質(zhì)巖的磁化率通常較低。利用磁異常進(jìn)行巖性劃分和找礦時，可以通過分析磁異常的強(qiáng)度、形態(tài)、梯度變化等特征，識別出磁化率差異明顯的巖體或礦體。高磁化率巖體或礦體通常對應(yīng)較強(qiáng)的正磁異常。解析思路：首先列出影響巖石磁化率的多種因素。然后舉例說明不同巖石類型（如火山巖、沉積巖/變質(zhì)巖）因礦物成分差異導(dǎo)致磁化率不同。最后闡述如何利用這種磁化率差異，通過分析磁異常特征來進(jìn)行巖性劃分和找礦。五、答案：利用布格重力異常推斷莫霍面深度通常采用經(jīng)驗公式或半經(jīng)驗公式。常見的方法是利用莫霍面上的橫向梯度或特定頻率的球諧系數(shù)異常。例如，可以使用經(jīng)驗公式Δg≈(γ_b-γ_c)*Δh，其中Δg是布格異常在莫霍面處的理論值（或觀測值與地形校正后的差值），γ_b和γ_c分別是地表和莫霍面處的重力加速度，Δh是莫霍面深度。另一種方法是利用莫霍面引起的球冠諧和分解中的特定階次球諧系數(shù)異常來反演深度。識別斷裂構(gòu)造主要依據(jù)重磁異常的突變、中斷、扭曲、梯級帶等特征。例如，區(qū)域性重力高或低異常的突然中斷或錯位，或者航磁異常的急劇變化和方向改變，往往指示了斷裂的存在。解析思路：先說明布格異常與莫霍面深度存在理論聯(lián)系。然后給出具體的推斷方法（經(jīng)驗公式或球諧分析）。接著重點解釋如何利用重磁異常的幾何形態(tài)變化（如中斷、扭曲、梯級）來識別斷裂構(gòu)造，并給出具體異常特征。六、答案：古地磁學(xué)的基本原理是巖石在形成或冷卻過程中，如果處于地球磁場中，其內(nèi)部的磁性礦物會沿著當(dāng)時的磁場方向定向，從而將古地磁方向“凍結(jié)”在巖石中，形成巖石剩磁（RM）。通過測量大量巖石樣品的剩磁方向，可以計算出古地磁極的位置。古地磁極路徑是連接不同地質(zhì)時代古地磁極位置的一系列點構(gòu)成的曲線。通過分析古地磁極路徑的分布和變化，可以重建古板塊的位置、漂移路徑，識別構(gòu)造縫合線，建立全球或區(qū)域性的磁性地層年表，從而為板塊構(gòu)造理論提供重要證據(jù)。例如，通過對比不同大陸在同一地質(zhì)年代的古緯度，可以證明它們曾經(jīng)是連接在一起的大陸塊。解析思路：首先解釋古地磁記錄信息的原理（巖石剩磁的形成）。然后說明如何通過測量剩磁方向計算古地磁極。接著闡述古地磁極路徑的意義及其在板塊構(gòu)造研究中的應(yīng)用，如重建古地理位置、確定板塊運(yùn)動、建立地磁年表等，并舉例說明。七、答案：利用重磁資料研究造山帶結(jié)構(gòu)的方法是多方面的。重力方面，可以通過分析布格重力異常的形態(tài)（如高值區(qū)、低值區(qū)）、梯度變化（如重力梯級帶）來推斷造山帶的寬度、地殼厚度、是否存在隱伏斷裂、鹽下構(gòu)造等。例如，造山帶內(nèi)部常表現(xiàn)為高重力異常，而大型裂谷或盆地則對應(yīng)低重力異常。磁力方面，可以利用航磁或地磁異常識別侵入巖體（通常表現(xiàn)為正磁異常）、變質(zhì)巖帶的展布、斷裂構(gòu)造（磁異常中斷、扭曲）。綜合重力和磁力資料，可以更全面地了解造山帶的地殼結(jié)構(gòu)、深部地幔狀態(tài)以及不同構(gòu)造單元的相互關(guān)系。例如，重力低值區(qū)可能對應(yīng)地幔部分熔融或軟弱帶，而磁異常的橫向變化可以反映地幔流體的活動。解析思路：分別從重力和磁力兩個角度闡述研究造山帶結(jié)構(gòu)的方法。重力方面強(qiáng)調(diào)異常形態(tài)和梯度的地質(zhì)意義（地殼厚度、斷裂、盆地）。磁力方面強(qiáng)調(diào)侵入體、變質(zhì)帶、斷裂的識別。最后強(qiáng)調(diào)重磁資料結(jié)合的優(yōu)越性，能夠提供更全面的構(gòu)造信息，并舉例說明。八、答案：重磁資料在大陸裂谷和洋中脊研究中有廣泛應(yīng)用。在大陸裂谷研究中，重力異常通常表現(xiàn)為裂谷盆地（地塹）區(qū)域的重力低（反映地殼減薄、密度增大或上地幔物質(zhì)上涌），兩側(cè)地壘區(qū)可能對應(yīng)重力高。航磁異常可以識別裂谷中的火山活動（正磁異常）、斷裂系統(tǒng)（異常中斷或扭曲）。洋中脊是洋殼形成的地方，表現(xiàn)為地殼薄、上地?？赡懿糠秩廴?。重力異常上表現(xiàn)為沿洋中脊延伸的線性低重力異常帶。航磁或地磁異常通常顯示為平行于洋中脊的正磁異常條帶（海底巖石磁性），反映了洋中脊的擴(kuò)張速率和巖漿活動歷史。地幔柱是深部地幔物質(zhì)上涌形成的巨大熱異常體，常與大規(guī)?；鹕交顒佑嘘P(guān)。利用重力高、磁異常強(qiáng)且具有特定空間分布特征（如柱狀或環(huán)狀）來識別地幔柱的存在。解析思路：分別針對大陸裂谷和洋中脊，結(jié)合重力和磁力特征進(jìn)行描述。裂谷：重力低（盆地）、重力高（地壘）、航磁識別火山和斷裂。洋中脊：重力低、航磁/地磁正異常條帶。地幔柱：重力高、磁異常強(qiáng)。強(qiáng)調(diào)異常特征與其地質(zhì)成因（地殼薄/厚、部分熔融、地幔上涌）的聯(lián)系。九、答案：單一的重力或磁力資料解釋往往存在多解性或局限性。例如，重力高可能由高密度巖體引起，也可能由地殼均衡補(bǔ)償?shù)穆∑鹨?。磁異常的形態(tài)可能由不同巖性的磁化率差異引起，也可能受到巖層產(chǎn)狀、地形等多種因素影響。為了提高對地下隱伏構(gòu)造探測的可靠性，可以綜合運(yùn)用重力和磁力資料。例如，在尋找隱伏斷裂時，如果重力異常不明顯，但磁異常在斷裂處出現(xiàn)明顯的錯斷、扭曲或梯度變化，結(jié)合區(qū)域重力背景，可以更有力地推斷斷裂的存在。同樣，重力低異常與磁異常的配合分析，可以更好地區(qū)分是地殼沉降還是上地幔密度增低。此外，還可以結(jié)合地震、遙感等其他地球物理或地質(zhì)資料進(jìn)行綜合解釋。解析思路：指出單一重磁資料的局限性（多解性）。然后提出綜合應(yīng)用的優(yōu)勢，通過具體例子（如斷裂識別、盆地性質(zhì)判別）說明如何利用重磁結(jié)合提高解釋的可靠性。最后強(qiáng)調(diào)結(jié)合其他手段進(jìn)行綜合評價的重要性。十、答案：重磁異常解釋中存在的主要不確定性和局限性包括：①模型依賴性：重力異常解釋依賴于地球模型（如地殼密度結(jié)構(gòu)、地幔密度結(jié)構(gòu)）和地形校正模型，模型的準(zhǔn)確性直接影響解釋結(jié)果。②非均勻性：地殼和上地幔的密度、磁化率分布并非均勻連續(xù)，存在局部異常，使得異常的來源和影響范圍難以精確確定。③礦物效應(yīng)：局部礦體的存在可能干擾區(qū)域重磁場的背景場，使得區(qū)域場和局部場的分離變得困難。④褶皺和傾角效應(yīng)：地層的褶皺和傾角會影響磁異常的形態(tài)和走向，尤其是在解釋區(qū)域構(gòu)造時需要考慮。⑤數(shù)據(jù)質(zhì)量和分辨率：實測數(shù)據(jù)受儀器精度、噪聲、干擾等因素影響，且空間分辨率有限，可能無法分辨太小的構(gòu)造單元?？朔@些局限性需要：①采用更精確的地球模型和數(shù)據(jù)處理技術(shù)（如聯(lián)合反演）。