2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——理學(xué)技處理速地球構(gòu)成可考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在地震波傳播理論中，以下哪種波型能夠穿越固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)介質(zhì)？（）A.P波（縱波）B.S波（橫波）C.R波（表面波）D.橫向壓縮波2.地球重力異常主要由以下哪個(gè)因素引起？（）A.地磁場(chǎng)變化B.地球自轉(zhuǎn)速度變化C.地球內(nèi)部密度不均勻D.海洋與大陸的分布3.在電法勘探中，如果探測(cè)目標(biāo)是埋藏較淺的高電阻率體，以下哪種裝置形式通常效果更好？（）A.溫納裝置B.偶極-偶極裝置C.斯倫貝謝裝置D.西拉裝置4.地震層析成像的主要目的是？（）A.精確測(cè)定地震波振幅B.探測(cè)地下特定構(gòu)造的幾何形態(tài)和物理參數(shù)的空間分布C.計(jì)算地殼厚度D.確定震源位置5.地球磁場(chǎng)的起源主要與以下哪個(gè)因素有關(guān)？（）A.地球內(nèi)部液態(tài)外核的對(duì)流運(yùn)動(dòng)B.地球表面太陽(yáng)風(fēng)的作用C.地球內(nèi)部放射性元素衰變D.地球自轉(zhuǎn)6.地震波從波速較低介質(zhì)入射到波速較高介質(zhì)時(shí)，以下哪個(gè)物理量會(huì)發(fā)生改變？（）A.波速B.頻率C.波長(zhǎng)D.傳播方向7.重力異常與布格異常的關(guān)系是？（）A.布格異常等于正常重力值減去異常重力值B.布格異常等于異常重力值C.布格異常是在正常重力基礎(chǔ)上扣除地形、盆地和密度不均勻影響后的重力異常D.布格異常是大地水準(zhǔn)面差距引起的8.地震反射法勘探中，能夠有效區(qū)分P波和S波的界面稱為？（）A.莫霍面B.古登堡面C.分界面D.反射界面9.地球內(nèi)部存在一個(gè)“液核”，其主要依據(jù)是？（）A.地震波速度在地下某個(gè)深度發(fā)生急劇變化B.地球密度隨深度增加而變化不大C.地球自轉(zhuǎn)速度存在歲差和章動(dòng)D.地球磁場(chǎng)呈現(xiàn)偶極場(chǎng)特性10.地球物理反演的主要目的是？（）A.獲取野外原始觀測(cè)數(shù)據(jù)B.將觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地下介質(zhì)參數(shù)的分布C.對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理D.繪制地質(zhì)剖面圖二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.地震波按質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系可分為_(kāi)_____波和______波。2.地球物理勘探中常用的場(chǎng)包括______場(chǎng)、______場(chǎng)、______場(chǎng)和______場(chǎng)。3.重力勘探中，由地形起伏引起的重力異常稱為_(kāi)_____異常。4.地震反射法中，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，反射波能量達(dá)到最大值，此時(shí)透射波成為_(kāi)_____波。5.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究表明，地下約2900公里深度存在一個(gè)顯著的速度間斷面，稱為_(kāi)_____面，它大致對(duì)應(yīng)于地幔與______的界面。6.地球物理數(shù)據(jù)處理主要包括______、______和反演等基本步驟。7.磁異常的解釋通常需要考慮______和______兩種來(lái)源。8.電法勘探中，電阻率是反映介質(zhì)______的物理參數(shù)。9.地震層析成像中，利用地震波______的原理來(lái)推斷地下介質(zhì)的不均勻性。10.綜合運(yùn)用多種地球物理方法可以______地質(zhì)信息的可靠性。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述地震P波和S波在傳播速度、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方式及傳播介質(zhì)上的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述重力勘探中，如何通過(guò)布格重力異常來(lái)推斷地殼密度變化。3.簡(jiǎn)述電法勘探中，選擇合適裝置形式需要考慮哪些主要因素。4.簡(jiǎn)述地震反射法能夠探測(cè)地下結(jié)構(gòu)的基本原理。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.已知地震波在均勻介質(zhì)中傳播的速度為v=8km/s。一聲源發(fā)出P波和S波，P波到達(dá)檢波器的時(shí)間比S波早3秒。求震源到檢波器的距離以及P波和S波在介質(zhì)中的傳播速度（假設(shè)S波速度是P波速度的0.6倍）。2.某重力測(cè)量剖面顯示，在地表某點(diǎn)測(cè)得布格重力異常為γ_b=-50mGal。已知該地區(qū)正常重力值為γ_0=980mGal，平均巖石密度ρ_1=2.6g/cm3，地表平均地形高程為h_1=500m，地殼平均密度ρ_2=2.8g/cm3，地殼平均厚度為H=35km。請(qǐng)估算該點(diǎn)下方地殼是否存在密度異常（簡(jiǎn)述思路并計(jì)算）。五、論述題（每題15分，共30分）1.論述地球物理反演的基本概念、主要方法及其在探測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合你所學(xué)的地球物理方法，論述如何綜合運(yùn)用多種地球物理數(shù)據(jù)來(lái)提高對(duì)地下結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的可靠性。試卷答案一、選擇題1.A*解析思路：P波（縱波）是體波，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向一致，能夠穿過(guò)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)介質(zhì)。S波（橫波）是體波，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波傳播方向，只能穿過(guò)固態(tài)介質(zhì)。R波（表面波）是面波，只能在介質(zhì)表面?zhèn)鞑?。橫向壓縮波通常指S波。2.C*解析思路：重力異常是實(shí)際重力值與該處正常重力值的差值。正常重力值與地球形狀、密度分布等有關(guān)。實(shí)際重力受地下密度異常體的影響顯著，密度不均勻是引起重力異常的主要原因。3.B*解析思路：偶極-偶極裝置（AB/AB'）具有中長(zhǎng)距離的特點(diǎn)，其場(chǎng)分布對(duì)淺、中等深度的高阻體有較好的響應(yīng)，且裝置本身對(duì)淺部干擾相對(duì)較小，適合探測(cè)淺部目標(biāo)。4.B*解析思路：地震層析成像的核心思想是通過(guò)收集大量地震走時(shí)（或其他波動(dòng)量）數(shù)據(jù)，建立目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部物理參數(shù)（通常為速度）與觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，利用反向傳播算法推斷出能夠最好地?cái)M合觀測(cè)數(shù)據(jù)的地下參數(shù)分布圖像。5.A*解析思路：目前的科學(xué)主流觀點(diǎn)認(rèn)為，地球液態(tài)外核的對(duì)流運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生地球磁場(chǎng)的主要機(jī)制，即發(fā)電機(jī)理論。6.C*解析思路：根據(jù)波速公式v=fλ，頻率f由波源決定，在介質(zhì)中傳播時(shí)保持不變。波速v和波長(zhǎng)λ由介質(zhì)性質(zhì)決定。當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波速v會(huì)改變，由于頻率f不變，因此波長(zhǎng)λ也必須隨之改變。7.C*解析思路：布格異常是在觀測(cè)點(diǎn)的正常重力值基礎(chǔ)上，系統(tǒng)性地扣除地形改正、中間層改正（或自由空氣改正與地形改正之和）以及地殼密度異常引起的那部分重力效應(yīng)后的異常值，它更接近于地下深部均質(zhì)半空間情況下的重力表現(xiàn)。8.A*解析思路：莫霍面（Moho）是地殼與上地幔頂部之間的分界面。在該界面附近，由于P波速度發(fā)生顯著增加，而S波速度急劇下降（甚至消失），使得P波發(fā)生顯著反射和折射，S波完全折射消失，因此P波和S波在此界面處行為差異最大，是區(qū)分兩者的關(guān)鍵界面。9.A*解析思路：地震學(xué)證據(jù)表明，地震波通過(guò)地下某個(gè)深度（約2900公里）時(shí)，S波完全消失，而P波速度發(fā)生明顯變化，這表明該深度下方存在物理狀態(tài)（主要是流體性質(zhì)）與上方不同的介質(zhì)，即液態(tài)的外核。10.B*解析思路：地球物理反演的根本目標(biāo)是將采集到的地球物理觀測(cè)數(shù)據(jù)（如重力、磁力、地震波形等）通過(guò)數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)方法，轉(zhuǎn)換成對(duì)地下介質(zhì)物理性質(zhì)（如密度、磁化率、速度、孔隙度等）及其空間分布的定量描述。二、填空題1.縱；橫*解析思路：地震波根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系分為縱波（P波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致）和橫波（S波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向垂直）。2.重力；磁；電；地震*解析思路：地球物理學(xué)主要研究地球的物理場(chǎng)，包括由質(zhì)量分布不均引起的重力場(chǎng)，由磁性物質(zhì)分布引起的磁場(chǎng)，由電性差異引起的電場(chǎng)，以及由巖石介質(zhì)振動(dòng)引起的地震波場(chǎng)。3.自由空氣*解析思路：自由空氣異常是指僅由觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)面的高程變化引起的重力異常，與地形起伏有關(guān)。4.折射*解析思路：當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，入射的P波能量不再透射進(jìn)入第二介質(zhì)，而是全部被界面所反射，此時(shí)對(duì)應(yīng)的透射波（如果存在）會(huì)沿著界面掠射傳播，表現(xiàn)為折射波。5.莫霍；下核*解析思路：莫霍面（Mohorovi?i?discontinuity）是克羅地亞地震學(xué)家莫霍洛維奇根據(jù)地震波速度變化發(fā)現(xiàn)的地球內(nèi)部界面，標(biāo)志著地殼與上地幔的界限。地下約2900公里深度存在一個(gè)顯著的速度間斷面，S波消失，P波速度降低，表明下方為液態(tài)的外核，上方為固態(tài)的下地幔。6.預(yù)處理；正演*解析思路：地球物理數(shù)據(jù)處理流程通常包括對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查、去噪、校正等預(yù)處理步驟，以及將觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)理論模型正演得到預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)或進(jìn)行圖像化展示的步驟，最后才是反演。7.礦物磁性；巖體磁性*解析思路：地磁異常來(lái)源復(fù)雜，主要可以分為來(lái)自局部磁化礦物（如磁鐵礦）的磁性引起的局部異常，以及來(lái)自較大范圍巖體整體磁化狀態(tài)（巖體磁性）引起的區(qū)域異常。8.導(dǎo)電能力（或電阻率反比）*解析思路：電阻率是衡量材料對(duì)電流通過(guò)阻礙程度的一個(gè)物理量，在電法勘探中，通常電阻率高低反映了地下介質(zhì)導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱。電阻率與導(dǎo)電能力成反比關(guān)系。9.走時(shí)（或傳播時(shí)間）*解析思路：地震層析成像的核心原理是利用地震波在不同介質(zhì)中傳播速度的差異，通過(guò)測(cè)量大量地震波的走時(shí)（或時(shí)間延遲），建立走時(shí)與地下介質(zhì)密度、速度等參數(shù)之間的關(guān)系，從而反演地下結(jié)構(gòu)。10.提高*解析思路：?jiǎn)我坏厍蛭锢矸椒ㄍ嬖诰窒扌?，可能受到多種因素干擾或?qū)δ承┑刭|(zhì)體不敏感。綜合運(yùn)用多種方法（如聯(lián)合反演）可以互相驗(yàn)證、取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而提高對(duì)地下結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的準(zhǔn)確性和可靠性。三、簡(jiǎn)答題1.答：地震P波（縱波）是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向一致的體波，傳播速度最快，能穿過(guò)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)介質(zhì)。地震S波（橫波）是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波傳播方向的體波，傳播速度較慢，只能穿過(guò)固態(tài)介質(zhì)，不能在液態(tài)和氣態(tài)中傳播。兩者在傳播速度、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)形式及傳播介質(zhì)范圍上存在本質(zhì)區(qū)別。*解析思路：此題考查P波和S波的基本性質(zhì)對(duì)比，需分別說(shuō)明兩者的振動(dòng)方向、傳播速度及其依賴的介質(zhì)狀態(tài)。這是地震學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。2.答：重力勘探中，通過(guò)計(jì)算并扣除自由空氣改正和布格改正后得到的重力異常，主要反映了地下深處（地殼內(nèi)部及以下）密度異常體引起的重力效應(yīng)。通常，地殼平均密度比上地幔頂部密度略小，如果地殼內(nèi)部存在密度較高的異常體（如巖漿巖體），則會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的布格重力異常正值增大；如果存在密度較低的異常體（如鹽丘、構(gòu)造破碎帶），則會(huì)導(dǎo)致布格重力異常負(fù)值增大或減小。因此，通過(guò)分析布格重力異常的分布和強(qiáng)度，可以推斷地殼內(nèi)部的密度變化和可能存在的地質(zhì)構(gòu)造或礦體。*解析思路：此題考查布格異常的物理意義和解釋應(yīng)用。關(guān)鍵在于理解布格改正的原理及其主要消除哪些因素的影響，從而明確布格異常主要與地下深部介質(zhì)密度異常相關(guān)。3.答：選擇電法勘探裝置形式時(shí)需綜合考慮以下因素：①探測(cè)目標(biāo)的大小、深度和埋藏形態(tài)；②地下介質(zhì)的電性分布特征（目標(biāo)與圍巖的電阻率差異）；③對(duì)探測(cè)深度和分辨率的要求；④現(xiàn)場(chǎng)地形地貌條件；⑤供電和測(cè)量設(shè)備的性能限制（如供電電流大小、測(cè)量?jī)x器靈敏度）；⑥經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本。不同的裝置（如溫納、偶極-偶極、斯倫貝謝、西拉等）具有不同的場(chǎng)分布特征和探測(cè)特性，適用于不同的勘探目標(biāo)和條件。*解析思路：此題考查電法勘探裝置選擇的基本原則。需要從目標(biāo)體、介質(zhì)、儀器、地形、成本等多個(gè)實(shí)際影響因素進(jìn)行闡述。4.答：地震反射法的基本原理是利用人工震源激發(fā)的地震波在傳播過(guò)程中遇到不同界面（如地層面、構(gòu)造界面、巖性界面等）時(shí)發(fā)生反射和折射。當(dāng)界面傾斜角度較小（即入射角較小時(shí)），大部分能量被界面反射回地面，形成可以被檢波器接收到的反射波。通過(guò)記錄反射波到達(dá)的時(shí)間（走時(shí)）、振幅、相位等信息，繪制地震記錄剖面圖。然后，利用地震反射波理論（如射線理論）建立地下界面位置（深度）、幾何形態(tài)（如斷層、褶皺）與地表觀測(cè)到的反射波數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，最終解釋地下結(jié)構(gòu)。*解析思路：此題考查地震反射法的基本工作原理。需說(shuō)明波在界面上的反射現(xiàn)象、如何記錄反射波信息，以及如何利用這些信息來(lái)推斷地下結(jié)構(gòu)。四、計(jì)算題1.解：*設(shè)震源到檢波器距離為x，P波速度為v_p，S波速度為v_s。已知v_s=0.6*v_p。*P波走時(shí)t_p=x/v_p，S波走時(shí)t_s=x/v_s。*根據(jù)題意，t_p=t_s+3秒。*代入速度關(guān)系，得x/v_p=x/(0.6*v_p)+3。*整理得x/v_p=(5/3)*(x/v_p)+3。*x/v_p-(5/3)*(x/v_p)=3。*(3/3-5/3)*(x/v_p)=3。*(-2/3)*(x/v_p)=3。*x/v_p=-3/(-2/3)=3*(3/2)=4.5秒。*x=4.5*v_p。*將v_p=8km/s代入，得x=4.5*8km=36km。*P波速度v_p=8km/s，S波速度v_s=0.6*v_p=0.6*8km/s=4.8km/s。*驗(yàn)算：t_p=36km/8km/s=4.5s；t_s=36km/4.8km/s=7.5s。t_p-t_s=4.5-7.5=-3s。與題意t_p比t_s早3秒（即t_p=t_s-3）相符。*答：震源到檢波器距離為36公里。P波速度為8km/s，S波速度為4.8km/s。2.解：*布格異常γ_b=γ_0-γ_1'。其中γ_1'是考慮地形和地殼修正后的異常。*γ_1'=γ_0-Δγ_地形-Δγ_殼。*自由空氣改正Δγ_地形≈0.3086*h_1=0.3086*500mGal=154.3mGal。*假設(shè)采用中間層改正，Δγ_殼=(ρ_2-ρ_1)*g*H/(1+2*(ρ_2*H)/(ρ_1*(H+D)))。其中ρ_1=2.6g/cm3,ρ_2=2.8g/cm3,g≈980.6cm/s2,H=35000m,D=0(假設(shè)地表為參考點(diǎn))。*Δγ_殼≈(2.8-2.6)*980.6*35000/(1+2*2.8*35000/(2.6*35000))mGal*Δγ_殼≈0.2*980.6*35000/(1+2*2.8/2.6)mGal*Δγ_殼≈1961200/(1+2.1538)mGal*Δγ_殼≈1961200/3.1538mGal≈622.2mGal。*γ_1'=980mGal-154.3mGal-622.2mGal=203.5mGal。*布格異常γ_b=980mGal-203.5mGal=776.5mGal。*題目中給出γ_b=-50mGal。計(jì)算結(jié)果γ_b=776.5mGal與觀測(cè)值-50mGal差異巨大。*分析：計(jì)算得到的布格異常為正值（776.5mGal），而觀測(cè)值為負(fù)值（-50mGal）。這表明假設(shè)的地殼參數(shù)（密度、厚度）或計(jì)算模型與實(shí)際不符，或者題目中給出的參數(shù)、觀測(cè)值存在錯(cuò)誤。如果嚴(yán)格按照題目給出的γ_b=-50mGal來(lái)反推，則意味著地下存在一個(gè)導(dǎo)致重力值比均質(zhì)模型下要低的異常效應(yīng)。這可能對(duì)應(yīng)于一個(gè)密度顯著低于地殼平均值的深部構(gòu)造（如大型鹽體、巖漿房上部）或者地殼厚度顯著變薄的區(qū)域。*簡(jiǎn)要回答：計(jì)算得到的布格異常為正值776.5mGal，與題目給出的負(fù)值-50mGal不符。這提示題目給定的參數(shù)可能不匹配或存在誤差。若強(qiáng)制解釋觀測(cè)的負(fù)值異常，可能暗示存在密度顯著低于平均值的深部地下體或地殼局部缺失。五、論述題1.答：地球物理反演是指從已知的地球物理觀測(cè)數(shù)據(jù)（如重力、磁力、電法、地震等數(shù)據(jù)的測(cè)量值或?qū)?shù)）出發(fā)，利用數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)方法，推斷產(chǎn)生這些觀測(cè)數(shù)據(jù)的地下介質(zhì)物理性質(zhì)（如密度、磁化率、電導(dǎo)率、聲波速度、孔隙度等）及其空間分布的過(guò)程。其主要方法包括：①基于解析解的反演（適用于簡(jiǎn)單幾何模型）；②基于數(shù)值模擬的迭代反演（如正則化反演、最小二乘反演、模擬退火、遺傳算法等）；③聯(lián)合反演（將不同方法的數(shù)據(jù)聯(lián)合進(jìn)行反演，以提高解的穩(wěn)定性和可靠性）。反演在探測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，例如通過(guò)地震層析成像研究地幔對(duì)流和地殼結(jié)構(gòu)，通過(guò)重力反演探測(cè)地殼和上地幔密度異常，通過(guò)電法反演圈定礦體或含水構(gòu)造。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：①地球模型的復(fù)雜性遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)室模型，觀測(cè)數(shù)據(jù)常伴隨噪聲和不確定性；②反演問(wèn)題的不適定性（解對(duì)初始模型和參數(shù)的敏感性強(qiáng)，存在多解性）；③如何選擇合適的反演算法和正則化參數(shù)以獲得穩(wěn)定且有物理意義的解；④如何有效利用