2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——電磁法在巖土工程勘察中的應用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填入括號內）1.電磁法勘探中，決定趨膚深度的主要因素是（）。A.磁導率B.介電常數(shù)C.頻率D.磁場強度2.在頻率域電磁法測量中，當頻率降低時，探測深度（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小3.時間域電磁法（TDEM）中，二次場衰減的主要機制是（）。A.一次場能量損失B.介電損耗C.磁導率損耗D.地球磁場干擾4.下列哪種電磁法儀器更適合探測淺層、高阻異常體？（）A.時間域電磁儀（長時程）B.頻率域電磁儀（高頻）C.時間域電磁儀（短時程）D.音頻大地電磁儀（AMT）5.電磁法勘探中，為了減小地形影響，常采用的方法是（）。A.提高測量頻率B.增大測量距離C.采用對稱四極測量裝置D.進行地形校正6.在巖土工程勘察中，利用電磁法探測地下水時，通常地下水富集區(qū)的電性特征表現(xiàn)為（）。A.高阻B.低阻C.高磁導率D.低磁導率7.將野外測得的視電阻率（ρ_a）轉換為實際電阻率（ρ）需要進行（）。A.深度校正B.儀器校準C.信號濾波D.頻率轉換8.電磁法一維反演的主要目的是（）。A.獲取地表電性分布B.確定地下介質結構C.計算大地電磁阻抗D.分析數(shù)據(jù)噪聲來源9.電磁法在樁基完整性檢測中，主要探測的是（）。A.樁身混凝土的密實度B.樁端持力層情況C.樁周土體性質D.地下管線分布10.下列關于電磁法在巖土工程中應用局限性的描述，錯誤的是（）。A.對高阻異常體探測效果較好B.易受地形起伏影響C.對含水量變化敏感D.受土壤介質電化學活動影響二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線上）1.電磁法勘探基于電磁場與______相互作用的原理。2.電磁法根據(jù)工作頻率可分為______域和______域兩大類。3.時間域電磁法中，感應系數(shù)（S）是______與______之比。4.頻率域電磁法中，視電阻率（ρ_a）是______與______之比。5.野外電磁法數(shù)據(jù)采集時，選擇合適的______和______至關重要。6.電磁法數(shù)據(jù)處理的首要步驟通常是______。7.電磁法反演的目標是將測量的______數(shù)據(jù)轉換為地下______模型的過程。8.在巖土工程中，電磁法可用于劃分______、探測______等。9.電磁法測量結果受______、______和______等因素的非均勻性影響。10.解釋電磁法資料時，必須結合______、______和物探結果進行綜合分析。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述趨膚效應的概念及其對電磁法探測深度的影響。2.簡述頻率域電磁法與時間域電磁法在原理、儀器和數(shù)據(jù)處理方面的主要區(qū)別。3.簡述電磁法在巖土工程勘察中進行數(shù)據(jù)采集時，需要考慮的主要因素。4.簡述視電阻率與實際電阻率之間的區(qū)別，以及進行深度校正的必要性。四、計算題（每題10分，共20分）1.某一維地電模型由地表以下10米高阻層（ρ?=100Ω·m）和其下的低阻層（ρ?=10Ω·m）組成。假設測量頻率為1kHz，地磁垂直分量T=50μT。請計算：（1）高阻層頂面的視電阻率ρ_a1；（2）低阻層頂面的視電阻率ρ_a2。（注：可使用簡化公式或查表獲取頻率系數(shù)K(1kHz)）2.在一次音頻大地電磁（AMT）測量中，測得某測點的水平電場分量E_x和水平磁場分量H_y在兩個正交方向上的分量分別為：E_x1=5μV/m,H_y1=10nA/m；E_x2=-5μV/m,H_y2=-10nA/m。請計算該測點的大地電磁阻抗Z_xy及其幅值|Z_xy|和相位φ。五、論述題（10分）結合具體的巖土工程應用場景（如場地勘察、基礎工程等），論述電磁法作為一種物探手段，其優(yōu)勢、局限性以及在實際應用中需要注意的關鍵問題。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.D4.C5.D6.B7.A8.B9.A10.A二、填空題1.地下介質2.頻率；時間3.地下總場垂直分量；一次場垂直分量4.交變電場垂直分量有效值；交變磁場水平分量有效值5.測點距；電極距/線圈距6.基線校正7.視參數(shù)；真實物理參數(shù)8.土層；地下水9.地形；土壤介質電性；儀器系統(tǒng)10.地質資料；工程經(jīng)驗三、簡答題1.解析思路：趨膚效應是指高頻交流電在通過導體時，其電流密度在趨近導體表面處最大，而在內部隨深度增加呈指數(shù)衰減的現(xiàn)象。電磁法中，地下介質對電磁波的衰減作用也導致電磁場能量隨深度增加而減弱。頻率越低，趨膚深度越大，探測深度越深；頻率越高，趨膚深度越小，探測深度越淺。因此，趨膚效應直接影響了電磁法對不同深度地質體的探測能力。2.解析思路：頻率域電磁法通過測量一組不同頻率下的電場和磁場響應來計算視電阻率。其原理基于頻域的電磁場方程，儀器通常為固定頻率的發(fā)射機和接收機。數(shù)據(jù)處理主要涉及從測量數(shù)據(jù)計算阻抗張量，并進行反演。時間域電磁法通過測量一次場衰減和二次場激發(fā)來計算感應系數(shù)，原理基于時域電磁感應定律，儀器通常為脈沖發(fā)射機和接收機。數(shù)據(jù)處理主要涉及基線校正和反演計算二次場衰減率。兩者在原理、儀器、數(shù)據(jù)獲取方式和處理流程上存在顯著差異。3.解析思路：電磁法數(shù)據(jù)采集需考慮：①場地條件：包括地形地貌、覆蓋層性質、地下管線、電磁干擾源等；②測量目標：根據(jù)探測深度、精度要求選擇合適的儀器類型、測量頻率/時程、裝置類型（如對稱四極、偶極-偶極等）；③參數(shù)設置：合理選擇測點距、電極距/線圈距，確保信號質量和數(shù)據(jù)可比性；④質量控制：進行系統(tǒng)校準、重復測量、環(huán)境磁干擾測量等，確保數(shù)據(jù)可靠性。4.解析思路：視電阻率ρ_a是在地表測量得到的、綜合考慮了地表地形、土壤介質分布、儀器裝置以及工作頻率等因素影響下的等效電性參數(shù)，它并非地下某一點的真實電阻率值。實際電阻率ρ是地下某一點固有的物理參數(shù)。由于地表非均勻性和裝置效應，視電阻率與實際電阻率之間存在差異。進行深度校正的目的，是利用地形校正等方法消除或減弱地形起伏對視電阻率的影響，并估算在忽略地形影響情況下，地表某測點“正下方”地下的等效電阻率，從而更準確地推斷地下電性結構。四、計算題1.解析思路：（1）計算高阻層頂面視電阻率ρ_a1：此時電磁波穿透的是ρ?層，深度d=10m。根據(jù)簡化公式ρ_a≈ρ*K(f,d)，其中K(1kHz,10m)需要查表或計算得到。假設查表或計算得K(1kHz,10m)≈0.8，則ρ_a1≈100*0.8=80Ω·m。（2）計算低阻層頂面視電阻率ρ_a2：此時電磁波穿透的是ρ?和ρ?層，總深度d=10m。假設查表或計算得K(1kHz,10m)≈0.8，則ρ_a2≈(100*0.8+10)/(1+0.8*10/100)≈18.18Ω·m。（注：此處使用了一個簡化的雙層模型反演公式，具體計算可能因公式選擇不同而略有差異）答案：ρ_a1≈80Ω·m；ρ_a2≈18.18Ω·m。2.解析思路：（1）計算大地電磁阻抗Z_xy：Z_xy=E_x/H_y。在第一個方向：Z_xy1=E_x1/H_y1=(5μV/m)/(10nA/m)=500Ω。在第二個方向：Z_xy2=E_x2/H_y2=(-5μV/m)/(-10nA/m)=500Ω。由于兩個方向的阻抗值相同，說明場源方向與測線方向一致。（2）計算幅值|Z_xy|：|Z_xy|=|Z_xy1|=500Ω。（3）計算相位φ：由于E_x和H_y在兩個方向上符號相反，但幅值相等，說明在測點處，電場和磁場同相或反相。根據(jù)分量正負，可以判斷相位φ=0°或φ=180°。通常取主值，φ=0°。答案：Z_xy=500Ω（或-500Ω）；|Z_xy|=500Ω；φ=0°。五、論述題解析思路：論述需涵蓋電磁法在巖土工程中的應用優(yōu)勢、局限性以及關鍵問題。優(yōu)勢：①探測深度適中：頻率域電磁法可探測幾十米甚至上百米的深度，時間域電磁法可探測更深，適用于多數(shù)巖土工程勘察深度需求；②對水敏感：電磁法對土壤含水率變化反應靈敏，是探測地下水、識別飽和區(qū)、劃分土層界面的有效手段；③設備相對便攜：現(xiàn)代電磁儀體積小、重量輕，便于在野外復雜環(huán)境下使用；④應用廣泛：可用于場地初步勘察、詳細勘察、地基基礎檢測、環(huán)境監(jiān)測等多種場景。局限性：①對高阻體不敏感：電磁波在高阻介質中衰減快，探測深度受限，難以有效探測埋藏的深部高阻異常體（如基巖、干砂層）；②易受地形影響：地形起伏會導致信號路徑變化，引起視電阻率畸變，需要進行復雜的地形校正；③受土壤電化學活動影響：土壤中微生物活動、電極極化等電化學現(xiàn)象會干擾測量，影響數(shù)據(jù)準確性