2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——極地地球物理學(xué)研究進(jìn)展考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋1.冰蓋地球物理學(xué)2.極地雪層聲學(xué)探測3.極地古地磁學(xué)4.極地冰下湖地球物理證據(jù)5.極地地震學(xué)二、簡答題1.簡述極地冰蓋的存在對局部及區(qū)域重力場和磁場的主要影響機(jī)制。2.簡述雪層聲學(xué)探測（如冰鉆聲波探測）在極地冰蓋研究中主要獲取哪些信息？3.簡述極地地震記錄相較于中低緯度地區(qū)具有哪些顯著特點(diǎn)，以及這些特點(diǎn)對研究冰下地殼結(jié)構(gòu)的意義。4.簡述極地地球物理觀測面臨的主要環(huán)境挑戰(zhàn)有哪些？三、論述題1.論述極地古地磁學(xué)研究在重建地球古地磁極位置、古緯度以及板塊構(gòu)造歷史方面的重要作用。2.探討極地地?zé)嵬考捌浞植嫉难芯恳饬x，以及當(dāng)前主要的探測方法和面臨的挑戰(zhàn)。3.結(jié)合氣候變化背景，論述極地冰蓋massbalance（質(zhì)量平衡）變化的地球物理監(jiān)測方法及其對海平面上升預(yù)測的意義。試卷答案一、名詞解釋1.冰蓋地球物理學(xué)：研究地球物理現(xiàn)象、過程及其在冰蓋（包括大陸冰蓋、山麓冰川和冰原）中的表現(xiàn)，以及利用地球物理方法探測冰蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部邊界、流變性質(zhì)、底床形態(tài)和冰下環(huán)境（如水體、火山）等的學(xué)科領(lǐng)域。**解析思路：*考察對冰蓋地球物理學(xué)基本概念的掌握。答案應(yīng)包含其研究主體（冰蓋）、研究內(nèi)容（物理現(xiàn)象、過程、冰蓋特性）以及研究手段（地球物理方法）和目標(biāo)（探測內(nèi)部結(jié)構(gòu)、環(huán)境等）。2.極地雪層聲學(xué)探測：利用聲波（通常為壓縮波或剪切波）在雪層中傳播的特性和規(guī)律，通過人工激發(fā)和接收信號來探測雪層的厚度、密度、聲速結(jié)構(gòu)、內(nèi)部不連續(xù)面（如冰/雪界面、古代暴風(fēng)雪層、空洞）以及評估雪層力學(xué)性質(zhì)的一種地球物理探測技術(shù)，在極地冰蓋研究中應(yīng)用廣泛。**解析思路：*考察對雪層聲學(xué)探測原理和應(yīng)用的掌握。答案應(yīng)包含基本原理（聲波傳播）、探測目標(biāo)（厚度、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)）、技術(shù)形式（激發(fā)與接收）以及具體應(yīng)用場景（極地雪層/冰蓋）。3.極地古地磁學(xué)：利用極地地區(qū)（包括現(xiàn)存的冰蓋、凍土、巖石，以及古代沉積物和火山巖）中保存的古地磁記錄，研究地球磁場的長期變化歷史、古地理位置（古緯度）、古地磁極漂移、地殼運(yùn)動和地球內(nèi)部動力學(xué)過程的一門學(xué)科。**解析思路：*考察對古地磁學(xué)概念及其在極地應(yīng)用的掌握。答案應(yīng)包含研究對象（極地古磁記錄）、研究內(nèi)容（磁場變化、古位置、地殼運(yùn)動、地球內(nèi)部動力學(xué)）以及其作為研究手段的基礎(chǔ)（利用古磁記錄）。4.極地冰下湖地球物理證據(jù)：指利用地球物理方法（如地震勘探、大地電磁測深、重力測量、磁力測量等）探測并推斷冰蓋下方存在液態(tài)水湖泊的證據(jù)。這些證據(jù)可能包括地震反射/折射特征、異常低阻抗區(qū)域（大地電磁測深）、局部重力高異常（可能由水體上覆冰蓋較薄或基底結(jié)構(gòu)引起）、以及與預(yù)期冰下環(huán)境不符的磁異常等。**解析思路：*考察對極地冰下湖探測方法的了解及其相應(yīng)物理依據(jù)的掌握。答案應(yīng)說明探測目標(biāo)（冰下湖泊）、使用的地球物理方法（地震、MT、重力、磁力等），并解釋這些方法可能觀測到的、指向湖泊存在的物理信號（如地震界面的變化、低阻抗、重力異常、磁異常）。5.極地地震學(xué)：專門研究極地地區(qū)（包括冰蓋覆蓋區(qū)、周邊陸地和海洋）的地震發(fā)生、傳播、記錄和解釋的地球物理學(xué)分支。它利用部署在極地的地震臺站記錄到的天然地震或人工震源產(chǎn)生的地震波數(shù)據(jù)，研究冰下及基底的精細(xì)結(jié)構(gòu)、地殼/上地幔速度分布、不連續(xù)面位置、板塊邊界性質(zhì)以及冰蓋對地震波傳播的影響等。**解析思路：*考察對極地地震學(xué)定義和研究內(nèi)容的掌握。答案應(yīng)包含其研究區(qū)域（極地）、研究對象（地震活動、波傳播、解釋）、研究手段（地震臺記錄、震源探測）以及具體研究目標(biāo)（冰下結(jié)構(gòu)、地殼/上地幔性質(zhì)、板塊構(gòu)造、冰蓋影響）。二、簡答題1.極地冰蓋的存在對局部及區(qū)域重力場和磁場的主要影響機(jī)制。**解析思路：*考察對冰蓋與地球重力場、磁場相互作用的理解。重力方面，需說明冰蓋質(zhì)量（正異常）及其下方不同介質(zhì)（空氣、水、基巖、火山）的密度差異對總重力場的影響。磁場方面，需說明冰蓋本身（主要是冰的順磁性和抗磁性）以及其下方基巖和可能存在的火山活動對總磁場（包括總場強(qiáng)度和磁異常）的擾動和屏蔽效應(yīng)。**答案要點(diǎn)：*重力方面：冰蓋具有正重力異常，但冰密度小于水、基巖，因此異常值相對較??；冰蓋下方存在水體或基巖凹陷時，會形成局部重力低異常。磁場方面：冰蓋是弱抗磁體，對總磁場有微弱的屏蔽作用，可能導(dǎo)致局部磁異常減弱或形態(tài)改變；冰蓋下方的基巖磁性是總磁場的主要源，但被冰蓋部分遮蔽；冰蓋下若存在火山活動，其磁異?？赡鼙槐w掩蓋或干擾。2.簡述雪層聲學(xué)探測（如冰鉆聲波探測）在極地冰蓋研究中主要獲取哪些信息？**解析思路：*考察對雪層聲學(xué)探測技術(shù)的應(yīng)用目的的理解。需列舉利用聲波探測可以獲取的關(guān)于雪層本身及其上下界面的信息，以及通過分析聲波傳播特性（如衰減、波形變化）可以推斷的雪層內(nèi)部信息。**答案要點(diǎn)：*獲取雪層厚度信息；探測雪層內(nèi)部不連續(xù)面，如冰/雪界面、古代暴風(fēng)雪層、冰洞或空隙；測量雪的垂直聲速剖面，據(jù)此反演雪的密度、壓實程度、溫度等物理性質(zhì)；評估雪的力學(xué)性質(zhì)，如層間結(jié)合強(qiáng)度；確定冰下冰蓋表面形態(tài)。3.簡述極地地震記錄相較于中低緯度地區(qū)具有哪些顯著特點(diǎn)，以及這些特點(diǎn)對研究冰下地殼結(jié)構(gòu)的意義。**解析思路：*考察對極地地震學(xué)記錄特點(diǎn)及其影響的認(rèn)識。需指出極地（尤其是冰蓋覆蓋區(qū)）的震源機(jī)制、路徑、臺站分布等與中低緯度的差異，并說明這些差異如何導(dǎo)致地震記錄的信號特征不同，以及這些特征如何影響對冰下結(jié)構(gòu)的推斷。**答案要點(diǎn)：*顯著特點(diǎn)：震相識別困難，特別是近源和遠(yuǎn)震的P波初動圖樣復(fù)雜且可能被冰蓋濾波扭曲；震源定位精度受冰蓋覆蓋和臺站稀疏度影響，尤其在冰蓋內(nèi)部和邊緣區(qū)域；地震波傳播路徑可能受到冰蓋底部的顯著影響，如反射、透射和散射；接收函數(shù)分析中，冰蓋的流變效應(yīng)可能引起近地表的散射，干擾對基巖速度結(jié)構(gòu)的提取。意義：增加了冰下結(jié)構(gòu)探測的難度和復(fù)雜性；需要更精細(xì)的數(shù)據(jù)處理和反演技術(shù)來去除冰蓋影響；對極地冰下地殼厚度、地殼波速結(jié)構(gòu)、是否存在低速帶、以及冰下是否存在俯沖板片等認(rèn)識受到這些特點(diǎn)的制約。4.簡述極地地球物理觀測面臨的主要環(huán)境挑戰(zhàn)有哪些？**解析思路：*考察對極地惡劣環(huán)境對地球物理觀測活動影響的理解。需列舉在極端低溫、大風(fēng)、強(qiáng)紫外線、黑暗期、冰蓋移動、雪冰覆蓋等方面的具體挑戰(zhàn)。**答案要點(diǎn)：*極端惡劣氣候條件（酷寒、大風(fēng)、降雪）；多年冰蓋的移動、斷裂和變形，對儀器部署、固定和長期運(yùn)行構(gòu)成威脅；深厚的雪和冰覆蓋，影響信號傳播（聲波、電磁波），增加數(shù)據(jù)采集和處理難度；極晝極夜現(xiàn)象，對太陽能供電設(shè)備構(gòu)成挑戰(zhàn)，并影響光學(xué)遙感；強(qiáng)紫外線輻射，對電子儀器和某些傳感器造成損害；海冰的動態(tài)變化，影響海上平臺穩(wěn)定性和觀測；生物（如北極熊）的活動可能破壞設(shè)備。三、論述題1.論述極地古地磁學(xué)研究在重建地球古地磁極位置、古緯度以及板塊構(gòu)造歷史方面的重要作用。**解析思路：*考察對極地古地磁學(xué)多重地質(zhì)記錄價值的綜合理解。需闡述如何通過測定巖石/沉積物的磁化方向和傾角，結(jié)合地磁極性年表，來確定古地磁極的位置（通過反轉(zhuǎn)事件對比）、古緯度（通過居里點(diǎn)等溫線或古地磁極路徑），并進(jìn)一步結(jié)合不同地點(diǎn)的古緯度記錄來推斷地殼運(yùn)動、板塊漂移和大陸匯聚/分裂的歷史。**答案要點(diǎn)：*極地地區(qū)（以及全球其他地區(qū)）保存了豐富的古地磁記錄，通過測量巖石或沉積物中的剩磁方向和傾角，可以確定記錄時地磁極相對于樣品的位置。結(jié)合詳細(xì)的地磁極性年表，可以將不同地質(zhì)時代的古地磁極位置進(jìn)行對比，從而精確地確定古地磁極軌跡。通過分析古地磁極軌跡與樣品實際地理位置（古緯度）的關(guān)系，可以推斷巖石/沉積物形成時的古緯度。不同地點(diǎn)的古緯度記錄可以拼接成古地磁極路徑，這些路徑與現(xiàn)代板塊運(yùn)動模型的一致性，是檢驗板塊構(gòu)造理論的重要依據(jù)。此外，極地冰蓋的古地磁記錄對于精確重建古地理和古氣候帶至關(guān)重要。2.探討極地地?zé)嵬考捌浞植嫉难芯恳饬x，以及當(dāng)前主要的探測方法和面臨的挑戰(zhàn)。**解析思路：*考察對極地地?zé)嵫芯恐匾院头椒ǖ娜嬲J(rèn)識。需說明地?zé)嵬繉τ诶斫獗颅h(huán)境（如湖泊、海洋、火山活動）、冰蓋動力學(xué)、板塊構(gòu)造（特別是俯沖帶）以及全球熱量平衡的意義。然后列舉主要的探測手段（如大地?zé)崃鳒y量、地球電磁測深、火山熱特征分析等），并分析這些方法在極地環(huán)境下應(yīng)用時遇到的具體困難。**答案要點(diǎn)：*研究意義：極地地?zé)崾潜颅h(huán)境（如維持液態(tài)水湖泊、驅(qū)動冰下海洋）的主要能量來源；冰蓋的流變性質(zhì)和運(yùn)動速率受地?zé)嵬康娘@著影響；地?zé)岙惓Ｊ亲R別冰下俯沖板塊、地幔柱或火山活動的重要標(biāo)志；極地地?zé)嵬康膮^(qū)域分布和全球總量是地球內(nèi)部熱量平衡研究的關(guān)鍵組成部分。探測方法：大地?zé)崃鳒y量（通過鉆井或探地?zé)崽荻龋?；地球電磁測深（MT）可提供關(guān)于地殼電性結(jié)構(gòu)的信息，間接反映地?zé)釥顩r；利用航空或衛(wèi)星遙感技術(shù)探測火山熱排放、冰下熱異常相關(guān)的植被或地表溫度變化；通過冰下湖、火山噴發(fā)等直接觀測獲取熱信息。面臨的挑戰(zhàn)：極地地區(qū)普遍缺乏鉆井條件，大地?zé)崃鳒y量數(shù)據(jù)有限；冰蓋覆蓋嚴(yán)重阻礙了直接的地?zé)釡y量和儀器部署；冰蓋的流變性質(zhì)可能影響地?zé)嵝盘柕拇怪眰鞑ズ陀^測；強(qiáng)電離層干擾和復(fù)雜的地表/冰下結(jié)構(gòu)增加了大地電磁測深的解釋難度；極地惡劣環(huán)境對儀器設(shè)備的要求高，維護(hù)困難。3.結(jié)合氣候變化背景，論述極地冰蓋massbalance（質(zhì)量平衡）變化的地球物理監(jiān)測方法及其對海平面上升預(yù)測的意義。**解析思路：*考察將極地地球物理觀測與氣候變化、海平面上升等宏觀問題聯(lián)系起來的能力。需首先明確質(zhì)量平衡的概念（冰的增益減去損失），然后闡述通過地球物理方法監(jiān)測冰蓋增益（雪accumulation）和損失（冰melt/ablation，calving冰崩）的主要技術(shù)手段，并說明這些監(jiān)測方法如何綜合起來評估總質(zhì)量平衡變化，最終及其對預(yù)測未來海平面上升的貢獻(xiàn)。**答案要點(diǎn)：*冰蓋質(zhì)量平衡是決定其貢獻(xiàn)海平面上升速率的關(guān)鍵因素，包括表面增益（降雪積累）和表面損失（融化、升華、表面侵蝕）以及邊緣損失（冰崩/冰架崩解）。地球物理監(jiān)測方法：表面增益主要通過雪深雷達(dá)、GPS高度計、衛(wèi)星雷達(dá)高度計等測量獲得；表面損失（融化）通過地表溫度遙感、熱紅外成像、衛(wèi)星雷達(dá)后向散射系數(shù)變化分析、雪面蒸發(fā)/升華通量模型等監(jiān)測；邊緣損失（冰崩）通過衛(wèi)星遙感（光學(xué)、雷達(dá)）、激光掃描