2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地球物理學(xué)在極地科學(xué)研究中的應(yīng)用考試時(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)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在研究冰下基巖地形時(shí)，地震反射法相較于地震折射法的主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.對(duì)淺層結(jié)構(gòu)分辨率更高B.更適合探測(cè)水平地層界面C.能在更厚的冰蓋下有效工作D.對(duì)檢波器布局要求更低2.極地冰蓋對(duì)局部重力場的主要影響是（）。A.引起高值正異常B.引起低值負(fù)異常C.使重力異常趨于平滑D.導(dǎo)致重力梯度顯著增大3.用于探測(cè)冰蓋下方冰下水體或冰下基巖的雷達(dá)方法主要是利用了電磁波的（）。A.傳播速度差異B.吸收衰減特性C.電磁屏蔽效應(yīng)D.多普勒頻移現(xiàn)象4.極區(qū)地?zé)嵬肯鄬?duì)較高，尤其在冰下基巖裸露區(qū)或裂隙發(fā)育區(qū)，這主要反映了（）。A.冰蓋的保溫效應(yīng)減弱B.巖石圈熱流集中C.冰下融化水的熱傳遞D.以上都是5.極地高空大氣中的超長波（ULF）電磁現(xiàn)象，其主要研究意義在于（）。A.精確測(cè)定冰蓋厚度B.探測(cè)冰下暗藏的冰川洞穴C.理解極區(qū)電離層與高空大氣耦合過程D.監(jiān)測(cè)海冰的漂移速度6.在進(jìn)行極地地震探測(cè)時(shí)，使用冰層中繼（冰下檢波器）的主要目的是（）。A.提高信號(hào)的信噪比B.增加觀測(cè)的覆蓋范圍C.降低檢波器成本D.改善對(duì)深層地幔的成像7.極地磁場測(cè)量中，區(qū)分天然場和人工源場（如航空磁測(cè)中的探頭信號(hào)）的關(guān)鍵在于（）。A.測(cè)量頻率的不同B.場源深度不同C.儀器敏感度的差異D.磁異常的強(qiáng)度大小8.與常規(guī)陸地或海洋地震探測(cè)相比，極地地震探測(cè)面臨的主要困難之一是（）。A.地震波在地表衰減過快B.難以布設(shè)穩(wěn)定可靠的檢波器C.地震臺(tái)站距離過遠(yuǎn)D.地震事件頻度顯著降低9.極地衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)能夠反演冰下地形，其主要原理是基于衛(wèi)星測(cè)量的（）。A.重力異常B.磁力異常C.海拔高度及其變化率D.電磁波傳播延遲10.冰架崩塌或斷裂的地球物理監(jiān)測(cè)，可以利用衛(wèi)星雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)，其基本原理是利用（）。A.電磁波穿透冰蓋探測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)B.衛(wèi)星重復(fù)觀測(cè)同一區(qū)域地表形變的相位變化C.冰架重力場的突然變化D.冰架底部摩擦產(chǎn)生的地震信號(hào)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線處）1.地震波在冰層中的傳播速度通常比在冰下基巖中的傳播速度________。2.極地重力異常主要由冰蓋的________、海水的________以及基巖密度差異引起。3.極區(qū)電離層的主要特征之一是D層電子濃度在________時(shí)顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致短波無線電通信中斷。4.探測(cè)極地冰下基巖深度的常用方法是地震________法和________法。5.冰蓋的流變學(xué)研究可以利用地震層析成像來推斷冰流速度與________、________之間的空間關(guān)系。6.極地地?zé)嵫芯康囊饬x不僅在于了解區(qū)域地殼熱結(jié)構(gòu)，也關(guān)系到________對(duì)全球氣候系統(tǒng)的反饋。7.超長波（ULF）電磁信號(hào)在極地主要與________的動(dòng)力學(xué)過程相關(guān)聯(lián)。8.極地地球物理觀測(cè)中，低溫、低氣壓和冰雪覆蓋給________儀器的標(biāo)定和穩(wěn)定運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)。9.利用衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)（如GRACE）反演極地冰質(zhì)量變化，主要依據(jù)萬有引力定律和________原理。10.極地地球物理研究是理解________、冰凍圈演變以及________的重要手段。三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.冰下地震層析成像2.極地高空大氣哨兵（PolarMesosphericClouds-PMCs）3.冰架回聲測(cè)深（EchoSounder）4.地震中繼（SeismicRelay）5.極光哨兵（AuroralSentinel）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述利用地震反射法探測(cè)冰下基巖時(shí)，需要克服的主要挑戰(zhàn)。2.簡要說明重力異常數(shù)據(jù)處理中，進(jìn)行區(qū)域場與剩余場分離的基本思路。3.簡述極地電離層研究對(duì)于理解極區(qū)空間天氣的重要性。4.簡要比較地震雷達(dá)（探地雷達(dá)）技術(shù)在極地冰蓋和普通陸地應(yīng)用中的主要異同點(diǎn)。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述地球物理方法（如地震、重力、衛(wèi)星遙感等）在綜合研究極地冰蓋動(dòng)力學(xué)過程中的作用和相互印證。2.結(jié)合具體例子，論述極地地球物理觀測(cè)對(duì)于監(jiān)測(cè)冰川消融、海平面上升以及氣候變化反饋機(jī)制的貢獻(xiàn)。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.A4.D5.C6.A7.A8.B9.C10.B二、填空題1.慢2.體積/質(zhì)量，分布3.晝夜極光期間4.折射，反射5.厚度，溫度6.冰凍圈變化7.電離層8.電子9.質(zhì)量守恒10.地球系統(tǒng)科學(xué)，人類生存環(huán)境三、名詞解釋1.冰下地震層析成像：利用人工震源或天然地震在冰下激發(fā)的地震波，通過接收和處理反射、折射波，建立冰下地殼和上地幔結(jié)構(gòu)的圖像的技術(shù)。2.極地高空大氣哨兵（PolarMesosphericClouds-PMCs）：一種在高緯度平流層頂部（約82-85公里）出現(xiàn)的、由冰晶組成的季節(jié)性云，其形態(tài)變化對(duì)極區(qū)大氣動(dòng)力學(xué)和輻射過程敏感，可作為研究工具。3.冰架回聲測(cè)深（EchoSounder）：利用聲波在冰水界面和冰下基巖界面的反射來測(cè)量冰架底部到基巖之間距離的技術(shù)，主要用于確定冰架厚度和基巖頂面高程。4.地震中繼（SeismicRelay）：一種地震探測(cè)裝置，通常放置在冰蓋表面，用于接收由冰下震源產(chǎn)生的地震波，并將其中繼傳輸?shù)轿挥诒w另一側(cè)或遠(yuǎn)處的記錄站，以擴(kuò)大有效觀測(cè)距離。5.極光哨兵（AuroralSentinel）：利用極光現(xiàn)象作為自然探針，通過觀測(cè)極光的位置、形態(tài)、強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)特征來研究極區(qū)電離層、磁層頂以及高空大氣的物理過程。四、簡答題1.答：主要挑戰(zhàn)包括：（1）冰層覆蓋厚重，地震波衰減嚴(yán)重，信號(hào)信噪比低；（2）冰層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜（如氣泡、冰裂隙），對(duì)地震波傳播產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾；（3）難以在冰蓋上布設(shè)穩(wěn)定、大量的檢波器和震源；（4）冰下基巖頂面埋深大，需要長距離的地震波傳播，對(duì)儀器記錄時(shí)間和動(dòng)態(tài)范圍要求高。2.答：基本思路是：首先利用已知地理坐標(biāo)和地殼模型計(jì)算理論上的自由空氣異常和由地形、地殼密度變化引起的布格異常，然后將實(shí)測(cè)總場異常減去這兩部分異常，得到與局部地質(zhì)體（如礦體、構(gòu)造）相關(guān)的區(qū)域場和剩余場。區(qū)域場反映大型、緩變的地殼結(jié)構(gòu)影響，剩余場反映局部異常源。3.答：極地電離層研究對(duì)于理解極區(qū)空間天氣至關(guān)重要，因?yàn)椋海?）極區(qū)是太陽風(fēng)與地球磁層相互作用最劇烈的區(qū)域，電離層是這一相互作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；（2）極光和極區(qū)電離層擾動(dòng)（如奇數(shù)次暴、亞暴）直接影響無線電通信、導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS等）的可靠性，以及衛(wèi)星的正常運(yùn)行；（3）通過研究電離層參數(shù)（如電子密度、溫度、漂移）的變化，可以反演哨兵層（熱層/電離層）的物理狀態(tài)，進(jìn)而了解極區(qū)能量輸入、中性風(fēng)和化學(xué)過程，為預(yù)測(cè)空間天氣提供依據(jù)。4.答：相同點(diǎn)：兩者都是利用電磁波與介質(zhì)相互作用的原理來探測(cè)地下或水下結(jié)構(gòu)，屬于探地雷達(dá)（GPR）的范疇。不同點(diǎn)：（1）工作頻率：極地探地雷達(dá)頻率通常較低（MHz量級(jí)），以穿透較厚的冰雪；普通陸地GPR頻率較高（GHz量級(jí)），主要用于探測(cè)淺層；（2）介質(zhì)：工作介質(zhì)為冰雪（物理性質(zhì)與巖石、土壤差異大），數(shù)據(jù)處理和模型建立需要專門考慮；普通陸地GPR介質(zhì)多樣；（3）目標(biāo)：極地主要探測(cè)冰下冰體、冰水界面、冰下基巖；普通陸地GPR應(yīng)用更廣泛，如考古、工程檢測(cè)等；（4）環(huán)境：極地工作環(huán)境惡劣（低溫、低氣壓、強(qiáng)紫外線），對(duì)儀器和操作提出更高要求。五、論述題1.答：地球物理方法在綜合研究極地冰蓋動(dòng)力學(xué)過程中發(fā)揮著不可或缺的作用，并相互印證：（1）地震學(xué)：通過地震層析成像，可以揭示冰下基巖的起伏、地殼厚度變化和上地幔結(jié)構(gòu)，這些信息是理解冰流驅(qū)動(dòng)力（如基底坡度、地?zé)崽荻?、冰下水體）的基礎(chǔ)；（2）重力與磁力：重力測(cè)量可以反演冰蓋厚度、密度分布以及冰下基巖的密度異常，提供冰蓋質(zhì)量和流變參數(shù)的約束；磁力測(cè)量主要用于探測(cè)冰下基巖的磁性異常，幫助識(shí)別斷裂構(gòu)造和確定古地質(zhì)背景；（3）衛(wèi)星遙感：雷達(dá)高度計(jì)（測(cè)高）提供冰蓋表面高程變化數(shù)據(jù)，直接監(jiān)測(cè)冰川消融和冰架退縮；雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）可測(cè)量表面形變，用于研究冰流速度場及其變化；光學(xué)/熱紅外遙感可監(jiān)測(cè)表面溫度、雪水比和表面粗糙度，影響冰流速度；（4）多學(xué)科綜合：這些地球物理數(shù)據(jù)與冰川學(xué)（冰流速度、應(yīng)變率）、地質(zhì)學(xué)（基巖地質(zhì)年代、構(gòu)造）和氣候?qū)W（氣溫、降水）數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以建立冰蓋動(dòng)力-氣候反饋模型，更全面地理解冰蓋的演化及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)。例如，地震學(xué)揭示的基底形貌與重力反演的冰蓋厚度相結(jié)合，可以解釋局部冰流速度的差異；衛(wèi)星測(cè)高和InSAR數(shù)據(jù)共同監(jiān)測(cè)冰流速度變化，與地震學(xué)推斷的冰下基底條件相印證。2.答：極地地球物理觀測(cè)對(duì)于監(jiān)測(cè)冰川消融、海平面上升以及氣候變化反饋機(jī)制貢獻(xiàn)巨大：（1）監(jiān)測(cè)冰川消融與質(zhì)量變化：衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)精確測(cè)量多年平均海平面，并通過差分測(cè)高監(jiān)測(cè)大冰蓋（格陵蘭、南極）的表面高程變化，直接反映冰量損失；衛(wèi)星重力測(cè)量（GRACE及后續(xù)任務(wù)）通過監(jiān)測(cè)地球整體重力場的變化，精確反演大冰蓋和山地冰川的冰質(zhì)量變化，不受表面水變化的影響；地面GPS站網(wǎng)和雪深雷達(dá)可以提供區(qū)域性冰蓋表面形變和積雪厚度信息；（2）監(jiān)測(cè)海平面上升：衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)和雷達(dá)高度計(jì)不僅監(jiān)測(cè)大冰蓋貢獻(xiàn)，也通過測(cè)量全球海洋自由表面高度變化來評(píng)估海平面上升速率；驗(yàn)潮站和海面地形測(cè)軌（Altimetry）聯(lián)合提供海平面變化的時(shí)間序列；（3）研究氣候變化反饋機(jī)制：