2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地球地磁場與地磁變化考試時間：______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在題干后的括號內(nèi)）1.地球地磁場的總強度是指（）。A.地磁場矢量在水平面上的分量B.地磁場矢量在垂直方向上的分量C.地球表面任一點地磁場矢量的模長D.地磁場矢量與地球自轉(zhuǎn)軸之間的夾角2.地磁傾角是指（）。A.地磁場矢量與地球表面法線之間的夾角B.地磁場矢量與地球自轉(zhuǎn)軸之間的夾角C.地磁場矢量在水平面上的投影與地理北方向之間的夾角D.地磁場矢量與地球表面切線之間的夾角3.以下哪一項不是地磁場的主要來源？（）A.地球外核的液態(tài)鐵鎳對流B.地球內(nèi)核的固態(tài)鐵鎳C.地球mantle的熱對流D.太陽風的作用4.國際地磁參考場（IGRF）模型主要用于描述（）。A.地磁場的長期變化B.地磁場的短期變化（地磁暴）C.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)D.地球外核的動力學(xué)過程5.極光現(xiàn)象主要發(fā)生在地球的（）。A.赤道附近B.低緯度地區(qū)C.高緯度地區(qū)D.中緯度地區(qū)6.地磁極性倒轉(zhuǎn)是指（）。A.地球磁場強度突然增強B.地球磁北極和磁南極的位置發(fā)生交換C.地球磁場方向發(fā)生短暫反轉(zhuǎn)D.地球地殼運動速度加快7.古地磁學(xué)的主要應(yīng)用領(lǐng)域不包括（）。A.確定巖石的絕對年齡B.研究地球的板塊構(gòu)造C.探測地下的礦產(chǎn)資源D.解釋地磁異常的成因8.地磁異常是指（）。A.地球磁場強度顯著高于正常值B.地球磁場強度顯著低于正常值C.地球磁場方向發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)D.地球磁場隨時間發(fā)生快速變化9.地磁暴主要是由（）引起的。A.地球內(nèi)部活動B.地球外部輻射帶擾動C.太陽大氣拋射物質(zhì)（CME）與地球磁場的相互作用D.地球大氣層與太陽風的碰撞10.地球磁場的長期變化率約為每年（）。A.0.1nTB.10nTC.100nTD.1000nT二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在題干橫線上）1.地磁場的基本要素包括總強度、______、磁傾角和磁偏角。2.地磁場的主要來源是地球內(nèi)部液態(tài)外核的______現(xiàn)象。3.描述地磁場全球分布特征的數(shù)學(xué)模型是______。4.地球磁場的南、北極與地理的南、北極______。5.地球磁場的總強度隨緯度的增加而______。6.地磁傾角在磁赤道上等于______，在磁極上等于______。7.古地磁學(xué)研究的兩個基本準則是______和______。8.地球內(nèi)部產(chǎn)生的磁場稱為______，由太陽活動產(chǎn)生的磁場稱為______。9.地磁異?？梢苑譃開_____異常和______異常。10.地磁年表是根據(jù)______建立的，用于確定地質(zhì)樣品的相對年齡。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請用簡潔的語言解釋下列名詞的含義）1.地磁要素2.地磁暴3.古地磁學(xué)4.地磁異常5.Dynamo理論四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述地磁場矢量在球坐標系中的三個分量及其與地理坐標系中分量的關(guān)系。2.簡述地磁場長期變化的主要特征。3.簡述地磁異常的兩種基本類型及其主要成因。4.簡述古地磁學(xué)在確定巖石形成年齡方面的基本原理。五、計算題（每題10分，共20分。請列出計算過程并給出結(jié)果）1.某地磁觀測站測得地磁場總強度H=48,000nT，磁偏角D=+10°，磁傾角I=-40°。請計算該地點地磁場在地理北方向和垂直方向的分量。2.已知地磁場的球諧級數(shù)展開式中，第一主項（g20）=-30000nT，第二主項（g22）=8000nT。請解釋這兩個參數(shù)的物理意義，并說明它們對地磁場分布的影響。六、論述題（10分。請就下列問題進行論述）試述地磁場變化對地球環(huán)境和人類活動可能產(chǎn)生的主要影響。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.D4.A5.C6.B7.C8.A9.C10.B二、填空題1.水平強度2.對流3.球諧級數(shù)4.相反5.增加6.0°，90°7.地球磁極性定律，巖石剩磁方向平行于當?shù)氐卮艌龇较?.主磁場，感應(yīng)場9.天然，人工10.古地磁極性年表三、名詞解釋1.地磁要素：描述地磁場矢量在空間中分布和變化的基本物理量，包括總強度、水平強度、磁偏角和磁傾角。2.地磁暴：由太陽活動（主要是太陽風和CME）引起的地球磁場在短時間內(nèi)發(fā)生劇烈擾動的事件。3.古地磁學(xué)：通過研究巖石和礦石中保存的古磁場方向和強度信息，來推斷地球過去的磁場特征和地殼運動歷史的學(xué)科。4.地磁異常：地球局部區(qū)域的地磁場強度或方向與周圍正常地區(qū)的差異。5.Dynamo理論：解釋地球內(nèi)部（主要是液態(tài)外核）通過流體運動（如對流）和導(dǎo)電流體（如電離的熔融物質(zhì)）產(chǎn)生磁場的理論。四、簡答題1.地磁場矢量在球坐標系中通常用徑向分量B<0xE2><0x82><0x90>、極角分量B<0xE1><0xB5><0xA3>和方位角分量B<0xE2><0x82><0x99>表示。地理坐標系通常指地磁坐標系，其中北向分量用B<0xE1><0xB5><0xA0>表示，垂直分量用B<0xE1><0xB5><0xA2>表示，東向分量用B<0xE1><0xB5><0xA4>表示。它們之間的關(guān)系可以通過三角函數(shù)轉(zhuǎn)換：B<0xE1><0xB5><0xA0>=B<0xE2><0x82><0x90>cosI-B<0xE1><0xB5><0xA3>sinI，B<0xE1><0xB5><0xA4>=B<0xE2><0x82><0x90>sinI/tanD，B<0xE1><0xB5><0xA2>=B<0xE2><0x82><0x90>cosI/sinD-B<0xE1><0xB5><0xA3>。其中I為磁傾角，D為磁偏角。2.地磁場長期變化的主要特征包括：地磁場強度總體呈緩慢衰減趨勢；地磁場的極性可能發(fā)生倒轉(zhuǎn)；地磁場的矢量方向（偏角、傾角）隨時間緩慢變化；地磁場的全球分布形態(tài)（由球諧級數(shù)表示的系數(shù)）隨時間演變。3.地磁異常主要分為兩類：天然異常和人工異常。天然異常是地球內(nèi)部因素或外部因素（如太陽風）引起的地磁場局部偏離正常場的情況。人工異常是指由人類活動（如大型發(fā)電站、地鐵、通信基站等）產(chǎn)生的局部強磁場，它會干擾天然地磁場的測量。4.古地磁學(xué)通過測量巖石樣品中保存的天然剩磁（NRM），來確定形成該巖石時地球磁場的方向。如果將這些巖石樣品按年代順序進行測量，并繪制出古地磁極位隨時間的變化軌跡（古地磁極性年表），就可以通過與已知地質(zhì)年代地層對比，確定樣品形成的相對地質(zhì)年代。五、計算題1.解：水平強度H=48000nT磁偏角D=+10°磁傾角I=-40°北向分量X=HcosDcosI=48000*cos(10°)*cos(-40°)≈48000*0.9848*0.7660≈36385nT東向分量Y=HsinD=48000*sin(10°)≈48000*0.1736≈8293nT垂直分量Z=HcosDsinI=48000*cos(10°)*sin(-40°)≈48000*0.9848*(-0.6428)≈-30160nT（或者Z=HsinI=48000*sin(-40°)≈48000*(-0.6428)≈-30944nT，計算有誤差，取前一個結(jié)果更精確）結(jié)果：北向分量X≈36385nT，東向分量Y≈8293nT，垂直分量Z≈-30160nT。2.解：g<0xE2><0x82><0x90>是地磁場球諧級數(shù)展開式中與徑向距離成正比的系數(shù)，它反映了地磁場總強度的分布。g<0xE2><0x82><0x90>的值表示在單位徑向距離上，地磁場總強度的變化率。g<0xE2><0x82><0x90>=-30000nT，說明地磁場總強度隨距離的增大而衰減，且在赤道附近（θ=0°）總強度相對較高。g<0xE2><0x82><0x98>是地磁場球諧級數(shù)展開式中與方位角相關(guān)的系數(shù)，它反映了地磁場在經(jīng)度方向上的變化。g<0xE2><0x82><0x98>的值表示地磁場在緯度不變的情況下，隨經(jīng)度變化的變化率。g<0xE2><0x82><0x98>=8000nT，說明地磁場總強度在經(jīng)度方向上存在變化，使得地磁場分布不對稱。g<0xE2><0x82><0x98>的正值表明在緯度固定時，隨著經(jīng)度從0°增加到90°（或其他周期），總強度先增大后減?。ň唧w變化形態(tài)取決于階數(shù)n和系數(shù)本身）。六、論述題地磁場變化對地球環(huán)境和人類活動的影響是多方面的。首先，地磁場的變化會影響地球的輻射環(huán)境。太陽風和宇宙射線會通過磁層與地球磁場相互作用，地磁場的強度和形態(tài)變化會直接影響這些高能粒子能夠到達的地球高度和區(qū)域，從而影響極光活動的范圍和強度，并可能對地球大氣層頂部（電離層）的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)產(chǎn)生影響。其次，地磁場變化對人類活動有直接影響。地磁暴期間，劇烈變化的磁場會干擾衛(wèi)星通信、導(dǎo)航系統(tǒng)（如G