2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——地球電磁場垂直分布異常特征與地下資源勘探考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.在地電磁（MT）方法中，測量的是（）。A.地球固有的電場和磁場B.人工發(fā)射的電磁場C.地球感應的次級電磁場D.地球固有磁場與人工發(fā)射磁場的疊加2.影響地面上觀測量（如電位）的主要因素是（）。A.地球內(nèi)部電導率分布B.地球內(nèi)部磁場強度C.發(fā)射源頻率D.地表溫度3.當頻率域電磁測深曲線呈現(xiàn)高阻特征時，通常意味著（）。A.深部存在高電導率地層B.測量點上方覆蓋層電阻率較高C.地球內(nèi)部電導率隨深度增加而增大D.發(fā)射電流難以穿透地表4.在時間域電磁法（TDEM）中，感應電壓信號在斷電后隨時間衰減的主要原因是（）。A.發(fā)射線圈磁場迅速消失B.地下感應電流持續(xù)流動并逐漸擴散C.儀器接收靈敏度降低D.地表溫度升高5.磁性礦體在天然磁場中會產(chǎn)生（）。A.感應電流B.自由電荷積累C.磁化異常D.電阻率變化6.利用電磁法勘探尋找（）礦產(chǎn)，通常需要探測良導體體。A.礦床B.鹽類C.煤炭D.石油7.地形起伏對電磁法測量結果的影響主要體現(xiàn)在（）。A.使地下等值線形態(tài)變形B.導致視電阻率值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差C.增加儀器操作難度D.削弱電磁場向下穿透能力8.與頻率域電磁法相比，時間域電磁法的主要優(yōu)點是（）。A.對淺部探測效果更好B.數(shù)據(jù)采集更快速C.更容易探測深部低阻體D.理論解釋更簡單9.地球電磁場的垂直變化率主要受（）控制。A.地球內(nèi)部電導率結構的水平變化B.地球內(nèi)部電導率結構的垂直變化C.地表電磁干擾D.人工電磁場的干擾10.在進行電性異常解釋時，除了考慮地質體本身的電性，還需要考慮（）。A.測量儀器精度B.地形影響C.日照影響D.測量者經(jīng)驗二、填空題（每空1分，共15分。請將正確答案填入橫線內(nèi)）1.地球電磁法勘探的基本依據(jù)是地下不同地質體具有不同的________特征。2.頻率域電磁法通過測量________和________的比值來獲得視電阻率。3.時間域電磁法中，感應電壓信號衰減的快慢與地下電導率________成正比。4.地磁傾角是指地磁場矢量與________之間的夾角。5.對于良導體礦體，其上方的電磁異常通常表現(xiàn)為________電位和________磁場強度。6.電磁法在工程地質勘察中可用于探測________、地下水等。7.為了減少地形起伏對電磁法測量的影響，常采用________或________等方法。8.地下電導率分布不均勻會導致地面上觀測到的電磁場出現(xiàn)________。9.解釋電磁異常時，需要綜合考慮地質背景、________、________等多種因素。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述地電磁法中感應電流的激發(fā)機制。2.簡述高阻異常在電磁法找礦中可能對應哪些地質情況。3.簡述影響電磁法勘探深度的主要因素。4.簡述TDEM法中一次場和二次場的主要區(qū)別。四、計算題（6分）假設在一個均勻半空間中，地表存在一個無限延伸的垂直薄板狀良導體，其埋深為h，電導率為σ。在地表某點沿垂直于薄板走向的方向進行TDEM測量。發(fā)射線圈產(chǎn)生的瞬時電流強度為I0，斷電時刻為t0。請推導斷電后（t>t0）該地表點處近似的一次電壓表達式（忽略位移電流和趨膚效應，假設薄板對一次場無影響）。五、論述題（共29分）1.詳細闡述電磁法勘探中視電阻率（ρa）的概念及其物理意義。說明影響ρa值的主要因素有哪些？（8分）2.論述頻率域電磁法（FDEM）和時間域電磁法（TDEM）在原理、設備、數(shù)據(jù)特點和應用上的主要區(qū)別。（10分）3.假設在一個區(qū)域進行電磁法勘探時，發(fā)現(xiàn)某測線存在明顯的低阻異常，結合可能的地形、覆蓋層條件，探討該低阻異?？赡苡赡男┑刭|原因引起，并簡述相應的解釋思路。（11分）試卷答案一、選擇題1.A2.A3.B4.B5.C6.A7.B8.C9.B10.B二、填空題1.電性2.電位，磁場強度3.快4.水平面5.高，低（或垂直分量異常）6.礦產(chǎn)7.高斯投影，差分測量8.異常9.儀器參數(shù)，野外環(huán)境三、簡答題1.解析思路：地電磁法中，變化的天然磁場（或人工時變磁場）在地下的導電介質中感應出渦旋電場，根據(jù)歐姆定律，該電場驅動地下自由電荷（主要是電子）定向流動，形成感應電流。其激發(fā)機制本質上是法拉第電磁感應定律在地下的應用。2.解析思路：高阻異常通常意味著該區(qū)域地下存在電阻率顯著高于周圍環(huán)境的地質體。在電磁法找礦中，這可能對應：①電阻率較高的巖脈、斷層破碎帶（通常也利于良導體下侵或流體存在）；②隔擋構造；③在尋找導電礦體時，高阻異常可能是礦體上覆的蓋層或圍巖。因此，高阻異常本身可能不是直接找礦目標，但常是尋找礦體、理解構造的背景或線索。3.解析思路：電磁法勘探深度主要受趨膚效應和衰減效應限制。趨膚效應導致高頻電磁場主要在近地表感應，頻率越低，穿透越深。但衰減效應（信號隨深度增加按指數(shù)規(guī)律減弱）更為根本，信號能量在地下的損耗與電導率、深度、時間（或頻率的倒數(shù)）密切相關。因此，高電導率地層會顯著限制勘探深度，增加的測量時間（或降低頻率）可以增加探測深度，但受信號完全衰減時間的限制。4.解析思路：TDEM法中，一次場是發(fā)射線圈在斷電瞬間（t=0）建立的穩(wěn)定磁場，其強度與發(fā)射電流成正比，場強隨距離衰減較快（1/R2）。二次場是發(fā)射電流斷開后，由地下感應電流產(chǎn)生的時變場，它是一個隨時間衰減的電磁波，其衰減速度與地下電導率有關（電導率越高，衰減越快），傳播距離可以很遠。四、計算題表達式：V1(t)≈(μ0μrI0πa2)/(4R3)*exp[-αt]*sin(ωt-φ)其中：α=ω√(μ0μrσ/2)是衰減常數(shù)ω=2πf是角頻率μ0是真空磁導率μr是相對磁導率（假設為1）a是發(fā)射線圈半徑R是測量點距發(fā)射線圈中心距離（R>>a）t是時間（t>t0）t0是斷電時刻由于薄板存在，實際視電阻率會受到薄板影響，此表達式為理想化情況。五、論述題1.解析思路：視電阻率ρa是電磁法中通過測量得到的在地表某點處的等效電阻率值，它不是地下真電阻率ρ，而是整個測深系統(tǒng)（包括地表、淺層地下介質、發(fā)射和接收線圈）對電磁場的響應的綜合體現(xiàn)。其物理意義在于，它的大小和相位反映了從地表到一定深度（受探測深度限制）范圍內(nèi)電導率的綜合信息。ρa值受發(fā)射頻率（或時間）、測量裝置幾何參數(shù)（線圈間距、極距）、地下電導率分布、地形、土壤、覆蓋層等多種因素影響。ρa值高通常指示淺層及近地表電阻率較高，ρa值低則指示存在相對低阻體或探測到較深處的低阻體。2.解析思路：FDEM原理是在固定頻率下測量地表的電位與激勵磁場強度的比值（ρa=E/H）。TDEM原理是在斷電后測量地表感應電壓隨時間的變化（或積分得到電壓）。設備上，F(xiàn)DEM通常使用固定頻率的發(fā)射機，TDEM使用脈沖發(fā)射機。數(shù)據(jù)特點上，F(xiàn)DEM數(shù)據(jù)是頻率域數(shù)據(jù)，便于處理不同頻率的響應差異，理論上對橫向變化不敏感，但受地形影響大；TDEM數(shù)據(jù)是時間域數(shù)據(jù)，信號衰減快，對淺部信息敏感，但可通過延長測量時間探測更深，數(shù)據(jù)處理相對復雜。應用上，F(xiàn)DEM適合快速覆蓋大范圍獲取概略信息、探測較淺目標；TDEM適合定點精查、探測深部目標和進行高精度反演。主要區(qū)別在于場源特性（穩(wěn)態(tài)vs時變）、測量量（頻率比vs時間信號）、對深度和橫向變化的敏感度、數(shù)據(jù)處理和反演復雜度。3.解析思路：電磁法探測到的低阻異?？赡苡梢韵碌刭|原因引起：*第四紀覆蓋層：如沖洪積層、坡積物、湖沼沉積物等，通常含水量高、存在可塑黏土，電導率較高。*地下水富集區(qū)：地下水位高、孔隙水飽和的區(qū)域，特別是構造破碎帶、裂隙發(fā)育帶附近。*斷層破碎帶：構造運動形成的斷層帶，巖石破碎，連通性變好，易富水，電導率升高。*巖溶發(fā)育區(qū)：巖石（如石灰?guī)r）在地下水作用下形成的溶洞、溶隙，形成地下水通道，呈現(xiàn)低阻。*人工填埋物：垃圾填埋場、工業(yè)廢渣堆放場等，含有大量導電廢物和水分，形成低阻體。*某些特殊礦產(chǎn)：如某些硫化物礦床（如黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦）本身電導率高，或與礦體相關的蝕變帶。*導電氣體異常：如煤層自燃形成的導電氣體區(qū)域。解釋思路：首先，要判斷低阻異常的形態(tài)、規(guī)模、展布方向是否與已知地形、地質構造特征