2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——地表地形造成的地球物理異常解釋與分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述地表高程差對(duì)區(qū)域重力場(chǎng)產(chǎn)生的主要影響機(jī)制，并解釋自由空氣改正和布格改正在處理這種影響時(shí)的基本原理。二、闡述水體（如湖泊、海洋）的存在如何影響磁法勘探的結(jié)果，并說(shuō)明在進(jìn)行磁異常解釋時(shí)，如何區(qū)分由地下磁異常體引起的異常和水體表觀磁效應(yīng)引起的異常。三、論述地形起伏對(duì)大地電磁測(cè)深（MT）方法中視電阻率反演結(jié)果的影響，包括路徑效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)的具體表現(xiàn)及其對(duì)反演深度的可能修正。四、描述在山區(qū)進(jìn)行地震反射勘探時(shí)，地形（如谷地、山脊）對(duì)地震波傳播的主要影響方式，并說(shuō)明進(jìn)行地震資料處理時(shí)，進(jìn)行地形校正的必要性和常用方法。五、分析地表風(fēng)化作用和植被覆蓋如何改變地表伽馬能譜測(cè)量的結(jié)果，并簡(jiǎn)述在放射性勘探中，如何修正這些地表因素引入的誤差。六、假設(shè)在一個(gè)廣闊的平原地區(qū)，通過(guò)重力測(cè)量發(fā)現(xiàn)了一條延伸的、與地形等高線大致平行的重力低異常帶。請(qǐng)解釋這種現(xiàn)象可能由哪些地形因素引起，并討論如何利用其他地球物理方法（如磁法、電法）的信息來(lái)幫助區(qū)分是地形效應(yīng)還是地下存在低密度構(gòu)造。七、解釋為什么在進(jìn)行區(qū)域重力異常分析以探測(cè)深部密度結(jié)構(gòu)時(shí)，必須進(jìn)行嚴(yán)格的地形校正，并簡(jiǎn)述布格重力異常與理論重力異常的主要區(qū)別及其在地形區(qū)的影響。八、結(jié)合電法勘探原理，說(shuō)明陡峭的山坡或谷地對(duì)水平電測(cè)線上的電位測(cè)量會(huì)產(chǎn)生何種影響，并討論在解釋電法資料時(shí)，如何評(píng)估和可能的處理這種地形影響。試卷答案一、答案：地表高程差導(dǎo)致上覆巖石圈的質(zhì)量分布不均勻，進(jìn)而引起重力場(chǎng)的改變。高地區(qū)由于上覆物質(zhì)質(zhì)量大，產(chǎn)生重力高；低地區(qū)由于上覆物質(zhì)質(zhì)量小，產(chǎn)生重力低。自由空氣改正考慮的是觀測(cè)點(diǎn)與參考面之間高程差引起的重力變化，其值為`-γ*Δh`，直接與高程差成正比，簡(jiǎn)單反映了高程對(duì)重力的直接影響。布格改正則旨在消除上覆地殼物質(zhì)對(duì)地下深部異常體觀測(cè)重力的影響，它不僅考慮了高程差，還減去了從觀測(cè)點(diǎn)到底部（通常假定為地下5-6km）的平均巖石密度引起的重力，其計(jì)算更為復(fù)雜，包含了高程改正、中間層改正和底部改正，更全面地分離了地形和地下結(jié)構(gòu)對(duì)重力異常的貢獻(xiàn)。解析思路：首先要理解重力場(chǎng)的成因與質(zhì)量分布的關(guān)系。地表高程差直接導(dǎo)致上覆巖石圈的質(zhì)量負(fù)荷變化，這是產(chǎn)生地形重力異常的根本原因。然后分別解釋自由空氣改正和布格改正的物理意義和計(jì)算原理。自由空氣改正是最初步的校正，僅考慮高程變化引起的純粹空氣柱質(zhì)量效應(yīng)。布格改正則更進(jìn)一步，試圖通過(guò)引入一個(gè)假設(shè)的、從觀測(cè)點(diǎn)到底部的均質(zhì)層，來(lái)模擬并消除上覆地殼總質(zhì)量（包括空氣柱和巖石柱）對(duì)地下觀測(cè)的影響，使其更接近只反映地下深部結(jié)構(gòu)異常的重力場(chǎng)。點(diǎn)明兩者都是校正地形效應(yīng)的方法，但布格改正更全面、更常用。二、答案：水體（尤其是大面積水體）具有較低的磁化率（近似為零），當(dāng)存在地磁場(chǎng)時(shí)，水體本身不產(chǎn)生顯著的磁偶極矩，但其界面（水面）會(huì)對(duì)周?chē)帕€產(chǎn)生反射和折射，從而改變地表觀測(cè)到的總磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向。在磁異常解釋中，水體引起的異常通常表現(xiàn)為在水體邊緣或水下存在與水體形狀相關(guān)的、強(qiáng)度相對(duì)較弱的磁異常，或者使鄰近的地下磁異常形態(tài)發(fā)生畸變。區(qū)分方法是：水體引起的異常通常在水面以下一定范圍內(nèi)迅速減弱或消失，其形態(tài)與水體的幾何形狀密切相關(guān)；而地下磁異常體的異常場(chǎng)在向下延拓后通常不會(huì)立即消失，其形態(tài)和強(qiáng)度變化有其自身的地質(zhì)原因?？梢酝ㄟ^(guò)結(jié)合高精度航空磁測(cè)數(shù)據(jù)（能更好地反映近地表和水面效應(yīng)）、水深數(shù)據(jù)以及地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析來(lái)區(qū)分。解析思路：首先說(shuō)明水體作為低磁化率介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的直接影響（自身不產(chǎn)生磁異常，但界面反射/折射磁場(chǎng)）。然后描述水體引起的地表磁異常的典型特征（邊緣效應(yīng)、形態(tài)畸變）。關(guān)鍵在于提出區(qū)分方法，即利用水體效應(yīng)的時(shí)空變化特性（水下衰減）與地下異常體的穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比，并結(jié)合其他輔助數(shù)據(jù)（高磁、水深、地質(zhì)）進(jìn)行綜合判斷。三、答案：地形起伏對(duì)大地電磁測(cè)深（MT）的影響主要體現(xiàn)在視電阻率的路徑效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)上。路徑效應(yīng)是指電流在地形不平坦表面流動(dòng)時(shí)，實(shí)際流經(jīng)的路徑長(zhǎng)度和地下結(jié)構(gòu)并不一致，導(dǎo)致地表測(cè)點(diǎn)的視電阻率值不能準(zhǔn)確反映其下方特定深度的地電結(jié)構(gòu)。在谷底，電流可能沿著谷底低勢(shì)區(qū)流動(dòng)，路徑比平坦地區(qū)短，導(dǎo)致視電阻率偏低；在山坡或山頂，電流可能需要爬升，路徑變長(zhǎng)，導(dǎo)致視電阻率偏高。屏蔽效應(yīng)是指高電阻率地形單元（如山脊、高地）對(duì)下方低電阻率區(qū)域（如谷地、盆地）的電磁場(chǎng)產(chǎn)生屏蔽作用，使得從高電阻率區(qū)向低電阻率區(qū)的電磁波衰減增強(qiáng)，導(dǎo)致低電阻率區(qū)域?qū)?yīng)的視電阻率異常偏高，或者高電阻率區(qū)域的視電阻率被低估。這些效應(yīng)都使得地表視電阻率平面圖難以直接反映真實(shí)的垂直電性剖面，必須進(jìn)行地形校正（如有限差分/有限體積法模擬或解析方法）來(lái)估計(jì)和消除其影響。解析思路：解釋MT視電阻率的概念及其與地下電性的關(guān)系。重點(diǎn)闡述路徑效應(yīng)（電流實(shí)際路徑與假想垂直路徑的差異）如何因地形導(dǎo)致視電阻率失真（山谷偏低，山嶺偏高）。接著解釋屏蔽效應(yīng)（高阻體對(duì)低阻體的屏蔽作用），說(shuō)明其如何導(dǎo)致電磁場(chǎng)衰減，進(jìn)而影響視電阻率的觀測(cè)值（低阻區(qū)被高估）。最后指出這些效應(yīng)的后果（視電阻率平面圖失真）以及需要采取的解決措施（地形校正）。四、答案：地形對(duì)地震波傳播的主要影響包括：第一，折射和反射。當(dāng)?shù)卣鸩◤囊环N介質(zhì)（如空氣）進(jìn)入另一種介質(zhì)（如地面）時(shí)，在界面處會(huì)發(fā)生反射和折射，陡峭的地形（如懸崖、山坡）會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的反射和折射界面，使得接收到的波場(chǎng)能量復(fù)雜，波組記錄難以識(shí)別，有效波能量可能減弱。第二，衰減。地形起伏會(huì)導(dǎo)致地震波傳播路徑彎曲、曲折，能量在傳播過(guò)程中損失更快，尤其是在傳播方向與地形坡度不一致時(shí)。第三，波散。地形的不規(guī)則性會(huì)使地震波發(fā)生散射，增加波的復(fù)雜度。第四，陰影區(qū)。陡峭的山峰或高地可能阻擋地震波的到達(dá)，形成接收不到地震波的陰影區(qū)。在地震資料處理中，地形校正至關(guān)重要，主要包括：①地形校正（TopographyCorrection），用于補(bǔ)償?shù)乇砥鸱鼘?duì)共中心點(diǎn)（CSP）道集記錄的影響，調(diào)整道集記錄中各道的旅行時(shí)和振幅，使其更接近水平地表的情況。②速度分析，需要考慮地形對(duì)近地表速度結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)行近地表速度建模和拾取。③波場(chǎng)分離，如利用地形相關(guān)濾波技術(shù)去除面波等高頻干擾。五、答案：地表風(fēng)化作用會(huì)改變巖石的物理化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致放射性元素（如鈾、釷、鉀）的流失或富集，從而改變地表伽馬能譜的測(cè)量結(jié)果。物理風(fēng)化會(huì)將含放射性礦物破碎，使放射性元素更易被水流等帶走，導(dǎo)致測(cè)量值降低?；瘜W(xué)風(fēng)化會(huì)溶解或改變放射性元素的存在形式，也可能導(dǎo)致測(cè)量值變化。植被覆蓋，特別是密集的森林，會(huì)吸收伽馬射線，同時(shí)植物自身也含有鉀元素并具有一定的放射性，這會(huì)導(dǎo)致地表伽馬能譜測(cè)量值顯著降低，并可能引入鉀含量信息。為了修正這些誤差，通常需要進(jìn)行地表參數(shù)測(cè)量（如植被覆蓋度、土壤類(lèi)型、表土密度等）和相應(yīng)的校正計(jì)算。例如，使用經(jīng)驗(yàn)公式或模型來(lái)估算植被吸收和土壤貢獻(xiàn)的伽馬射線吸收，從而對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，以獲得更接近地表下地質(zhì)體放射性的真實(shí)信息。解析思路：解釋放射性測(cè)量原理（伽馬射線源于放射性衰變）。分別說(shuō)明風(fēng)化作用（物理和化學(xué)）對(duì)放射性元素在地表分布的影響，從而導(dǎo)致測(cè)量值變化。接著闡述植被覆蓋對(duì)伽馬射線的吸收效應(yīng)，同樣導(dǎo)致測(cè)量值降低。最后指出修正這些地表因素的影響是必要的，并簡(jiǎn)述常用的校正方法（測(cè)量地表參數(shù)、應(yīng)用校正模型或公式）。六、答案：在廣闊平原地區(qū)發(fā)現(xiàn)延伸的重力低異常帶，可能由以下地形因素引起：第一，大型河谷或低地。河谷兩側(cè)及谷底通常物質(zhì)較松散（如沉積物、風(fēng)化殼），密度可能低于兩側(cè)的基巖或平原主體，形成區(qū)域性低密度帶，導(dǎo)致重力低異常，其走向與河谷形態(tài)一致。第二，地形起伏較小的低緩坡地。即使高程不高，如果上覆基巖或土壤層特別薄或特別疏松，也可能形成低密度區(qū)。第三，大面積的第四紀(jì)覆蓋物（如黃土、沖積物），如果其平均密度顯著低于下伏基巖，也會(huì)引起區(qū)域性的重力低。為了區(qū)分是地形效應(yīng)還是地下低密度構(gòu)造，可以利用其他地球物理方法：①磁法：地下低密度構(gòu)造通常伴生磁化率變化，而純粹地形效應(yīng)（除非有特定磁化率異常體）引起的磁異常通常較弱或與地形相關(guān)。②電法：地下低電阻率構(gòu)造（如水體、軟土）會(huì)顯示為低電阻率異常，而地形效應(yīng)（如高阻山脊對(duì)下方低阻區(qū)的屏蔽）在電法上可能表現(xiàn)為復(fù)雜的電阻率分布。通過(guò)聯(lián)合反演或解釋這些輔助數(shù)據(jù)，可以更可靠地判斷異常的來(lái)源。解析思路：首先分析重力低異常的可能地形成因，聯(lián)系地形與密度分布的關(guān)系（低洼處可能沉積疏松物質(zhì)或覆蓋層厚）。然后，針對(duì)題目中“平原地區(qū)”的特點(diǎn)，提出最可能的地形相關(guān)因素（河谷、低緩坡、第四紀(jì)覆蓋）。最后，提出區(qū)分方法，即借助其他地球物理方法（磁法、電法）提供的信息（地下巖性、電性結(jié)構(gòu)），通過(guò)與重力異常的結(jié)合解釋?zhuān)袛嗥渲饕蚴堑匦芜€是地下構(gòu)造。七、答案：在進(jìn)行區(qū)域重力異常分析以探測(cè)深部密度結(jié)構(gòu)時(shí)，必須進(jìn)行嚴(yán)格的地形校正，因?yàn)榈乇砀叱滩畋旧砭蜁?huì)引起重力異常，這種異常與地下真實(shí)的密度異常疊加在一起。如果不進(jìn)行校正，地表起伏引起的“虛假”重力異常會(huì)掩蓋或歪曲由地下密度不均勻性（如沉積盆地、密度異常體）引起的真實(shí)重力異常，使得我們無(wú)法正確識(shí)別和解釋深部地質(zhì)構(gòu)造和物質(zhì)分布。布格重力異常是經(jīng)過(guò)地形校正（主要是自由空氣改正和布格改正）后得到的重力異常，它消除了上覆地殼總質(zhì)量（包括空氣柱和巖石柱）的垂向梯度和球?qū)ΨQ(chēng)分布的影響，旨在更純粹地反映地下深部（通常指地殼及以下）密度不均勻性引起的重力效應(yīng)。因此，布格異常比理論重力異常（僅考慮空氣柱和地殼球?qū)ΨQ(chēng)分布）更能有效地用于深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的探測(cè)。在地形復(fù)雜地區(qū)，地形校正的精度直接影響布格異常的質(zhì)量，進(jìn)而影響深部結(jié)構(gòu)解釋的可靠性。解析思路：闡述地形對(duì)重力測(cè)量的直接影響及其與地下真實(shí)異常的疊加問(wèn)題。強(qiáng)調(diào)進(jìn)行地形校正的必要性是為了分離出地下真實(shí)信息，避免地形干擾。區(qū)分布格重力異常與理論重力異常，說(shuō)明布格異常是旨在消除上覆地殼總質(zhì)量（含地形效應(yīng)）影響后的重力異常，更適合深部探測(cè)。點(diǎn)明地形校正精度對(duì)深部結(jié)構(gòu)解釋的重要性。八、答案：陡峭的山坡或谷地對(duì)水平電測(cè)線上的電位測(cè)量會(huì)產(chǎn)生顯著影響。在陡峭山坡上，由于電場(chǎng)線傾向于垂直于等位面，電流傾向于沿著山坡的傾斜方向流入或流出，導(dǎo)致山坡頂點(diǎn)或坡腳處的電位測(cè)量值與平坦地區(qū)相比發(fā)生畸變。具體表現(xiàn)為，山坡上的電位梯度可能更大，或者測(cè)點(diǎn)間的電位差與距離的關(guān)系偏離歐姆定律的簡(jiǎn)單線性關(guān)系。在谷底，電流可能匯集或分流，尤其是在谷底寬度較小時(shí)，谷底兩側(cè)的電位分布可能不對(duì)稱(chēng)，導(dǎo)致測(cè)線上的電位值呈現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)形態(tài)，或者谷底的視電阻率值不能準(zhǔn)確反映其下方的真實(shí)電性。在解釋電法資料時(shí)，需要評(píng)估這種地形影響的大小?？梢酝ㄟ^(guò)在山坡和谷底布設(shè)測(cè)線進(jìn)行對(duì)比測(cè)