2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——電磁勘探方法在地下水資源勘探中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填在題號后的括號內(nèi)）1.電磁法勘探中，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)電導(dǎo)率增加時，其對高頻電磁波的穿透深度（）A.增加B.減小C.不變D.可能增加也可能減小2.在時間域電磁法（TDEM）的階躍響應(yīng)測量中，感應(yīng)電壓信號隨時間衰減的主要機(jī)制是（）A.發(fā)射線圈磁場衰減B.地下介質(zhì)電導(dǎo)率損失C.接收線圈自感效應(yīng)D.測量儀器噪聲干擾3.頻率域電磁法（FEM）主要測量地下的（）A.感應(yīng)電壓B.電磁場強(qiáng)度C.復(fù)數(shù)阻抗（視電阻率）D.電導(dǎo)率4.連續(xù)電導(dǎo)率法（CSAMT）相比于時間域電磁法，其主要優(yōu)勢在于（）A.更適合探測淺層目標(biāo)B.能夠提供瞬態(tài)信息C.無需切換發(fā)射電流，數(shù)據(jù)采集連續(xù)，對快速變化體響應(yīng)更好D.抗干擾能力更強(qiáng)5.下列哪種地球物理參數(shù)與地下介質(zhì)的導(dǎo)電性密切相關(guān)？（）A.密度B.磁化率C.電阻率D.孔隙度6.在利用電磁法探測地下水時，通常認(rèn)為第四系松散沉積物含水層表現(xiàn)為（）A.高阻特征B.低阻特征C.高磁化率特征D.低磁化率特征7.電磁法勘探中，發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場在地下介質(zhì)中感應(yīng)出渦流，渦流自身又會產(chǎn)生二次磁場，二次磁場在接收線圈中感應(yīng)出電壓，這一過程主要基于（）A.法拉第電磁感應(yīng)定律B.高斯定律C.安培定律D.庫侖定律8.如果地下存在一條高阻斷層，對通過斷層的電磁波傳播路徑影響主要是（）A.短路效應(yīng)B.增強(qiáng)效應(yīng)C.屏蔽效應(yīng)，使得電磁波繞行或衰減加劇D.引起電磁波相速度改變9.野外進(jìn)行TDEM測量時，為了獲得可靠的感應(yīng)電壓信號，通常要求（）A.發(fā)射線圈電流足夠大B.接收線圈面積足夠小C.發(fā)射頻率足夠低D.地下介質(zhì)電導(dǎo)率足夠高10.下列關(guān)于視電阻率的描述，正確的是（）A.是地下真實電阻率的直接測量值B.是一個與探測深度無關(guān)的參數(shù)C.是在特定頻率（或時間）下，地表某點處電磁場響應(yīng)的等效電阻率，其數(shù)值受裝置幾何參數(shù)、頻率（或時間）、大地電磁參數(shù)等多種因素影響D.對于均勻介質(zhì)，視電阻率等于真實電阻率二、填空題（請將答案填在橫線上）1.電磁法勘探的基本原理是利用電磁場與地下不同導(dǎo)電率的介質(zhì)發(fā)生相互作用，通過測量地表的________或________來推斷地下電性結(jié)構(gòu)。2.時間域電磁法（TDEM）通常測量感應(yīng)電壓隨________的衰減曲線，而頻率域電磁法（FEM）則測量________與________之間的相位差和幅度比。3.在地下水位以下的飽和砂層或裂隙巖體，通常具有________的電導(dǎo)率，而干燥的土壤或致密基巖則表現(xiàn)為________的電導(dǎo)率。4.連續(xù)電導(dǎo)率法（CSAMT）利用恒定電流源供電，通過測量________的大小和相位來獲取地下的視電導(dǎo)率信息，其數(shù)據(jù)采集效率高，適用于________勘探。5.電磁法探測地下水時，選擇合適的________和________非常重要，不同的參數(shù)組合對應(yīng)不同的探測深度和空間分辨率。6.野外電磁數(shù)據(jù)采集時，除了記錄裝置的________、________等幾何參數(shù)外，還應(yīng)準(zhǔn)確記錄測量點的________信息。7.當(dāng)電磁波遇到電導(dǎo)率差異顯著的界面或體時，會產(chǎn)生________現(xiàn)象，這是電磁法進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測的基礎(chǔ)。8.電磁法反演的目的是根據(jù)觀測到的________，反演地下介質(zhì)的________分布，常用的反演方法包括________和________。9.地形起伏對電磁法測量數(shù)據(jù)會產(chǎn)生顯著影響，特別是在山區(qū)進(jìn)行TDEM測量時，需要進(jìn)行________校正。10.除了用于常規(guī)地下水探測外，電磁法在地下水污染調(diào)查中，有時可以利用其對________含量變化的敏感性來識別污染羽。三、名詞解釋（請給出下列名詞的準(zhǔn)確定義）1.電磁感應(yīng)2.視電阻率3.穿透深度4.渦流5.地下水賦水構(gòu)造四、簡答題（請簡明扼要地回答下列問題）1.簡述頻率域電磁法（FEM）的基本工作原理及其與時間域電磁法（TDEM）的主要區(qū)別。2.為什么說地下水的存在通常會使巖土體的電導(dǎo)率顯著增加？請結(jié)合物理機(jī)制解釋。3.在進(jìn)行地下水資源勘探時，選擇TDEM還是FEM（或CSAMT）方法，主要應(yīng)考慮哪些因素？4.簡述電磁法勘探在探測基巖裂隙水含水層時的基本思路。5.電磁法數(shù)據(jù)采集過程中，需要記錄哪些關(guān)鍵的儀器和場地參數(shù)？五、論述題（請圍繞以下主題展開論述）1.論述電磁法在地下水資源勘探中的主要優(yōu)勢、局限性以及應(yīng)用中需要注意的關(guān)鍵問題。2.假設(shè)在一個干旱地區(qū)，需要利用電磁法普查第四系松散沉積物中的地下水。請簡述你將如何選擇電磁方法類型、設(shè)計野外測量方案（包括關(guān)鍵參數(shù)選擇），并大致說明如何初步解釋獲得的電磁數(shù)據(jù)。---試卷答案一、選擇題1.A2.B3.C4.C5.C6.B7.A8.C9.A10.C二、填空題1.電磁響應(yīng)，大地電磁響應(yīng)2.時間，一次磁場強(qiáng)度，二次磁場強(qiáng)度（或感應(yīng)電壓）3.高，低4.電磁響應(yīng)（或電壓），深部5.頻率，裝置（或發(fā)射電流強(qiáng)度）6.裝置類型，測點坐標(biāo)7.衍射8.電磁響應(yīng)，電導(dǎo)率，正則化反演，非線性反演9.歸一化10.鹽分（或含鹽量）三、名詞解釋1.電磁感應(yīng)：指閉合回路中的感應(yīng)電動勢（或感應(yīng)電流）是由于穿過該回路磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的物理現(xiàn)象。電磁法勘探正是利用了這一原理，通過發(fā)射線圈產(chǎn)生變化的磁場，在地下介質(zhì)中感應(yīng)出渦流，渦流再產(chǎn)生二次場，接收線圈測量二次場以探測地下電性。2.視電阻率：指在特定電磁場源（頻率或時間）和裝置幾何條件下，地表某點測得的、代表該點下方一定范圍內(nèi)介質(zhì)電性響應(yīng)的等效電阻率。它不是一個點的真實電阻率，而是與測量頻率（或時間）、裝置參數(shù)、探測深度等因素密切相關(guān)的綜合性參數(shù)。3.穿透深度：指電磁波在地下介質(zhì)中傳播時，其能量（通常指振幅或功率）衰減到地表值（或初始值的1/e）時的深度。穿透深度主要受電磁波頻率（或時間）和地下介質(zhì)電導(dǎo)率的制約，頻率越低（或時間越長），電導(dǎo)率越低，穿透深度越大。4.渦流：當(dāng)變化的磁場穿過導(dǎo)電介質(zhì)時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會在介質(zhì)內(nèi)部感生出閉合的電流環(huán)，稱為渦流（或傅科電流）。渦流的大小和分布與磁場強(qiáng)度、頻率、介質(zhì)電導(dǎo)率等因素有關(guān)。電磁法勘探中的二次場主要就是由地下渦流產(chǎn)生的。5.地下水賦水構(gòu)造：指能夠有效匯集、儲存和導(dǎo)泄地下水的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、裂隙帶、巖溶洞穴、疏松沉積物的透鏡體、古河道等。這些構(gòu)造通常具有相對較高的滲透性和孔隙度，是地下水富集和運移的主要通道。四、簡答題1.頻率域電磁法（FEM）的基本工作原理：FEM通過向地下發(fā)射一個頻率隨時間變化的正弦電磁場（通常是發(fā)射線圈產(chǎn)生），同時測量地表接收點處接收線圈感應(yīng)電壓的幅度和與發(fā)射電壓的相位差。地下介質(zhì)對電磁場的響應(yīng)（復(fù)數(shù)阻抗/電導(dǎo)率）取決于場源頻率。通過在不同頻率下進(jìn)行測量，可以獲得一組關(guān)于地下電性的信息。主要區(qū)別：FEM和TDEM的主要區(qū)別在于場源形式和測量內(nèi)容。FEM使用恒定強(qiáng)度的交流場，測量的是不同頻率下的復(fù)阻抗（或視電阻率）和相位；TDEM使用階躍電流或脈沖電流，測量的是感應(yīng)電壓隨時間（或時間積分）的衰減曲線。因此，F(xiàn)EM提供的是關(guān)于介質(zhì)頻率依賴性的信息，而TDEM提供的是關(guān)于介質(zhì)時間響應(yīng)（或瞬態(tài)衰減）的信息。此外，F(xiàn)EM裝置通常更緊湊，而TDEM（尤其是長時域）可能需要更大的設(shè)備。2.地下水的存在增加巖土體電導(dǎo)率的原因：地下水是含有溶解鹽類的導(dǎo)電液體。當(dāng)巖土體（如土壤、砂石、裂隙巖）中存在地下水時，這些溶解的鹽類（離子）就在巖土顆粒之間形成了導(dǎo)電通路。水的電導(dǎo)率通常遠(yuǎn)高于干燥的巖石或土壤，并且水中溶解的離子顯著提高了介質(zhì)的導(dǎo)電能力。因此，飽和或含水量高的巖土體比干燥或風(fēng)干的巖土體具有高得多的電導(dǎo)率。電磁波在電導(dǎo)率高的介質(zhì)中傳播時，更容易感應(yīng)出渦流，導(dǎo)致二次場增強(qiáng)，從而在電磁響應(yīng)上體現(xiàn)為低視電阻率。3.選擇電磁方法的主要因素：*勘探目標(biāo)：探測深度要求？是淺層松散層富水還是深部基巖裂隙水？*地質(zhì)條件：地表覆蓋情況（植被、第四系厚度）？基巖類型和構(gòu)造？是否存在高阻蓋層？*數(shù)據(jù)要求：需要獲得二維信息還是三維信息？對分辨率的要求？*成本和時間：項目的預(yù)算和工期限制？*場地條件：供電和接收設(shè)備運輸是否方便？*經(jīng)驗：項目團(tuán)隊對哪種方法的操作和解釋更熟悉？*綜合來看：淺層、近地表勘探常用FEM或CSAMT；探測深部基巖裂隙水或需要較長探測路徑時，長時域TDEM是常用選擇；CSAMT適用于深部探測且效率較高；二維成像（如聯(lián)合反演）可提供結(jié)構(gòu)信息。4.電磁法探測基巖裂隙水思路：基巖裂隙水賦存于基巖的裂隙網(wǎng)絡(luò)中。通常，基巖本身電導(dǎo)率較低（高阻），而發(fā)育的裂隙（尤其是被水充填的）具有相對較高的電導(dǎo)率（低阻）。電磁法勘探的基本思路是：利用發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁場，電磁場穿透到基巖深處。當(dāng)遇到被水充填的裂隙時，由于裂隙區(qū)電導(dǎo)率高，會產(chǎn)生增強(qiáng)的渦流和二次場。接收線圈測量到這種增強(qiáng)的二次場，表現(xiàn)為在地表相應(yīng)位置上視電阻率降低（即低阻異常）。因此，通過測量地表的視電阻率（或電導(dǎo)率）分布，識別出基巖中低阻異常區(qū)域，就可能與基巖裂隙水富集區(qū)相對應(yīng)。野外布設(shè)測線或進(jìn)行網(wǎng)格測量，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（如地形校正、裝置效應(yīng)校正）和反演，最終獲得地下電性結(jié)構(gòu)剖面或平面圖，圈定潛在的裂隙水分布范圍。5.關(guān)鍵儀器和場地參數(shù)：*儀器參數(shù)：發(fā)射線圈的類型（水平或垂直）、尺寸、發(fā)射電流強(qiáng)度或功率、發(fā)射頻率（FEM）或時間窗口（TDEM）、接收線圈類型、面積、靈敏度。*場地參數(shù)：測點坐標(biāo)（緯度、經(jīng)度、高程）、測線方向和長度、發(fā)射線圈中心與接收線圈中心的距離（AB）、發(fā)射線圈與接收線圈中心距測線的垂向距離（MN或H）、裝置類型（如中間裝置、對稱四邊形裝置等）。五、論述題1.電磁法在地下水資源勘探中的優(yōu)勢：*探測深度相對較大：特別是頻率域和時域電磁法，通過選擇合適的低頻（長時域），可以探測到數(shù)百米甚至上千米深部的地下水。*對高阻環(huán)境下的賦水體敏感：當(dāng)?shù)叵滤x存于高阻基巖（如花崗巖、玄武巖）的裂隙中時，電磁法能夠有效探測到這些被水充填的低阻裂隙體，這是電阻率法較難做到的。*數(shù)據(jù)采集相對快速：特別是連續(xù)電導(dǎo)率法（CSAMT），數(shù)據(jù)采集效率很高。*可提供二維甚至三維信息：通過測線測量結(jié)合裝置優(yōu)化和聯(lián)合反演技術(shù)，可以獲取地下電性結(jié)構(gòu)的二維剖面或三維模型。*儀器設(shè)備相對便攜：適合在野外復(fù)雜地形條件下作業(yè)。2.電磁法在地下水資源勘探中的局限性：*易受地形起伏影響：尤其是TDEM測量，地形校正至關(guān)重要且復(fù)雜，地形起伏大會增加解釋難度。*易受金屬管線和設(shè)備干擾：發(fā)射線圈、接收設(shè)備以及地下埋設(shè)的金屬管線都會強(qiáng)烈干擾電磁場，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。*淺層高阻體的屏蔽效應(yīng)：覆蓋區(qū)存在高阻體（如干燥黃土、基巖）時，會屏蔽下方低阻含水層（如飽和粘土、裂隙水）的電磁響應(yīng)，使得探測深度受限。*反演問題的復(fù)雜性和不確定性：電磁法反演是一個典型的非線性、反演問題，存在多解性，結(jié)果的可靠性依賴于高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)、合理的先驗信息以及反演算法的選擇。*對地下介質(zhì)的電導(dǎo)率變化敏感，但定性解釋有時困難：電磁法主要反映介質(zhì)的電性特征，雖然電導(dǎo)率與含水量、含鹽量有關(guān)，但兩者并非簡單的線性關(guān)系，且從視電阻率到含水量的定量轉(zhuǎn)換通常比較復(fù)雜。同時，解釋異常體（如低阻體）的形態(tài)、產(chǎn)狀和成因需要結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析。3.地下水資源普查電磁法方案設(shè)計（假設(shè)場景）：*方法選擇：考慮到可能需要一定的探測深度以普查基巖裂隙水，且效率要求較高，初步選擇長時域時間域電磁法（長時域TDEM）作為主要方法。如果需要更高分辨率或?qū)\層信息特別關(guān)注，可輔以頻率域電磁法（FEM）或連續(xù)電導(dǎo)率法（CSAMT）。*關(guān)鍵參數(shù)選擇：*發(fā)射頻率/時間：選擇較低的工作頻率（如1Hz或更低）或較長的積分時間（對應(yīng)長時域測量），以增加電磁波的穿透深度，增強(qiáng)對深部基巖裂隙水的探測能力。*發(fā)射電流：選擇足