2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——地下核爆試驗對地球物理的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.地下核爆與天然地震相比，其產(chǎn)生的地震波主要特征之一是（）。A.P波初動方向更復雜B.頻譜成分集中在低頻段C.S波振幅通常顯著更強D.近源地震圖上P波到達時間通常早于S波2.在地下核爆地震學研究中，利用寬頻帶地震儀記錄到的核震相（如初動、PnS）主要目的是（）。A.精確測定震源機制解B.直接測量震源深度C.估算震源距離和方位角D.分析震源破裂過程細節(jié)3.地下核爆引起的重力異常主要是由（）造成的。A.地表震動引起的暫態(tài)重力變化B.核爆產(chǎn)生的熱異常導致的地表膨脹C.爆破瞬間產(chǎn)生的沖擊波壓縮周圍巖石D.爆破形成的空腔或密度變化導致的地下質(zhì)量重新分布4.對于淺層地下核爆，航空磁測中觀察到的主要異常特征通常與（）有關(guān)。A.核爆產(chǎn)生的瞬時電磁輻射B.爆破引起的大范圍地磁場的長期變化C.爆破形成的高溫空腔冷卻時產(chǎn)生的熱剩磁或天然剩磁D.爆破區(qū)域巖石的順磁礦物含量突然增加5.在地電方法中，利用大地電磁測深（MT）技術(shù)探測地下核爆影響時，其優(yōu)勢在于（）。A.能夠直接測定爆炸當量大小B.對淺層、低阻異常體具有較高的探測靈敏度C.可提供爆炸發(fā)生的確切時間信息D.成本低，適合大面積普查6.地下核爆后，大氣圈中可能出現(xiàn)的放射性同位素（如Kr-85）主要來源于（）。A.爆炸物本身含有放射性核素B.地殼巖石在高溫高壓下釋放出的放射性物質(zhì)C.核反應(yīng)過程產(chǎn)生的裂變或裂變碎片衰變D.地下深處放射性元素的自然衰變增強7.為了提高地下核爆地震信號的信噪比，常用的數(shù)據(jù)處理方法不包括（）。A.濾波技術(shù)去除特定頻率噪聲B.利用震源定位算法直接消除干擾C.信號疊加增強微弱震相D.時頻分析識別核爆信號特征8.國際監(jiān)測系統(tǒng)（IMS）中，用于探測地下核爆的地震臺站通常需要具備的特點是（）。A.極高的采樣率，以捕捉高頻震相B.極低的自振頻率，以避免信號畸變C.位于震中附近，以縮短傳播時間D.部署在海洋底部，以覆蓋更多區(qū)域9.地下核爆產(chǎn)生的重力異常隨距離震源的變化趨勢通常符合（）。A.指數(shù)衰減規(guī)律B.雙曲函數(shù)衰減規(guī)律C.開方衰減規(guī)律D.線性衰減規(guī)律10.在分析地下核爆對電離層的影響時，主要關(guān)注的現(xiàn)象是（）。A.地表電位的瞬時劇烈變化B.電離層底部邊界的長期抬升C.爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖（EMP）對電離層的擾動D.地下空腔中電荷的積累與放電現(xiàn)象二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上）1.地下核爆產(chǎn)生的地震波中，頻率成分最高的是________波，它對震源機制解的確定至關(guān)重要。2.為了減少地下核爆與天然地震在地震圖上的混淆，監(jiān)測人員通常會利用________和________等震相特征進行區(qū)分。3.地下核爆引起的重力異常信號通常是________周期的，且與爆炸發(fā)生的________密切相關(guān)。4.航空磁測在地下核爆監(jiān)測中，其探測深度主要受________和________的影響。5.地下核爆產(chǎn)生的瞬時電磁脈沖（EMP）主要是由________現(xiàn)象引發(fā)的，它能對附近的電子設(shè)備造成破壞。6.利用放射性探測站監(jiān)測地下核爆，主要是通過探測大氣中________同位素的濃度變化來實現(xiàn)的。7.地震反演中，通過分析核爆地震記錄的________特征，可以反演估算爆源的位置、深度和當量。8.地下核爆監(jiān)測系統(tǒng)需要具備高精度的時間同步，這是為了精確計算核爆的________和________。9.地電方法中，核爆可能引起地下介質(zhì)電阻率的________或________。10.除了地震學方法，_______和_________也是國際監(jiān)測系統(tǒng)（IMS）中用于探測地下核爆的重要手段。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述地下核爆產(chǎn)生的地震波與天然地震波在震源機制解推斷方面的主要區(qū)別。2.簡要說明重力異常和磁異常在區(qū)分天然構(gòu)造運動與地下核爆方面各自的優(yōu)勢和局限性。3.簡述利用地震波傳播時間數(shù)據(jù)進行地下核爆震源定位的基本原理。四、計算題（共25分）1.（10分）假設(shè)一次淺層地下核爆（爆炸當量Q=1×10^15焦耳）發(fā)生在地表下500米處。已知該地區(qū)的地殼巖石密度為2700kg/m3，上覆介質(zhì)密度為2200kg/m3。試估算由密度變化引起的地表最大重力異常值（g=9.8m/s2，引力常數(shù)G=6.674×10^-11N·m2/kg2）。請說明計算中采用的主要假設(shè)。2.（15分）某地震臺記錄到一次地下核爆事件的主震相PnS到達時間為T_pn=123.45秒，震中距為R=10500公里。已知該臺站與震源之間的地殼平均速度為V_p=8.0km/s，上地幔平均速度V_s=4.5km/s。請估算該核爆的震源深度。說明在計算過程中所做的簡化假設(shè)。五、綜合分析題（共30分）1.假設(shè)你是一名地球物理學家，參與一個地下核爆監(jiān)測項目。近期，你的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)初步判定某區(qū)域可能發(fā)生了一次人工地下核爆事件。請描述你將采取的主要步驟和方法，利用地震學、重力學和（或）其他地球物理方法對此次事件進行核實、分析，并嘗試評估其可能的規(guī)模和影響。在分析過程中，需要考慮如何區(qū)分自然現(xiàn)象和人工源，以及可能遇到的主要困難和挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.C5.B6.C7.B8.B9.B10.C二、填空題1.S2.到達時間，振幅3.短，時間4.磁場強度，探測高度5.電磁感應(yīng)6.Kr-857.震相8.時間，位置9.降低，升高10.磁學，地電三、簡答題1.解析思路：對比兩者震源機制解推斷的基礎(chǔ)。核爆是點源破裂，理論震源機制解通常為雙力偶。天然地震震源機制解則更多樣，受斷層性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)影響，可以是單力偶或更復雜的破裂模式。核爆震相（如PnS）的走時和振幅特征更清晰、可預(yù)測性更高，有助于精確定位和確定簡單的震源機制。2.解析思路：分析重力和磁異常的物理成因及對目標的敏感性。重力異常源于地下密度異常，核爆形成空腔密度降低產(chǎn)生負異常，上覆介質(zhì)密度增加也可能產(chǎn)生正異常，異常形態(tài)與爆炸深度、規(guī)模有關(guān)。磁異常源于核爆產(chǎn)生的高溫、高導空腔冷卻形成的退磁或剩磁效應(yīng)，以及爆炸瞬間可能產(chǎn)生的感應(yīng)磁化。優(yōu)勢在于直接反映地下密度/磁化狀態(tài)變化，探測深度與異常強度相關(guān)。局限性在于重力信號可能被自然地質(zhì)構(gòu)造干擾，磁信號受當?shù)氐卮怒h(huán)境、巖石磁性影響大，且對淺層、小規(guī)模核爆敏感度可能不高。3.解析思路：闡述地震定位基本原理。利用地震波（如P波）從震源到臺站傳播的固定時間與距離關(guān)系。通過測量多個臺站到同一震源的距離（或到時差），構(gòu)成距離（或時間）圓或雙曲線。多個臺站的交集點即為震源位置。對于核爆，通常利用清晰的震相到時差進行定位，結(jié)合走時模型估算震源位置、深度和當量。四、計算題1.解析思路：重力異常計算公式。Δg=-2Gρ(V?-V?)h/(R2+h2)2，其中R為地下爆炸點到地表觀測點的距離，近似為h（當h<<R時）。計算時需先估算空腔半徑R（與當量Q相關(guān)，Q=2/3πR3ρ，假設(shè)巖石密度ρ_rock≈2700kg/m3，可估算R≈440m），然后代入公式計算。注意單位統(tǒng)一，結(jié)果為負值表示重力異常降低。Δg≈-2*(6.674*10?11)*2700*(2700-2200)*500/(5002)2≈-0.013m/s2（此為估算值，具體需精確計算空腔參數(shù)）假設(shè)：將地下空腔視為均勻密度變化的球體，上覆介質(zhì)均勻，忽略空腔周圍巖石應(yīng)力調(diào)整引起的密度變化，使用點源近似公式。2.解析思路：地震定位反演深度。利用到時差法。首先計算理論到時差ΔT_理論=T_pn-(R/Vp+R/Vs)。然后用實測到時差ΔT_實測=T_pn-(R/Vp+R/Vs)代入走時方程組求解R。假設(shè)地殼均勻，走時關(guān)系為t=R/Vp+(R-h)/Vs。聯(lián)立求解h。簡化假設(shè)：地殼均勻且各向同性，上地幔均勻且各向同性，忽略地形起伏和速度異常，P、S波速度恒定。五、綜合分析題解析思路：描述多方法綜合核實與評估流程。首先，利用地震臺網(wǎng)確定事件位置、深