2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——地球物理學(xué)在地下隧道建議過(guò)程中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述利用地震反射法進(jìn)行隧道區(qū)域前期地質(zhì)勘察的基本原理，并說(shuō)明其主要優(yōu)勢(shì)。二、在隧道工程中，電法勘探有哪些主要應(yīng)用形式？簡(jiǎn)述其中一種形式的基本原理及其在探測(cè)隧道前方隱伏斷層或富水區(qū)方面的作用。三、重力勘探在隧道選址和區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中可以發(fā)揮什么作用？請(qǐng)闡述其基本原理，并說(shuō)明進(jìn)行重力異常解釋時(shí)需要考慮的主要影響因素。四、隧道施工過(guò)程中，為何需要利用地球物理方法進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)？請(qǐng)選擇一種具體的地球物理方法（如地震波速度法、電阻率法等），簡(jiǎn)述其監(jiān)測(cè)圍巖穩(wěn)定性的基本原理和實(shí)施要點(diǎn)。五、當(dāng)隧道需要穿越含承壓水的地層時(shí)，地球物理勘探（如電阻率法）在其中扮演什么角色？請(qǐng)說(shuō)明利用電阻率法探測(cè)地下水位的原理，并討論該方法在隧道水文地質(zhì)勘察中的局限性。六、結(jié)合實(shí)際工程案例（可自行構(gòu)思或簡(jiǎn)述），論述在隧道詳細(xì)勘察階段，如何綜合運(yùn)用多種地球物理探測(cè)方法（至少兩種）來(lái)提高對(duì)隧道工作面前方地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。七、簡(jiǎn)述探地雷達(dá)（GPR）技術(shù)在隧道近場(chǎng)精細(xì)探測(cè)（如襯砌結(jié)構(gòu)檢查、周邊環(huán)境探測(cè)）中的應(yīng)用潛力及其主要的技術(shù)限制。試卷答案一、答案：地震反射法通過(guò)人工激發(fā)地震波，波在地下介質(zhì)分界面（如地層界面、斷層界面）上發(fā)生反射，攜帶地下結(jié)構(gòu)信息被檢波器接收。通過(guò)記錄反射波的旅行時(shí)間、振幅、頻率等特征，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和反演，可以繪制地下地質(zhì)剖面，揭示隧道區(qū)域地層的深度、厚度、連續(xù)性、結(jié)構(gòu)形態(tài)（如斷層、褶皺）等。其主要優(yōu)勢(shì)在于能夠探測(cè)范圍大、分辨率較高（尤其對(duì)水平層狀介質(zhì)）、非侵入性，適合進(jìn)行區(qū)域性地質(zhì)調(diào)查和宏觀結(jié)構(gòu)探測(cè)。解析思路：本題考查地震反射法的基本原理（波的產(chǎn)生、反射、接收、信息獲取）和主要優(yōu)勢(shì)。解答需明確地震波的傳播與反射條件，以及如何通過(guò)反射波信息反演地下結(jié)構(gòu)。優(yōu)勢(shì)部分需從探測(cè)范圍、分辨率、非侵入性等角度闡述。二、答案：電法勘探在隧道工程中主要有電阻率法、電磁法等形式。電阻率法中常用的有電剖面法、電測(cè)深法、高密度電阻率成像（ERT）等。以高密度電阻率成像為例，其基本原理是利用網(wǎng)格狀布設(shè)的電極系統(tǒng)向地下供入電流，測(cè)量網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)間的電位差，構(gòu)建二維（或三維）電阻率斷面圖。通過(guò)分析電阻率斷面的形態(tài)、高低變化，可以識(shí)別不同巖土體的分布、探測(cè)斷裂構(gòu)造破碎帶、軟弱夾層、富水區(qū)、洞穴等異常體。在探測(cè)隧道前方隱伏斷層或富水區(qū)方面，高阻異常通常指示斷層破碎帶或相對(duì)干燥的巖體，而低阻異常則常與富水區(qū)、泥質(zhì)物、溶洞等有關(guān)。解析思路：本題要求列舉電法應(yīng)用形式，并重點(diǎn)闡述一種（如ERT）的原理及其工程應(yīng)用。需先列出主要形式，再詳細(xì)說(shuō)明ERT的工作方式（電流、電壓測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、成像），最后結(jié)合工程實(shí)例（斷層、富水區(qū)）解釋電阻率異常的含義。三、答案：重力勘探通過(guò)測(cè)量地表重力加速度的微小變化（重力異常）來(lái)探測(cè)地下密度分布的不均勻性。在隧道選址和區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，可以利用重力異常來(lái)推斷深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，如探測(cè)隱伏的斷裂構(gòu)造（通常斷裂帶存在密度差異）、大型巖體（如花崗巖體密度高于圍巖）、鹽丘、空腔（如古河道、溶洞）等。其基本原理是地下密度異常體會(huì)對(duì)周?chē)囊?chǎng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致地表重力值發(fā)生變化。進(jìn)行重力異常解釋時(shí)，主要影響因素包括：地表地形起伏（需進(jìn)行布格改正等校正）、上覆巖層的厚度和密度、結(jié)晶基底的起伏、風(fēng)化殼的厚度和不均勻性、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響等。解析思路：本題考查重力勘探原理及其在隧道選址和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。需首先說(shuō)明重力勘探的基本原理（密度異常導(dǎo)致重力異常）。應(yīng)用部分需舉例說(shuō)明能探測(cè)的地質(zhì)體。影響因素部分是重力解釋的重點(diǎn)，需列出主要的校正和干擾因素。四、答案：隧道施工過(guò)程中，圍巖條件是影響施工安全與效率的關(guān)鍵因素。圍巖穩(wěn)定性會(huì)隨開(kāi)挖過(guò)程動(dòng)態(tài)變化，可能出現(xiàn)變形、開(kāi)裂甚至失穩(wěn)。利用地球物理方法進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，可以在不破壞圍巖或少量侵入的情況下，實(shí)時(shí)或定期獲取圍巖的物理力學(xué)參數(shù)信息（如彈性波速度、電阻率等），從而評(píng)估圍巖的穩(wěn)定性狀態(tài)，預(yù)測(cè)潛在的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，為及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)、優(yōu)化施工方案提供依據(jù)。以地震波速度法為例，其基本原理是測(cè)量巖體中地震波（P波、S波）的傳播速度。波速受巖體密度、彈性模量、孔隙度、含水飽和度等因素影響。通常，波速越快，表示巖體越致密、強(qiáng)度越高、穩(wěn)定性越好；反之，波速越慢，則巖體可能越破碎、松軟、穩(wěn)定性越差。實(shí)施要點(diǎn)包括：選擇合適的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，合理布置檢波器和震源，確保信號(hào)質(zhì)量，定期進(jìn)行測(cè)量，將監(jiān)測(cè)結(jié)果與圍巖分類(lèi)、變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。解析思路：本題考查地球物理監(jiān)測(cè)在隧道施工中的應(yīng)用，特別是圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。需先說(shuō)明監(jiān)測(cè)的必要性和目的。選擇具體方法（如地震波速度法）后，要闡述其原理（波速與巖體性質(zhì)、穩(wěn)定性的關(guān)系），并簡(jiǎn)述實(shí)施要點(diǎn)（布設(shè)、測(cè)量、分析）。五、答案：在隧道穿越含承壓水的地層時(shí)，地球物理勘探（特別是電阻率法）可用于探測(cè)地下水位的深度和富水性。其基本原理是利用不同含水飽和度的巖土體具有不同的電阻率。通常，純水（尤其是承壓水）的電阻率較低，而干燥或低孔隙度巖土體的電阻率較高。通過(guò)測(cè)量地電阻率，可以圈定出低阻異常區(qū)域，從而定位地下水體的分布范圍，估算地下水位。電阻率法在隧道水文地質(zhì)勘察中的局限性主要體現(xiàn)在：①對(duì)均勻、連續(xù)的含水體敏感度不高，對(duì)于分布不均、規(guī)模小的含水體或裂隙水難以精確探測(cè)；②巖土體的電阻率不僅受含水性影響，還受礦物成分、孔隙度、溫度等多種因素影響，單純根據(jù)電阻率低來(lái)判斷富水性可能存在誤差；③在復(fù)雜地質(zhì)條件下（如存在高阻泥漿層、存在屏蔽效應(yīng)等），電阻率法的解釋難度較大。解析思路：本題要求說(shuō)明電阻率法在探測(cè)地下水中的應(yīng)用原理及局限性。原理部分需解釋電阻率差異與含水性的關(guān)系，以及如何通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)低阻異常來(lái)定位水位。局限性部分需從探測(cè)能力（均勻性、規(guī)模）、影響因素復(fù)雜性、解釋難度等方面進(jìn)行闡述。六、答案：在隧道詳細(xì)勘察階段，為提高對(duì)隧道工作面前方地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，常需綜合運(yùn)用多種地球物理探測(cè)方法。例如，可以采用地震反射法與高密度電阻率成像相結(jié)合的方式。地震反射法主要用于探測(cè)較大范圍（如幾百米至幾千米）的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，識(shí)別主要斷層、褶皺、地層分界等宏觀構(gòu)造，為隧道總體方案提供依據(jù)。高密度電阻率成像（ERT）則用于探測(cè)工作面附近（如幾十米至一百多米）的詳細(xì)地質(zhì)情況，能夠更精細(xì)地刻畫(huà)斷層破碎帶、軟弱夾層、小規(guī)模溶洞、富水區(qū)等對(duì)隧道施工直接影響的異常體。通過(guò)兩種方法的結(jié)合：地震反射法提供區(qū)域背景和宏觀結(jié)構(gòu)信息，ERT提供近場(chǎng)精細(xì)信息，可以相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，從而更全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)工作面前方的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，為掘進(jìn)參數(shù)選擇、支護(hù)設(shè)計(jì)、不良地質(zhì)處理提供更可靠的決策支持。實(shí)際操作中，需根據(jù)探測(cè)目標(biāo)、距離、場(chǎng)地條件選擇合適的儀器、裝置類(lèi)型和參數(shù)，并進(jìn)行仔細(xì)的數(shù)據(jù)采集和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)解釋。解析思路：本題考查多種地球物理方法綜合應(yīng)用的能力。需選擇兩種或多種方法（如地震與ERT），說(shuō)明各自的探測(cè)范圍、優(yōu)勢(shì)（宏觀vs微觀），然后闡述如何通過(guò)結(jié)合使用實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、信息互驗(yàn)證，以提高對(duì)前方地質(zhì)條件的整體認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)精度。最后可簡(jiǎn)要提及實(shí)際操作中的注意事項(xiàng)。七、答案：探地雷達(dá)（GPR）技術(shù)在隧道近場(chǎng)精細(xì)探測(cè)中具有應(yīng)用潛力，尤其是在探測(cè)工作面附近一定范圍內(nèi)的淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、襯砌狀況和周邊環(huán)境。其原理是利用高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，不同介質(zhì)（如巖石、土壤、水、空氣、混凝土、襯砌材料）的電磁波衰減和反射特性不同，通過(guò)發(fā)射電磁波并接收反射回波，分析回波的時(shí)間、振幅、波形等信息，來(lái)成像地下目標(biāo)體或探測(cè)介質(zhì)的物理性質(zhì)變化。例如，可用于探測(cè)隧道開(kāi)挖面前方一定范圍內(nèi)的溶洞、土洞、軟弱夾層；檢查隧道襯砌結(jié)構(gòu)是否存在裂縫、空洞、滲漏通道；探測(cè)襯砌外側(cè)的圍巖情況或附近管線、障礙物等。主要技術(shù)限制包括：探測(cè)深度有限，受探測(cè)距離、介質(zhì)電導(dǎo)率和磁化率影響顯著；對(duì)高電導(dǎo)率介質(zhì)（如含水量高的粘土、海水）衰減快，探測(cè)效果差；空間分辨率