2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——地殼熱響應(yīng)對(duì)城市能源利用的影響研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在括號(hào)內(nèi)）1.城市地?zé)豳Y源的主要形式不包括以下哪一項(xiàng)？A.淺層地?zé)崮埽ǖ卦礋岜美茫〣.地下熱水或蒸汽資源C.巖石熱干鉆獲取的深層地?zé)崮蹹.地?zé)崽荻缺旧恚ㄈ粑葱纬捎行醿?chǔ)）2.導(dǎo)致城市區(qū)域地溫場(chǎng)通常高于周邊鄉(xiāng)村地區(qū)的主要因素是？A.地殼內(nèi)部放射性元素含量增加B.城市建筑和道路的蓄熱效應(yīng)C.地下水循環(huán)加速D.地幔物質(zhì)上涌3.在城市環(huán)境中進(jìn)行淺層地?zé)崮苜Y源評(píng)估時(shí)，地球物理方法中，對(duì)淺層地溫場(chǎng)分布和地層結(jié)構(gòu)探測(cè)效果較好的是？A.大地電磁測(cè)深B.淺層地震勘探C.熱紅外遙感D.鉆孔測(cè)溫4.地?zé)崽荻仁侵?？A.地球表面到地心的溫度變化率B.地球內(nèi)部某兩點(diǎn)之間的溫度差C.單位深度內(nèi)的溫度變化率D.地球內(nèi)部熱量傳遞的總速率5.地源熱泵系統(tǒng)利用城市地?zé)崮苓M(jìn)行供暖時(shí)，其冬季向地下抽熱的主要熱源是？A.地幔熱量B.城市地表及建筑物的熱量C.地下深層熱流體D.大氣圈層熱量6.地球物理反演的目標(biāo)通常是為了獲??？A.地球物理測(cè)量的原始數(shù)據(jù)B.地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物理參數(shù)分布C.地球內(nèi)部的熱量總量D.城市未來的能源需求預(yù)測(cè)7.在城市熱島效應(yīng)研究中，地球物理方法可用于？A.直接測(cè)量城市總能耗B.探測(cè)地溫場(chǎng)分布及其影響因素C.計(jì)算城市人口密度D.預(yù)測(cè)城市未來氣候變化趨勢(shì)8.評(píng)估地?zé)豳Y源潛力時(shí)，除了地?zé)崽荻?，還需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)通常包括？A.地震波速B.地下水化學(xué)成分C.熱導(dǎo)率D.城市GDP9.利用電阻率法探測(cè)城市地下熱儲(chǔ)時(shí)，通常認(rèn)為熱儲(chǔ)層區(qū)域的電阻率特征是？A.顯著高于周圍地層B.顯著低于周圍地層C.與周圍地層電阻率相近D.無法確定，取決于具體地質(zhì)條件10.地殼熱響應(yīng)研究對(duì)于城市可持續(xù)發(fā)展的重要意義主要體現(xiàn)在？A.幫助規(guī)劃城市綠化布局B.為城市能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型提供資源基礎(chǔ)和技術(shù)支持C.提高城市防洪能力D.確定城市最佳建筑高度二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上）1.城市熱島效應(yīng)的形成與城市下墊面性質(zhì)、______以及人類活動(dòng)排放的______等多種因素有關(guān)。2.地球物理方法在探測(cè)地殼熱結(jié)構(gòu)時(shí)，主要利用地下介質(zhì)不同的______所引起的物理場(chǎng)差異。3.地源熱泵系統(tǒng)冬季供暖模式（熱泵模式）實(shí)際上是將建筑物的熱量“搬運(yùn)”到______，同時(shí)吸收地下淺層土壤的熱量。4.進(jìn)行城市地?zé)豳Y源潛力評(píng)價(jià)時(shí)，需要綜合考慮地?zé)豳Y源儲(chǔ)量、______、經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境兼容性等多個(gè)方面。5.熱傳導(dǎo)是地殼內(nèi)部熱量傳遞的主要方式，其基本規(guī)律由______定律描述。6.利用淺層地?zé)崮軙r(shí)，地?zé)崽荻鹊拇笮≈苯臃从沉嗽搮^(qū)域地?zé)豳Y源的______潛力。7.地球物理建模是研究地下熱場(chǎng)分布和變化的重要工具，可用于模擬______和______等過程。8.城市地?zé)崮荛_發(fā)利用不當(dāng)可能引發(fā)一系列環(huán)境問題，如______、地下水位下降等。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述地?zé)崽荻仁侨绾斡绊懗鞘械卦礋岜孟到y(tǒng)效率的。2.簡(jiǎn)述利用地球物理方法探測(cè)城市淺層地?zé)豳Y源的基本步驟。3.簡(jiǎn)述城市熱島效應(yīng)對(duì)城市能源利用可能產(chǎn)生的影響。4.簡(jiǎn)述在進(jìn)行城市地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)劃時(shí)，需要考慮的主要地質(zhì)和環(huán)境因素。四、計(jì)算題（共10分。請(qǐng)列出計(jì)算步驟，得出最終結(jié)果）假設(shè)某城市區(qū)域地?zé)峥碧浇Y(jié)果顯示，地表以下50米深度內(nèi)地?zé)崽荻葹?.0°C/100m。該區(qū)域計(jì)劃采用垂直地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行供暖，冬季運(yùn)行需從地下50米深處抽取熱量。已知該層地?zé)醿?chǔ)層巖石熱導(dǎo)率為1.5W/(m·K)，地層平均密度為2700kg/m3，比熱容為800J/(kg·K)。試估算該系統(tǒng)在冬季運(yùn)行期間，從每平方米土地面積上抽吸熱量的速率（單位：W/m2）。假設(shè)抽熱過程對(duì)地溫場(chǎng)的影響可忽略。五、論述題（共25分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析和闡述下列問題）論述地球物理方法在城市地?zé)崮苜Y源勘探、評(píng)估及其對(duì)城市能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面所起的作用和面臨的挑戰(zhàn)。請(qǐng)結(jié)合具體的技術(shù)手段和實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行說明。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.B6.B7.B8.C9.B10.B二、填空題1.大氣環(huán)流，人為熱排放2.物理性質(zhì)（如熱導(dǎo)率、密度、比熱容）3.地下淺層土壤（或：地下環(huán)境）4.資源可利用性（或：經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)可行性）5.傅里葉6.開發(fā)7.地?zé)釄?chǎng)分布，熱傳遞過程8.地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)（或：地面沉降）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：地?zé)崽荻缺硎締挝簧疃鹊臏囟仍隽?。冬季供暖時(shí)，地源熱泵需要從地下環(huán)境中吸收熱量。地?zé)崽荻仍酱螅馕吨谙嗤疃认?，地溫相?duì)地表更高，地源熱泵從地下抽吸熱量的溫差就越大，根據(jù)熱力學(xué)原理，效率通常越高（或：更易于抽吸）。反之，梯度越小，溫差越小，抽吸熱量就越困難，可能需要更高的能耗或更大的系統(tǒng)容量。因此，地?zé)崽荻仁窃u(píng)價(jià)地源熱泵系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)。2.解析思路：探測(cè)城市淺層地?zé)豳Y源的地球物理方法步驟通常包括：首先，進(jìn)行區(qū)域性的地表地球物理測(cè)量，如地?zé)崽荻葴y(cè)量、電阻率測(cè)量、磁法測(cè)量等，以初步圈定有利的地質(zhì)區(qū)域；其次，在有利區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的地球物理勘探，常用方法包括淺層地震勘探（了解地層結(jié)構(gòu)和深度）、電阻率成像（探測(cè)熱儲(chǔ)層分布和邊界）、探地雷達(dá)（探測(cè)淺層空洞和結(jié)構(gòu)）等；再次，利用測(cè)量的物理場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)資料，進(jìn)行地球物理反演，獲取地下介質(zhì)（特別是潛在熱儲(chǔ)層）的物理參數(shù)（如熱導(dǎo)率、電阻率、速度等）分布圖；最后，根據(jù)反演結(jié)果和熱物性參數(shù)，結(jié)合水文地質(zhì)信息，評(píng)估熱儲(chǔ)層的厚度、有效孔隙度、儲(chǔ)熱能力和導(dǎo)熱能力，從而評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源的潛力。3.解析思路：城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致城市區(qū)域溫度高于周邊鄉(xiāng)村，這會(huì)直接影響城市能源利用。在供暖季，熱島效應(yīng)使得城市地表溫度相對(duì)較高，增加了通過墻體、屋頂?shù)认蛲饨绲臒釗p失，導(dǎo)致建筑供暖能耗增加。在制冷季，城市高溫使得空調(diào)制冷負(fù)荷增大，導(dǎo)致制冷能耗增加。因此，熱島效應(yīng)對(duì)城市能源利用的影響主要體現(xiàn)在增加了供暖和制冷的能源需求，加劇了城市能源供需矛盾，對(duì)能源效率產(chǎn)生負(fù)面影響。4.解析思路：規(guī)劃城市地?zé)崮荛_發(fā)利用時(shí)，需要考慮的主要地質(zhì)因素包括：地?zé)豳Y源本身的分布、儲(chǔ)量、溫度、水熱特征（是否有熱流體）、儲(chǔ)層巖石的滲透性等；地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性，是否存在斷層、陷落柱等可能影響熱儲(chǔ)層封閉性和抽水安全的構(gòu)造；地層結(jié)構(gòu)，覆蓋層的厚度和性質(zhì)會(huì)影響地?zé)崮艿膫鬟f效率。主要的環(huán)境因素包括：地下水資源狀況，地?zé)衢_發(fā)是否會(huì)過度消耗或污染地下水資源；地面沉降風(fēng)險(xiǎn)，特別是對(duì)于疏干式地?zé)衢_發(fā)；土壤和植被影響，開發(fā)活動(dòng)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境和景觀的影響；以及潛在的氣體（如H?S）排放風(fēng)險(xiǎn)等。四、計(jì)算題計(jì)算步驟：1.首先計(jì)算50米深度對(duì)應(yīng)的總溫差：ΔT=(3.0°C/100m)×50m=1.5°C。2.計(jì)算單位體積地?zé)醿?chǔ)層在1小時(shí)內(nèi)能儲(chǔ)存或釋放的熱量：Q_v=ρ×c×ΔT×V，其中V=1m3（為計(jì)算單位面積抽吸速率，體積取1m3）。Q_v=2700kg/m3×800J/(kg·K)×1.5K×1m3=3,240,000J=3240kJ。3.將體積熱量轉(zhuǎn)換為功率（W）：P=Q_v/t，其中t為時(shí)間。t=1小時(shí)=3600秒。P=3,240,000J/3600s=900W。4.由于計(jì)算是基于1m3體積，結(jié)果P即為從該1m2土地面積上抽吸熱量的速率。最終結(jié)果：每平方米土地面積上抽吸熱量的速率為900W/m2。五、論述題解析思路：作用：地球物理方法在城市地?zé)崮芸碧?、評(píng)估及其對(duì)城市能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。1.早期勘探與資源潛力評(píng)估：利用地表地球物理測(cè)量（如地?zé)崽荻葴y(cè)量、大地電磁測(cè)深、電阻率測(cè)網(wǎng)等）可以快速、經(jīng)濟(jì)地覆蓋大范圍區(qū)域，初步識(shí)別地?zé)豳Y源潛力較高的地段，圈定重點(diǎn)勘探區(qū)。這為后續(xù)詳細(xì)勘探提供了依據(jù)。2.詳細(xì)資源勘查與儲(chǔ)層解剖：淺層地震勘探能夠詳細(xì)成像地下數(shù)百米深度的地層結(jié)構(gòu)、斷層分布和覆蓋層的性質(zhì)，有助于確定熱儲(chǔ)層的頂?shù)捉缑妗⒑穸?、形態(tài)和空間展布。電阻率成像（IP/MT）等技術(shù)可以有效探測(cè)熱儲(chǔ)層的范圍、邊界，評(píng)估其電性異常特征，結(jié)合熱參數(shù)測(cè)量，有助于評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的物性（孔隙度、滲透性）和熱物性。探地雷達(dá)可用于探測(cè)淺層（幾十米內(nèi)）的特定目標(biāo)，如管道、空洞等。3.地球物理建模與模擬：基于地球物理反演獲得的地下結(jié)構(gòu)、熱參數(shù)分布信息，可以建立二維或三維地?zé)釘?shù)值模型。利用這些模型可以模擬地下熱場(chǎng)的分布、熱傳遞過程，預(yù)測(cè)地?zé)衢_發(fā)的長(zhǎng)期效果（如抽水/注入對(duì)地下水位、地溫場(chǎng)的影響），為地?zé)崮荛_發(fā)利用方案的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。4.優(yōu)化城市能源規(guī)劃：通過地球物理方法獲取的地?zé)豳Y源信息，可以指導(dǎo)城市地?zé)崮芑A(chǔ)設(shè)施（如地源熱泵站、熱交換器等）的合理布局，將地?zé)崮芾门c城市規(guī)劃相結(jié)合，提高能源利用效率。例如，在建筑密集區(qū)利用淺層地?zé)崮苓M(jìn)行區(qū)域供暖或制冷，實(shí)現(xiàn)能源的就地利用，減少能源傳輸損耗。面臨的挑戰(zhàn)：1.探測(cè)深度與分辨率限制：傳統(tǒng)的地球物理探測(cè)方法在探測(cè)深度上存在限制，對(duì)于深層地?zé)豳Y源的勘探能力有限。同時(shí)，在復(fù)雜城市地質(zhì)條件下，獲取高分辨率、三維的地下結(jié)構(gòu)圖像仍然具有挑戰(zhàn)性。2.多物理場(chǎng)信息融合難度：地?zé)嵯到y(tǒng)是水文地質(zhì)、巖石圈物理學(xué)等多場(chǎng)耦合系統(tǒng)，僅依賴單一地球物理方法難以全面刻畫熱儲(chǔ)層的特征。如何有效地融合不同方法（如地震、電阻率、測(cè)溫）的數(shù)據(jù)，進(jìn)行多信息聯(lián)合反演和解釋，是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。3.熱參數(shù)測(cè)量的不確定性：地下介質(zhì)的熱導(dǎo)率、比熱容等熱參數(shù)空間變異性大，準(zhǔn)確測(cè)量和獲取這