2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地球內(nèi)部巖石圈流動特征分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪一項不是影響巖石圈粘滯度的因素？A.溫度B.壓力C.應(yīng)力狀態(tài)D.巖石礦物組成2.阿倫尼烏斯定律描述了粘滯度與哪個因素的關(guān)系？A.壓力B.體積C.溫度D.密度3.地幔對流的主要驅(qū)動力被認(rèn)為是？A.潮汐力B.放射性元素衰變產(chǎn)生的熱C.地球自轉(zhuǎn)的離心力D.板塊相互碰撞的力4.在巖石圈流變學(xué)中，描述理想塑性體的模型是？A.牛頓流體模型B.冪律流體模型C.賓漢流體模型D.粘彈流體模型5.地震P波速度通常隨深度的增加而？A.先增加后減小B.持續(xù)減小C.持續(xù)增加D.保持不變6.地震體波分裂現(xiàn)象可以用來？A.直接測量巖石圈的厚度B.探測地下的密度結(jié)構(gòu)C.估計巖石圈的平均粘滯度D.確定地下的放射性元素含量7.GPS測量主要用于研究地殼的？A.電性結(jié)構(gòu)B.磁性結(jié)構(gòu)C.速度場和形變D.密度分布8.俯沖帶前緣通常表現(xiàn)出？A.高速、冷、剛性的巖石圈B.低速、熱、粘性的巖石圈C.高速、熱、粘性的巖石圈D.低速、冷、剛性的巖石圈9.裂谷地區(qū)的巖石圈通常具有？A.增厚的、冷的結(jié)構(gòu)B.薄的、熱的結(jié)構(gòu)C.均勻的、冷的厚度D.均勻的、熱的厚度10.巖石圈流變不均一性主要體現(xiàn)在？A.粘滯度在水平方向上的巨大差異B.粘滯度在垂直方向上的微小變化C.粘滯度在水平和垂直方向上都存在顯著差異D.粘滯度在水平和垂直方向上都保持均勻二、填空題1.巖石圈的流變性質(zhì)通常被認(rèn)為是______和______的。2.影響巖石圈粘滯度的因素中，溫度越高，粘滯度通常______。3.地震波速的垂直變化可以反映地殼和上地幔的______和______。4.大地測量學(xué)中的______技術(shù)可以用來測量地殼的水平和垂直形變。5.板塊構(gòu)造理論認(rèn)為，巖石圈是______的，并在軟流圈上______。6.地幔對流是地球內(nèi)部主要的______和______傳輸方式。7.在研究巖石圈流變特征時，地震的______和______是重要的觀測資料。三、簡答題1.簡述巖石圈粘滯度的概念及其主要影響因素。2.簡述地幔對流的兩種主要類型及其可能的驅(qū)動力。3.簡述地震層析成像技術(shù)如何用于研究巖石圈流變結(jié)構(gòu)。4.簡述大地測量數(shù)據(jù)（如GPS）在研究巖石圈流動中的應(yīng)用。四、計算題1.已知某地幔巖石在200公里深度處，溫度為1300°C，壓力為12GPa。假設(shè)該巖石遵循冪律流體模型，粘滯度μ與溫度T和壓力P的關(guān)系為：μ=A*exp(B/T)*P^n，其中A=1e-20Pa·s，B=150000K，n=3。請計算該深度處巖石的粘滯度。(請使用自然對數(shù)計算，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)2.假設(shè)一塊巖石圈板塊以10mm/年的速度向俯沖帶下方運動，俯沖角為45度。請估算該板塊在進(jìn)入俯沖帶后1千萬年時，其前緣下沉的深度。假設(shè)板塊運動速度保持恒定。五、論述題結(jié)合地震波速結(jié)構(gòu)、大地測量數(shù)據(jù)和巖石圈熱結(jié)構(gòu)等證據(jù)，論述巖石圈流變不均一性對俯沖帶動力學(xué)過程的影響。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.C6.C7.C8.B9.B10.C二、填空題1.粘彈性，粘塑性2.降低3.密度，速度4.GPS5.分裂，漂移6.熱量，物質(zhì)7.體波分裂，面波速度三、簡答題1.粘滯度是表征流體或固體粘彈性材料抵抗變形能力的物理量，對于巖石圈而言，可以理解為其變形速率與施加應(yīng)力之間的比值。主要影響因素包括：溫度（通常溫度升高，粘滯度降低）、壓力（通常壓力升高，粘滯度增加）、應(yīng)力狀態(tài)（不同應(yīng)力狀態(tài)下粘滯度表現(xiàn)不同）、巖石礦物組成（不同礦物具有不同流變性質(zhì)）、水含量（水通常降低巖石的粘滯度）等。2.地幔對流的主要類型包括：熱對流（由地幔內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量驅(qū)動的密度差異引起的流動）和物質(zhì)對流（可能由角閃石相變等化學(xué)不穩(wěn)定性驅(qū)動的流動）?？赡艿尿?qū)動力主要是放射性元素衰變產(chǎn)生的熱，此外，地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的潮汐力、板塊相互作用等也可能起到輔助作用。3.地震層析成像通過分析地震波在不同路徑上的傳播速度差異來成像地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在研究巖石圈流變結(jié)構(gòu)時，可以利用地震波速（特別是S波速度）與巖石粘滯度之間的相關(guān)性。通常，S波速度較慢的區(qū)域?qū)?yīng)著較軟、粘滯度較高的巖石圈；S波速度較快的區(qū)域?qū)?yīng)著較硬、粘滯度較低的巖石圈。通過層析成像得到的速度結(jié)構(gòu)，可以反演出巖石圈內(nèi)部的流變不均一性，例如識別出粘滯度較高的俯沖板塊、軟流圈上涌區(qū)等。4.大地測量數(shù)據(jù)，特別是GPS技術(shù)，能夠以高精度測量地殼表面的形變和運動速度。通過長期監(jiān)測，可以確定地殼板塊的水平運動速度、方向以及垂直運動速率（如隆起或沉降）。這些數(shù)據(jù)可以直接反映巖石圈板塊的當(dāng)前運動狀態(tài)和變形特征，從而為研究巖石圈的整體流動、板塊邊界過程（如擴張、俯沖）以及地幔對流對地表的影響提供直接的觀測證據(jù)。例如，通過比較不同板塊之間的GPS速度差異，可以推斷地幔對流的驅(qū)動方向和強度。四、計算題1.計算粘滯度：μ=A*exp(B/T)*P^nA=1e-20Pa·sB=150000KT=1300+273.15=1573.15K(注意：題目給的是攝氏度，需加273.15換算為開爾文)P=12GPa=12*1e9Pan=3μ=(1e-20)*exp(150000/1573.15)*(12*1e9)^3μ=(1e-20)*exp(95.31)*(1.44*1e13)^3μ=(1e-20)*(1.28e41)*(2.985984*1e39)μ≈4.59e59Pa·s保留兩位有效數(shù)字：μ≈4.6*10^59Pa·s(注意：此結(jié)果異常巨大，可能題目參數(shù)或模型假設(shè)不適用于此深度或條件，或計算中存在簡化)2.估算下沉深度：板塊速度V=10mm/年時間t=10^7年俯沖角θ=45度下沉深度D=V*t*sin(θ)D=(10mm/年)*(10^7年)*sin(45°)D=10^8mm*(√2/2)D=7.07*10^7mmD=7.07*10^4mD=70.7km保留兩位有效數(shù)字：D≈71km五、論述題巖石圈流變不均一性對俯沖帶動力學(xué)過程具有重要影響。俯沖帶是巖石圈板塊向下插入地幔的邊界，其動力學(xué)行為（如俯沖速率、角度、板塊是否斷裂、角礫化程度等）強烈依賴于俯沖板塊及其上方地幔楔的流變性質(zhì)。首先，俯沖板塊本身具有明顯的流變分層?？拷砻娴牟糠挚赡苋员３州^強的剛性，而向深處則逐漸變得粘塑性增強。這種不均一性影響俯沖的初始階段和板塊的破碎過程。例如，剛性前緣可能遇到更大的阻力，導(dǎo)致俯沖角度變陡；而在較深部位，板塊可能發(fā)生塑性變形、斷裂和角礫化，形成俯沖板片帶，其粘滯度也遠(yuǎn)低于完整巖石圈。其次，俯沖板塊攜帶的水分在進(jìn)入地幔楔后，會顯著降低地幔楔的粘滯度。地幔楔的粘滯度隨深度的變化以及不均一性（例如存在羽流或通道），導(dǎo)致水分的分布和釋放過程復(fù)雜化，進(jìn)而影響地幔楔的密度、對流模式和熱結(jié)構(gòu)。低粘滯度的區(qū)域可能形成通道，加速物質(zhì)的混合和板塊的向下運動會，也可能導(dǎo)致地幔楔上涌，影響上覆地殼的隆起和火山活動。此外，巖石圈流變不均一性還體現(xiàn)在俯沖帶附近地幔的響應(yīng)上。俯沖過程產(chǎn)生的應(yīng)力可以通過地幔傳遞，引發(fā)應(yīng)力集中或釋放。不同粘滯度的地幔區(qū)域?qū)@種應(yīng)力擾動具有不同的響應(yīng)方式，可能導(dǎo)致局部對流模式的改變，甚至觸發(fā)地震。例如，在俯沖板塊后方，地幔