2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——地球物理勘探技術在地下巖層研究中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內）1.在利用地震反射勘探探測地下巖層界面時，主要利用了哪種波的傳播特性？A.橫波B.縱波C.表面波D.瑞利波2.電法勘探中，如果探測目標巖層電阻率顯著高于周圍介質，采用哪種裝置類型探測效果通常更好？A.中心回線裝置B.偶極-偶極裝置C.溫納裝置D.斯倫貝謝裝置3.重力勘探主要利用地球重力場的什么變化來推斷地下巖層的密度差異？A.方向性變化B.垂直梯度變化C.水平分量變化D.總強度均勻變化4.磁法勘探中，對于探測磁化方向與地磁方向基本一致的巖層（如玄武巖），主要測量其哪種磁性分量？A.總場強度B.線偏角C.磁偏角D.礦物磁化強度5.在地下巖層研究中，若需要探測淺部、高頻的地質界面或小規(guī)模異常體，下列哪種方法相對更有效？A.大地電磁測深B.探地雷達C.重力梯度測量D.地震反射法6.地震波從波速較低的介質入射到波速較高的介質界面時，反射波和折射波的波峰（或波谷）相位關系是？A.反射波相位反轉，折射波相位不變B.反射波相位不變，折射波相位反轉C.反射波和折射波相位均反轉D.反射波和折射波相位均不變7.地球物理勘探數(shù)據(jù)處理中的濾波處理，主要目的是什么？A.提高數(shù)據(jù)信噪比B.增加數(shù)據(jù)采樣率C.改變數(shù)據(jù)的記錄長度D.將數(shù)據(jù)轉換成另一種物理量8.在進行電法勘探資料解釋時，若某測點電阻率值顯著偏低，可能反映了哪種地質情況？A.下方存在高阻基巖B.下方存在低阻含水層或斷層C.下方存在高阻鹽丘D.儀器故障導致數(shù)據(jù)錯誤9.重力勘探中，當?shù)叵麓嬖谝粋€密度比周圍介質低的鹽丘構造時，在地表觀測到的重力異常通常是？A.負異常（重力值偏低）B.正異常（重力值偏高）C.無明顯異常D.梯度異常10.大地電磁測深（MT）方法主要利用什么場來研究地下電性結構？A.人工震源產生的地震波B.地球內部自身產生的天然電磁場C.地面發(fā)射的無線電波D.地下水流產生的感應電流二、簡答題（每題5分，共30分。請簡要回答下列問題）1.簡述地震波在兩種不同密度的巖層界面處發(fā)生反射和折射的基本條件。2.與電阻率法相比，電法中的充電法主要適用于探測哪種類型的地下異常體？其基本原理是什么？3.簡述重力勘探中，當?shù)叵麓嬖诿芏冉缑娴那闆r下，地表重力異常值是如何變化的？4.地震勘探資料解釋中，進行層位對比的主要目的是什么？常用的方法有哪些？5.簡述地球物理勘探野外數(shù)據(jù)采集中，選擇合適儀器參數(shù)（如震源能量、接收器道距）需要考慮哪些因素？6.綜合應用電法、重力或磁法中的一種，簡要說明如何探測地下淺部的不規(guī)則低阻異常體（例如，地下水富集區(qū)或小型溶洞）。三、計算題（每題10分，共30分。請列出計算步驟，結果保留兩位小數(shù)）1.設地震波在地面某處垂直向下傳播，速度為1500m/s。經(jīng)過2.0秒后，該波到達地下某巖層界面，然后一部分被界面反射回地面，另一部分折射進入下方巖層，折射波速度為3000m/s。求該巖層界面的埋藏深度以及反射波與折射波到達地面的時間差。2.在電法勘探中，采用溫納裝置測量某點A的電阻率值ρ_A為200Ω·m。已知電極距AB=5米，該點上方覆蓋層電阻率ρ_1=50Ω·m，厚度h=10米。假設下方半空間電阻率ρ_2足夠大，可視為無窮大。請估算該點下方地層的電阻率ρ_2的近似值。（提示：可利用半空間條件下的近似公式）3.某重力勘探剖面在位置X=0km處測得布格重力異常Δg=10mGal。已知該處地表巖石密度ρ_1=2700kg/m3，下方覆蓋層厚度h=1000m，其密度ρ_2=2500kg/m3。假設下方基巖密度ρ_3=2800kg/m3且無限延伸。請估算覆蓋層底界面埋深h對布格重力異常值的影響量（即，如果h變?yōu)?001m，估算Δg的變化量，忽略中間層厚度變化影響，g取9.8m/s2，ρ水=1000kg/m3）。四、綜合應用題（共20分。請結合所學知識，分析并回答下列問題）某地質勘查項目旨在研究一個隱伏斷層的分布范圍及其對地下水運移的影響。區(qū)域地質資料顯示，地表覆蓋層較厚（約50-100米），下方基巖為花崗巖（密度約2700kg/m3）。根據(jù)初步調查，該區(qū)域存在巖溶發(fā)育的可能性。項目組計劃采用多種地球物理方法進行探測。請簡述：1.為了探測隱伏斷層的位置和活動性，可以考慮采用哪些地球物理方法？并簡要說明其基本原理和在該場景下的適用性。2.為了探測淺部地下水富集區(qū)或巖溶發(fā)育區(qū)，可以考慮采用哪些地球物理方法？并簡要說明其基本原理和在該場景下的適用性。3.如果項目組決定采用地震反射方法和電法方法相結合的方案，請簡述這兩種方法在野外數(shù)據(jù)采集和資料解釋方面的主要配合方式和各自的優(yōu)勢。試卷答案一、選擇題1.B解析：地震反射勘探主要利用縱波在遇到不同密度的巖層界面時發(fā)生反射的特性來探測界面。2.C解析：溫納裝置（偶極裝置的一種）對于探測中心點下方一定范圍內、電阻率顯著高于周圍介質的高阻異常體較為有效。3.B解析：重力異常主要由地下密度異常引起，通過測量重力垂直梯度的變化可以更清晰地反映密度界面的位置和形態(tài)。4.D解析：對于探測磁化方向與地磁方向一致的巖層，測量其磁化強度（特別是總場強度或其分量）更能反映巖層的磁化特征。5.B解析：探地雷達（GPR）具有高頻、探測范圍淺、分辨率高的特點，適合探測淺部、高頻的地質界面或小規(guī)模異常體。6.A解析：根據(jù)斯涅爾定律和波的性質，當縱波從波速較低介質（v1）入射到波速較高的介質（v2）界面時，反射波相位反轉，折射波相位不變。7.A解析：濾波是信號處理的基本方法，在地球物理數(shù)據(jù)處理中主要用于壓制噪聲，提高有效信號的信噪比。8.B解析：電阻率法中，電阻率值顯著偏低通常意味著地下存在導電性較好的介質，如含水層、斷層破碎帶、溶洞等。9.A解析：鹽丘等密度比周圍介質低的構造會引起巖石圈密度減小，根據(jù)萬有引力定律，地表重力值會相對偏低，形成負異常。10.B解析：大地電磁測深（MT）方法利用地球內部天然電磁場與地下電性結構相互作用產生的感應電流場來探測地下電性分布。二、簡答題1.解析：地震波在兩種不同密度的巖層界面處發(fā)生反射和折射，基本條件是必須存在界面。當入射角（θi）大于或等于某個臨界角時，波能會全部反射（全反射）；當入射角小于臨界角時，波能會同時發(fā)生反射和折射。反射波返回到原介質，其振動方向與入射波相同（鏡面反射）；折射波進入下覆介質，其傳播速度和振動方向會發(fā)生變化（根據(jù)斯涅爾定律）。界面兩側介質的密度和波速差異越大，反射和折射效應越強。2.解析：充電法主要適用于探測電阻率顯著低于周圍介質的不規(guī)則、閉合的地下異常體，如斷層破碎帶、巖溶洞穴、地下水富集區(qū)等。其基本原理是利用電流在低阻異常體上產生感應電荷（充電現(xiàn)象），當外加電源斷開時，異常體上的電荷會緩慢流失（放電過程）。通過測量接地電極附近土壤電阻率的變化或電位的變化，可以追蹤異常體的分布范圍。3.解析：當?shù)叵麓嬖诿芏冉缑鏁r，由于界面兩側巖石密度不同，會引起局部重力場的改變。在密度較高的巖層上方，地表重力值會相對偏高（正異常）；在密度較低的巖層上方，地表重力值會相對偏低（負異常）。界面埋藏越淺、密度差異越大，引起的重力異常幅度通常也越大。4.解析：地震勘探資料解釋中進行層位對比的主要目的是將不同測線、不同深度上的反射波同相軸進行匹配連接，從而建立連續(xù)、統(tǒng)一的地下地質結構模型，劃分地層單元，確定斷層位置和活動性，計算地層層厚度和埋深等。常用方法包括：波組對比（利用反射波的同相性、連續(xù)性）、追蹤對比（沿同相軸進行追蹤連接）、聯(lián)井對比（利用鉆井資料進行標定和校正）等。5.解析：選擇合適的儀器參數(shù)需要綜合考慮多個因素：①勘探目標：探測深度、分辨率要求；②地下地質條件：覆蓋層厚度、地質構造復雜程度、介質性質（速度、電阻率、磁性等）；③儀器性能：震源類型、能量范圍、檢波器靈敏度等；④野外環(huán)境：場地限制、噪聲水平等。例如，為探測淺部目標，應選擇頻率較高、能量較小的震源和檢波器，并采用較小的道距；為探測深部目標，則需使用能量大、頻率低的震源，并配合較長的道距。6.解析：探測地下淺部不規(guī)則低阻異常體（如地下水富集區(qū)或小型溶洞），可以綜合應用電法中的電阻率剖面法或測深法，以及探地雷達（GPR）方法。電法可以直接反映地下電阻率的分布，低阻異常體表現(xiàn)為電阻率值顯著偏低的區(qū)域。電阻率剖面法適用于快速探測異常體的橫向分布和位置；電阻率測深法適用于確定異常體的埋深。GPR利用高頻電磁波在介質中傳播的衰減和反射特性，對淺部地質結構具有高分辨率，可以有效探測小型、不規(guī)則的低阻異常體（如溶洞、空洞）。兩者結合，可以優(yōu)勢互補，提高探測的可靠性。三、計算題1.解析：*反射波走時t_r=2*h/v1=2*h/1500*折射波走時t_p=h/v2=h/3000*兩波到達時間差Δt=t_r-t_p=(2h/1500)-(h/3000)=(4h-h)/3000=h/3000*將t_r=2.0s代入t_r=2h/1500，得2.0=2h/1500，解得h=1500/2=750m。*將h=750m代入Δt=h/3000，得Δt=750/3000=0.25s。*答案：埋藏深度750m；時間差0.25s。2.解析：*根據(jù)半空間條件下的近似公式，當AB>>h時，點A處的視電阻率ρ_A≈2ρ_1*(AB/h)。*代入已知數(shù)據(jù)：200Ω·m≈2*50Ω·m*(5m/10m)。*200Ω·m≈2*50Ω·m*0.5=50Ω·m。*由于估算結果與已知ρ_A值（200Ω·m）差距較大，表明該點可能不滿足半空間近似條件（即AB/h可能不夠大，或下方地層電阻率ρ_2并非無限大）。但按題目要求進行近似計算，結果為50Ω·m。*答案：下方地層電阻率ρ_2的近似值約為50Ω·m。3.解析：*布格重力異常Δg=G*(ρ_1*h+ρ_3*Δh)/R^2-G*(ρ_1*H+ρ_3*ΔH)/R'^2，其中G為引力常數(shù)，R和R'為觀測點和地心距離，H和ΔH為原始和變化后的總厚度。*當h變?yōu)閔+Δh=1001m時，Δh=1m。此時總厚度為H'=h+Δh=1001m。*原始狀態(tài)下Δg=G*(ρ_1*h+ρ_3*H)/R^2-G*(ρ_1*H+ρ_3*ΔH)/R'^2。*新狀態(tài)下Δg'=G*(ρ_1*(h+Δh)+ρ_3*H')/R^2-G*(ρ_1*H'+ρ_3*ΔH)/R'^2。*ΔΔg=Δg'-Δg=G*[(ρ_1*(h+Δh)+ρ_3*H')/R^2-(ρ_1*H'+ρ_3*ΔH)/R'^2]-[(ρ_1*h+ρ_3*H)/R^2-(ρ_1*H+ρ_3*ΔH)/R'^2]。*ΔΔg=G*[(ρ_1*Δh)/R^2+(ρ_3*Δh)/R'^2]。*由于h(1000m)遠大于Δh(1m)和ΔH(假設不變)，且R,R'遠大于h,Δh，可以近似認為R≈R'≈R_0（地心距離，影響可忽略），或直接用Δh的變化量影響計算。*ΔΔg≈G*Δh*(ρ_1/R^2+ρ_3/R'^2)≈G*Δh*(ρ_1+ρ_3)/R^2(若R^2項主導)。*但更精確的近似考慮密度差的影響：ΔΔg≈G*Δh*(ρ_3-ρ_1)/R'^2(假設h增加導致R'增加很小，主要看密度項變化)。*ΔΔg≈(9.8m/s2)*(1m)*(2800kg/m3-2700kg/m3)/[(6371km+1000m)2-(6371km)2]≈9.8*100/[(6471000m)2-(6371000m)2]≈980/[41990400000000m2-40605000000000m2]≈980/(1395400000000m2)≈7.02x10??m/s2。*這個結果非常小，說明忽略h變化對R2的影響是合理的。直接用Δh*(ρ_3-ρ_1)/R2可能更符合實際（因為h變化主要影響R）。*ΔΔg≈9.8m/s2*1m*(2800-2700)kg/m3/(6371km)2≈9.8*100/(6371x103)2≈980/(4.06x1012)≈2.42x10?1?m/s2。*這個結果依然極小，可能計算過程中近似過多。更合理的解釋是，對于小的Δh，其引起的ΔΔg實際上非常小，可能小于儀器測量精度。但題目要求估算，可考慮Δg對ρ_3的導數(shù)：d(Δg)/d(ρ_3)≈G*H/R2。ΔΔg≈d(Δg)/d(ρ_3)*Δ(ρ_3)。*Δ(ρ_3)=2800-2700=100kg/m3。*ΔΔg≈G*H*Δ(ρ_3)/R2=9.8*1000m*100kg/m3/(6371x103m)2≈9.8*10?/(4.06x1012)≈2.42x10??mGal。*答案：布格重力異常值的變化量約為-2.42x10??mGal（負號表示異常幅度減小，因為鹽丘密度降低）。四、綜合應用題1.解析：探測隱伏斷層可以采用的方法包括：①地震勘探（反射或折射）：利用地震波在斷層帶產生的反射或折射現(xiàn)象來追蹤斷層的延伸方向和深度；②重力勘探：利用斷層帶可能引起的密度變化（如破碎帶、位移）產生的重力異常來推斷斷層位置；③磁法勘探：如果斷層帶存在巖性或磁性差異，可能產生磁異常；④電法勘探：斷層帶通常存在破碎、裂隙發(fā)育，電阻率相對降低，可通過電法探測。其中地震反