2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地球物理學(xué)在地下松動監(jiān)測中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述地下工程圍巖松動狀態(tài)的主要判別特征。二、地震波在穿過松動帶時，其速度、衰減和頻譜特性通常會發(fā)生哪些變化？簡述這些變化的基本原因。三、電阻率法監(jiān)測地下松動區(qū)時，松動帶通常表現(xiàn)出怎樣的電學(xué)響應(yīng)特征？并簡述其形成機(jī)理。四、聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)在地下松動監(jiān)測中有哪些獨特的優(yōu)勢？如何通過分析聲發(fā)射事件的頻次、強(qiáng)度和能量等參數(shù)來評估松動的狀態(tài)和發(fā)展趨勢？五、設(shè)計一個用于監(jiān)測隧道圍巖松動的地球物理監(jiān)測方案。要求說明選擇的主要監(jiān)測方法、儀器布設(shè)原則（包括布設(shè)位置、數(shù)量和密度）、數(shù)據(jù)采集的基本要求以及初步的解譯思路。六、在地下松動監(jiān)測中，組合使用多種地球物理方法相比于單一方法有哪些潛在優(yōu)勢？以地震法和電阻率法為例，說明組合監(jiān)測如何提高監(jiān)測結(jié)果的可靠性和解釋的準(zhǔn)確性。七、分析地下松動監(jiān)測數(shù)據(jù)時，可能會受到哪些因素的影響？簡述在數(shù)據(jù)處理和解釋過程中，如何識別和盡量消除或減弱這些因素的影響。八、某隧道工程在施工過程中，通過地震監(jiān)測系統(tǒng)記錄到了微弱的地音事件。簡述如何利用這些事件信息來初步判斷隧道圍巖是否存在松動現(xiàn)象及其大致范圍？說明需要關(guān)注的關(guān)鍵參數(shù)和分析步驟。九、論述地下松動監(jiān)測信息在指導(dǎo)隧道或礦山支護(hù)設(shè)計和優(yōu)化、以及進(jìn)行安全預(yù)警方面的重要作用。試卷答案一、地下工程圍巖松動狀態(tài)的主要判別特征包括：應(yīng)力水平顯著降低、巖石破碎程度增加、完整性變差、產(chǎn)生微小裂縫或原有裂縫擴(kuò)展、物理力學(xué)性質(zhì)劣化（如彈性模量、強(qiáng)度降低，波速減慢）、聲發(fā)射活動性增強(qiáng)、電阻率降低（因含水量或裂隙增加）、自發(fā)電位（SP）異常等。二、地震波在穿過松動帶時，其速度通常減慢（特別是橫波速度Vp和S波速度Vs顯著降低），波的能量衰減加劇（振幅減小，頻譜向低頻轉(zhuǎn)化），波形可能變得更加復(fù)雜甚至失穩(wěn)?；驹蛟谟谒蓜訋r石破碎、結(jié)構(gòu)松散、孔隙或裂隙增多，導(dǎo)致波的傳播路徑復(fù)雜化、能量損失增加，介質(zhì)剛性減弱，從而降低了波的傳播速度。三、電阻率法監(jiān)測地下松動區(qū)時，松動帶通常表現(xiàn)出電阻率降低的特征。形成機(jī)理主要是：松動帶巖石破碎、完整性差，形成大量裂隙和孔隙；這些裂隙和孔隙中往往填充有雨水、地下水或施工引起的有害氣體，導(dǎo)致其導(dǎo)電性顯著增強(qiáng)，從而降低了包含這些松動帶的巖體整體電阻率。有時，應(yīng)力調(diào)整也可能導(dǎo)致局部電荷分布變化，引起自然電位（SP）異常。四、聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)在地下松動監(jiān)測中的獨特優(yōu)勢在于能夠?qū)崟r、動態(tài)地捕捉巖石應(yīng)力調(diào)整和破裂過程中產(chǎn)生的微小彈性波，從而直接反映圍巖的變形和破壞活動。通過分析聲發(fā)射事件的頻次（反映活動范圍和強(qiáng)度）、強(qiáng)度（反映破裂程度）和能量（反映單次事件的破壞規(guī)模）等參數(shù)，可以評估松動的狀態(tài)：頻次增高、強(qiáng)度增大、能量集中通常預(yù)示著松動范圍擴(kuò)大或應(yīng)力集中加??；反之則可能表示松動活動趨于穩(wěn)定。時空分布分析有助于確定松動的具體位置和發(fā)展趨勢。五、監(jiān)測隧道圍巖松動的地球物理監(jiān)測方案設(shè)計：選擇的主要監(jiān)測方法：以地震法（微震監(jiān)測）為主，輔以電阻率法（如地面或巷道電法）或地音法進(jìn)行驗證或補(bǔ)充。儀器布設(shè)原則：地震監(jiān)測器（檢波器）應(yīng)沿隧道周邊圍巖表面布設(shè)，確保覆蓋關(guān)鍵區(qū)域和潛在高應(yīng)力區(qū)，密度根據(jù)圍巖破碎程度和監(jiān)測目標(biāo)確定，檢波器應(yīng)埋設(shè)于穩(wěn)定基巖或安裝于專用基座。必要時可在隧道內(nèi)布設(shè)測線。電阻率法電極的布設(shè)可根據(jù)需要采用測量線或電位點形式，沿隧道軸線或垂直方向布置。數(shù)據(jù)采集需設(shè)定合適的觸發(fā)閾值、采樣率和記錄時長，確保能捕捉到微弱信號。初步解譯思路：收集數(shù)據(jù)后，對地震信號進(jìn)行濾波、降噪和震源定位，分析事件頻次、空間分布和震源參數(shù)變化。結(jié)合電阻率數(shù)據(jù)變化，綜合判斷圍巖松動的范圍、程度和發(fā)展趨勢，為支護(hù)設(shè)計和安全評估提供依據(jù)。六、組合使用多種地球物理方法相比于單一方法的優(yōu)勢在于：可以提高監(jiān)測信息的可靠性，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)；通過不同方法探測不同物理量或信息深度，可以更全面、立體地反映地下松動的真實狀態(tài)；可以相互驗證，減少單一方法可能存在的誤判；有助于區(qū)分不同成因的異常，提高解譯的準(zhǔn)確性。例如，地震法擅長定位和評估松動的空間范圍及活動強(qiáng)度，而電阻率法對松動的濕度、裂隙發(fā)育程度更敏感。組合監(jiān)測可以綜合利用兩者的信息，更準(zhǔn)確地判斷松動的性質(zhì)和潛在風(fēng)險。七、地下松動監(jiān)測數(shù)據(jù)可能受到多種因素的影響，主要包括：施工活動（如爆破、開挖）產(chǎn)生的振動干擾、地表或附近環(huán)境振動（交通、地震）、儀器本身的環(huán)境效應(yīng)（溫度、濕度變化）、電纜連接穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)處理中的噪聲濾除不當(dāng)、解譯主觀性等。在數(shù)據(jù)處理和解釋過程中，可以通過以下方式識別和盡量消除或減弱這些因素影響：嚴(yán)格設(shè)定數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)門檻，排除施工等強(qiáng)干擾信號；對儀器進(jìn)行標(biāo)定和檢查，確保其工作穩(wěn)定；采用合適的濾波技術(shù)去除環(huán)境噪聲和干擾頻率；建立基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行長期對比分析；采用標(biāo)準(zhǔn)化處理流程和多人交叉驗證等統(tǒng)計方法減少主觀誤差；結(jié)合工程地質(zhì)信息和施工階段進(jìn)行綜合分析判斷。八、利用隧道施工過程中的地震監(jiān)測系統(tǒng)記錄的微弱地音事件判斷圍巖松動：關(guān)注的關(guān)鍵參數(shù)和分析步驟：首先，需要設(shè)定合適的閾值以區(qū)分有效事件與噪聲。然后，對記錄到的事件進(jìn)行篩選和震源定位，確定事件的空間位置。分析事件在時間上的分布特征，如頻次變化、爆發(fā)期等。分析事件的空間分布特征，如是否集中在特定區(qū)域（如開挖工作面附近、圍巖破碎帶）。分析事件的地音信號特征，如頻率、振幅等是否異常。結(jié)合隧道開挖進(jìn)度和地質(zhì)素描，綜合判斷：若在開挖影響范圍內(nèi)，出現(xiàn)頻次增加、能量增大、定位集中于特定區(qū)域的地音事件，特別是伴隨有高頻、高幅信號，則強(qiáng)烈暗示該區(qū)域圍巖存在松動現(xiàn)象，且松動的范圍和活動性可能較大。反之，若事件稀少、信號微弱且分布分散，則圍巖相對穩(wěn)定。九、地下松動監(jiān)測信息在指導(dǎo)隧道或礦山支護(hù)設(shè)計和優(yōu)化、以及進(jìn)行安全預(yù)警方面具有重要作用的體現(xiàn)：1.指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計優(yōu)化：通過實時監(jiān)測松動范圍和活動性，可以判斷圍巖的穩(wěn)定性，為支護(hù)設(shè)計提供依據(jù)。例如，在松動范圍較大的區(qū)域，可能需要加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度、改變支護(hù)形式或提前實施預(yù)支護(hù)措施；而在相對穩(wěn)定的區(qū)域，則可以適當(dāng)減少支護(hù)力度，節(jié)約工程成本。監(jiān)測結(jié)果有助于實現(xiàn)按需支護(hù)，優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。2.進(jìn)行安全預(yù)警：松動監(jiān)測是動