2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——地球物質(zhì)資源動(dòng)態(tài)特及在構(gòu)構(gòu)成考試時(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)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.地幔對(duì)流的主要驅(qū)動(dòng)力被認(rèn)為是（）。A.地核的熱傳導(dǎo)冷卻B.地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力C.地幔物質(zhì)內(nèi)部的不均勻性D.來(lái)自太陽(yáng)的輻射能2.在地震波傳播中，S波無(wú)法通過的地球內(nèi)部介質(zhì)區(qū)域是（）。A.地幔B.地核C.地殼D.沉積層3.重力異常主要反映了地球內(nèi)部（）的差異。A.旋轉(zhuǎn)速度B.磁場(chǎng)強(qiáng)度C.密度分布D.溫度梯度4.與巖漿活動(dòng)密切相關(guān)，并常形成大規(guī)模金屬礦床的地質(zhì)作用是（）。A.沉積作用B.變質(zhì)作用C.礦物結(jié)晶作用D.交代作用5.地球磁場(chǎng)的成因，目前最被廣泛接受的理論是（）。A.磁極反轉(zhuǎn)B.巖石剩磁C.地核環(huán)流（發(fā)電機(jī)理論）D.太陽(yáng)風(fēng)影響6.在板塊構(gòu)造理論中，俯沖帶通常位于（）。A.裂谷邊緣B.碰撞造山帶C.海嶺中部D.大陸內(nèi)部7.地震反射法勘探主要用于探測(cè)（）。A.地表淺層結(jié)構(gòu)B.地幔深部結(jié)構(gòu)C.地核內(nèi)部結(jié)構(gòu)D.全球平均密度8.地球內(nèi)部高密度、高聲波速度異常區(qū)，通常被認(rèn)為是（）。A.花崗巖體B.玄武巖體C.俯沖板塊D.地幔熱柱9.利用地震波走時(shí)差異推斷地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本原理是（）。A.勒夫定律B.布格定律C.尼奎斯特定理D.哈密頓原理10.能夠有效區(qū)分不同密度巖石的地球物理方法是（）。A.磁法B.重力法C.電法D.放射性勘探二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在題中的橫線上）1.地球內(nèi)部的三大圈層從地心向外依次是______、______和______。2.能夠傳播縱波和橫波的地球介質(zhì)狀態(tài)是______。3.地球物理反演的目的是從觀測(cè)到的______中推斷地球內(nèi)部的______。4.變質(zhì)作用是指地殼或地幔巖石在溫度和壓力改變條件下發(fā)生______和______的變化過程。5.板塊構(gòu)造理論認(rèn)為，全球地殼被分割成若干個(gè)巨大的______，這些板塊在軟流圈上______。6.地震折射法勘探中，利用______的變化可以推斷地下介質(zhì)波速的連續(xù)變化。7.地球的重力場(chǎng)主要反映了地球內(nèi)部______的不均勻分布。8.勘探石油和天然氣資源常用的地球物理方法是______和______。9.地球磁場(chǎng)的極性會(huì)隨時(shí)間發(fā)生______，這種現(xiàn)象稱為______。10.地幔對(duì)流是驅(qū)動(dòng)______運(yùn)動(dòng)和產(chǎn)生______活動(dòng)的重要機(jī)制。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述地殼與地幔在物質(zhì)組成和物理性質(zhì)上的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述地震波通過古登堡界面時(shí)發(fā)生的主要變化及其地質(zhì)意義。3.簡(jiǎn)述重力和磁力異常場(chǎng)在資源勘探中各自的作用和局限性。4.簡(jiǎn)述巖漿活動(dòng)對(duì)地球內(nèi)部物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)演化的影響。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一地震波從地表某點(diǎn)出發(fā)，以30°入射角射向地幔界面，測(cè)得反射波和折射波到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)差為1秒。已知地震波在地表的傳播速度為8km/s，在地幔中的傳播速度為8km/s，求地幔界面的深度。（忽略波的傳播損耗和界面附近的速度變化）2.某區(qū)域重力異常值為+50mGal，已知該區(qū)域上覆地殼的平均密度為2.8g/cm3，厚度為35km，地幔的平均密度為3.3g/cm3。假設(shè)地幔頂部與地殼底部的密度相同，試?yán)貌几窆焦浪阍搮^(qū)域下方地幔頂部與地殼底部之間的密度差。（布格校正公式：Δg_B=4πG(ρ_s-ρ_m)h，其中G為萬(wàn)有引力常數(shù)，ρ_s和ρ_m分別為地表和地下某深度介質(zhì)的密度，h為該深度）五、論述題（每題15分，共30分）1.論述地球物質(zhì)循環(huán)過程（特別是巖漿作用和俯沖作用）對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地殼均衡以及礦產(chǎn)資源分布的影響。2.論述地震層析成像技術(shù)在研究地球內(nèi)部物質(zhì)組成和動(dòng)態(tài)過程方面的原理、應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)。---試卷答案一、選擇題1.A2.B3.C4.D5.C6.B7.A8.C9.B10.B二、填空題1.地核，地幔，地殼2.固態(tài)3.場(chǎng)，結(jié)構(gòu)4.化學(xué)成分，礦物組成5.塊體，漂移6.震源深度（或入射點(diǎn)深度）7.密度8.地震勘探，重力勘探9.切換，地質(zhì)極性反轉(zhuǎn)10.板塊，巖漿三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比地殼和地幔的物質(zhì)組成（地殼以硅鋁酸鹽為主，地幔以硅鎂酸鹽為主）、物理性質(zhì)（地殼相對(duì)較淺、較輕、較脆，地幔深、重、可塑性/塑性），以及圈層劃分依據(jù)。*答：地殼物質(zhì)組成以硅鋁酸鹽為主，密度較?。s2.8g/cm3），主要由花崗巖和玄武巖及其變質(zhì)巖構(gòu)成，物理性質(zhì)相對(duì)脆性，厚度不均，平均約35km。地幔位于地殼之下，深度延伸至地核邊界，主要由硅鎂酸鹽組成，密度較大（約3.3g/cm3），物理性質(zhì)具有可塑性或塑性，能承受高壓高溫并發(fā)生變形。地?？煞譃樯系蒯：拖碌蒯?，上地幔頂部與地殼共同組成巖石圈。地殼與地幔的界限是莫霍面（Moho）。2.解析思路：描述S波在古登堡界面（Gutenbergdiscontinuity，地幔-地核界面）的行為（不通過），并解釋其反映的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征（外核為液態(tài)）。*答：當(dāng)縱波（P波）和橫波（S波）傳播到古登堡界面時(shí)，縱波速度會(huì)顯著增加，而橫波（S波）完全停止傳播，無(wú)法通過。這表明古登堡界面是一個(gè)不連續(xù)面，其下方介質(zhì)不允許S波存在。由于S波是體波，其不能在液態(tài)介質(zhì)中傳播，因此該現(xiàn)象有力地證明了地球外核是處于液態(tài)的。3.解析思路：分別說明重力和磁力異常反映的信息（密度和磁性異常），以及在資源勘探中的應(yīng)用（如油氣與密度異常，鐵礦與磁異常），并指出其局限性（如異常定位困難，易受干擾）。*答：重力異常主要反映地球內(nèi)部密度分布的不均勻性。密度較大的物質(zhì)（如結(jié)晶基底、密度的礦體）會(huì)引起正異常，密度較小的物質(zhì)（如沉積盆地、鹽丘）會(huì)引起負(fù)異常。因此，重力勘探可用于尋找密度異常體，如大型沉積盆地、鹽丘構(gòu)造、密度異常的金屬礦體等。但其局限性在于難以直接區(qū)分不同密度的巖石，且異常的解釋受地表地形、上覆介質(zhì)等多種因素影響。磁力異常主要反映地球內(nèi)部磁性礦物的分布。當(dāng)存在強(qiáng)磁性礦體（如磁鐵礦）時(shí)，會(huì)引起明顯的磁異常。磁法勘探是尋找磁鐵礦等磁性資源的主要方法。其局限性在于只對(duì)具有磁性的物質(zhì)敏感，對(duì)非磁性礦產(chǎn)無(wú)效，且地磁場(chǎng)的干擾和變化也影響解釋精度。4.解析思路：從巖漿的來(lái)源（地幔部分熔融）、成分（可形成不同類型巖漿）、運(yùn)動(dòng)（巖漿房、巖脈、火山噴發(fā)）等方面，闡述其對(duì)地幔物質(zhì)組成（元素分異）、地殼結(jié)構(gòu)（增厚、形成火成巖）和演化（殼幔相互作用）的影響。*答：巖漿活動(dòng)是地球物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。地幔的部分熔融產(chǎn)生巖漿，將地幔深處的物質(zhì)（如稀有元素、放射性元素）帶到地殼淺部或地表，導(dǎo)致地幔元素組成發(fā)生分異。巖漿在上升過程中，會(huì)發(fā)生分異結(jié)晶，形成不同成分的巖漿和相應(yīng)的火成巖系列，從而豐富了地殼的物質(zhì)組成。大規(guī)模的巖漿活動(dòng)（如造山帶巖漿活動(dòng)）可導(dǎo)致地殼增厚和隆起，形成大型山脈。巖漿的侵入和噴發(fā)還直接塑造了地表形態(tài)和地殼結(jié)構(gòu)。此外，巖漿活動(dòng)常與板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，是板塊俯沖、碰撞等過程的重要能量釋放和物質(zhì)交換方式，促進(jìn)了殼幔之間的物質(zhì)和能量傳輸，對(duì)地球整體結(jié)構(gòu)和演化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。四、計(jì)算題1.解析思路：利用反射波和折射波時(shí)差關(guān)系，結(jié)合幾何光學(xué)原理，先求出折射波到達(dá)界面的時(shí)間，再根據(jù)速度求深度。注意單位統(tǒng)一。*答：設(shè)P為震源，R為接收點(diǎn)，O為入射點(diǎn)，M為地幔界面。入射角θ?=30°，P到R的總走時(shí)為t。設(shè)OM（即地幔界面深度）為h，P到O的走時(shí)為t?，O到R的走時(shí)為t?（反射波）或t?（折射波）。地表波速v=8km/s，地幔波速V=8km/s。*OM=v*t?=V*t?*cos(θ?)。根據(jù)斯涅爾定律，sin(θ?)/sin(θ?)=V/v，得sin(θ?)=V/v*sin(θ?)=8/8*sin(30°)=0.5，θ?=30°。*t?=h/V=h/8。*對(duì)于反射波，根據(jù)反射定律，θ?=θ?=30°。走時(shí)關(guān)系為t=t?+t?=2*t?=2*(h/v)/cos(θ?)=2*(h/8)/cos(30°)=h/(4*(√3/2))=h/(2√3)。*對(duì)于折射波，走時(shí)關(guān)系為t=t?+t?=(h/v)/cos(θ?)+h/V=(h/8)/cos(30°)+h/8=(h/(4√3))+h/8。*給定時(shí)差Δt=t-t?=1秒。將t?和t的表達(dá)式代入：[(h/(4√3))+h/8]-(h/8)=1。化簡(jiǎn)得h/(4√3)=1。h=4√3km≈6.93km。（注意：此處的速度值相同導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果特殊，通常折射波走時(shí)大于反射波）。*（修正思路：如果時(shí)差是指反射波與折射波到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間差Δt=t_reflect-t_refract。則t_reflect=2*(h/v)/cos(θ?)，t_refract=2*h/V。Δt=2*(h/v)/cos(θ?)-2*h/V=2h[(1/v*cos(θ?))-(1/V)]=2h[(1/8*cos(30°))-(1/8)]=2h[(1/(8*√3/2))-1/8]=2h[1/(4√3)-1/8]=2h[(2-√3)/(8√3)]。解得h=4√3/(2*(2-√3))=4√3/(4-2√3)=4√3*(4+2√3)/(16-12)=4√3*(4+2√3)/4=√3*(4+2√3)=4√3+6km。）*界面深度約為4√3+6km。2.解析思路：應(yīng)用布格重力異常公式，將已知量代入，求解密度差。注意單位轉(zhuǎn)換（1g/cm3=1000kg/m3）。*答：布格校正公式為Δg_B=4πG(ρ_s-ρ_m)h。其中，G=6.674×10?11N·m2/kg2，ρ_s=2.8g/cm3=2800kg/m3，ρ_m是地幔頂部密度，h=35km=35,000m。Δg_B=50mGal=50×10??m/s2。*將公式變形求密度差：ρ_s-ρ_m=Δg_B/(4πGh)=(50×10??m/s2)/(4π×6.674×10?11N·m2/kg2×35,000m)。*計(jì)算：ρ_s-ρ_m=(50×10??)/(4×3.1416×6.674×10?11×35,000)=(50×10??)/(4×3.1416×6.674×10??)=(50/(4×3.1416×6.674×103))×10?3kg/m3。*ρ_s-ρ_m≈(50/268.74)×10?3kg/m3≈0.186×10?3kg/m3=0.186kg/m3。*密度差約為0.186kg/m3或0.000186g/cm3。五、論述題1.解析思路：從物質(zhì)循環(huán)的環(huán)節(jié)入手，分別論述巖漿作用和俯沖作用如何影響地幔結(jié)構(gòu)（物質(zhì)交換、密度分布）、地殼均衡（物質(zhì)增減、抬升沉降）以及資源分布（成礦作用）。強(qiáng)調(diào)過程的動(dòng)態(tài)性和相互聯(lián)系。*答：地球物質(zhì)循環(huán)是地球內(nèi)部持續(xù)進(jìn)行的重要過程，主要通過巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用、沉積作用和俯沖作用等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，深刻影響著地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地殼均衡和資源分布。*對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響：地幔對(duì)流是物質(zhì)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力。地幔的部分熔融產(chǎn)生巖漿，將輕元素和熔融物質(zhì)帶到地幔淺部甚至地表，同時(shí)將硅酸鹽固相物質(zhì)留在地幔深處或上地幔，導(dǎo)致地幔元素組成和密度分布發(fā)生分異，形成不同的地幔層（如D"層）。俯沖作用將地殼和上地幔的殘留物（如富集板塊、蛇綠巖）帶入地幔深處，不僅向地幔注入了水和揮發(fā)分，也改變了地幔的化學(xué)成分和物理狀態(tài)，可能形成地幔柱或引發(fā)大規(guī)模巖漿活動(dòng)。這些過程不斷更新著地球內(nèi)部物質(zhì)，維持著地幔的動(dòng)態(tài)平衡。*對(duì)地殼均衡的影響：巖漿活動(dòng)，特別是大規(guī)模的造山帶巖漿活動(dòng)，向地殼注入了大量物質(zhì)，導(dǎo)致地殼增厚和地殼塊體的抬升。同時(shí)，巖漿的結(jié)晶分異和部分熔融也會(huì)改變地殼的物質(zhì)密度和結(jié)構(gòu)。俯沖作用則將沉重的、富含水的板塊向下拖拽，可能導(dǎo)致俯沖帶上方地殼的沉降或均衡補(bǔ)償。沉積作用則在地表形成沉積物，增加地表負(fù)載，引發(fā)沉降。這些過程共同作用，維持著地球球體的整體均衡狀態(tài)。*對(duì)資源分布的影響：許多礦產(chǎn)資源與地球物質(zhì)循環(huán)過程密切相關(guān)。油氣資源主要形成于富含有機(jī)質(zhì)的沉積盆地，其生成、運(yùn)移和聚集與盆地的沉降、埋藏、熱演化以及巖漿活動(dòng)（提供熱源和運(yùn)移通道）等因素有關(guān)。金屬礦產(chǎn)，特別是大規(guī)模的斑巖銅礦、矽卡巖礦床等，通常與斑巖銅礦化有關(guān)的巖漿活動(dòng)（中酸性巖漿）及其熱液蝕變有關(guān)。變質(zhì)作用可以改造原有的礦物組合，形成某些變質(zhì)礦產(chǎn)（如藍(lán)銅礦）。熱液活動(dòng)是形成斑巖銅礦、硫化物礦床等的重要機(jī)制，其流體來(lái)源與巖漿房和地幔柱密切相關(guān)。因此，地球物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)態(tài)過程，特別是巖漿活動(dòng)和俯沖作用，是控制許多重要礦產(chǎn)資源形成和分布的關(guān)鍵因素。2.解析思路：闡述地震層析成像的基本原理（利用P波走時(shí)差異探測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)），說明其如何應(yīng)用于研究物質(zhì)組成（不同介質(zhì)波速差異）和動(dòng)態(tài)過程（如對(duì)流、俯沖、地幔柱），并分析其面臨的挑戰(zhàn)（分辨率限制、對(duì)S波依賴、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜性、噪聲干擾等）。*答：地震層析成像（SeismicTomography）是一種利用地震波（主要是P波）在地球內(nèi)部傳播速度的時(shí)空變化來(lái)成像地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)，對(duì)于研究地球內(nèi)部物質(zhì)組成和動(dòng)態(tài)過程具有重要意義。*基本原理：該方法類似于醫(yī)學(xué)CT掃描。通過在地球表面廣泛分布的地震臺(tái)站記錄來(lái)自已知震源或天然地震的地震波數(shù)據(jù)，分析P波在不同路徑上的走時(shí)差異。由于地震波速度主要取決于介質(zhì)的密度和彈性模量（與成分、溫度、壓力有關(guān)），走時(shí)差異反映了地球內(nèi)部介質(zhì)性質(zhì)（特別是波速）的橫向不均勻性。通過建立走時(shí)與介質(zhì)性質(zhì)（通常是波速）之間的關(guān)系模型，利用優(yōu)化算法反演得到地球內(nèi)部一個(gè)截面的波速異常圖像。波速異常通常表示實(shí)際介質(zhì)與平均背景介質(zhì)相比是更快（正異常，可能指示高溫、低密度區(qū)域，如地幔對(duì)流通道、地幔柱）還是更慢（負(fù)異常，可能指示低溫、高密度區(qū)