2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——地球物理學在海岸防護工程中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填涂在答題卡相應位置上。）1.在近?；蚝０稁нM行淺層地震勘探時，主要利用的地球物理原理是（）。A.地球內(nèi)部整體對流B.磁異常與地磁場的方向性關系C.不同介質(zhì)界面反射和折射地震波D.巖石密度與重力的正比關系2.對于探測海岸帶淺層（如幾米到幾十米深度）的軟弱夾層或不均勻沉積物，下列哪種地球物理方法通常最為有效？（）A.大地電磁測深B.海上重力測量C.淺層地震反射或折射法D.海上磁力測量3.在進行海岸工程電阻率法勘探時，若要探測水下砂層中的淤泥層，通常選用哪種電極排列方式？（）A.溫納（Wenner）排列B.斯倫貝謝（Schlumberger）排列C.偶極-偶極（Dipole-Dipole）排列D.中點裝置（Mid-pointDevice）排列4.海岸帶地區(qū)的海水存在會對地球物理勘探產(chǎn)生顯著影響，以下哪種地球物理參數(shù)主要受海水影響？（）A.巖石的磁化率B.巖層的電阻率C.地球的自轉速度D.地球的平均密度5.在評估防波堤或護岸結構物的地基穩(wěn)定性時，地球物理勘探的主要目的是獲取哪些信息？（）A.水下地形地貌B.基底基巖的深度和性質(zhì)C.海洋水文氣象數(shù)據(jù)D.沿岸社會經(jīng)濟狀況6.當需要探測海岸帶水下基巖的起伏或大型密度不均勻體時，優(yōu)先考慮采用哪種地球物理方法？（）A.淺層地震折射法B.海上磁力測量C.海上重力測量D.電阻率剖面法7.在解釋海岸帶的淺層地震反射數(shù)據(jù)時，若記錄到同相軸出現(xiàn)明顯的繞射現(xiàn)象，這通常指示了什么地質(zhì)構造特征？（）A.均勻地層B.平行于測線的斷層C.地下水發(fā)育的裂隙帶D.半圓形的構造界面（如陡傾角斷層或人工結構物頂部）8.對于探測水下沉船等鐵質(zhì)文化遺產(chǎn)，哪種地球物理方法通常具有較好的效果？（）A.重力異常測量B.磁力異常測量C.電阻率法D.淺層地震法9.在進行海岸帶地球物理勘探數(shù)據(jù)處理時，動校正的主要目的是（）。A.提高地震記錄的信噪比B.消除共中心點道集內(nèi)反射波旅行時因炮點位置不同而產(chǎn)生的不一致性C.壓縮地震記錄的時間軸D.將地震道轉換成共深度點道集10.下列哪種因素不是影響海岸帶電阻率法勘探精度的主要因素？（）A.海水的存在B.地下介質(zhì)的電導率分布C.儀器設備的精度D.測線方向與主要地質(zhì)構造方向的一致性二、簡答題（每小題5分，共25分。請將答案寫在答題紙上。）1.簡述利用淺層地震反射法探測海岸帶人工構筑物（如防波堤）基礎是否存在隱患（如斷層、軟弱夾層）的基本原理。2.與陸地電阻率法相比，海岸帶電阻率法勘探主要面臨哪些特殊挑戰(zhàn)？如何應對這些挑戰(zhàn)？3.簡述重力勘探在海岸帶勘察中的應用，它可以解決哪些類型的問題？4.為什么磁法勘探有時被用于海岸帶考古調(diào)查？它主要能探測哪些類型的地下目標？5.在選擇用于海岸防護工程的地球物理勘探方法時，需要考慮哪些主要因素？三、計算題（每小題10分，共30分。請將計算過程和結果寫在答題紙上。）1.某次海岸帶地震勘探中，采用單邊激發(fā)、接收方式，記錄到某反射波同相軸的初至時間（T0）為1.2秒。已知該反射界面埋深為50米，計算該界面的反射系數(shù)（假設上覆介質(zhì)為均勻介質(zhì)，且縱波速度為1500m/s）。請說明計算中隱含的假設條件。2.在距離海岸線100米處進行電阻率測量，使用斯倫貝謝排列，MNB點距為20米。測得某測點的視電阻率ρa=50Ω·m。假設地下介質(zhì)水平、均勻，海水電阻率ρw≈0.3Ω·m。估算該測點處地下第一層沉積層的真電阻率ρ。3.在某海岸區(qū)域進行海上重力測量，測得某測點的自由空氣異常（Δg_free）為+10mGal。已知該區(qū)域平均地形改正（Δg_topo）為-5mGal。假設該區(qū)域地殼平均密度為2.8g/cm3，上覆海水密度為1.025g/cm3，基巖密度為2.65g/cm3。請定性說明該測點下方可能存在哪種類型的密度異常體（如基巖凸起、沉積盆地），并簡要解釋原因。四、綜合應用題（15分。請將答案寫在答題紙上。）某沿海地區(qū)近年來出現(xiàn)嚴重的海岸侵蝕問題，工程師懷疑可能存在潛在的軟弱地層導致海岸穩(wěn)定性下降，并希望調(diào)查水下是否存在可能影響海岸穩(wěn)定性的大型障礙物（如沉船、廢棄工程結構）。請設計一個包含至少兩種地球物理方法（除重力法外的其他方法）的綜合勘察方案，用于調(diào)查該區(qū)域的海岸穩(wěn)定性問題。請說明選擇這兩種方法的理由，簡述各自的主要探測目標、探測深度范圍以及野外數(shù)據(jù)采集時應注意的關鍵事項。試卷答案一、選擇題1.C*解析思路：淺層地震勘探的基本原理是利用人工震源產(chǎn)生的地震波在地下不同介質(zhì)分界面發(fā)生反射和折射，通過接收和記錄這些反射波來探測地下結構。選項A描述的是地球內(nèi)部熱力學過程；選項B是磁法勘探的原理；選項D是重力勘探與密度關系的基礎。2.C*解析思路：淺層地震方法（特別是反射法）通過探測界面反射波，能夠有效分辨淺部地層的結構和起伏，尤其適用于探測軟弱夾層這類界面現(xiàn)象。大地電磁測深主要用于探測深部地殼結構；重力法對密度差異敏感，但分辨率不高，且在淺層應用效果受上覆水體影響大；磁法主要用于探測磁性異常體。3.B*解析思路：斯倫貝謝排列（Schlumberger）的電極距（AB）和測量電極距（MN）均可變，對于探測一定深度的目標，其裝置中心點（M）附近測得的視電阻率受淺、深部介質(zhì)綜合影響，但在一定條件下能較好地反映淺層（如幾米到十幾米）地層的平均電性。溫納排列適用于探測較淺的目標；偶極-偶極排列的裝置中心點信號較弱，主要用于測深；中點裝置主要用于探測淺層斷裂。4.B*解析思路：電阻率是反映介質(zhì)導電能力的參數(shù)。海水的存在會改變近地表（特別是水下和岸邊）的天然電場背景，并且海水和淡水的混合會顯著影響近岸沉積物的電阻率。巖石的磁化率與化學成分和結構有關；海水對地球自轉速度無影響；海水密度與重力異常直接相關，但電阻率是描述導電性的參數(shù)。5.B*解析思路：評估地基穩(wěn)定性需要了解基礎持力層（如基巖）的強度、厚度、均勻性以及下伏軟弱層的存在情況。地球物理勘探可以通過探測基巖深度、識別軟弱夾層、評估地基均勻性等手段，為地基承載力計算和穩(wěn)定性分析提供必要的地質(zhì)參數(shù)。6.C*解析思路：重力勘探通過測量重力場的微小變化來探測地下密度異常體。海岸帶區(qū)域常存在基巖裸露或近于裸露的情況，同時也可能存在基巖凹陷或大型沉積盆地等密度差異顯著的構造。重力法特別適合探測這種大范圍、大深度（相對地表而言）的密度異常體。7.D*解析思路：繞射現(xiàn)象是地震波遇到半圓形的構造界面（如陡傾角斷層頂界面、鹽丘頂界面，或水下人工結構物頂部）時發(fā)生的一種特殊反射和發(fā)散現(xiàn)象。同相軸的頂點指向繞射源。選項A均勻地層不會產(chǎn)生繞射；選項B平行斷層產(chǎn)生的是平行同相軸；選項C裂隙帶通常引起散射，但不形成典型的繞射弧。8.B*解析思路：鐵質(zhì)物體（如沉船的鋼鐵結構）具有很高的磁化率，會在地磁場中感應產(chǎn)生顯著的磁異常。磁力測量通過探測這些異常，可以有效地定位和探測水下鐵質(zhì)目標。重力異常主要與物體質(zhì)量分布有關；電阻率法主要探測導電性差異；地震法對鐵質(zhì)目標探測效果較差。9.B*解析思路：共中心點道集內(nèi)，來自同一反射界面的反射波旅行時隨炮點與檢波點距離的不同而變化，動校正的目的是消除這種因炮檢距不同而引起的旅行時差異，將反射波同相軸從隨炮檢距變化的形態(tài)校正為接近水平直線形態(tài)，從而實現(xiàn)共深度點疊加。10.D*解析思路：海水的存在（選項A）、地下介質(zhì)電導率分布（選項B）、儀器設備精度（選項C）都會直接影響電阻率法的結果和精度。測線方向與地質(zhì)構造方向是否一致會影響探測效果，但不是主要影響精度的因素，主要影響的是探測效率和解譯的準確性。二、簡答題1.利用淺層地震反射法探測海岸帶人工構筑物基礎隱患的基本原理是：通過人工震源激發(fā)地震波，地震波向下傳播遇到構筑物基礎（如基巖頂面、不同強度土層界面）時發(fā)生反射，返回地表被檢波器接收。通過記錄反射波的時間、振幅和波形信息，繪制地震剖面圖。分析反射界面的位置、連續(xù)性、起伏和波組特征，可以判斷基礎下方是否存在斷層、軟弱夾層、空洞、不均勻分布等可能影響基礎穩(wěn)定性的地質(zhì)構造或工程缺陷。能量強、連續(xù)性好的反射界面通常表示基礎下方地質(zhì)條件良好；而能量弱、不連續(xù)、呈雜亂反射或出現(xiàn)異常波組（如繞射波）則可能指示存在隱患。2.海岸帶電阻率法勘探面臨的主要特殊挑戰(zhàn)及其應對方法包括：*挑戰(zhàn)：海水的存在。海水具有低電阻率，會顯著影響近地表電阻率的測量值，形成復雜的背景場，掩蓋淺部目標信息。*應對：采用水下測量技術（如跨海電纜法、水下電極法）；選擇合適的裝置形式（如溫納、斯倫貝謝）；結合地形起伏進行測量；利用海水電阻率相對穩(wěn)定的特點，進行對比分析；有時將電阻率測量與電導率測量結合，利用海水高電導率的特點進行反演。*挑戰(zhàn)：沿海地區(qū)地層通常由松散的沉積物（砂、淤泥）組成，電性不均勻且可能存在高鹽漬化現(xiàn)象，導致電阻率變化大，探測深度有限。*應對：選擇合適的電極距組合；采用多次測量和平均方法提高穩(wěn)定性；進行反演解釋，以獲得更可靠的地下結構信息；結合其他方法（如地震）進行綜合判釋。*挑戰(zhàn)：人工構筑物（如碼頭、防波堤）和海洋工程設施的影響。*應對：在布設測線時盡量避開大型人工構筑物的直接干擾；將構筑物作為已知信息納入解釋中；利用構筑物與周圍地層的電性差異進行探測。3.重力勘探在海岸帶勘察中的應用及其可解決的問題：*應用：通過測量地表重力場的微小變化，推斷地下密度分布的不均勻性。在海岸帶，重力法可用于探測基巖的起伏、基巖面的深度、大型沉積盆地或隆起構造、鹽丘或石炭巖等密度異常體，以及與油氣、地下水等資源相關的地質(zhì)構造。*可解決的問題：探測海岸帶水下及近岸區(qū)域的基巖分布和形態(tài)，為海岸穩(wěn)定性評價、港口及海洋工程地基勘察提供基礎地質(zhì)信息；尋找可能存在的油氣儲集構造或含水層；識別大型地質(zhì)構造，理解區(qū)域地質(zhì)演化歷史；協(xié)助進行水下地形測繪（通過密度異常與地形的關系間接推斷）。4.磁法勘探有時被用于海岸帶考古調(diào)查的原因及其探測目標：*原因：鐵是重要的考古材料，古代沉船、沉沒的金屬結構物、廢棄的金屬工具或武器、以及某些古代建筑遺址中都可能含有鐵質(zhì)成分。這些鐵質(zhì)遺存在地磁場中會感應產(chǎn)生磁異常。磁法勘探能夠探測到這些異常，從而定位和識別水下或淺層地下的鐵質(zhì)考古目標。*探測目標：主要是水下或淺海底部的鐵質(zhì)文化遺產(chǎn)，如沉船（特別是船體結構、錨鏈、武器等）、沉沒的金屬建筑構件、古代鐵器、以及某些因埋藏而保存下來的鐵質(zhì)遺跡。對于不含鐵或磁性很弱的遺存（如木質(zhì)結構、陶瓷、磚石等），磁法效果不佳。5.選擇用于海岸防護工程的地球物理勘探方法時需要考慮的主要因素：*探測目標：需要明確具體要探測的是什么，是淺層軟弱夾層、基礎空洞、水下障礙物，還是深部基巖結構？*探測深度：目標位于地表以下多深？不同方法有不同的有效探測深度范圍。*精度要求：對探測結果的精度（如分辨率、定位精度）要求有多高？*場地條件：勘察區(qū)域是陸地、近岸還是遠海？地形是否復雜？水體存在與否及深度如何？是否有大型人工構筑物干擾？*環(huán)境因素：氣候條件、施工難度、成本預算等。*方法的適用性與局限性：考慮各種方法在該特定海岸環(huán)境下的優(yōu)缺點，如受海水影響程度、對特定目標（如鐵質(zhì)、密度差異）的敏感性等。*數(shù)據(jù)解釋的可靠性：方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是否容易解釋？是否能與其他信息（如鉆探、工程經(jīng)驗）結合進行驗證？三、計算題1.解：假設為均勻介質(zhì)，反射界面的反射系數(shù)R=(ρ2-ρ1)/(ρ2+ρ1)。其中，ρ1為上覆介質(zhì)（假設為海水或淺層沉積物）的密度，ρ2為下伏介質(zhì)（基巖）的密度。對于反射波，能量主要來自界面處的能量，因此反射系數(shù)與界面兩側介質(zhì)性質(zhì)差異有關。但更直接的，地震波旅行時與速度和距離的關系可用于確定深度。給定初至時間T0=1.2s，縱波速度Vp=1500m/s。反射界面埋深h=Vp*T0/2=1500m/s*1.2s/2=900m。此計算結果與題目給出的埋深50m矛盾，除非題目中的速度或時間有誤，或者假設的均勻介質(zhì)模型不適用。若按題目埋深50m反推速度，則Vp=2h/T0=2*50m/1.2s≈83.3m/s，這顯然不合理。因此，嚴格按題目條件計算深度為900m，但需注意其與題設的矛盾。反射系數(shù)的計算需要ρ1和ρ2的具體值。*隱含假設：均勻介質(zhì)模型；反射界面水平；縱波速度恒定且已知；僅考慮第一反射波；忽略能量損失。2.解：斯倫貝謝裝置中心點M的視電阻率ρa與周圍介質(zhì)電阻率的關系可以通過考慮中心點附近（M附近）的電流路徑和電位分布來推導。設AB=2a，MN=a，ρ1為上層介質(zhì)（海水或淺層）電阻率，ρ2為下層介質(zhì)（第一層沉積層）電阻率。根據(jù)斯倫貝謝裝置的視電阻率定義，ρa=2πa*ΔV/I，其中ΔV是M點的電位差，I是注入電流。對于中心點M，其電位主要由上下兩層介質(zhì)決定。近似推導（略去復雜推導過程）表明，當MN=a遠小于AB=2a時，視電阻率ρa與下層介質(zhì)電阻率ρ2的關系為：ρa≈ρ2*(ρ2+ρ1)/ρ1。當ρ1遠小于ρ2時（如本題海水ρw≈0.3Ω·m，遠小于沉積層電阻率），上式可近似為：ρa≈ρ2*(1+ρ1/ρ2)≈ρ2*(1+1/ρ2*ρ1)。即ρa≈ρ2+ρ1/ρ2。因此，沉積層真電阻率ρ2≈ρa-ρ1/ρa=50Ω·m-0.3Ω·m/50Ω·m≈50Ω·m-0.006Ω·m≈49.994Ω·m?？紤]到計算過程中的近似，結果可簡化為ρ2≈50Ω·m-ρw/ρa≈50Ω·m-0.3Ω·m/50Ω·m≈49.994Ω·m。更常用的近似公式是ρ2≈ρa*ρ1/(ρa-ρ1)，代入數(shù)值：ρ2≈50*0.3/(50-0.3)≈15/49.7≈0.302Ω·m。這與前面的簡化公式結果接近，但形式上略有不同。通常采用ρ2≈ρa-ρ1/ρa的形式。*估算結果：ρ2≈49.994Ω·m或ρ2≈0.302Ω·m(取決于采用的具體近似公式)。3.解：自由空氣異常Δg_free=ΔgObs-Δg_theo(其中ΔgObs是觀測重力異常，Δg_theo是理論重力異常，主要指地形改正)。本題Δg_free=+10mGal，Δg_topo=-5mGal。這意味著觀測異常比僅考慮地形改正的異常要大15mGal(+10-(-5)=+15mGal)。重力異常的垂直梯度與地下密度異常有關。自由空氣改正主要考慮了從無窮遠到觀測點高度范圍內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量效應，其異常值的大小與該范圍內(nèi)的總質(zhì)量（密度×體積）和距離的平方成反比。Δg_free≈G*ΔM/h2，其中G是引力常數(shù)，ΔM是地面上方單位橫截面上高度為h范圍內(nèi)的質(zhì)量變化。ΔM=ρ*ΔV，ΔV是該體積內(nèi)的質(zhì)量變化。因此，Δg_free的正值（+10mGal）表明相對于理論模型（只考慮地形影響），觀測點上方該柱體中可能存在*質(zhì)量虧損*(ρ*ΔV<0)。造成質(zhì)量虧損的典型原因是在該深度范圍內(nèi)存在密度*低于*周圍介質(zhì)（地殼平均密度2.8g/cm3）的物體。在本題給定的密度信息下（海水1.025g/cm3<基巖2.65g/cm3<地殼平均2.8g/cm3），若存在密度介于海水與基巖之間或接近海水的沉積物，或者存在密度顯著低于地殼平均密度的物質(zhì)（如鹽丘，但鹽密度通常比地殼更高；或異常低壓區(qū)），都可能導致自由空氣異常為正。結合海岸帶環(huán)境，最可能的情況是存在一個*基巖的凸起*（例如，基巖頂面相對周圍地區(qū)抬升，使得凸起上方覆蓋的較輕沉積物柱體或基巖柱體的總質(zhì)量效應導致自由空氣異常為正）?；蛘撸绻嬖谝粋€密度介于海水與基巖之間的*沉積盆地*，且盆地較淺，其上方物質(zhì)的總質(zhì)量效應也可能表現(xiàn)為輕微的正異常。定性結論：測點下方可能存在基巖凸起或淺部密度相對較低的構造（如沉積盆地的一部分），導致上方單位面積內(nèi)質(zhì)量相對于地殼平均值的虧損，表現(xiàn)為正自由空氣異常。四、綜合應用題設計一個包含淺層地震反射法（RS）和電阻率法（ERT）的綜合勘察方案：1.方法選擇理由：*淺層地震反射法（RS）：適用于探測海岸帶淺部（通常幾十米深度）的地層結構、界面起伏，能夠有效識別軟弱夾層、空洞、不均勻體以及探測水下障礙物的頂部反射界面。對于評估海岸穩(wěn)定性，RS可以提供基礎地質(zhì)層序、基巖深度、軟弱層分布等關鍵信息。其原理基于波的反射，對界面敏感。*電阻率法（ERT）：適用于探測淺部地層的電性差異，可以用于識別高鹽漬化區(qū)域、污染羽、地下咸水入侵范圍、或者電阻率差異顯著的軟弱/堅硬地層。對于海岸穩(wěn)定性，ERT可以探測到影響工程地質(zhì)性質(zhì)（如滲透性、強度）的電性異常體。其原理基于介質(zhì)的導電性差異。2.主要探測目標、探測深度及野外數(shù)據(jù)采集注意事項：*淺層地震反射法（RS）：*主要探測目標：海岸帶基巖頂面深度和形態(tài)、淺層地層結構（包括可能的軟弱夾層、液化土層界面）、水下障礙物（如沉船、礁石）的頂部反射界面。