2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——地球物理學與地球內(nèi)部地熱循環(huán)的聯(lián)系分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述地熱循環(huán)的基本過程及其對地球內(nèi)部能量平衡的意義。二、解釋大地熱流的概念及其測量方法。說明大地熱流在地球物理學研究中的重要性。三、闡述地震波速（P波和S波）的變化如何反映地球內(nèi)部介質(zhì)的熱狀態(tài)和密度變化，并以此為依據(jù)說明如何利用地震學方法研究地熱活動區(qū)域。四、論述大地電磁測深（MT）方法在探測地熱結(jié)構(gòu)中的應用原理。說明利用MT數(shù)據(jù)可以推斷哪些與地熱活動相關(guān)的地球物理參數(shù)？五、簡述重力異?，F(xiàn)象與地熱活動的關(guān)系。如何利用重力資料來識別可能存在地熱異常的區(qū)域？六、分析電法勘探（如電阻率法）在尋找熱液礦產(chǎn)和評估地熱資源潛力方面的應用原理。說明不同類型的熱液系統(tǒng)可能表現(xiàn)出怎樣的電性特征？七、結(jié)合地球物理學的多個手段（至少三種），提出一個研究方案框架，用于探測和評估一個假設的板內(nèi)活動裂谷帶的地熱潛力。請簡述研究思路、主要采用的方法以及預期獲得的信息。八、討論地球物理觀測數(shù)據(jù)（例如地震速度結(jié)構(gòu)、地熱梯度、地球磁場特征等）如何為理解地幔對流的存在、機制及其與地表熱活動（如火山噴發(fā)、溫泉）的聯(lián)系提供證據(jù)。試卷答案一、地熱循環(huán)是指地球內(nèi)部的熱量通過傳導、對流和輻射等方式向地表傳遞的過程。其主要過程包括：地球內(nèi)部的熱源（如放射性元素衰變、地幔對流）產(chǎn)生熱量；熱量通過地幔的對流和地殼、地幔的傳導傳遞到地殼表層；地表水和巖石圈中的水吸收熱量，形成溫泉、火山噴發(fā)等熱液活動；這些攜帶熱量的流體最終或返回地表，或滲入沉積盆地深處，或冷卻沉淀形成礦床。地熱循環(huán)是地球內(nèi)部熱量平衡的重要機制，維持著地球表層的熱狀態(tài)和動力學過程，并且是地熱資源的主要來源。二、大地熱流是指單位時間內(nèi)通過單位面積從地球內(nèi)部向外傳遞的熱量，通常用微瓦/平方米（μW/m2）表示。測量大地熱流的主要方法有：鉆探測溫法（通過深鉆獲取地殼不同深度的溫度數(shù)據(jù)，計算地溫梯度和熱流）、地表測溫法（測量地表不同深度溫度，結(jié)合地表溫度場模型估算熱流）、地熱梯度測量法（測量地表一定范圍內(nèi)的溫度差異）以及利用地球物理模型結(jié)合其他地球物理數(shù)據(jù)（如地震波速、地磁數(shù)據(jù)）反演熱流分布。大地熱流是研究地球內(nèi)部熱狀態(tài)、熱結(jié)構(gòu)、熱歷史以及地熱資源評價的重要參數(shù)。三、地震波速受介質(zhì)物理性質(zhì)（密度、彈性模量）和溫度的影響。通常，溫度升高會導致巖石的彈性模量減小，從而使得P波和S波速度降低。地熱活動強烈的區(qū)域，如火山附近、地熱異常帶，其地下往往存在高溫高壓的流體相（水和/或蒸汽）。這些高溫流體會導致波速降低，特別是S波速度對溫度和流體飽和度更為敏感。因此，通過地震探測到的波速異常（如速度降低區(qū)）可以指示地下高溫熱液系統(tǒng)的存在或地幔熱源的影響范圍。分析不同深度的波速變化，可以構(gòu)建地下的熱結(jié)構(gòu)模型，反演熱源分布和熱梯度。四、大地電磁測深（MT）方法是利用天然存在的低頻電磁場（地磁場變化和電離層電流）來探測地下電性結(jié)構(gòu)的一種地球物理方法。其原理基于電磁感應定律，地下不同電性介質(zhì)（電阻率不同）會對天然電磁場產(chǎn)生不同的響應。地熱活動區(qū)域往往與流體（尤其是高溫熱液）的存在有關(guān)，而流體（尤其是含有鹽分的流體）的電阻率通常遠低于周圍的巖石。因此，利用MT方法可以探測到這些電阻率較低的異常體，從而識別地熱異常區(qū)域。通過分析MT數(shù)據(jù)可以獲得地下電性結(jié)構(gòu)的垂直剖面或橫向變化信息，進而推斷地層深度、界面位置、大地電阻率分布等，這些信息對于評價地熱資源（如判斷熱儲層位置和規(guī)模）和尋找熱液礦產(chǎn)至關(guān)重要。五、重力異常是指實際測量的重力值與理論重力值之間的差異。地球內(nèi)部物質(zhì)密度的差異是引起重力異常的主要原因。地熱活動往往與地下高溫流體（水、蒸汽）的存在或巖石熱蝕變有關(guān)。相比于周圍冷、干、密度的巖石，高溫流體通常具有較低的密度（特別是蒸汽密度遠小于巖石），或者熱蝕變作用可能改變巖石的密度和孔隙度。這些密度變化會導致局部重力場的改變：高溫流體聚集的區(qū)域通常引起微弱的重力低異常，而熱蝕變導致巖石密度降低也可能引起輕微的重力低；相反，如果地熱活動伴隨著巖石礦物的重結(jié)晶或礦物的形成（某些礦物密度較高），則可能引起重力高異常。因此，通過分析區(qū)域重力異常，特別是與已知地質(zhì)構(gòu)造、火山活動或溫泉分布相關(guān)的區(qū)域，可以識別潛在的地下熱液系統(tǒng)或高溫體，為地熱勘探提供線索。六、電法勘探（如電阻率法）是通過向地下供入電流（電偶極源）或利用自然電流場，測量地面上觀測點的電位差，從而推斷地下電性結(jié)構(gòu)分布的方法。其基本原理是地下不同電性（電阻率）的介質(zhì)對電流的傳導能力不同。地熱活動與地下熱液系統(tǒng)密切相關(guān)，而熱液通常具有較低的電阻率（因為含有自由移動的離子）。因此，電法勘探特別適用于尋找和圈定低阻異常體，這些低阻體往往與熱液礦產(chǎn)的形成或地熱儲層的存在有關(guān)。根據(jù)熱液系統(tǒng)的不同類型（如淡水熱液、鹽水熱液、酸性熱液等）和所處的不同地質(zhì)環(huán)境（如裂隙系統(tǒng)、巖漿房邊緣、沉積盆地），其電阻率表現(xiàn)可能有所差異，但總體上通常表現(xiàn)為相對于圍巖的低電阻率特征。通過電法測量結(jié)果，可以確定低阻體的位置、范圍、形態(tài)和深度，為地熱資源的勘探和評價提供重要的地球物理信息。七、研究假設板內(nèi)活動裂谷帶地熱潛力的地球物理方案框架如下：首先，利用地震反射/折射剖面獲取裂谷帶的速度結(jié)構(gòu)，確定地殼厚度、莫霍面深度，識別斷裂系統(tǒng)，并探測是否存在上地幔的熔融體或高溫塑性區(qū)，這直接關(guān)系到裂谷帶的熱源性質(zhì)和強度。其次，布設大地電磁測深（MT）剖面或進行區(qū)域MT測量，探測地下電性結(jié)構(gòu)，識別低阻異常區(qū)，這些低阻區(qū)可能代表了富水的地殼fractured帶或熱液系統(tǒng)。結(jié)合地震和MT結(jié)果，可以推斷熱液系統(tǒng)的深度、范圍和可能的通道。再次，進行地熱梯度測量和地溫測量，直接獲取地表及淺層地下的溫度信息，計算大地熱流，評估地熱資源的潛力等級，并圈定高溫異常區(qū)。最后，可以輔以重力測量，探測與熱液活動或深部密度變化相關(guān)的重力異常。綜合上述多種地球物理方法獲得的數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維地質(zhì)-地球物理模型，分析裂谷帶的結(jié)構(gòu)、熱狀態(tài)、流體運移路徑和熱源分布，最終評估該區(qū)域的地熱資源潛力，并確定有利勘探靶區(qū)。八、地球物理觀測數(shù)據(jù)為理解地幔對流及其與地表熱活動的關(guān)系提供了多方面的證據(jù)。地震學方面，全球地震波形數(shù)據(jù)分析揭示了軟流圈的存在，其表現(xiàn)為上地幔存在低速、高衰減、高導的P波Q波體，以及全球尺度上的地震面波速度結(jié)構(gòu)，這些都支持了地幔對流的模型。在板內(nèi)熱點地區(qū)，地震探測到的深部低速區(qū)和巖石圈減薄現(xiàn)象，被認為是由地幔柱向上運移引起的。地熱學方面，全球大地熱流數(shù)據(jù)的不均勻分布，特別是在板內(nèi)熱點和俯沖帶附近存在顯著的熱異常，被認為是地幔對流的直接表現(xiàn)形式，即地幔柱或地幔上升流將熱量帶到地表，或俯沖板塊攜帶的冷物質(zhì)導致地幔下沉和地熱梯度降低。地球磁場方