2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地球巖石圈運(yùn)動構(gòu)造與地質(zhì)進(jìn)展考試時(shí)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(xiàng)字母填在題后括號內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不是現(xiàn)代板塊構(gòu)造理論的核心概念？A.地球是一個(gè)由多個(gè)剛性板塊組成的殼層B.板塊在軟流圈上獨(dú)立運(yùn)動C.板塊邊界是地震、火山活動的主要集中區(qū)D.地幔對流是驅(qū)動板塊運(yùn)動的主要?jiǎng)恿?.在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中，正斷層形成的主要力學(xué)條件是：A.水平方向拉伸應(yīng)力為主B.垂直方向擠壓應(yīng)力為主C.水平方向擠壓應(yīng)力為主D.垂直方向拉伸應(yīng)力為主3.地震波中，P波的傳播速度通常比S波：A.更慢B.更快C.相同D.無法確定4.重力異常中，自由空氣異常主要反映了：A.地下密度異常體的深度變化B.地下密度異常體的橫向分布C.地表單位面積上重力加速度的垂直分量D.地球形狀不規(guī)則引起的重力變化5.地殼均衡理論中，假設(shè)地殼像剛體一樣，其上方負(fù)荷增加時(shí)，地殼會：A.向上隆起B(yǎng).向下沉降C.水平位移D.形成斷層6.GPS技術(shù)主要用于監(jiān)測地殼形變，其基本原理是：A.測量衛(wèi)星與地面接收機(jī)之間的距離B.分析地面點(diǎn)的絕對地理位置C.計(jì)算地殼的垂直運(yùn)動速度D.推斷地殼的應(yīng)力狀態(tài)7.地震震源機(jī)制解能夠提供震源破裂面的：A.方位和傾角B.斷層類型C.震源深度D.震中位置8.地球物理反演的主要目的是：A.獲取地下結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)B.解釋地表觀測到的物理場C.預(yù)測未來地震發(fā)生的位置D.計(jì)算地殼的平均密度9.下列哪一項(xiàng)是地幔對流的主要證據(jù)？A.地震波速度的垂直變化B.地球內(nèi)部的溫度分布C.板塊邊界處的火山活動D.地球的磁場倒轉(zhuǎn)10.近年來，利用InSAR技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原地區(qū)存在顯著的：A.向南的水平運(yùn)動B.向北的水平運(yùn)動C.向上的垂直運(yùn)動D.向下的垂直運(yùn)動二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題后橫線上）1.板塊構(gòu)造學(xué)說認(rèn)為，地球上主要的構(gòu)造單元是______和______。2.斷裂帶中的巖石通常表現(xiàn)出______和______兩種不同的力學(xué)性質(zhì)。3.地震波分為體波（P波和S波）和______。4.重力異常分為布格異常、自由空氣異常和______。5.大地測量學(xué)中的GPS技術(shù)通過測量______來確定地面點(diǎn)的位置。6.震源機(jī)制解中的“節(jié)面”是指與震源破裂面垂直的兩個(gè)平面。7.地殼均衡理論主要有______和______兩種主要類型。8.地球物理反演問題通常是非線性的，并且具有______。9.地幔對流是驅(qū)動______運(yùn)動的主要?jiǎng)恿C(jī)制。10.地球物理學(xué)與其他學(xué)科（如地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)）的交叉融合對于解決______問題具有重要意義。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述俯沖帶的主要地質(zhì)特征和地球物理表現(xiàn)。2.簡述應(yīng)力張量和應(yīng)力狀態(tài)的基本概念及其在構(gòu)造分析中的作用。3.簡述地震層析成像的基本原理及其在研究地殼/上地幔結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。4.簡述重力梯度張量異常的主要信息含量及其在探測地下結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)地殼的平均密度為2700kg/m3，上地幔頂部（軟流圈底部）的平均密度為3300kg/m3。設(shè)地表重力加速度為9.8m/s2，地球半徑為6371km。請根據(jù)補(bǔ)償性地殼均衡模型（布格重力異常），估算地殼的平均厚度（忽略地幔密度隨深度的變化）。2.已知某地震的震源機(jī)制解參數(shù)為：節(jié)面I的走向200°，傾角70°；節(jié)面II的走向20°，傾角20°。請確定該地震的斷層類型（正斷層、逆斷層、平移斷層）和滑動方向。五、論述題（10分）結(jié)合你所學(xué)的地球物理學(xué)知識和地質(zhì)進(jìn)展，論述如何利用多種地球物理方法綜合研究一個(gè)造山帶的形成與演化過程。試卷答案一、選擇題1.A2.D3.B4.C5.B6.A7.A8.A9.B10.C二、填空題1.板塊板緣2.脆性韌性3.面波4.球體異常5.衛(wèi)星信號傳播的時(shí)間延遲6.是7.布格均衡球體均衡8.不唯一性（或無限解）9.板塊10.地球巖石圈深部過程三、簡答題1.俯沖帶的主要地質(zhì)特征：海溝（位于俯沖帶）；火山?。ㄎ挥诟_板塊之上）；深大斷裂帶；強(qiáng)烈的地震活動（震源深度可達(dá)數(shù)百公里）。地球物理表現(xiàn)：海溝處存在強(qiáng)烈的密度異常和重力異常；火山弧區(qū)地殼加厚，存在高密度、高速度的下地殼或地幔楔；俯沖板塊的形變和變質(zhì)作用在地震層析成像上可能表現(xiàn)為低速區(qū)；俯沖過程伴隨的流體活動可能改變地殼電性結(jié)構(gòu)。2.應(yīng)力張量：描述一點(diǎn)處受力狀態(tài)的數(shù)學(xué)工具，通常用九個(gè)分量表示，構(gòu)成一個(gè)對稱矩陣。它完整地描述了該點(diǎn)所受的六個(gè)應(yīng)力分量（三個(gè)正應(yīng)力分量和三個(gè)剪應(yīng)力分量）。作用：通過求解應(yīng)力張量，可以得到一點(diǎn)的主應(yīng)力方向和大小，進(jìn)而判斷該點(diǎn)的受力狀態(tài)（如拉伸、擠壓、剪切），是分析斷裂形成、運(yùn)動和進(jìn)行地應(yīng)力測量的基礎(chǔ)。3.地震層析成像原理：利用地震波在不同介質(zhì)中傳播速度的差異，通過收集大量地震觀測數(shù)據(jù)（如P波走時(shí)），構(gòu)建一個(gè)速度模型，并在計(jì)算機(jī)中模擬地震波的傳播路徑。將觀測到的走時(shí)與模擬走時(shí)進(jìn)行對比，通過迭代算法修正速度模型，使得模擬走時(shí)盡可能接近觀測走時(shí)。最終得到的地殼/上地幔速度結(jié)構(gòu)圖像即為層析成像結(jié)果。應(yīng)用：用于探測地下高速體（如地殼中的斷裂帶、地幔中的柱狀體）和低速體（如地幔中的部分熔融區(qū)、沉積盆地），揭示地殼/上地幔的精細(xì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)分布，研究板塊構(gòu)造、地幔對流等地質(zhì)過程。4.重力梯度張量異常信息：主要反映地下密度異常體的橫向分布特征和幾何形態(tài)。垂直梯度異常能區(qū)分上地幔頂部是否存在橫向密度不均勻性；水平梯度異常能提供更精細(xì)的地下結(jié)構(gòu)信息，如斷裂帶的寬度、鹽丘等異常體的側(cè)向延伸范圍。應(yīng)用：在探測形狀規(guī)則、埋深較淺的密度異常體（如鹽丘、火成巖體、沉積盆地邊緣）方面比垂直梯度異常更為有效，有助于提高地下結(jié)構(gòu)成像的分辨率。四、計(jì)算題1.解析思路：補(bǔ)償性地殼均衡假設(shè)地殼像一個(gè)剛體，其上方負(fù)荷增加導(dǎo)致地殼下沉，同時(shí)地幔物質(zhì)上涌補(bǔ)償這部分體積。布格重力異常主要反映了地殼內(nèi)部密度的橫向變化。在本題簡化模型中，假設(shè)地幔密度均勻，則布格異常主要由地殼厚度變化引起。可通過平衡地殼重量與地幔上涌體積的原理進(jìn)行估算。解答：設(shè)地殼厚度為H，地球半徑為R，地殼平均密度為ρ_c，上地幔頂部密度為ρ_m。根據(jù)均衡，地殼重量等于地幔上涌的體積乘以上地幔頂部密度產(chǎn)生的等效重力。πR2Hρ_c=π(R-H)2πHR/3ρ_m(近似為柱體體積)簡化并求解H：H=[(ρ_c/ρ_m)R]/[1+(2ρ_c/ρ_m)-(ρ_c/ρ_m)H/R]對于薄殼近似（H<<R），可進(jìn)一步簡化：H≈(ρ_c/ρ_m)R代入數(shù)值：H≈(2700kg/m3/3300kg/m3)*6371km≈0.818*6371km≈5200km*（注意：此計(jì)算結(jié)果與實(shí)際地殼厚度數(shù)量級不符，說明模型簡化過度，實(shí)際應(yīng)用中需更復(fù)雜的模型和密度剖面）*2.解析思路：根據(jù)震源機(jī)制解的節(jié)面參數(shù)，可以確定兩個(gè)相互垂直的節(jié)面。其中一個(gè)節(jié)面代表破裂面，其法線方向指向震源。震源機(jī)制解還有一個(gè)極軸（P軸），指向震源。根據(jù)地震物理學(xué)的“下盤在下面”規(guī)則（或“右手法則”），可以確定斷層的類型（正、逆、平移）和滑動方向。解答：*節(jié)面I：走向200°，傾角70°。其法線方向（即P軸方向）為200°±90°=10°或290°。*節(jié)面II：走向20°，傾角20°。其法線方向?yàn)?0°±90°=110°或310°。*比較節(jié)面法線方向，假設(shè)310°為P軸方向（取較陡傾角對應(yīng)的面為破裂面，或根據(jù)具體約定選擇）。則P軸位于節(jié)面II上。*破裂面即為節(jié)面II，其方位為310°，傾角20°。*根據(jù)310°方位，其走向?yàn)?10°±180°=130°。設(shè)走向130°為斷層面。*判斷斷層類型：P軸（310°）位于斷層面（130°）和垂直于斷層面的上、下盤之間。根據(jù)“下盤在下面”規(guī)則，當(dāng)P軸位于斷層面和下盤之間時(shí)，為正斷層（上盤向下錯(cuò)動）。當(dāng)P軸位于斷層面和上盤之間時(shí)，為逆斷層（上盤向上錯(cuò)動）。在此情況下，P軸（310°）靠近斷層面（130°）的下方區(qū)域，更靠近上盤（假設(shè)地表為上盤），但判斷規(guī)則相對復(fù)雜，通常需要結(jié)合右手法則（將右手的四指指向P軸方向，拇指指向斷層面法線方向，拇指指向的上方為上盤）。*更直觀的方法是看節(jié)面I和節(jié)面II的傾向：節(jié)面I傾向70°，節(jié)面II傾向20°。節(jié)面I相對陡峭，其傾向（70°）與假設(shè)的斷層面走向（130°）相差較大，而節(jié)面II相對平緩，其傾向（20°）與斷層面走向（130°）相差較小。通常認(rèn)為，較平緩的節(jié)面更可能代表破裂面。假設(shè)節(jié)面II為破裂面（傾向20°），則其走向?yàn)?10°或310°。若取310°為破裂面走向，則傾向20°。此時(shí)P軸（310°）在破裂面（310°）和上盤之間，根據(jù)右手法則（拇指指向上盤），滑動方向?yàn)橛倚＿@對應(yīng)平移斷層。*結(jié)論：此地震解算結(jié)果通常對應(yīng)平移斷層，滑動方向?yàn)橛倚?。具體判斷可能因震源機(jī)制解的約定不同而略有差異，但平移斷層是常見結(jié)論。五、論述題論述思路：綜合研究造山帶需要多學(xué)科、多方法相結(jié)合。首先，利用地質(zhì)調(diào)查確定造山帶的宏觀構(gòu)造格架、巖漿活動、變質(zhì)作用等地質(zhì)現(xiàn)象。然后，運(yùn)用多種地球物理方法（如地震、重力、磁力、大地測量）從不同角度探測地下結(jié)構(gòu)，揭示造山帶的物質(zhì)組成、密度分布、速度結(jié)構(gòu)、變形特征和動力學(xué)過程。最后，結(jié)合地質(zhì)和地球物理資料，綜合解釋造山帶的形成機(jī)制、演化階段和未來發(fā)展趨勢。需要強(qiáng)調(diào)各種方法的互補(bǔ)性和綜合解釋的重要性。論述：利用多種地球物理方法綜合研究造山帶的形成與演化過程，可以實(shí)現(xiàn)對地下深部信息的探測，彌補(bǔ)地質(zhì)調(diào)查只能獲取地表信息的不足，從而獲得更全面、更深入的認(rèn)知。首先，地質(zhì)調(diào)查是基礎(chǔ)。通過野外露頭觀察、地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究，可以確定造山帶的范圍、主要構(gòu)造單元（如褶皺帶、斷裂帶）、巖漿巖分布、變質(zhì)帶特征、沉積蓋層變形等宏觀地質(zhì)現(xiàn)象，建立造山帶的基本地質(zhì)格架和演化階段的認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上，地球物理方法的應(yīng)用至關(guān)重要。地震學(xué)方法是核心，通過地震反射剖面、地震層析成像等技術(shù)，可以探測地殼和上地幔的精細(xì)結(jié)構(gòu)，識別不同巖性、不同時(shí)代的地層界面，定位斷裂系統(tǒng)，確定地殼厚度、速度結(jié)構(gòu)，揭示巖漿房、地幔柱等深部構(gòu)造單元的存在及其分布。例如，地震反射剖面可以揭示前陸盆地、沖斷帶的結(jié)構(gòu)；地震層析成像可以探測造山帶根部與上地幔的相互作用。重力方法通過測量重力異常，可以推斷地下密度分布。高密度異常通常對應(yīng)結(jié)晶基底、變質(zhì)巖帶或火成巖體；低密度異?？赡苤甘境练e盆地、部分熔融體或地幔交代區(qū)。重力梯度張量分析能提供更精細(xì)的橫向結(jié)構(gòu)信息，有助于識別斷裂帶的范圍和形態(tài)。磁法測量地磁異常，可以識別巖漿巖的時(shí)代和類型（如玄武巖、花崗巖），揭示巖漿活動的歷史和空間分布。磁性地層學(xué)可用于確定造山帶的相對年齡和變形歷史。大地測量技術(shù)（如GPS、InS