2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——極地地震波速度結(jié)構(gòu)與地幔動力學(xué)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.在地幔中傳播的地震P波速度主要取決于（）。A.溫度、壓力、放射性元素含量B.溫度、風(fēng)化作用程度C.水含量、巖石類型D.電磁場強度、地磁場方向2.下列哪種地震面波在地殼中傳播速度最快？（）A.Love波（橫波型面波）B.Rayleigh波（縱波型面波）C.P波（縱波）D.S波（橫波）3.極地地區(qū)地殼普遍較厚的原因最可能的是（）。A.造山運動強烈B.大型裂谷活動C.冰蓋長期重壓負(fù)荷D.海底火山噴發(fā)頻繁4.地震層析成像（Tomography）主要利用地震波的（）來推斷地下結(jié)構(gòu)。A.震源位置B.震相識別C.傳播速度差異D.振幅衰減5.在地震層析成像結(jié)果中，速度異常低值區(qū)通常被解釋為（）。A.花崗巖體B.巖漿房或地幔柱頭部C.基底巖層D.地殼低速帶6.南極洲下方地幔中觀測到的超高速體（Ultra-highvelocityzone,UHVZ）通常被認(rèn)為與（）有關(guān)。A.板塊俯沖B.大型地幔柱C.活躍的造山帶D.冰蓋侵蝕作用7.地幔對流是驅(qū)動地球板塊運動的主要動力來源，其能量主要來源于（）。A.太陽輻射能B.地球形成時的初始熱量C.放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量D.月球引力潮汐能8.冰蓋覆蓋會對下方的地殼和上地幔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，主要表現(xiàn)為（）。A.導(dǎo)致地殼均衡補償性抬升，上地幔應(yīng)力增加B.導(dǎo)致地殼均衡補償性沉降，上地幔應(yīng)力減小C.直接熔化上地幔巖石，形成局部低速區(qū)D.改變地殼的波速分布，但上地幔不受影響9.極地地區(qū)地震波路徑通常較長，這對于地震學(xué)研究而言（）。A.只增加了噪聲，降低了信噪比B.提供了探測地球深部（如地幔過渡帶）的獨特窗口C.使得震源定位變得非常困難D.對獲取地殼結(jié)構(gòu)信息沒有幫助10.地震面波（特別是Love波和Rayleigh波）對于研究（）信息比P波和S波更為敏感。A.地球內(nèi)部密度結(jié)構(gòu)B.地殼厚度和均勻性C.地幔內(nèi)部的精細(xì)速度結(jié)構(gòu)D.震源機制解二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在題中的橫線上）1.地震波分為______波和______波兩大類，其中______波首先到達(dá)震中，______波速度較慢。2.地震走時（特別是P波和S波的走時）主要受介質(zhì)的______和______兩個因素控制。3.利用地震面波進行地殼結(jié)構(gòu)探測的主要原理是______原理，即通過分析面波在不同介質(zhì)界面的______和______來推斷結(jié)構(gòu)。4.南極洲下方地幔中觀測到的D''層（超低速帶）是______的重要證據(jù)，其物質(zhì)狀態(tài)可能異常。5.極地地區(qū)地幔對流的研究不僅有助于理解______的成因，也可能揭示______對全球動力學(xué)的影響。6.冰蓋的長期負(fù)載作用會使地殼發(fā)生______形變，并在其后撤時產(chǎn)生______信號。7.地震層析成像中，速度偏高區(qū)域通常對應(yīng)介質(zhì)相對______的區(qū)域，而速度偏低區(qū)域則對應(yīng)介質(zhì)相對______的區(qū)域。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述地震P波速度和S波速度隨深度變化的規(guī)律及其主要影響因素。2.解釋什么是地震層析成像？它如何幫助我們了解地下的速度結(jié)構(gòu)異常？3.為什么極地地區(qū)是研究地球深部結(jié)構(gòu)和動力學(xué)過程的獨特窗口？4.簡述地幔柱對極地地區(qū)地震波速度結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的影響。四、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，全面、深入地回答下列問題）1.試論述如何利用地震學(xué)方法綜合研究極地地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)、上地幔速度異常及其與地幔動力學(xué)過程的聯(lián)系。2.分析冰蓋覆蓋歷史對南極洲地殼均衡狀態(tài)和地幔結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的長期影響，并說明這些影響如何通過地震波速度結(jié)構(gòu)反映出來。試卷答案一、選擇題1.A2.A3.C4.C5.B6.B7.C8.B9.B10.B二、填空題1.縱；橫；縱；橫2.密度；波速3.折射；反射4.地幔柱活動5.板塊構(gòu)造；地幔深部過程6.沉降；形變恢復(fù)7.致密；稀疏三、簡答題1.解析思路：P波速度隨深度增加而總體上升，因為壓力增大，介質(zhì)變得更致密且彈性增強。S波速度也隨深度增加而上升，但通常低于P波速度。上地幔存在一個速度“拐點”（古登堡界面），P波速度急劇下降，S波速度消失。影響因素主要是壓力（隨深度增加而顯著增大）和溫度（總體隨深度增加，但在特定深度可能因相變而降低或升高），以及巖石的化學(xué)成分和礦物相態(tài)。2.解析思路：地震層析成像類似于醫(yī)學(xué)CT，通過分析大量地震射線在不同深度穿過不同介質(zhì)時的走時差異（或振幅變化），構(gòu)建地下速度結(jié)構(gòu)的圖像。速度異常（高于或低于背景值）反映了地下介質(zhì)物理性質(zhì)（密度、彈性）的異常，從而揭示隱伏的地幔結(jié)構(gòu)，如地幔柱、俯沖板塊、低速帶、D''層等。3.解析思路：極地地區(qū)地表覆蓋著巨厚的冰蓋，冰蓋下方地殼承受巨大壓力，發(fā)生顯著均衡沉降。當(dāng)冰蓋融化后，地殼需要經(jīng)歷漫長的恢復(fù)過程。這使得通過地震波研究冰蓋撤除后的地殼形變和上地幔響應(yīng)成為可能。此外，極地位于大型板塊的匯聚邊緣（如南極洲），下方地幔存在復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如地幔柱、D''層、超高速體），為研究板塊構(gòu)造、地幔對流等大型尺度動力學(xué)過程提供了獨特的天然實驗室。4.解析思路：地幔柱是起源于上地幔甚至核幔邊界的大型熱物質(zhì)上升流。其核心區(qū)域通常溫度極高，導(dǎo)致巖石部分熔融或處于異常高壓高溫下的狀態(tài)，使得P波和S波速度顯著降低，形成地震低速帶。地幔柱的羽狀流向外擴散，其影響區(qū)域可能出現(xiàn)速度結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，如高速區(qū)和低速區(qū)的鑲嵌狀分布。因此，地幔柱活動是解釋極地地區(qū)觀測到的某些特殊速度結(jié)構(gòu)（如高速體、低速帶、羽狀流）的重要機制。四、論述題1.解析思路：*研究地殼結(jié)構(gòu)：利用近源地震或區(qū)域地震數(shù)據(jù)，通過走時層析成像、反射/折射剖面等方法，精確測定極地地區(qū)地殼的厚度、均勻性以及是否存在低速帶等結(jié)構(gòu)。*研究上地幔速度異常：利用遠(yuǎn)源地震數(shù)據(jù)，特別是長周期面波（Love波、Rayleigh波），通過分析其頻散曲線，反演地殼和上地幔的縱、橫波速度結(jié)構(gòu)。結(jié)合P波走時層析成像，可以探測更深處上地幔的速度異常，如高速體和低速帶。*聯(lián)系地幔動力學(xué)：將觀測到的速度結(jié)構(gòu)異常與地幔動力學(xué)模型相結(jié)合。例如，將低速帶解釋為地幔柱頭部或羽狀流，將高速體解釋為殘留的下地幔物質(zhì)或受板塊俯沖影響的楔形體。分析這些結(jié)構(gòu)的空間分布、形態(tài)和強度，探討它們與板塊運動、地幔對流的時空關(guān)系，解釋極地地區(qū)的獨特地質(zhì)現(xiàn)象（如超高速體、地幔柱活動痕跡），并評估這些過程對全球動力學(xué)（如超級地幔柱、板塊演化）的貢獻。2.解析思路：*冰蓋撤除后的均衡響應(yīng)：巨厚冰蓋的重壓導(dǎo)致地殼下方巖石圈發(fā)生均衡沉降。冰蓋融化后，上覆負(fù)荷消失，地殼發(fā)生抬升，直至達(dá)到新的均衡狀態(tài)。這個過程可以通過地震探測到地殼密度的變化和應(yīng)力狀態(tài)的調(diào)整。例如，在冰蓋撤除區(qū)，地殼可能變得更致密（巖石重結(jié)晶、孔隙度降低），或者發(fā)生局部隆起。*對地幔結(jié)構(gòu)的影響：冰蓋的長期重壓可能影響上地幔的流變性質(zhì)和物質(zhì)分布。撤除壓力后，地幔物質(zhì)可能發(fā)生流變調(diào)整，導(dǎo)致上地幔速度結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成局部低速帶或速度梯度變化。同時，冰蓋撤除引起的地表形態(tài)變化和應(yīng)力場調(diào)整，可能對上地幔對流模式產(chǎn)生影響，例如可能激發(fā)或加強地幔柱活動，或者改變板塊邊界帶的應(yīng)力狀態(tài)。*地震波速度結(jié)構(gòu)的反映：地震波速度是地下介質(zhì)物理性