2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——極地與海底地球物理學(xué)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.極地冰蓋對地面重力測量產(chǎn)生的主要影響是？A.增加局部重力值B.降低局部重力值C.對重力值無影響D.引起重力值的周期性變化2.在深海進行地震反射profiling時，主要探測的對象是？A.海水層B.海底淺層沉積物界面C.海底基巖的完整形態(tài)D.大氣圈層結(jié)構(gòu)3.海底電磁法（OCEANbottomelectromagnetic,OBS）相對于陸地電磁法的主要優(yōu)勢在于？A.空間覆蓋范圍更大B.對高阻體的探測能力更強C.能直接測量電導(dǎo)率D.不受海水導(dǎo)電性的影響4.極地地區(qū)進行地震勘探時，使用冰鉆（IceCoring）獲取冰芯的主要目的是？A.直接獲取冰下基巖樣本B.研究冰蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)和冰流速度C.探測冰下湖泊的存在D.獲取精確的地質(zhì)年代5.海底重力異常主要由以下哪一項引起？A.海水密度變化B.海底地形起伏C.海底沉積物厚度差異D.海水表面風(fēng)應(yīng)力6.淺層地震勘探中，用于探測淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、劃分地層層序和尋找淺層地下水的主要方法是？A.大地電磁測深（MT）B.海上可控源地震（CSEM）C.船舶單道地震（SOS）D.瞬時電阻率法（ITR）7.極區(qū)空間物理研究的主要內(nèi)容包括？A.冰下地殼結(jié)構(gòu)的探測B.極光現(xiàn)象的觀測與理論解釋C.海底火山噴發(fā)活動監(jiān)測D.海平面上升速率的計算8.影響極地固體地球物理測線的布設(shè)和觀測的主要因素是？A.全球定位系統(tǒng)（GPS）信號干擾B.厚重的冰蓋覆蓋C.惡劣的氣候條件D.海底沉積物類型9.海底聲學(xué)反演的主要目的是？A.精確測量聲速剖面B.計算海底沉積層的聲阻抗C.確定海底地形高程D.估算海水中溶解鹽的含量10.海底大地測量技術(shù)在極地與海底地球物理研究中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在？A.精確測定冰蓋質(zhì)量變化B.監(jiān)測海冰漂移速度C.高精度繪制海底地形圖D.探測海底熱液活動二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在題號后的橫線上。）11.極地冰蓋對地球重力場的貢獻主要體現(xiàn)為______效應(yīng)。12.海底沉積層的聲阻抗是聲速和______的乘積。13.海底電纜（SeabedCable）是進行海底______觀測的重要工具。14.凍土的地球物理特性主要表現(xiàn)為高______和低______。15.海水對電磁波具有強烈的______效應(yīng)，使得高頻電磁波難以穿透較深的海水。16.冰下地形探測通常采用______或______等方法。17.極地地區(qū)地球物理觀測的主要挑戰(zhàn)之一是______的獲取和校正。18.海底重力異常經(jīng)過地形校正后得到的是______異常。19.海底淺層地震勘探中，常用______作為震源。20.全球變暖導(dǎo)致極地冰蓋融化，進而引起______變化。三、簡答題（每題5分，共30分。請簡要回答下列問題。）21.簡述極地冰蓋對地震波傳播的主要影響。22.簡述大地電磁測深（MT）技術(shù)在海底地球物理研究中的應(yīng)用優(yōu)勢。23.簡述如何利用重力異常數(shù)據(jù)推斷海底地殼結(jié)構(gòu)的類型（如結(jié)晶基巖、沉積巖等）。24.簡述極地凍土研究對地球物理學(xué)的意義。25.簡述海洋聲學(xué)在海底資源勘探（如油氣）中的作用。26.簡述衛(wèi)星測高技術(shù)在極地與海底地球物理研究中的應(yīng)用。四、計算題（每題10分，共30分。請列出必要的公式和計算步驟。）27.假設(shè)某區(qū)域海底重力異常值為20mGal，該區(qū)域?qū)?yīng)的海底地形起伏為1000米。已知海水密度為1.025g/cm3，基巖密度為2.8g/cm3，求該區(qū)域的布格重力異常值（假設(shè)地殼平均密度為2.2g/cm3，地殼厚度均勻為35km，忽略上地幔密度變化）。28.某海底電磁觀測點測得自然電位（NaturalPotential,ΔV）為10mV，供電電極距（A-B）為1000m，接收電極距（M-N）為100m，頻率為1kHz。已知海水電導(dǎo)率σ=4S/m。請估算該頻率下，該點上方海水的電導(dǎo)率（注意：僅作估算，無需復(fù)雜反演）。29.假設(shè)一艘科研船在距離海岸線200km的深海進行地震采集，使用空氣槍作為震源，震源能量為5000ft3。船速為10knot，震源與檢波器間距為2km。若記錄到的某反射波旅行時為1.5s（從震源到界面再返回），請估算該反射界面的深度（假設(shè)地震波在海水中的速度為1500m/s，在海底沉積層中的速度為2000m/s，忽略海底基巖）。*提示：先計算反射界面的距離，再計算深度。*五、論述題（15分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入闡述下列問題。）30.結(jié)合極地冰蓋和全球氣候變化的關(guān)系，論述地球物理觀測技術(shù)在監(jiān)測冰蓋變化、預(yù)測海平面上升方面的重要作用和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.B5.B6.D7.B8.C9.B10.C二、填空題11.面積12.密度13.電磁14.電阻率；導(dǎo)熱系數(shù)15.吸收16.雷達；地震17.地質(zhì)年代18.大地19.爆炸震源；空氣槍20.海平面三、簡答題21.解析思路：冰蓋具有巨大的質(zhì)量和覆蓋范圍，會顯著降低地表重力值（大面積質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)）。同時，冰蓋底部與下伏基巖之間存在冰-巖界面，會反射和折射地震波，改變波的傳播路徑和強度，甚至產(chǎn)生復(fù)雜的多次波，影響對冰下地殼結(jié)構(gòu)的成像。22.解析思路：MT技術(shù)利用天然電磁場，無需人工發(fā)射信號，對環(huán)境干擾小，特別適用于深海等難以進行人工源電磁測量的區(qū)域。其測量的是地殼及上地幔的電性結(jié)構(gòu)，對于研究海底地殼厚度、巖石圈電性結(jié)構(gòu)、油氣勘探等有重要應(yīng)用。船上部署的OBS系統(tǒng)可以實現(xiàn)長周期觀測，獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)。23.解析思路：海底地形會對布格重力異常產(chǎn)生顯著影響。通過利用地形數(shù)據(jù)（如衛(wèi)星測高、聲納測深獲取）對實測重力異常進行校正，可以消除或減弱地形起伏引起的虛假重力異常，從而更準(zhǔn)確地反映地殼內(nèi)部密度分布的差異。通常，高聳的海山會使其上方重力偏高，而海盆則會使其上方重力偏低。校正后的重力異常更能反映地殼下方物質(zhì)組成的真實情況，有助于推斷基巖、沉積盆地等地質(zhì)單元。24.解析思路：極地凍土（永凍土）廣泛分布，其物理性質(zhì)（如電阻率、熱導(dǎo)率）與冰、土壤、地下水等顯著不同。地球物理方法（如電阻率法、地震法、電磁法）可以有效地探測凍土的邊界、厚度、結(jié)構(gòu)和分布，研究凍土的穩(wěn)定性、融化和與氣候變化的相互作用。這對于評估凍土區(qū)工程建設(shè)風(fēng)險、研究碳循環(huán)、理解古氣候環(huán)境具有重要意義。25.解析思路：海洋聲學(xué)技術(shù)，特別是高分辨率聲納系統(tǒng)，可以探測海底地質(zhì)構(gòu)造、地層界面、圈閉構(gòu)造等油氣勘探所需的地質(zhì)特征。通過分析反射波的能量、旅行時、波形等信息，可以繪制海底地層層序圖，識別潛在的儲集層、蓋層和圈閉。此外，聲學(xué)成像技術(shù)還能用于海底淺層結(jié)構(gòu)探測，尋找天然氣水合物等資源。26.解析思路：衛(wèi)星測高通過精確測量衛(wèi)星到海面的距離，可以得到全球范圍的海面高程數(shù)據(jù)。海面高程與海洋重力場密切相關(guān)，可以用于繪制布格重力異常圖，研究地殼密度分布和結(jié)構(gòu)。同時，海面高程變化也直接反映了海洋潮汐、海流、熱鹽環(huán)流以及與大氣相互作用的能量交換，是研究海平面上升、海冰變化、氣候變化的重要數(shù)據(jù)源。在極地，衛(wèi)星測高對于監(jiān)測海冰邊緣變化、極地海平面異常等尤為重要。四、計算題27.解析思路：計算步驟如下：*計算地形校正量Δg_topography。根據(jù)簡化公式Δg≈0.308ρ_water*Δh=0.308*1.025g/cm3*1000cm*10??g/cm·m2≈3.13mGal。*計算布格重力異常值g_grav=g_anom-Δg_topography=20mGal-3.13mGal≈16.87mGal。*（注：此為近似計算，未考慮地殼內(nèi)部密度梯度和球冠校正。更精確計算需使用球冠公式。）28.解析思路：計算步驟如下：*利用似穩(wěn)態(tài)場近似，電導(dǎo)率σ與自然電位ΔV、電極距A-B(L=1000m)和M-N(l=100m)的關(guān)系可近似為：σ≈(π*ΔV)/(μ*(L-l))，其中μ為磁導(dǎo)率（近似為真空磁導(dǎo)率4π×10??H/m）。*代入數(shù)據(jù)計算：σ≈(π*10mV*10?3V)/(4π×10??H/m*(1000m-100m))=(10*10?3)/(4×10??*900)S/m≈2.78×10?S/m=27.8S/m。*（注：此為基于似穩(wěn)態(tài)近似的理論估算值，實際反演需考慮頻率依賴性、邊界條件等因素。）29.解析思路：計算步驟如下：*計算反射界面距離R。由于地震波是從震源到界面再返回，總路徑為2d=2*1.5s*1500m/s=4500m。因此，到界面的距離d=4500m/2=2250m。*計算反射界面深度h。在沉積層中，聲速為V_s=2000m/s。反射界面深度h=d*sin(θ_s)，其中θ_s是入射角。假設(shè)近似垂直入射，sin(θ_s)≈1。則h≈2250m。*（注：此題簡化了角度，實際深度計算需考慮入射角。若考慮Snell定律，需知道反射界面的斜率或入射角，否則無法直接計算垂直深度。按題意和常見簡化處理，此處取h≈2250m。）*五、論述題30.解析思路：闡述要點應(yīng)包括：*作用：地球物理觀測技術(shù)（如衛(wèi)星測高、衛(wèi)星雷達高度計、GPS、冰雷達、地震、電磁等）能夠精確測量冰蓋質(zhì)量變化（通過重力異常監(jiān)測）、冰流速度（通過雷達、GPS、衛(wèi)星干涉測量）、冰厚（通過冰雷達、衛(wèi)星測高）、冰下地形（通過地震、雷達）、海冰動態(tài)（通過雷達、衛(wèi)星）、海平面變化（通過衛(wèi)星測高）等關(guān)鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)是理解冰蓋對氣候變化的響應(yīng)機制、預(yù)測未來海平面上升幅度和速率