2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地球物理學(xué)與城市地下管網(wǎng)交通系統(tǒng)的關(guān)系考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填涂在答題卡相應(yīng)位置）1.在城市地下管網(wǎng)探測(cè)中，探地雷達(dá)（GPR）主要利用哪種物理量來探測(cè)地下目標(biāo)？A.重力異常B.磁性差異C.電磁場(chǎng)響應(yīng)D.地震波反射/折射2.對(duì)于埋深較淺、直徑較小的金屬給水管道，哪種地球物理方法通常探測(cè)效果最佳？A.淺層地震反射法B.電阻率法C.探地雷達(dá)（GPR）D.磁法3.地下管線材質(zhì)的不同會(huì)導(dǎo)致其在電磁測(cè)量中產(chǎn)生的什么參數(shù)存在差異？A.速度B.密度C.電阻率D.磁化率4.在進(jìn)行城市地鐵隧道前期地質(zhì)勘察時(shí)，用于探測(cè)淺層溶洞和軟弱夾層效果較好的方法是？A.大地電磁測(cè)深B.淺層地震折射法C.探地雷達(dá)（GPR）D.磁異常測(cè)量5.地下水含量的增加通常會(huì)降低巖土體的什么地球物理參數(shù)？A.電阻率B.密度C.速度D.磁化率6.當(dāng)需要探測(cè)埋深較大、范圍較廣的地下管線路徑時(shí)，通常優(yōu)先考慮的方法是？A.高精度磁法B.電阻率偶極-偶極法C.探地雷達(dá)（GPR）D.淺層地震反射法7.地球物理反演的目標(biāo)是？A.獲取野外原始數(shù)據(jù)B.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理C.將觀測(cè)到的地球物理響應(yīng)轉(zhuǎn)換回地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)或物理參數(shù)D.繪制地質(zhì)剖面圖8.在城市環(huán)境進(jìn)行地球物理勘探時(shí)，必須考慮并盡量減少對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的哪種影響？A.噪音污染B.電離輻射C.磁場(chǎng)干擾D.以上都是9.利用地震波探測(cè)地下結(jié)構(gòu)時(shí)，波速的快慢主要反映了？A.介質(zhì)的導(dǎo)電性B.介質(zhì)的磁性C.介質(zhì)的密度和彈性模量D.介質(zhì)的含水量10.將探地雷達(dá)（GPR）數(shù)據(jù)與高精度GPS/GNSS數(shù)據(jù)相結(jié)合，主要目的是？A.提高GPR數(shù)據(jù)的分辨率B.實(shí)現(xiàn)地下管線探測(cè)的三維成像C.精確確定地下管線點(diǎn)的水平位置坐標(biāo)D.增強(qiáng)GPR對(duì)深部目標(biāo)的探測(cè)能力二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上）1.地球物理方法在城市地下管網(wǎng)探測(cè)中，主要利用不同管線與周圍介質(zhì)在______、______等物理性質(zhì)上的差異來識(shí)別和定位管線。2.淺層地震勘探中，通過激發(fā)和接收______波，利用其在不同介質(zhì)分界面上的______來探測(cè)地下結(jié)構(gòu)。3.探地雷達(dá)（GPR）利用高頻電磁波在地下傳播的______和______來成像地下目標(biāo)。4.在進(jìn)行電阻率法探測(cè)地下管線時(shí)，常用的裝置形式包括______、______等。5.地下交通隧道施工前的地質(zhì)勘察，地球物理方法可以用來識(shí)別前方的______、______和______等不利地質(zhì)條件。6.地球物理數(shù)據(jù)處理中的濾波方法主要目的是為了______或______信號(hào)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述探地雷達(dá)（GPR）探測(cè)地下管線的原理及其主要局限性。2.在城市建成區(qū)進(jìn)行地下管線探測(cè)時(shí)，選擇地球物理方法需要考慮哪些主要因素？3.解釋什么是地球物理反演，并簡(jiǎn)述其中面臨的主要挑戰(zhàn)。4.簡(jiǎn)述利用地球物理方法進(jìn)行地下交通隧道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的基本思路。四、計(jì)算題（共15分）假設(shè)在一次城市地下管線探測(cè)中，使用電阻率法裝置。將AB電極間距設(shè)為AM=10m，MN電極間距設(shè)為5m。當(dāng)供電電流I=5mA時(shí)，測(cè)量得到AM段電位差V_AB=200mV，MN段電位差V_MN=150mV。請(qǐng)計(jì)算：（1）地下目標(biāo)（假設(shè)為一條無限長(zhǎng)直埋金屬管線）離AB電極中點(diǎn)M的近似距離？（提示：可作圖分析，利用似穩(wěn)電流場(chǎng)近似）（2）若管線埋深較淺，且周圍介質(zhì)均勻，估算該管線的埋深范圍。（需說明依據(jù)和假設(shè)）五、論述題（共30分）結(jié)合你所學(xué)知識(shí)，論述地球物理方法在城市地下管網(wǎng)交通系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)中可以發(fā)揮的作用。請(qǐng)從至少三個(gè)方面進(jìn)行闡述，并說明每種作用對(duì)應(yīng)的具體地球物理方法和預(yù)期達(dá)到的目的。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.A6.A7.C8.D9.C10.C二、填空題1.電阻率密度2.壓縮波反射3.傳播路徑衰減特性4.偶極-偶極裝置四極-四極裝置5.溶洞軟弱夾層富水區(qū)6.去除噪聲提取有效信息三、簡(jiǎn)答題1.原理：GPR利用高頻電磁波在地下傳播，當(dāng)遇到電性差異介質(zhì)（如金屬管線與周圍土壤）時(shí)發(fā)生反射，通過接收反射波的時(shí)間、振幅等信息，判斷地下管線位置、埋深等。局限性：易受地下金屬物、建筑物鋼筋、高conducting層干擾；對(duì)低阻管線探測(cè)效果受土壤電性影響大；探測(cè)深度受限制；數(shù)據(jù)解釋受經(jīng)驗(yàn)影響較大。2.需考慮因素：探測(cè)目標(biāo)類型（金屬、非金屬）、埋深；場(chǎng)地環(huán)境復(fù)雜度（建筑物密集度、地下障礙物）；探測(cè)精度要求；成本預(yù)算和時(shí)間限制；法律法規(guī)（如對(duì)施工和擾民的影響）；現(xiàn)有資料（地質(zhì)圖、管線檔案）的可利用性。3.地球物理反演是將觀測(cè)到的地球物理響應(yīng)（如電壓、磁場(chǎng)、重力異常）通過數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換回地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)（如界面深度、層厚、物性參數(shù)分布）的過程。主要挑戰(zhàn)：非線性問題導(dǎo)致反演通常需要迭代；觀測(cè)數(shù)據(jù)往往存在噪聲和誤差；反演結(jié)果對(duì)初始模型和參數(shù)選擇敏感；獲得高質(zhì)量、足夠數(shù)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)困難。4.思路：首先利用地震勘探（如淺層反射或折射）探測(cè)隧道軸線附近地層的結(jié)構(gòu)、波速分布，識(shí)別潛在的軟弱夾層、斷層破碎帶、空洞等不良地質(zhì)；然后利用電阻率法或探地雷達(dá)探測(cè)隧道頂板、底板及兩幫的富水情況或軟弱地層；結(jié)合隧道施工前期的地質(zhì)調(diào)查資料，綜合分析地震、電法等地球物理探測(cè)結(jié)果，評(píng)價(jià)隧道圍巖的穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的工程問題。四、計(jì)算題（1）解法一（作圖分析）：作ABMN裝置示意圖，連接AM和BM，延長(zhǎng)BM交地面上方管線于P點(diǎn)，則MP即為管線離M點(diǎn)的距離。根據(jù)裝置參數(shù)，AM=10m,MN=5m,AB=20m。由幾何關(guān)系和似穩(wěn)電流場(chǎng)原理，可近似認(rèn)為P點(diǎn)電位為零。利用對(duì)稱性或等效電流源法，管線離M點(diǎn)的距離可近似為AM/2=5m。管線位于M點(diǎn)左側(cè)5m處。（2）解法二（利用電位差關(guān)系）：設(shè)地下管線離地表埋深為h，管線電阻為ρ_L（通常很小，可忽略），周圍介質(zhì)電阻率為ρ。利用似穩(wěn)電流場(chǎng)中無限長(zhǎng)直電流源的近似，AB段電位差V_AB與MN段電位差V_MN之比與它們到管線距離的平方成反比。V_AB/V_MN=(d-M)^2/(d-MN)^2=(10-x)^2/(10-5)^2=(5-x)^2/25。將V_AB=200mV,V_MN=150mV代入，得到(5-x)^2/25=150/200=3/4，解得x≈0.88m。即管線中心離M點(diǎn)約0.88m。若管線半徑為r，則埋深范圍約為h=x+r≈0.88+r。若假設(shè)管線半徑r較?。ㄈ?.05-0.1m），則埋深范圍大約在0.93m至0.98m之間。此估算基于周圍介質(zhì)均勻、管線電阻遠(yuǎn)小于周圍介質(zhì)電阻、似穩(wěn)場(chǎng)假設(shè)等。五、論述題地球物理方法在城市地下管網(wǎng)交通系統(tǒng)中扮演著重要角色。首先，在規(guī)劃階段，地球物理方法（如航空磁測(cè)、重力測(cè)量結(jié)合GIS）可以快速獲取大范圍區(qū)域內(nèi)的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和已知的隱伏構(gòu)造信息，為地下管線和交通隧道的選線、站位提供基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù)，規(guī)避不良地質(zhì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。其次，在建設(shè)階段，特別是隧道工程中，地球物理方法（如淺層/深層地震、電阻率法、GPR）可用于詳細(xì)的地質(zhì)勘察，探測(cè)隧道工作面前方的溶洞、斷層、富水區(qū)、軟弱夾層等地質(zhì)異常，為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)提供手段，指導(dǎo)開挖和支護(hù)，保障施工安全。此外，在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，地球物理方法（如GPR、漏電檢測(cè)法、地震波