2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——電磁法在地球物理勘查中的應(yīng)用考試時間：______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括號內(nèi)）1.電磁法勘探中，地下介質(zhì)主要表現(xiàn)為兩種響應(yīng)機(jī)制，以下哪一項不屬于這兩種主要機(jī)制？（）A.傳導(dǎo)效應(yīng)B.感應(yīng)效應(yīng)C.折射效應(yīng)D.介質(zhì)極化效應(yīng)2.下列哪種電磁法儀器主要用于接收自然產(chǎn)生的低頻電磁場，進(jìn)行大地電性結(jié)構(gòu)探測？（）A.VLF-EM系統(tǒng)B.TEM系統(tǒng)C.CSAMT系統(tǒng)D.MT系統(tǒng)3.在頻率域電磁法測量中，當(dāng)頻率降低時，大地電磁場的振幅通常會（）？（）A.減小B.增大C.不變D.先增大后減小4.對于良導(dǎo)體的探測，采用下列哪種電磁法方法通常效果更好？（）A.高頻電磁法B.低頻電磁法C.甚低頻電磁法D.大地電磁法5.地面電磁測深（EDM）裝置中，如果發(fā)射線圈和接收線圈采用相同的偶極長度，則稱為（）裝置。（）A.偶極-偶極B.偶極-四極C.四極-偶極D.共面6.下列哪種電磁法方法對于探測淺部、小尺度良導(dǎo)體通常更為有效？（）A.大地電磁測深（MT）B.航空電磁測量C.地面瞬變電磁法D.控制源音頻大地電磁法（CSAMT）7.電磁感應(yīng)法主要利用了地下介質(zhì)中的哪種效應(yīng)來探測地質(zhì)體？（）A.介質(zhì)的導(dǎo)電性B.介質(zhì)的導(dǎo)磁性C.介質(zhì)的極化性D.介質(zhì)的彈性8.在電磁法數(shù)據(jù)處理中，消除或減弱由電離層及高空電流系統(tǒng)引起的干擾信號，通常采用的方法是（）。（）A.儀器濾波B.數(shù)據(jù)處理中的地形校正C.剔除高增益通道數(shù)據(jù)D.選擇合適的觀測時段9.電磁法中，大地電磁阻抗（Z）是一個復(fù)數(shù)，其實部稱為（）。（）A.電導(dǎo)率B.電阻率C.電阻抗D.電抗10.當(dāng)利用電磁法探測地下管線時，主要利用了地下管線與周圍介質(zhì)之間存在的（）差異？（）A.密度B.磁性C.電性D.巖性二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填寫在橫線上）1.電磁法勘探中，頻率域方法通常通過改變發(fā)射信號的________來獲取不同頻率的響應(yīng)數(shù)據(jù)。2.電磁法勘探中，描述介質(zhì)導(dǎo)電性能的物理量是________。3.大地電磁測深（MT）利用穩(wěn)定的________場和地球磁場共同產(chǎn)生的感應(yīng)電流來探測地下電性結(jié)構(gòu)。4.地面瞬變電磁法（TEM）通常采用不接地線圈的發(fā)射系統(tǒng)，通過觀測衰減的________場來探測地下電性結(jié)構(gòu)。5.電磁法數(shù)據(jù)處理中，消除儀器系統(tǒng)誤差常用的方法是________。6.偶極-偶極裝置中，發(fā)射偶極中心點與接收偶極中心點之間的距離稱為________。7.電磁法在工程勘查中可用于探測地下水、不良地質(zhì)體和________等。8.電磁法在礦產(chǎn)勘查中，對于尋找________礦（如硫化物礦）具有獨特優(yōu)勢。9.電磁法資料解釋中，除了電性反演外，有時還需要進(jìn)行________反演，以獲得地下磁化率等信息。10.控制源音頻大地電磁法（CSAMT）通過人工控制發(fā)射電流的大小和波形，可以更好地研究________。三、名詞解釋（每題3分，共12分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.電磁感應(yīng)2.電磁波3.阻抗張量4.激電效應(yīng)四、簡答題（每題5分，共20分。請簡明扼要地回答下列問題）1.簡述高頻電磁法（如VLF-EM）的基本工作原理。2.與頻率域電磁法相比，簡述瞬變電磁法（TEM）的主要優(yōu)點。3.影響電磁法勘探成果解釋精度的因素有哪些？4.簡述大地電磁測深（MT）方法在區(qū)域地質(zhì)填圖中的應(yīng)用意義。五、計算題（每題7分，共21分。請列出必要的公式、計算步驟和結(jié)果）1.某一地面電磁測深（EDM）測量數(shù)據(jù)如下：發(fā)射電流I=10A，發(fā)射線圈邊長d=5m，接收線圈邊長d=5m。在頻率f=1kHz時，測得接收電壓V=0.5V。假設(shè)儀器校準(zhǔn)系數(shù)已知，請計算該頻率下大地電阻率ρ。（請寫出計算公式和結(jié)果，不必進(jìn)行單位換算）2.假設(shè)地下存在一個無限大的垂直良導(dǎo)體（電導(dǎo)率σ1=0.1S/m），其上方一定距離存在一個相對高阻覆蓋層（電導(dǎo)率σ2=0.001S/m）。當(dāng)使用頻率域電磁法測量該區(qū)域的電磁響應(yīng)時，與在均勻高阻覆蓋層中測量相比，測得的視電阻率ρa(bǔ)通常會________（填“增大”、“減小”或“不變”）。請簡述主要原因。3.在解釋某一區(qū)域電磁測深數(shù)據(jù)時，獲得了一維反演的地下電性層模型。模型顯示地下存在一個電性相對較低的異常層。請列舉至少三種可能的地質(zhì)原因，并簡述如何利用進(jìn)一步的電磁數(shù)據(jù)或方法來幫助區(qū)分這些可能性。六、論述題（10分。請結(jié)合具體實例或原理，深入分析和闡述問題）試論述電磁法勘探在環(huán)境監(jiān)測（如地下水污染調(diào)查、考古勘探）中的應(yīng)用潛力及面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C解析：電磁法勘探中，地下介質(zhì)的主要響應(yīng)機(jī)制是傳導(dǎo)效應(yīng)和感應(yīng)效應(yīng)。傳導(dǎo)效應(yīng)與電導(dǎo)率有關(guān)，感應(yīng)效應(yīng)與磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率有關(guān)。折射效應(yīng)是波在介質(zhì)界面?zhèn)鞑r發(fā)生的現(xiàn)象，不屬于介質(zhì)的主要響應(yīng)機(jī)制。介質(zhì)極化效應(yīng)雖然存在，但通常視為傳導(dǎo)效應(yīng)的一部分或其表現(xiàn)。2.D解析：大地電磁測深（MT）是利用自然存在的地磁場和電離層電流產(chǎn)生的穩(wěn)定低頻電磁場來探測地下電性結(jié)構(gòu)的方法。其他選項中，VLF-EM是人工激發(fā)的頻率相對較高（千赫茲級別）的電磁法，TEM和CSAMT是人工激發(fā)的頻率可變或特定的電磁法。3.B解析：根據(jù)電磁感應(yīng)定律和大地電磁場的傳播理論，頻率越低，電磁波穿透深度越大，衰減越小，因此大地電磁場的振幅通常隨頻率降低而增大。4.B解析：低頻電磁法（如甚低頻、低頻）的電磁波具有較大的穿透深度，能夠更好地探測到埋藏較深或規(guī)模較大的良導(dǎo)體。高頻電磁法穿透深度較小。5.A解析：地面電磁測深（EDM）裝置中，發(fā)射線圈和接收線圈采用相同偶極長度（即兩個線圈中心點之間的距離等于線圈邊長）的稱為偶極-偶極裝置。6.C解析：地面瞬變電磁法（TEM）利用瞬時或階躍電流激發(fā)，電磁場隨時間衰減，對于探測淺部、小尺度、良導(dǎo)體的地質(zhì)體（如良導(dǎo)礦體、地下水富集區(qū)）通常具有優(yōu)勢。7.A解析：電磁感應(yīng)法主要是利用地下電流在導(dǎo)電介質(zhì)中感應(yīng)出的二次場（或稱感應(yīng)電磁場）來探測地質(zhì)體。其響應(yīng)主要與介質(zhì)的導(dǎo)電性有關(guān)。8.D解析：電磁法數(shù)據(jù)處理中，選擇合適的觀測時段是消除或減弱由電離層及高空電流系統(tǒng)（如極光電流）引起的干擾信號的關(guān)鍵方法。通過避開干擾強(qiáng)烈的時段進(jìn)行觀測，可以獲得更可靠的地球深部信息。9.B解析：大地電磁阻抗（Z）是一個復(fù)數(shù)，表示地下電磁場與電流之間的相位差和幅度比。其虛部稱為電抗，實部則反映了介質(zhì)對電流的阻礙程度，即電阻率。10.C解析：地下管線通常由金屬制成，具有較高的導(dǎo)電性，而周圍土壤或巖石的電導(dǎo)率相對較低。電磁法探測地下管線主要是利用了這種電性差異，通過探測管線產(chǎn)生的二次電磁場或管線與周圍介質(zhì)形成的電性邊界來定位。二、填空題1.頻率2.電導(dǎo)率3.自然4.瞬變（或時變）5.校準(zhǔn)6.偶極距7.人工管線（或電纜、管道）8.良導(dǎo)9.磁性10.地下電性結(jié)構(gòu)（或電性結(jié)構(gòu)）三、名詞解釋1.電磁感應(yīng)：指變化的磁場在其周圍空間產(chǎn)生電場的現(xiàn)象。在電磁法勘探中，指人工發(fā)射的時變電磁場或自然電磁場在地下導(dǎo)電介質(zhì)中激發(fā)出感應(yīng)電流和感應(yīng)電磁場的物理過程。2.電磁波：由相互垂直的電場和磁場振動以波的形式在空間中傳播的波動現(xiàn)象。電磁法勘探中利用的電磁波通常具有一定的頻率范圍。3.阻抗張量：在大地電磁測深（MT）中，地下某一點的總電場向量與總電流向量（通常為水平分量）之比，由于地下介質(zhì)各向異性，該比值通常用一個2x2的復(fù)數(shù)矩陣（即阻抗張量）來表示，包含了電阻率和電抗信息。4.激電效應(yīng)：當(dāng)人工或天然的交變電磁場停止作用后，地下介質(zhì)中感應(yīng)的次級電流（稱為激電電流）并不會立即消失，而是會隨時間繼續(xù)存在一段時間，這種現(xiàn)象稱為激電效應(yīng)。四、簡答題1.高頻電磁法（如VLF-EM）的基本工作原理是：利用發(fā)射機(jī)向地下發(fā)射高頻（通常為千赫茲級別）的強(qiáng)電磁場，電磁場在地下傳播并激發(fā)感應(yīng)電流。當(dāng)電磁場頻率較高時，電流穿透深度有限，主要探測淺部地層。接收機(jī)測量接收線圈接收到的由地下感應(yīng)電流產(chǎn)生的二次電磁場信號（通常測量垂直分量）。通過測量不同發(fā)射頻率下的電磁場振幅比或相位差，可以推算地下介質(zhì)的電性參數(shù)。2.瞬變電磁法（TEM）的主要優(yōu)點包括：①裝置形式靈活，可以進(jìn)行地面、航空、井中等多種方式測量；②數(shù)據(jù)采集相對快速，尤其對于瞬變響應(yīng)測量，一次激發(fā)可以獲得一段時間內(nèi)的響應(yīng)信息；③對于探測淺部、小尺度、良導(dǎo)體的地質(zhì)體效果較好，且受地形影響相對較小。3.影響電磁法勘探成果解釋精度的因素主要有：①野外數(shù)據(jù)質(zhì)量：包括信噪比、數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)性、儀器的穩(wěn)定性等；②數(shù)據(jù)處理方法：數(shù)據(jù)處理算法的選擇、參數(shù)設(shè)置是否合理直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性；③模型的選?。悍囱菽Ｐ团c實際地下的符合程度，是否考慮了地形、各向異性等因素；④先驗信息的多少和質(zhì)量：缺乏或錯誤的地質(zhì)先驗信息會降低解釋精度；⑤解釋人員的經(jīng)驗水平。4.大地電磁測深（MT）方法在區(qū)域地質(zhì)填圖中的應(yīng)用意義在于：①能夠提供大范圍內(nèi)、較深部（可達(dá)上地幔）的地球電性結(jié)構(gòu)信息；②方法本身無需發(fā)射設(shè)備，成本相對較低，適合大面積連續(xù)測量；③通過建立電性剖面或制作電性斷面圖，可以清晰地反映地殼及上地幔的分層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造邊界（如斷裂帶）和巖性分區(qū)，為區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究、資源勘探（如油氣、礦產(chǎn)）、大地構(gòu)造研究等提供重要的地球物理依據(jù)。五、計算題1.計算公式：大地電阻率ρ的計算公式通常基于似穩(wěn)態(tài)假設(shè)下的偶極-偶極裝置的電壓電流關(guān)系，即ρ=2πd*V/(I*A)，其中d是發(fā)射線圈邊長（偶極距），V是接收電壓，I是發(fā)射電流，A是接收線圈面積。對于圓形線圈，A=πd2。計算步驟：1.計算接收線圈面積：A=π*(5m)2=25πm2。2.代入公式計算電阻率：ρ=2π*(5m)*(0.5V)/(10A*25πm2)=(10πm*V)/(250πm2*A)=10/250Ω·m=0.04Ω·m。結(jié)果：該頻率下大地電阻率ρ=0.04Ω·m。2.填空：增大解析：由于良導(dǎo)體（σ1=0.1S/m）的存在，會對其上方的覆蓋層（σ2=0.001S/m）產(chǎn)生“屏蔽”效應(yīng)。良導(dǎo)體會聚集來自地下的電流，并在其上方產(chǎn)生較強(qiáng)的二次電磁場。同時，良導(dǎo)體本身對電磁波的衰減較小。因此，與在均勻高阻覆蓋層（σ2=0.001S/m）中測量相比，測量點接收到的總場（一次場+二次場）會更強(qiáng)，導(dǎo)致計算得到的視電阻率ρa(bǔ)通常會增大。3.列舉原因及方法：可能的地質(zhì)原因：①存在富含水的松散沉積層或裂隙發(fā)育的巖層，電導(dǎo)率相對較高；②存在含礦（如硫化物）蝕變帶，導(dǎo)致局部電導(dǎo)率顯著升高；③存在埋藏的斷層破碎帶，導(dǎo)致圍巖破碎、含水性增加，電導(dǎo)率升高；④存在人工地下設(shè)施（如管道、電纜、礦井）。區(qū)分方法：①可利用其他物探方法（如磁法、電阻率法）進(jìn)行補(bǔ)充探測，相互印證；②可根據(jù)電性層的位置、深度、厚度與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌的關(guān)系進(jìn)行綜合分析；③可進(jìn)行鉆探驗證；④對于疑似管線目標(biāo)，可利用專門的管線探測儀進(jìn)行精確定位。六、論述題電磁法勘探在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用潛力主要表現(xiàn)在：①對于地下水污染調(diào)查，可以利用電磁法探測地下水富集區(qū)、污染羽的分布范圍、污染源（如泄漏罐、垃圾填埋場）的位置。特別是瞬變電磁法（TEM）和可控源音頻大地電磁法（CSAMT），能夠有效探測淺部地下結(jié)構(gòu)，對于探測埋藏的污染源體和評估污染影響范圍具有優(yōu)勢。良導(dǎo)體的響應(yīng)特征可以幫助識別含鹽污水、有機(jī)污染物等。②在考古勘探中，古代的金屬器物（如墓葬、遺址中的金屬文物）、地下建筑（如古墓、城墻、管道）通常具有較高的電導(dǎo)率，可以利用高頻電磁法（如航空電磁、地面電磁系統(tǒng)）或瞬變電磁法進(jìn)行探測，尋找地下遺跡。電磁法能夠提供一定深度的探測能力，并且對于探測范圍較大、分布較廣的遺跡群比較有效。面臨的主要挑戰(zhàn)包括：①環(huán)境電磁干擾復(fù)雜：城市環(huán)境、電力線、通信基站等人工電磁場干擾強(qiáng)烈，需要采用有效的抗干擾技術(shù)（如選擇合適的觀測