2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——地球物理學在城市地下建筑設計中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在城市地鐵隧道規(guī)劃勘察中，需要確定上覆基巖的埋深，以下哪種地球物理方法最為常用且有效？A.探地雷達B.水平電剖面法C.淺層地震反射波法D.重力勘探2.當需要探測城市建成區(qū)淺部（如幾米至十幾米深度）的地下空洞、管線或淺層地基問題時，首選的地球物理方法是？A.垂直電剖面法B.地震折射波法C.探地雷達D.磁法勘探3.對于電阻率法在探測地下管線中的應用，以下說法正確的是？A.只能探測金屬管線B.對塑料等非金屬管線效果顯著C.探測深度受限于探測儀器的最大輸出電壓D.無法確定管線的埋深和走向4.在進行城市高層建筑深基坑開挖前的安全勘察時，主要關注的是？A.地下水的分布情況B.基坑周邊地層的詳細巖性C.基坑底部是否存在軟弱夾層或古河道D.周邊建筑物的基礎類型5.地震反射波法在解釋地下結構時存在的主要問題是？A.數據采集成本過高B.無法獲得高分辨率圖像C.存在多解性，解釋結果受層位標定依賴性強D.對淺部軟弱地層反應不敏感6.若要探測地下水位的變化及其對基坑穩(wěn)定性的影響，除了直接測量水位外，地球物理方法中較為有效的是？A.重力法B.電阻率法C.磁法D.地震波速法7.在城市地下空間三維地質建模中，通常將高密度地球物理探測數據（如GPR、淺層地震）作為什么信息的直接載體？A.基巖頂面高程B.土層年代C.地下水類型D.地質構造產狀8.地球物理探測方法的選擇，首要考慮的因素是？A.方法本身的技術先進性B.項目預算的多少C.具體的工程地質問題和探測目標D.施工單位是否有相應的資質9.使用探地雷達探測混凝土結構內部缺陷時，其探測深度主要受哪些因素影響？（多選，請選出所有正確選項）A.探地雷達天線頻率B.混凝土的含水率C.鋼筋的分布情況D.探測目標的尺寸10.地球物理方法在城市地下管線探測中，其探測結果的準確性很大程度上依賴于？A.儀器設備的價格B.測繪人員的經驗C.地下管線的材質、埋深、走向以及周圍介質的環(huán)境D.數據處理軟件的復雜程度二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述地震波在從一種介質進入另一種介質界面時發(fā)生反射和折射的主要條件。2.簡述探地雷達（GPR）技術的基本原理及其在城市地下管線探測中的主要局限性。3.在城市地下建筑設計中，進行場地地球物理勘察的主要目的有哪些？4.簡述電阻率法在探測地下空洞時的基本原理，并說明解釋結果可能存在哪些不確定性。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述地震反射波法在探測城市地鐵隧道穿越斷層破碎帶時的應用潛力、技術關鍵以及需要注意的問題。2.結合具體應用場景，論述地球物理方法（至少兩種）在城市超高層建筑深基坑開挖風險評估中的作用及其相互補充意義。3.試論述將地球物理探測數據與其他信息（如鉆探數據、地質圖、工程地質報告）進行融合對于提高城市地下空間三維地質模型精度的重要性，并簡述數據融合的主要方式。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.C6.B7.A8.C9.A,B,D10.C二、簡答題1.解析思路：反射和折射的發(fā)生必須滿足波從波密介質進入波疏介質或從波疏介質進入波密介質。同時，在界面處必須存在波的振動分量（通常是垂直分量）的連續(xù)性或間斷性（對應壓縮波/稀疏波）和切向分量的連續(xù)性（對應剪切波）。當入射角等于臨界角時，只發(fā)生全反射（無折射波）；當入射角小于臨界角時，同時發(fā)生反射波和折射波。反射波的能量大小與界面的性質（如波阻抗差異）和入射角有關。折射波的傳播速度取決于兩種介質的波速比。2.解析思路：GPR原理是基于電磁波在介質中傳播、遇到不同介電常數界面時發(fā)生反射的原理。通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁脈沖，接收天線接收從地下界面反射回來的信號，根據信號傳播的時間、振幅變化等信息來推斷地下結構分布。局限性在于：①對金屬管線的探測效果好，對非金屬管線（如PVC、HDPE）探測效果差或無法探測；②探測深度受限于電磁波在衰減介質中的穿透能力，且易受地下金屬物、高耗散介質（如高含水飽和砂土）的干擾；③精度受場地均勻性、探測目標與周圍環(huán)境對比度以及操作規(guī)范性的影響，難以精確確定管線的材質、管徑和埋深；④數據解釋存在多解性，需要結合地質資料和工程經驗。3.解析思路：主要目的包括：①查明場地覆蓋層的厚度、結構、巖性分布，了解基巖的埋深和起伏；②探測主要的地質構造（斷層、褶皺）位置、產狀及其對工程穩(wěn)定性的影響；③圈定地下水的類型、富水層、水位及其空間分布特征；④尋找和探測對工程不利的異常地質體，如軟弱夾層、古河道、地下空洞、采空區(qū)等；⑤為地下空間的初步選址、線位規(guī)劃、工程方案設計提供必要的地質依據；⑥對已建成的地下工程（如隧道、管廊）進行長期健康監(jiān)測和隱患排查。4.解析思路：基本原理是利用不同地層的電阻率差異進行探測。當電流通過地下介質時，在電阻率較低的含水地層或導電性較好的管線周圍形成電流聚集區(qū)（高電場），而在電阻率較高的基巖、干燥砂土或粘土中電流相對稀疏（低電場）。通過測量電極陣列間電位差，可以反映地下介質電阻率的橫向變化。當探測到電阻率明顯異常的區(qū)域（如空洞周圍的低阻圈、管線的相對高阻或低阻圈，取決于管線材質和周圍介質），結合剖面圖或斷面圖進行判讀，即可定位空洞或管線。不確定性主要源于：①地下介質電阻率受多種因素影響（含水、含鹽、溫度、成分等），異常體電阻率可能與周圍介質差異不大，導致信號微弱，難以識別；②地形起伏、接地條件不均勻會引入系統(tǒng)誤差；③界面形狀不規(guī)則、探測深度有限可能導致成像模糊；④解釋的多解性問題，同一個電阻率異常圖可能對應多種地質情況；⑤需要豐富的先驗信息輔助解釋。三、論述題1.解析思路：應用潛力：地震反射波法具有探測深度大、分辨率較高、效率較高等優(yōu)點，能夠有效探測隧道沿線深部地層結構，識別斷層破碎帶的位置、寬度、性質（如是否充填、充填物性質），評估其對隧道圍巖穩(wěn)定性、施工風險（如塌方、涌水）的影響。技術關鍵：①需要選擇合適的震源（如重錘、振動平臺）和檢波器組合，以獲得高質量的反射信號；②優(yōu)化測線布設方案，確保覆蓋隧道軸線及兩側一定范圍，并穿透潛在風險區(qū)域；③精確進行野外數據采集，控制激發(fā)、接收條件，保證資料信噪比；④采用先進的處理技術（如偏移成像）提高成像質量，準確標定反射層位，推斷斷層構造；⑤需要結合地質資料、鉆探數據等進行綜合解釋。需要注意的問題：①地表條件復雜（城市環(huán)境、植被覆蓋、建筑物）對數據采集質量影響大；②城市地下管線、障礙物等可能產生干擾信號；③復雜的地質構造（如褶皺、巖脈發(fā)育區(qū)）會使反射信號復雜化，解釋難度增大；④反射波成像存在一定程度的多解性，斷層解釋需要嚴謹的層位標定；⑤對破碎帶的破碎程度、弱化效應的定量評估仍有一定難度。2.解析思路：地球物理方法在基坑風險評估中作用顯著。首先，通過地震勘探（特別是淺層地震或反射波法）可以查明基坑底部是否存在軟弱夾層、古河道、暗塘等不良地質，評估其對基坑開挖和支撐結構的影響，為支護方案設計提供依據。其次，通過電阻率法或探地雷達可以探測基坑周邊已建建筑物、管線的埋深和分布，評估基坑開挖施工對它們的潛在風險，指導施工順序和措施。再次，地震波速測試可以測定場地土層動力參數，為基坑支護結構的抗震設計提供輸入。最后，電阻率法或探地雷達可用于基坑開挖過程中的安全監(jiān)測，如探測涌水通道、基坑底部滲漏、支撐結構變形或損壞等。多種方法相互補充意義在于：①不同方法探測深度、分辨率、信息量各有側重，組合使用可以獲取更全面、可靠的地下信息；②互為驗證，提高結論的可靠性。例如，地震勘探發(fā)現底部軟弱層，可用電阻率法進一步探測其范圍和含水情況；探測到的管線位置可用開挖驗證。綜合運用多種地球物理方法，可以更有效地識別和評估基坑工程面臨的各種地質風險和環(huán)境風險，為保障工程安全提供重要技術支撐。3.解析思路：融合的重要性：地球物理探測數據（如地震、電阻率、GPR）通常提供的是局部的、高分辨率的“點”、“線”信息，而鉆探數據提供的是局部的“體”信息（但數量有限且成本高）。地質圖和工程地質報告則提供區(qū)域性的宏觀背景和定性描述。將這些不同來源、不同性質的數據進行融合，可以優(yōu)勢互補，實現信息互補、資源共享、不確定性降低和精度提升。通過融合，可以將高分辨率的地球物理“薄切片”信息拼合成連續(xù)的“切片”，再將多個“切片”組合成三維空間模型，有效彌補鉆探點位的稀疏性，構建更完整、連續(xù)、精細的地下三維地質結構模型。這不僅提高了模型的幾何精度（如邊界刻畫更準確），也提高了物性參數的空間連續(xù)性（如地層電阻率、波速的連續(xù)分布）。高精度的三維地質模型是進行城市地下空間規(guī)劃、設計、施工和運營管理（如基坑穩(wěn)定性分析、隧道掘進參數優(yōu)化、資源勘查、環(huán)境影響評價）不可或缺的基礎。數據融合的主要方式