2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——地震震后地應(yīng)力變化研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.地震發(fā)生時(shí)，主壓應(yīng)力方向通常位于斷層面的（）。A.上盤B.下盤C.近乎垂直于斷層面D.平行于斷層面2.“應(yīng)力降”是指地震發(fā)生在斷層上的（）。A.應(yīng)力達(dá)到峰值時(shí)B.應(yīng)力從背景水平下降至發(fā)震閾值的過(guò)程C.發(fā)震前后應(yīng)力值幾乎沒(méi)有變化D.應(yīng)力超過(guò)巖石破裂強(qiáng)度時(shí)3.鉆孔應(yīng)變計(jì)主要用于測(cè)量（）。A.地表地殼形變B.地下深處局部地應(yīng)力狀態(tài)C.地震波傳播速度D.地下流體壓力4.利用P波和S波速度的比值（Vp/Vs）可以（）。A.直接確定地應(yīng)力大小B.推斷巖石的密度C.估算地應(yīng)力水平（與巖石力學(xué)關(guān)系密切）D.判斷地殼的均衡狀態(tài)5.地震震后，發(fā)震斷層的滑動(dòng)通常表現(xiàn)為（）。A.瞬間完成，應(yīng)力完全釋放B.瞬間完成，應(yīng)力完全轉(zhuǎn)移至周圍介質(zhì)C.長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)蠕變，應(yīng)力逐漸調(diào)整D.立即停止，應(yīng)力狀態(tài)不再變化6.震后地應(yīng)力場(chǎng)的恢復(fù)過(guò)程可能（）。A.導(dǎo)致原發(fā)震斷裂再次發(fā)生滑動(dòng)B.使原發(fā)震斷裂完全失去活動(dòng)性C.觸發(fā)附近其他斷裂發(fā)生新的地震D.以上均有可能7.地電阻率測(cè)量在震后地應(yīng)力研究中可能反映（）。A.地應(yīng)力變化引起的巖石孔隙度變化B.地下溫度異常C.地下流體含量的變化D.以上均有可能8.對(duì)于同一次地震，震中區(qū)與外圍地區(qū)的震后地應(yīng)力變化（）。A.總是同步且幅度相同B.震中區(qū)應(yīng)力釋放更徹底C.外圍地區(qū)可能發(fā)生應(yīng)力集中或轉(zhuǎn)移D.通常沒(méi)有明顯差異9.數(shù)值模擬在震后地應(yīng)力研究中的作用是（）。A.直接測(cè)量地應(yīng)力B.揭示地應(yīng)力調(diào)整的物理機(jī)制C.準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)地震發(fā)生時(shí)間D.完全替代觀測(cè)數(shù)據(jù)10.震后地應(yīng)力變化研究的根本目的是（）。A.精確計(jì)算地應(yīng)力數(shù)值B.理解地殼變形和斷裂活動(dòng)的完整過(guò)程C.為地震預(yù)測(cè)提供唯一依據(jù)D.評(píng)估工程場(chǎng)地的穩(wěn)定性二、填空題（請(qǐng)將答案填在橫線上。每空2分，共20分）1.地應(yīng)力是巖石圈中因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和自身重量等因素引起的______。2.地震的發(fā)生通常需要斷層面上的剪應(yīng)力達(dá)到一定的______。3.震后地應(yīng)力調(diào)整的一個(gè)主要機(jī)制是斷層的______。4.套管應(yīng)變計(jì)通過(guò)測(cè)量套管與鉆孔壁之間的______來(lái)反映地應(yīng)力變化。5.地震震后，區(qū)域地震活動(dòng)性可能經(jīng)歷______和______兩個(gè)階段。6.利用地震波形反演地應(yīng)力需要考慮震源機(jī)制、走時(shí)和______等因素。7.地?zé)釡y(cè)量的異常變化可能與地殼深部______的擾動(dòng)有關(guān)。8.震后地應(yīng)力變化對(duì)區(qū)域構(gòu)造演化和______格局有重要影響。9.目前的震后地應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)仍面臨______和______等挑戰(zhàn)。10.理解震后地應(yīng)力變化對(duì)于評(píng)估______和______具有重要意義。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述地震發(fā)生前后，發(fā)震斷裂帶附近地應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生的主要變化。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明應(yīng)力計(jì)（如鉆孔應(yīng)變計(jì)）測(cè)量地應(yīng)力的基本原理。3.震后地應(yīng)力變化可能對(duì)區(qū)域內(nèi)的其他斷裂產(chǎn)生哪些影響？4.簡(jiǎn)述數(shù)值模擬在研究震后地應(yīng)力調(diào)整過(guò)程中的作用和局限性。四、計(jì)算題（請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程和結(jié)果。共15分）已知某地殼介質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的單軸抗壓強(qiáng)度為80MPa，泊松比為0.25。在某一觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)地震波速測(cè)量得到P波速度為6km/s，S波速度為3.5km/s。假設(shè)該介質(zhì)近似為各向同性彈性介質(zhì)，請(qǐng)利用這些數(shù)據(jù)估算該觀測(cè)點(diǎn)處巖石的靜態(tài)剪切模量（G）和體積模量（K），并判斷該點(diǎn)是否處于應(yīng)力平衡狀態(tài)（提示：應(yīng)力平衡狀態(tài)的一個(gè)簡(jiǎn)單判據(jù)是剪切模量與體積模量之比接近常數(shù)，例如G/K≈0.4）。請(qǐng)寫出計(jì)算公式和步驟，并給出最終結(jié)果。五、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析并回答下列問(wèn)題。共25分）論述震后地應(yīng)力變化研究的地質(zhì)意義，并分析當(dāng)前研究中面臨的主要科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)挑戰(zhàn)。結(jié)合一個(gè)具體的地震案例（例如，你可以選擇一個(gè)你熟悉或教材中提到的案例），說(shuō)明如何利用地應(yīng)力變化研究來(lái)深化對(duì)該地區(qū)構(gòu)造演化和地震活動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.C5.C6.C7.D8.C9.B10.B二、填空題1.有效應(yīng)力2.閾值3.蠕變4.位移差5.增高（或應(yīng)力積累）/降低（或應(yīng)力調(diào)整）6.介質(zhì)屬性（或巖石力學(xué)參數(shù)）7.流體活動(dòng)8.地震活動(dòng)9.觀測(cè)精度/模型不確定性10.地震預(yù)測(cè)/工程安全三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：地震前，發(fā)震斷裂帶一側(cè)通常處于高應(yīng)力壓縮狀態(tài)，另一側(cè)可能處于拉張或剪切狀態(tài)；發(fā)震時(shí)，斷裂帶突然錯(cuò)動(dòng)，釋放大量能量，導(dǎo)致斷層面兩側(cè)應(yīng)力瞬間釋放或發(fā)生應(yīng)力轉(zhuǎn)移；震后，斷裂帶自身變形和周圍介質(zhì)調(diào)整，應(yīng)力狀態(tài)逐漸發(fā)生變化，可能表現(xiàn)為應(yīng)力解除后的松弛，或應(yīng)力重新分布導(dǎo)致的局部應(yīng)力集中。答：地震前，發(fā)震斷裂帶附近通常處于高剪應(yīng)力狀態(tài)，但兩側(cè)具體受力情況（拉或壓）因構(gòu)造背景而異。地震發(fā)生時(shí)，斷裂帶發(fā)生突然錯(cuò)動(dòng)，釋放積累的應(yīng)變能，導(dǎo)致斷層面兩側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生劇烈變化，部分區(qū)域應(yīng)力降低，部分區(qū)域應(yīng)力升高（應(yīng)力轉(zhuǎn)移）。震后，斷層面可能進(jìn)入蠕變狀態(tài)，或者周圍介質(zhì)對(duì)發(fā)震斷層的調(diào)整導(dǎo)致區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生緩慢而持續(xù)的變化，直至達(dá)到新的平衡。2.解析思路：應(yīng)力計(jì)通過(guò)測(cè)量其敏感元件（如應(yīng)變片）的形變來(lái)反映外部施加的應(yīng)力。鉆孔應(yīng)變計(jì)將這種形變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)測(cè)量電信號(hào)的變化來(lái)推算鉆孔處地應(yīng)力的大小和方向。套管應(yīng)變計(jì)則通過(guò)測(cè)量套管與孔壁巖石之間的相對(duì)位移或應(yīng)變來(lái)間接反映地應(yīng)力。答：應(yīng)力計(jì)（如鉆孔應(yīng)變計(jì)）的基本原理是利用其內(nèi)部敏感元件（如應(yīng)變片）感受外部應(yīng)力作用下的微小形變。當(dāng)應(yīng)力計(jì)埋入地下深處時(shí)，其所處巖石的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)使其敏感元件發(fā)生形變，這種形變被轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的物理量（如電阻變化），通過(guò)測(cè)量該物理量，并結(jié)合應(yīng)力計(jì)的標(biāo)定系數(shù)，即可推算出地應(yīng)力的大小和方向。鉆孔應(yīng)變計(jì)直接測(cè)量孔壁巖石的應(yīng)變，而套管應(yīng)變計(jì)則測(cè)量套管與孔壁之間的相對(duì)位移或應(yīng)變。3.解析思路：震后地應(yīng)力變化是區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整過(guò)程，這種調(diào)整可以通過(guò)應(yīng)力轉(zhuǎn)移、應(yīng)力集中等方式發(fā)生。對(duì)于鄰近斷裂，這可能意味著它們所處的應(yīng)力環(huán)境發(fā)生變化，可能從原本的相對(duì)穩(wěn)定變?yōu)橛欣l(fā)震狀態(tài)（應(yīng)力增高或方向有利），也可能變?yōu)椴焕麪顟B(tài)（應(yīng)力降低或方向不利）。答：震后地應(yīng)力變化可能通過(guò)多種方式影響區(qū)域內(nèi)的其他斷裂。首先，震后應(yīng)力轉(zhuǎn)移可能導(dǎo)致原本處于低應(yīng)力狀態(tài)的斷裂帶應(yīng)力增加，從而提高其發(fā)震概率（應(yīng)力觸發(fā)）；其次，發(fā)震斷裂的滑動(dòng)可能改變區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的分布，導(dǎo)致某些斷裂帶應(yīng)力釋放，降低其活動(dòng)性（應(yīng)力去觸發(fā)）；此外，震后介質(zhì)變形和蠕變也可能持續(xù)影響鄰近斷裂的應(yīng)力狀態(tài)。4.解析思路：數(shù)值模擬的作用在于利用計(jì)算機(jī)建立地球介質(zhì)模型，模擬震后應(yīng)力調(diào)整的物理過(guò)程和數(shù)學(xué)表達(dá)，揭示應(yīng)力變化的空間分布、時(shí)間演化規(guī)律和影響因素。其局限性在于模型簡(jiǎn)化（如介質(zhì)均勻性、各向同性）、參數(shù)不確定性（如巖石力學(xué)參數(shù)、邊界條件）、計(jì)算資源限制以及與實(shí)際觀測(cè)的驗(yàn)證難度等。答：數(shù)值模擬在研究震后地應(yīng)力調(diào)整過(guò)程中的作用是：通過(guò)建立地球介質(zhì)模型和相應(yīng)的物理方程，模擬斷層面及周圍介質(zhì)的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)過(guò)程，定量分析應(yīng)力變化的空間分布特征、時(shí)間演化序列以及影響因素（如斷層幾何、介質(zhì)屬性、流體作用等），從而揭示震后地應(yīng)力調(diào)整的內(nèi)在機(jī)制。其局限性主要體現(xiàn)在：模型難以完全反映地球介質(zhì)的復(fù)雜非均勻性和各向異性；模型參數(shù)的確定存在較大不確定性；計(jì)算量大，需要強(qiáng)大的計(jì)算資源；模擬結(jié)果需要與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的對(duì)比驗(yàn)證，但觀測(cè)數(shù)據(jù)本身也面臨精度和分辨率限制。四、計(jì)算題解析思路：首先利用P波速度(Vp)和S波速度(Vs)計(jì)算介質(zhì)密度(ρ)、體波模量(M)和剪切模量(G)。關(guān)系式為：Vp2=(K+4G/3)/ρ，Vs2=G/ρ。解此聯(lián)立方程組可得G=3ρ(Vp2-Vs2)/4和K=ρ(Vp2-(4/3)Vs2)。計(jì)算得到G和K后，可計(jì)算G/K值。根據(jù)提示，G/K≈0.4可作為應(yīng)力平衡的參考判據(jù)之一。此處未給出泊松比ν，通常使用關(guān)系式K=(1+4ν/3)G或M=K+(4/3)G，結(jié)合ρ計(jì)算，但題目未要求計(jì)算M，且未給出ν，故按上述方法計(jì)算G和K比值。答：1.計(jì)算剪切模量G：G=3ρ(Vp2-Vs2)/4由于題目未給出密度ρ，無(wú)法直接計(jì)算G的絕對(duì)值，但可以計(jì)算相對(duì)值或比率。利用速度比：G/ρ=(3/4)(Vp2-Vs2)G/ρ=(3/4)[(6km/s)2-(3.5km/s)2]/(103m/s)2G/ρ=(3/4)[36-12.25]×10?/10?G/ρ=(3/4)×23.75/10?3G/ρ=17.8125kPa2.計(jì)算體積模量K：K=ρ(Vp2-(4/3)Vs2)K/ρ=Vp2-(4/3)Vs2K/ρ=(6km/s)2-(4/3)×(3.5km/s)2/(103m/s)2K/ρ=36-(4/3)×12.25/10?3K/ρ=36-16.3333/10?3K/ρ=19.6667kPa3.計(jì)算G/K：G/K=(G/ρ)/(K/ρ)G/K=17.8125kPa/19.6667kPaG/K≈0.9054.判斷：通常認(rèn)為G/K≈0.4對(duì)于各向同性彈性介質(zhì)代表應(yīng)力平衡狀態(tài)。本例計(jì)算得到的G/K≈0.905，顯著偏離0.4。這表明根據(jù)給定的波速數(shù)據(jù)，該觀測(cè)點(diǎn)處的巖石介質(zhì)可能處于非平衡狀態(tài)，或者該介質(zhì)并非嚴(yán)格各向同性彈性介質(zhì)，或者泊松比ν不等于通常假設(shè)的值（如ν=0.25）。如果假設(shè)ν=0.25，則K=(1+4*0.25/3)G=(1+1/3)G=(4/3)G，此時(shí)G/K=3/4=0.75，仍然偏離0.4，但比0.905接近。這進(jìn)一步說(shuō)明該點(diǎn)可能處于非平衡狀態(tài)或介質(zhì)性質(zhì)有特殊性。五、論述題解析思路：首先闡述震后地應(yīng)力變化研究的意義，包括：揭示斷層活動(dòng)機(jī)制、理解應(yīng)力觸發(fā)/去觸發(fā)現(xiàn)象、評(píng)估區(qū)域地震危險(xiǎn)性、解釋地震序列時(shí)空分布、為工程選址和安全評(píng)估提供依據(jù)等。然后分析研究面臨的挑戰(zhàn)，如：觀測(cè)技術(shù)精度和深度有限、難以獲取連續(xù)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)、模型復(fù)雜度高（多物理場(chǎng)耦合、介質(zhì)非線性）、巖石力學(xué)參數(shù)不確定性大、震后效應(yīng)的短時(shí)性與長(zhǎng)期機(jī)制的復(fù)雜性等。最后，選擇一個(gè)具體地震案例（如汶川地震），結(jié)合震后形變、地殼應(yīng)力場(chǎng)重配、地震活動(dòng)性變化等觀測(cè)證據(jù)，說(shuō)明如何利用地應(yīng)力變化研究來(lái)認(rèn)識(shí)該地區(qū)的構(gòu)造背景、應(yīng)力積累過(guò)程、發(fā)震模式以及未來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。論述需邏輯清晰，結(jié)合實(shí)例，體現(xiàn)對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用。答：震后地應(yīng)力變化研究具有重要的地質(zhì)意義。首先，它是理解斷層活動(dòng)物理過(guò)程的關(guān)鍵窗口，通過(guò)分析震后應(yīng)力調(diào)整，可以揭示斷層的滑動(dòng)特性、應(yīng)力降的幅度、應(yīng)力轉(zhuǎn)移的方向和范圍，深化對(duì)斷層力學(xué)行為和地震發(fā)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)。其次，震后地應(yīng)力變化直接影響區(qū)域地震活動(dòng)性，研究其時(shí)空演變有助于識(shí)別應(yīng)力觸發(fā)區(qū)（易發(fā)生余震或誘發(fā)地震的區(qū)域）和應(yīng)力去觸發(fā)區(qū)，為區(qū)域地震危險(xiǎn)性評(píng)估提供重要依據(jù)。此外，通過(guò)研究震后地應(yīng)力場(chǎng)的變化，可以反演發(fā)震構(gòu)造的相互作用關(guān)系，解釋地震序列的時(shí)空分布規(guī)律，有助于構(gòu)建區(qū)域構(gòu)造演化模型。在工程地質(zhì)領(lǐng)域，準(zhǔn)確評(píng)估震后地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)于大型工程（如水庫(kù)、大壩、隧道、邊坡）的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)也具有重要意義。當(dāng)前震后地應(yīng)力變化研究面臨諸多科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)挑戰(zhàn)?？茖W(xué)上，地球介質(zhì)對(duì)震后應(yīng)力的響應(yīng)機(jī)制復(fù)雜，涉及巖石變形的流變學(xué)特性、流體（尤其是孔隙流體）壓力的動(dòng)態(tài)變化、不同尺度構(gòu)造間的相互作用等，這些過(guò)程難以完全用簡(jiǎn)單模型描述。同時(shí)，如何從觀測(cè)到的復(fù)雜信號(hào)中精確分離出震后地應(yīng)力調(diào)整的主導(dǎo)信號(hào)，并可靠地預(yù)測(cè)其長(zhǎng)期演化趨勢(shì)，仍然是重大挑戰(zhàn)。技術(shù)上，現(xiàn)有的地應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)（如應(yīng)力計(jì)、形變測(cè)量）在觀測(cè)精度、量程、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、測(cè)量深度等方面仍有待提高；獲取連續(xù)、高分辨率、多類型的震后觀測(cè)數(shù)據(jù)仍然困難；用于模擬震后地應(yīng)力調(diào)整的數(shù)值模型需要考慮更多物理過(guò)程和更真實(shí)的介質(zhì)參數(shù)，但計(jì)算量巨大，且模型參數(shù)往往依賴經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室數(shù)據(jù)，存在較大不確定性。以2008年汶川8.0級(jí)地震為例，震后大量觀測(cè)證據(jù)表明了地應(yīng)力變化的復(fù)雜性及其地質(zhì)意義。震后形變監(jiān)測(cè)（如GPS、InSAR）顯示，震中區(qū)域及周圍地殼發(fā)生顯著變形，反映了應(yīng)力場(chǎng)的重分