2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——地下水文地球化學(xué)與水資源保護(hù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪項(xiàng)不是地下水化學(xué)成分的主要來(lái)源？A.水文地質(zhì)條件B.巖石和土壤的礦物成分C.大氣降水D.地球物理場(chǎng)的作用2.在地下水系統(tǒng)中，用于區(qū)分不同水化學(xué)類型常用的指數(shù)是？A.陽(yáng)離子價(jià)數(shù)指數(shù)(CIPW)B.水力坡度C.電阻率D.地震波速3.當(dāng)?shù)叵滤畯母凰院?、滲透性強(qiáng)的含水層流向富水性差、滲透性弱的含水層時(shí)，界面處通常會(huì)發(fā)生？A.水化學(xué)成分的顯著變化B.溫度的升高C.密度的增加D.壓力的降低4.水化學(xué)類型為HCO?-Ca·Mg型的水，其主要賦存環(huán)境通常是什么？A.深部巖漿巖區(qū)B.裂隙發(fā)育的變質(zhì)巖區(qū)C.河流侵蝕作用強(qiáng)烈的區(qū)域D.碳酸鹽巖分布廣泛且接受大氣降水的區(qū)域5.在利用地球物理電阻率法探測(cè)地下水時(shí)，高電阻率異常通常代表？A.富含水層B.深部高壓承壓水C.水質(zhì)污染嚴(yán)重區(qū)域D.裂隙發(fā)育的巖體6.地下水污染地球化學(xué)示蹤中，穩(wěn)定同位素（如δD,δ1?O）主要用來(lái)？A.精確計(jì)算地下水年齡B.識(shí)別污染物的來(lái)源C.直接測(cè)定地下水化學(xué)組分D.判斷地下水流向7.地震波速在含水層和含水體中的傳播速度通常是？A.兩者相同B.含水體速度更快C.含水層速度更快D.含水層速度顯著慢于含水體8.電磁法探測(cè)地下水時(shí)，利用的是電磁場(chǎng)與哪些介質(zhì)參數(shù)的相互作用？A.介質(zhì)的密度和孔隙度B.介質(zhì)的電阻率和磁化率C.介質(zhì)的聲波速度和衰減D.介質(zhì)的放射性強(qiáng)度和熱導(dǎo)率9.在地下水污染修復(fù)地球物理監(jiān)測(cè)中，通常選用哪些方法來(lái)追蹤污染羽的遷移路徑？A.時(shí)間域電磁法(TDEM)B.淺層地震勘探C.放射性探測(cè)D.聲波探測(cè)10.地球物理方法在水源地勘查中的主要目的是？A.直接測(cè)定地下水位B.精確計(jì)算含水層儲(chǔ)量C.確定含水層的分布范圍、結(jié)構(gòu)特征和富水性D.直接評(píng)價(jià)地下水的化學(xué)質(zhì)量二、填空題1.地下水水化學(xué)演化過(guò)程中，離子交換作用和水-巖溶解作用是主要的控制因素。2.根據(jù)水化學(xué)類型判斷，SO?2?-Na·Mg型水通常發(fā)育在硫酸鹽巖分布區(qū)或存在人類活動(dòng)污染的區(qū)域。3.地球物理電阻率法中，選擇供電電流強(qiáng)度和時(shí)間需要考慮地形的起伏和探測(cè)目標(biāo)的深度。4.地震波速測(cè)井是獲取井旁地層聲波速度信息的常用地球物理方法之一。5.地下水污染地球化學(xué)診斷中，對(duì)比分析污染源水和地下水的水化學(xué)特征是識(shí)別污染途徑的重要手段。6.地球物理方法在水污染場(chǎng)調(diào)查中，除了用于識(shí)別污染羽的分布外，還可以用于監(jiān)測(cè)修復(fù)效果。7.地球物理探測(cè)技術(shù)在地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，能夠提供連續(xù)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)信息。8.水資源保護(hù)要求在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，必須采取措施防止地下水污染。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述水-巖相互作用對(duì)地下水化學(xué)成分演化的影響。2.簡(jiǎn)述電法勘探在地下水勘查中常用的兩種裝置形式及其基本原理區(qū)別。3.簡(jiǎn)述利用地球物理方法監(jiān)測(cè)地下水污染的主要思路和常用技術(shù)。四、計(jì)算題1.某地下水樣分析結(jié)果如下：Ca2?=90mg/L,Mg2?=30mg/L,Na?=150mg/L,K?=5mg/L,HCO??=280mg/L,SO?2?=40mg/L,Cl?=60mg/L,TDS=500mg/L。假設(shè)水的密度為1.0g/cm3，求該水的pH值（忽略CO?的影響，CaCO?的Ksp=10??.?）。2.在一均勻介質(zhì)中，測(cè)量到某測(cè)線上的視電阻率ρ<0xE2><0x82><0x97>為100Ω·m，已知供電電流強(qiáng)度I=2mA，供電時(shí)間T=0.1s，地電阻率ρs=200Ω·m。請(qǐng)計(jì)算該測(cè)線對(duì)應(yīng)的真電阻率ρ。五、論述題試論述地球物理方法在保障地下水資源可持續(xù)利用中的作用，并分析其在應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略。試卷答案一、選擇題1.D2.A3.A4.D5.A6.B7.C8.B9.A10.C二、填空題1.地下水水化學(xué)演化過(guò)程中，離子交換作用和水-巖溶解作用是主要的控制因素。2.根據(jù)水化學(xué)類型判斷，SO?2?-Na·Mg型水通常發(fā)育在硫酸鹽巖分布區(qū)或存在人類活動(dòng)污染的區(qū)域。3.地球物理電阻率法中，選擇供電電流強(qiáng)度和時(shí)間需要考慮地形的起伏和探測(cè)目標(biāo)的深度。4.地震波速測(cè)井是獲取井旁地層聲波速度信息的常用地球物理方法之一。5.地下水污染地球化學(xué)診斷中，對(duì)比分析污染源水和地下水的水化學(xué)特征是識(shí)別污染途徑的重要手段。6.地球物理方法在水污染場(chǎng)調(diào)查中，除了用于識(shí)別污染羽的分布外，還可以用于監(jiān)測(cè)修復(fù)效果。7.地球物理探測(cè)技術(shù)在地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，能夠提供連續(xù)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)信息。8.水資源保護(hù)要求在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，必須采取措施防止地下水污染。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述水-巖相互作用對(duì)地下水化學(xué)成分演化的影響。解析思路：水-巖相互作用是地下水化學(xué)成分形成和演化的根本驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)?shù)叵滤鹘?jīng)巖土體時(shí)，水與巖石、土壤中的礦物發(fā)生物理化學(xué)作用。主要包括：①溶解作用，水溶解巖石礦物中的可溶性組分（如Ca2?,Mg2?,Na?,K?,HCO??,SO?2?,Cl?等），使水中離子濃度增加，成分發(fā)生變化；②水-巖交換作用，水中的H?,OH?,或其他陽(yáng)離子與礦物表面發(fā)生交換吸附，導(dǎo)致水中離子組成改變；③沉淀作用，當(dāng)水中離子達(dá)到一定濃度或環(huán)境條件變化時(shí)，發(fā)生沉淀反應(yīng)，移出水中某些離子。這些作用綜合決定了地下水的化學(xué)成分、水化學(xué)類型及其演化路徑。2.簡(jiǎn)述電法勘探在地下水勘查中常用的兩種裝置形式及其基本原理區(qū)別。解析思路：電法勘探通過(guò)測(cè)量人工建立的地下電流場(chǎng)來(lái)探測(cè)地下介質(zhì)電學(xué)性質(zhì)（電阻率）的差異。常用裝置有：①電阻率測(cè)深（或稱垂直電剖面法VES）：將電極沿測(cè)線逐點(diǎn)布置，保持電極距不變，改變供電電極與測(cè)量電極的相對(duì)位置，測(cè)量不同深度的視電阻率。其原理是利用供電電極產(chǎn)生的電場(chǎng)在地下不同電性分界面上的折射和反射，通過(guò)視電阻率的垂直變化來(lái)推斷地下地層電性結(jié)構(gòu)和深度；②電阻率測(cè)線（或稱水平電剖面法HES）：將供電電極和測(cè)量電極沿測(cè)線平行排列，保持電極距不變，同時(shí)移動(dòng)，測(cè)量沿測(cè)線不同位置的視電阻率。其原理是探測(cè)沿測(cè)線方向上地下電性界面的起伏和延伸情況，主要用于追蹤含水層、斷層等沿走向的分布。3.簡(jiǎn)述利用地球物理方法監(jiān)測(cè)地下水污染的主要思路和常用技術(shù)。解析思路：利用地球物理方法監(jiān)測(cè)地下水污染的基本思路是：通過(guò)探測(cè)污染物可能引起的地下環(huán)境物理性質(zhì)（主要是電學(xué)性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)等）的變化，來(lái)識(shí)別污染羽的分布范圍、遷移路徑和動(dòng)態(tài)變化。常用技術(shù)包括：①電阻率法：許多污染物（如鹽類、重金屬離子）溶解于水會(huì)降低地下水的電阻率。通過(guò)電阻率測(cè)量，可以發(fā)現(xiàn)相對(duì)低電阻率的污染水體異常帶；②電磁法（特別是時(shí)間域電磁法TDEM）：污染物同樣會(huì)改變地下介質(zhì)的電導(dǎo)率。TDEM法對(duì)電性變化敏感，可用于探測(cè)污染羽的分布和監(jiān)測(cè)其動(dòng)態(tài)變化；③地震波法：某些污染物可能改變巖石的孔隙度、飽和度和流體性質(zhì)，從而影響地震波的傳播速度和衰減。利用地震方法（如橫波勘探）可以探測(cè)污染引起的介質(zhì)波速異常；④聲波探測(cè)：污染物可能影響地下水的聲波傳播速度和衰減，聲波方法可用于監(jiān)測(cè)污染羽的界面和范圍。四、計(jì)算題1.計(jì)算pH值。解析思路：計(jì)算地下水的pH值（忽略CO?的影響），需要根據(jù)水中主要離子濃度，利用電荷平衡和質(zhì)子條件方程。由于題目只給出了陽(yáng)離子和陰離子濃度，需假設(shè)陰離子總量等于陽(yáng)離子總量（電荷平衡）。陽(yáng)離子總量：C(Ca2?)+2C(Mg2?)+C(Na?)+C(K?)=90+2*30+150+5=305mg/L。陰離子總量：C(HCO??)+C(SO?2?)+C(Cl?)=280+40+60=380mg/L。由于陰離子總量大于陽(yáng)離子總量，說(shuō)明存在未計(jì)入的陰離子（如OH?）。假設(shè)水的離子積Kw=C(H?)C(OH?)=10?1?(25°C)，則C(OH?)=C(H?)?1。電荷平衡方程變?yōu)椋篊(H?)+C(Na?)+2C(Ca2?)+2C(Mg2?)=C(HCO??)+C(SO?2?)+C(Cl?)+C(OH?)。將已知濃度代入并代入C(OH?)=C(H?)?1，得到C(H?)+150+2*90+2*30=280+40+60+C(H?)?1。化簡(jiǎn)得C(H?)+360=380+C(H?)?1。即C(H?)+C(H?)?1=20。解此方程得C(H?)≈0.995mol/L。pH=-log(C(H?))=-log(0.995)≈0.005。此結(jié)果不合理，表明假設(shè)忽略CO?影響或計(jì)算過(guò)程有誤。更準(zhǔn)確的方法是使用全電導(dǎo)率計(jì)算或考慮HCO??的水解。此處按題目要求忽略CO?，假設(shè)主要酸性來(lái)自HCO??的弱酸解離，則pH≈8-(pK?+pK?)/2≈8-(6.35+10.33)/2=8-8.34=-0.34，更不合理。說(shuō)明題目數(shù)據(jù)或假設(shè)可能存在問(wèn)題，但在給定條件下，最接近的解是C(H?)≈0.995M，pH≈0.005。實(shí)際應(yīng)用中需考慮CO?的影響。正確解法（考慮CO?平衡和HCO??水解）：設(shè)C(H?)=y，則C(HCO??)≈280+y，C(CO?2?)≈y2/280，C(H?CO?)≈y2/280。Kw=y(280+y+y2/280)≈10?1?。近似解得y≈1.8x10??M。pH=-log(1.8x10??)=5.74。陽(yáng)離子總摩爾濃度≈0.305M，陰離子總摩爾濃度≈0.380M。電荷平衡：y+0.150+2(0.090)+2(0.030)=0.280+0.040+0.060+(y?1)。近似為y+0.3=0.38+y?1。得y≈0.38-y?1。此方程無(wú)合理解。說(shuō)明題目數(shù)據(jù)可能不完整或假設(shè)不成立。若按陽(yáng)離子總摩爾濃度計(jì)算C(H?)≈0.305/(0.380+1/2*0.305+1/2*0.030)≈0.305/0.6475≈0.47M。pH=-log(0.47)=0.33。同樣不合理。（注：此題計(jì)算較為復(fù)雜，且題目給定數(shù)據(jù)可能存在不合理性，實(shí)際考試中可能簡(jiǎn)化或提供更合適的參數(shù)。）2.計(jì)算真電阻率ρ。解析思路：本題涉及似電阻率ρ<0xE2><0x82><0x97>與真電阻率ρ的關(guān)系。根據(jù)簡(jiǎn)單的電阻率測(cè)深原理（如溫納裝置），視電阻率ρ<0xE2><0x82><0x97>與供電電流強(qiáng)度I、供電時(shí)間T、地電阻率ρ和電極距AB（設(shè)為2L）有關(guān)。對(duì)于溫納裝置（ABMN，A、B為供電電極，M、N為測(cè)量電極，AB=L,MN=a），視電阻率表達(dá)式為：ρ<0xE2><0x82><0x97>=2πLρs/(πL2ln(AB/a))=ρs/(πLln(AB/a))。對(duì)比題目給定公式形式，可能對(duì)應(yīng)其他裝置或簡(jiǎn)化形式。更常見(jiàn)的關(guān)系是ρ<0xE2><0x82><0x97>=ρs(L/AB)*f(T,I,ρs)。若視電阻率ρ<0xE2><0x82><0x97>與真電阻率ρ成正比于L/AB，則ρ=ρ<0xE2><0x82><0x97>*AB/L。題目給出ρ<0xE2><0x82><0x97>=100Ω·m,ρs=200Ω·m,L/AB未知。但題目條件給出I,T，暗示可能涉及時(shí)間常數(shù)τ=ρsε（ε為介電常數(shù)），或與TDEM相關(guān)。TDEM視電阻率表達(dá)式為ρ<0xE2><0x82><0x97>=ρs*(1-exp(-T/τ))。若題目中的ρ<0xE2><0x82><0x97>=100Ω·m,ρs=200Ω·m,T=0.1s，則1-exp(-0.1/τ)=100/200=0.5。exp(-0.1/τ)=0.5,-0.1/τ=ln(0.5)=-0.693,τ=0.1/0.693≈0.144s。τ=ρsε=200ε。ε=0.144/200=0.00072F/m。此時(shí)計(jì)算ρ<0xE2><0x82><0x97>=200*(1-exp(-0.1/0.144))=200*0.5=100Ω·m。這與題目給定的ρ<0xE2><0x82><0x97>一致。因此，題目可能是在特定τ值下簡(jiǎn)化了關(guān)系，或者假設(shè)ρ<0xE2><0x82><0x97>≈ρs。若直接按比例關(guān)系，ρ=100*AB/L。若設(shè)L/AB=1，則ρ=100Ω·m。若設(shè)L/AB=ρs/ρ<0xE2><0x82><0x97>=200/100=2，則ρ=100*2=200Ω·m。題目未給L/AB，無(wú)法確定唯一解。結(jié)合TDEM公式，最可能的解釋是題目簡(jiǎn)化了，認(rèn)為在給定條件下ρ≈ρs。取ρ=100Ω·m或ρ=200Ω·m均有可能，但若按TDEM公式推導(dǎo)，ρ≈100Ω·m更符合給出的參數(shù)。此處取ρ=100Ω·m。五、論述題試論述地球物理方法在保障地下水資源可持續(xù)利用中的作用，并分析其在應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略。解析思路：地球物理方法在保障地下水資源可持續(xù)利用中扮演著重要角色，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.勘查與評(píng)估：利用電阻率法、電磁法、地震勘探等方法可以探測(cè)地下含水層的分布范圍、厚度、埋深、富水性、連通性等，評(píng)估含水層的資源潛力，為水源地選擇和規(guī)劃提供依據(jù)。2.污染調(diào)查與監(jiān)測(cè)：電法、電磁法、地震波法等可以探測(cè)地下水污染羽的分布范圍、遷移路徑、界面位置，識(shí)別污染源，監(jiān)測(cè)污染動(dòng)態(tài)變化，為污染治理提供空間信息支持。3.管理與優(yōu)化：地球物理方法可用于監(jiān)測(cè)地下水開(kāi)采引起的地下水位變化、含水層結(jié)構(gòu)變形，為優(yōu)化開(kāi)采方