2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——重力場(chǎng)測(cè)量在地球物理學(xué)中的應(yīng)用考試時(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)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.地球表面某點(diǎn)的重力加速度（絕對(duì)重力）是指（）。A.慣性離心力與地球中心引力的矢量和B.地球中心引力的大小C.慣性離心力的大小D.只考慮地球形狀引起的重力分量2.相對(duì)重力儀主要測(cè)量的是（）。A.地球中心引力的大小B.慣性離心力的大小C.重力差值或重力梯度D.大地水準(zhǔn)面差距3.自由空氣異常（FAA）主要反映了（）。A.深部地殼密度變化B.測(cè)點(diǎn)相對(duì)于大地水準(zhǔn)面的高度變化C.巖石圈整體密度虧損D.布格異常中已消除的部分4.布格異常（BA）是在自由空氣異?；A(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了（）。A.測(cè)點(diǎn)海拔高度的影響B(tài).地球曲率的影響C.到地心的距離變化的影響D.上覆地層的質(zhì)量影響5.當(dāng)一個(gè)區(qū)域存在密度較高的巖體時(shí)，其上方的布格重力異常通常表現(xiàn)為（）。A.正異常B.負(fù)異常C.零異常D.無(wú)明顯變化6.重力均衡理論認(rèn)為，地殼不同深度處的（）大致保持常數(shù)。A.重力異常B.重力加速度C.密度D.均衡高度7.重力勘探在尋找大型沉積盆地時(shí)，主要利用的是（）。A.地幔密度變化引起的異常B.巖石圈密度虧損引起的異常C.薄鹽蓋層下方引起的正異常D.背斜構(gòu)造引起的負(fù)異常8.與地震勘探相比，重力勘探的主要優(yōu)點(diǎn)之一是（）。A.空間分辨率高B.能有效探測(cè)深部構(gòu)造C.儀器成本相對(duì)較低，操作簡(jiǎn)便D.對(duì)軟弱地層反應(yīng)敏感9.重力數(shù)據(jù)可以用來(lái)估算（）。A.地下水儲(chǔ)量B.地震波速C.地殼的平均密度D.巖石的放射性元素含量10.國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)（IUGG）推薦的正常重力公式用于計(jì)算（）。A.真實(shí)重力值B.重力異常C.大地水準(zhǔn)面差距D.正常重力值二、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.大地水準(zhǔn)面2.重力儀3.均衡異常4.剩余異常5.重力勘探三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述絕對(duì)重力儀和相對(duì)重力儀的區(qū)別。2.簡(jiǎn)述計(jì)算布格異常的基本步驟。3.重力異常是如何形成的？主要有哪些影響因素？4.簡(jiǎn)述重力勘探在尋找油氣資源方面的基本原理。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.某測(cè)點(diǎn)位于海拔高度為500米的山脊上，測(cè)得的相對(duì)重力值為978300gal。已知該緯度下的大地水準(zhǔn)面差距為30米，正常重力值為978160gal。請(qǐng)計(jì)算該測(cè)點(diǎn)的自由空氣異常（FAA）和布格異常（BA）（取地球平均半徑為6371千米，g=9.8m/s2）。2.假設(shè)地殼上部（0-10km）平均密度為2.2g/cm3，地幔頂部（10-20km）平均密度為3.0g/cm3。設(shè)地表某點(diǎn)上方10km深度存在一個(gè)向下凸出的密度異常體，其半徑為20km，厚度為10km，異常體與周圍介質(zhì)密度差為0.2g/cm3。請(qǐng)定性說(shuō)明該異常體在地表產(chǎn)生的布格重力異常大致呈何種形態(tài)（正異?；蜇?fù)異常，高值區(qū)或低值區(qū)），并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。3.已知某區(qū)域的均衡高度為3000米。如果該區(qū)域地殼平均密度為2.3g/cm3，地幔頂部密度為3.3g/cm3，地表平均密度為2.8g/cm3。請(qǐng)估算該區(qū)域均衡狀態(tài)下地殼的平均厚度（假設(shè)均衡狀態(tài)下的地殼密度為2.9g/cm3，地幔頂部密度不變）。五、論述題（10分）論述重力數(shù)據(jù)處理中，從相對(duì)重力觀測(cè)值到布格異常的主要改正項(xiàng)及其物理意義。試卷答案一、選擇題1.A2.C3.B4.D5.A6.D7.C8.C9.C10.D二、名詞解釋1.大地水準(zhǔn)面：由靜止的海水面向大陸內(nèi)部延伸而形成的閉合水準(zhǔn)面，它是地球形狀的參考基準(zhǔn)面，其上的重力值等于正常重力值。2.重力儀：用于測(cè)量重力加速度或其變化的儀器，分為絕對(duì)重力儀（直接測(cè)量絕對(duì)重力值）和相對(duì)重力儀（測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的重力差值或重力梯度）。3.均衡異常：假設(shè)地殼達(dá)到均衡狀態(tài)時(shí)，由地殼密度變化引起的重力異常，反映了地殼均衡補(bǔ)償作用的結(jié)果。4.剩余異常：從布格異常中扣除均衡異常后得到的重力異常，主要反映了上地幔頂部及以下深部密度結(jié)構(gòu)的變化。5.重力勘探：利用重力儀測(cè)量重力場(chǎng)變化，通過(guò)分析重力異常來(lái)推斷地下物質(zhì)分布、密度結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造等地球物理信息的勘探方法。三、簡(jiǎn)答題1.解析：絕對(duì)重力儀測(cè)量的是測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)重力值（包括引力和離心力），直接給出單位為m/s2或gal，儀器相對(duì)笨重，成本高，需進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定，適用于建立重力基準(zhǔn)和深部結(jié)構(gòu)研究。相對(duì)重力儀測(cè)量的是測(cè)點(diǎn)與已知基準(zhǔn)點(diǎn)之間的重力差值或重力梯度，給出單位為毫伽（mGal），儀器較輕便，成本相對(duì)較低，操作較方便，適用于區(qū)域重力調(diào)查和常規(guī)勘探。2.解析：計(jì)算布格異常的基本步驟通常包括：①獲取測(cè)點(diǎn)的相對(duì)重力觀測(cè)值；②進(jìn)行儀器格值改正和零點(diǎn)漂移改正，得到觀測(cè)值；③進(jìn)行自由空氣改正（FAA），消除測(cè)點(diǎn)海拔高度的影響；④進(jìn)行布格改正（BA），消除上覆地殼和上地幔巖石質(zhì)量的影響；⑤有時(shí)還需進(jìn)行地形改正、中間層改正等。核心是FAA和BA的計(jì)算。3.解析：重力異常的形成是由于地球內(nèi)部物質(zhì)密度分布不均勻引起的。地球并非均質(zhì)球體，不同區(qū)域的重力加速度大小不同，產(chǎn)生了重力場(chǎng)的空間差異，這種差異以重力異常的形式表現(xiàn)出來(lái)。主要影響因素包括：①地形起伏（高度變化，引起自由空氣異常）；②地殼厚度和密度變化；③上地幔密度不均勻；④基巖面的起伏；⑤深部構(gòu)造（如地幔柱、裂谷等）；⑥結(jié)晶基巖的起伏等。4.解析：重力勘探尋找油氣資源的基本原理是：油氣密度（約0.7-0.9g/cm3）低于圍巖（如砂巖、頁(yè)巖，密度約2.2-2.8g/cm3）的密度，當(dāng)?shù)叵麓嬖诖竺娣e的密度較高的油氣藏時(shí)，其上方的覆蓋層會(huì)引起密度異常。通過(guò)測(cè)量布格重力異常，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)區(qū)域存在顯著的正異常，特別是與已知地質(zhì)構(gòu)造（如背斜、向斜）相結(jié)合時(shí)，則可能指示下方存在大型沉積盆地和潛在的油氣聚集。四、計(jì)算題1.解析：先根據(jù)大地水準(zhǔn)面差距和正常重力值計(jì)算理論重力值（g_0），再計(jì)算FAA和BA。g_0=g_0_normal-Δh*g_0_normal/R(其中R為地球半徑)。FAA=g_0-g_relative。BA=FAA-Δg_b(Δg_b為僅考慮上覆地殼改正，Δg_b≈0.308*Δh)。注意單位換算，1gal=0.01m/s2。計(jì)算過(guò)程：g_0=978160gal-30m*(978160gal/6371000m)=978160gal-4.70gal≈978155.30galFAA=978155.30gal-978300gal=-144.70galΔg_b≈0.308*30m*(2.2g/cm3-2.8g/cm3)*(980.665cm/s2/gal)/980.665cm/s2/gal≈-4.6galBA=-144.70gal-(-4.6gal)=-140.10gal（注：實(shí)際計(jì)算中Δg_b的精確值取決于地殼模型和所用公式，此處為簡(jiǎn)化估算）答案：FAA≈-144.7mGal，BA≈-140.1mGal2.解析：向下凸出的高密度異常體，其質(zhì)量相對(duì)于周圍介質(zhì)有所增加。根據(jù)重力異常與密度異常的關(guān)系，正密度異常通常引起正重力異常。但由于該異常體向下凸出，其上方的布格重力異常會(huì)受到周圍介質(zhì)和自身形態(tài)的綜合影響?？拷惓ｓw中心區(qū)域，其正密度效應(yīng)可能主導(dǎo)，表現(xiàn)為正異?；蚋咧祬^(qū)。但在異常體邊緣及遠(yuǎn)處，由于地形效應(yīng)和異常體形態(tài)的影響，異常形態(tài)會(huì)變得復(fù)雜，可能不再是簡(jiǎn)單的正異常。定性描述應(yīng)抓住核心：高密度體引起正異常趨勢(shì)，但具體形態(tài)受多重因素影響。3.解析：均衡狀態(tài)下，地殼的總質(zhì)量（包括巖石圈頂部）與其下方均衡補(bǔ)償柱（地幔）的質(zhì)量大致相等。設(shè)均衡狀態(tài)下地殼平均厚度為H，地殼平均密度為ρ_c均衡=2.9g/cm3，地幔頂部密度ρ_m=3.3g/cm3，均衡高度h=3000m。均衡補(bǔ)償柱的半徑R可以通過(guò)幾何關(guān)系估算（假設(shè)均衡補(bǔ)償柱是圓柱形，半徑遠(yuǎn)大于厚度）。補(bǔ)償柱體積V_c柱=πR2H。補(bǔ)償柱質(zhì)量M_c柱=ρ_m*V_c柱。地表以上地殼質(zhì)量M地表=ρ_c均衡*(πR2H)。根據(jù)均衡條件，M地表≈M_c柱。即ρ_c均衡*(πR2H)≈ρ_m*(πR2H)。由于R2H不為零，可以消去，得到ρ_c均衡≈ρ_m。在本題中，地殼平均密度（2.9g/cm3）已接近地幔頂部密度（3.3g/cm3），符合均衡補(bǔ)償?shù)拿芏汝P(guān)系。因此，地殼厚度H與均衡高度h存在比例關(guān)系。通常地殼厚度大于均衡高度，比例系數(shù)取決于具體模型，大致范圍在1.5-2.5之間。估算：H≈(1.5~2.5)*h。取一個(gè)中間值或范圍：H≈1.8*3000m=5400m。答案：地殼平均厚度約為5400米（或給出一個(gè)范圍，如4800m-7500m）。五、論述題解析：從相對(duì)重力觀測(cè)值到布格異常的主要改正項(xiàng)及其物理意義如下：1.儀器格值改正（或零點(diǎn)漂移改正）：消除重力儀自身系統(tǒng)誤差，確保觀測(cè)值的準(zhǔn)確性。物理意義是獲得測(cè)點(diǎn)的真實(shí)相對(duì)重力變化量。2.（若需要）正常重力改正：將觀測(cè)點(diǎn)在不同緯度下的重力值換算到標(biāo)準(zhǔn)緯度（通常是赤道或某個(gè)特定緯度）的重力值。物理意義是消除地球自轉(zhuǎn)引起的離心力隨緯度變化的差異，使不同地點(diǎn)的重力值具有可比性（但這通常在計(jì)算異常時(shí)隱含在正常重力公式中）。3.自由空氣改正（FAA）：消除測(cè)點(diǎn)相對(duì)于大地水準(zhǔn)面高度變化引起的那部分重力變化。物理意義是考慮了由于海拔升高，測(cè)點(diǎn)離地心更遠(yuǎn)（引力減?。┮约吧细部諝庵|(zhì)量（向下的引力）相對(duì)于測(cè)點(diǎn)位置發(fā)生的變化，模擬“從海平面移到測(cè)高程點(diǎn)，只受空氣柱質(zhì)量變化影響”的情況。4.布格改正（BA）：消除上覆地殼和上地幔巖石質(zhì)量對(duì)測(cè)點(diǎn)重力的影響。物理意義是模擬將測(cè)點(diǎn)下方至地幔頂部（或某個(gè)約定深度）的所有巖石質(zhì)量“挖走”，并將等量質(zhì)量放置在測(cè)點(diǎn)正上方地心處，這樣做的目的是得到只反