2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地球物理學(xué)與地質(zhì)學(xué)交叉研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述地震波在兩種不同介質(zhì)分界面處發(fā)生反射和折射的基本條件，并說明反射系數(shù)和折射系數(shù)主要與哪些因素有關(guān)。2.概述重力異常主要由哪些地質(zhì)因素引起，并解釋如何利用重力異常推斷地殼密度結(jié)構(gòu)或是否存在地下構(gòu)造（如隱伏斷層、鹽丘等）。3.簡述磁異常產(chǎn)生的主要原因，并說明區(qū)分天然磁異常和感應(yīng)磁異常的意義以及常用的方法。4.在電法勘探中，電阻率測量的物理基礎(chǔ)是什么？影響地面電阻率測量結(jié)果的因素有哪些？5.解釋什么是放射性測井，并簡述其主要用于解決哪些地球物理與地質(zhì)學(xué)的交叉問題。二、分析題（每題15分，共60分）1.假設(shè)在一區(qū)域進(jìn)行地震勘探，獲得的地震剖面顯示存在一個(gè)明顯的同相軸繞射現(xiàn)象。請分析該繞射現(xiàn)象可能形成的地質(zhì)構(gòu)造類型，并闡述你將如何利用該繞射同相軸的信息來推斷其下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征（如深度、形態(tài)、與周圍介質(zhì)的關(guān)系等）。2.某地重力測量結(jié)果顯示一個(gè)區(qū)域性高重力異常，同時(shí)在布格重力異常圖上該區(qū)域也表現(xiàn)為正異常。請分析這種現(xiàn)象可能對應(yīng)的幾種主要地質(zhì)構(gòu)造模型（如地殼增厚、結(jié)晶基底的起伏、鹽丘構(gòu)造等），并說明利用重力資料進(jìn)一步區(qū)分這些模型可能需要哪些補(bǔ)充信息或方法。3.在進(jìn)行電法勘探時(shí)，如果探測深度范圍內(nèi)的地層巖性、含水量等發(fā)生變化，會(huì)如何影響測得的視電阻率值？請結(jié)合具體地質(zhì)情況（如從干燥基巖到含水量豐富的松散沉積層，或從砂層到粘土層）分析視電阻率的變化趨勢，并說明這種變化對于解決哪些地質(zhì)問題（如地下水勘查、工程地基評價(jià)等）具有指示意義。4.地質(zhì)學(xué)家懷疑某區(qū)域存在一條隱伏的斷層，但地表缺乏明顯的地形或地質(zhì)結(jié)構(gòu)跡象。請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)利用地球物理方法（可選多種方法組合）進(jìn)行探測和驗(yàn)證的方案，并闡述你的設(shè)計(jì)思路、預(yù)期獲得的地球物理信息以及如何將這些信息與地質(zhì)問題聯(lián)系起來進(jìn)行解釋。試卷答案一、簡答題1.答案：地震波在分界面處發(fā)生反射和折射的條件是：入射波必須照射到分界面上。反射系數(shù)（R）和折射系數(shù)（A）主要與以下因素有關(guān)：①入射角（θi）；②兩種介質(zhì)中的波速（v1,v2），或者等效地，兩種介質(zhì)的密度（ρ1,ρ2）和波阻抗（Z1=ρ1v1,Z2=ρ2v2）。反射系數(shù)和折射系數(shù)的表達(dá)式分別為：R=(Z2cosθi-Z1cosθr)/(Z2cosθi+Z1cosθr)和A=2Z1cosθi/(Z2cosθi+Z1cosθr)，其中θr為折射角。當(dāng)θi=0（垂直入射）時(shí)，R=(ρ2v2-ρ1v1)/(ρ2v2+ρ1v1)，A=2ρ1v1/(ρ2v2+ρ1v1)。解析思路：首要步驟是明確反射和折射發(fā)生的物理前提（波到達(dá)界面）。然后，根據(jù)波動(dòng)理論，關(guān)鍵在于理解反射系數(shù)和折射系數(shù)與波速（或密度、波阻抗）以及入射角的關(guān)系。需要記住垂直入射時(shí)的簡化公式，并理解波阻抗是聯(lián)系密度和波速的關(guān)鍵參數(shù)。最后，清晰列出影響因素并給出相關(guān)公式。2.答案：重力異常主要由地殼密度不均勻引起。當(dāng)?shù)貧つ硡^(qū)域的平均密度與周圍介質(zhì)（如上地幔）的平均密度不同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的重力異常。利用重力異常推斷地殼密度結(jié)構(gòu)或存在地下構(gòu)造的方法包括：①通過布格重力異常的起伏推斷地殼密度分布不均和起伏，如高異?？赡軐?yīng)高密度體（如結(jié)晶基底、花崗巖體），低異常可能對應(yīng)低密度體（如玄武巖、鹽丘、沉積盆地）；②利用航磁異常結(jié)合重力異常綜合解釋，例如推斷鹽丘構(gòu)造通常表現(xiàn)為航磁低異常和重力高異常；③通過密度測井資料建立地下密度模型，結(jié)合重力正演與反演技術(shù)，精細(xì)刻畫地下結(jié)構(gòu)。解析思路：核心是理解重力異常的成因（密度差異）。然后，列舉主要的地質(zhì)因素（地殼密度不均）。接著，關(guān)鍵在于闡述如何利用重力資料進(jìn)行解釋，包括基本原理（高密度對應(yīng)高異常，低密度對應(yīng)低異常）以及具體方法（布格異常解釋、航磁重磁聯(lián)合解釋、正反演技術(shù)），并給出典型地質(zhì)模型（如鹽丘）的實(shí)例。3.答案：磁異常產(chǎn)生的主要原因包括：①地球本身具有磁場，巖石在地球磁場作用下被磁化，形成天然磁化；②巖漿在冷卻過程中形成剩磁，受到當(dāng)時(shí)地磁場方向影響；③礦物（如磁鐵礦）的分布和含量。區(qū)分天然磁異常和感應(yīng)磁異常的意義在于：感應(yīng)磁異常與當(dāng)前地磁場有關(guān)，通常衰減較快；而天然磁異常記錄了巖石形成時(shí)的古地磁場信息，相對穩(wěn)定且持續(xù)時(shí)間長。區(qū)分方法常用的有：①磁場方向分析（感應(yīng)磁化主要平行于地表磁場）；②磁異常垂直梯度分量分析（感應(yīng)磁化產(chǎn)生的異常通常在水平方向變化快）；③磁異常隨時(shí)間變化觀測（感應(yīng)磁異?？赡茈S主磁場變化而變化）；④結(jié)合地質(zhì)背景和巖石磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行綜合判斷。解析思路：首先要列出磁異常的來源（地球磁場、巖漿剩磁、礦物分布）。其次，明確區(qū)分感應(yīng)和天然磁異常的重要性（反映不同成因，穩(wěn)定性不同）。然后，提供幾種主要的區(qū)分方法，并簡述其原理（如感應(yīng)磁化方向性、梯度特征、時(shí)間穩(wěn)定性、地質(zhì)約束）。需要簡潔明了地說明每種方法的核心依據(jù)。4.答案：電法勘探中電阻率測量的物理基礎(chǔ)是利用巖石、礦石或土壤的電學(xué)性質(zhì)（電阻率）來探測地下結(jié)構(gòu)。當(dāng)向地下供入電流時(shí)，不同電性特征的介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不同的電位分布，通過測量地面的電位差，可以計(jì)算出地下的視電阻率。影響地面電阻率測量結(jié)果的因素主要有：①地下介質(zhì)本身的電性（電阻率高低）；②地下結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)（如均勻體、接觸界面的傾角、斷層破碎帶的寬度）；③測量裝置的類型和參數(shù)（電極排列方式、電極距）；④地表?xiàng)l件（地形起伏、是否存在水系、覆蓋層性質(zhì)和厚度）；⑤環(huán)境因素（溫度、濕度、風(fēng)速、日照等，特別是地下水的存在和含量）。解析思路：首先解釋電阻率測量的基本原理（電流通過介質(zhì)產(chǎn)生電位差，電阻率是衡量介質(zhì)導(dǎo)電能力的參數(shù)）。然后，系統(tǒng)列出影響測量結(jié)果的主要因素，可分為三大類：①內(nèi)在因素（介質(zhì)本身的電性、結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)）；②測量因素（裝置類型和參數(shù)）；③外部因素（地表?xiàng)l件、環(huán)境因素）。對于每一類因素，都要說明其如何影響最終的視電阻率值。5.答案：放射性測井是利用測量井孔中自然放射性元素（如鉀、鈾、釷）的放射性輻射強(qiáng)度來探測和劃分地層、確定巖石性質(zhì)的一種方法。它主要用于解決以下地球物理與地質(zhì)學(xué)的交叉問題：①劃分地層和識別巖性（不同巖性的放射性元素含量不同，如鉀鹽、火山巖、頁巖放射性較高）；②評價(jià)儲(chǔ)層（如判斷碎屑巖中粘土含量，粘土含量高則伽馬射線高，影響油氣顯示）；③尋找油氣（利用伽馬測井曲線與聲波、電阻率等曲線綜合解釋，判斷巖性、識別斷層、劃分儲(chǔ)蓋層）；④圈定含水層（地下水常使巖石裂隙中的放射性物質(zhì)淋濾出來，導(dǎo)致伽馬射線降低）；⑤尋找鈾礦等放射性礦產(chǎn)。解析思路：首先定義放射性測井的基本概念（測量放射性輻射）。然后，說明其工作原理（基于不同巖石放射性元素含量差異）。最后，重點(diǎn)闡述其在解決地球物理與地質(zhì)學(xué)交叉問題中的應(yīng)用，覆蓋地層劃分、巖性識別、儲(chǔ)層評價(jià)、油氣勘探、含水層尋找、放射性礦產(chǎn)勘查等多個(gè)方面，并簡要說明其應(yīng)用原理。二、分析題1.答案：地震繞射同相軸通常對應(yīng)于地下頂界面曲率半徑較小的構(gòu)造，最常見的是斷層尖滅點(diǎn)、陡傾角斷層的上盤、鹽丘的頂部、火成巖體的頂部等。利用繞射同相軸信息推斷地質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法如下：①確定繞射點(diǎn)的位置和同相軸的曲率半徑；②根據(jù)繞射點(diǎn)深度和曲率半徑估算構(gòu)造的埋深和形態(tài)（如斷層的傾角和延伸長度、鹽丘的形態(tài)）；③分析同相軸的連續(xù)性和與其他同相軸的關(guān)系，判斷構(gòu)造與周圍地層的接觸關(guān)系和空間展布；④結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和鉆井信息，對推斷結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正。解析思路：首先要識別繞射構(gòu)造的典型類型（斷層尖滅、陡傾斷層上盤、鹽丘頂?shù)龋?。然后，關(guān)鍵在于闡述如何利用繞射幾何學(xué)原理來提取地質(zhì)信息，包括確定繞射點(diǎn)位置、估算埋深和形態(tài)（基于曲率半徑）、分析構(gòu)造與鄰區(qū)的空間關(guān)系。強(qiáng)調(diào)結(jié)合其他資料進(jìn)行綜合解釋和驗(yàn)證的重要性。2.答案：區(qū)域性高重力異常結(jié)合布格重力正異常，可能對應(yīng)的幾種主要地質(zhì)構(gòu)造模型包括：①地殼厚度顯著增加或存在高密度基底（如結(jié)晶基底）抬升；②地幔密度異常增高（如上地幔柱或地幔熱異常體）；③大范圍分布的致密侵入巖體。區(qū)分這些模型的方法：①結(jié)合航磁資料：高密度基底通常表現(xiàn)為高磁異常，而地幔熱異常體或上地幔柱可能引起磁異常的降低或負(fù)異常；②獲取更高精度的重力數(shù)據(jù)（如航空重力、衛(wèi)星重力），以獲得更詳細(xì)的異常形態(tài)和強(qiáng)度信息；③進(jìn)行重力異常的解析延拓，研究異常源的空間分布范圍和深度；④結(jié)合鉆井、地震等深部探測資料進(jìn)行綜合解釋。解析思路：首先要列出可能引起高重力異常的幾種地質(zhì)模型（地殼增厚/基底、地幔異常、侵入巖）。然后，關(guān)鍵在于提出區(qū)分這些模型的方法，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)地球物理方法之間的聯(lián)合應(yīng)用（重磁結(jié)合）。具體方法包括利用不同異常源引起的重磁響應(yīng)差異（如基底與磁性的關(guān)系）、獲取更高分辨率的重力數(shù)據(jù)、利用重力數(shù)據(jù)處理方法（解析延拓）獲取深度信息，并最終強(qiáng)調(diào)綜合多種探測手段的重要性。3.答案：地下介質(zhì)巖性、含水量等變化對電法測量的視電阻率有顯著影響。具體分析如下：①從干燥基巖到含水量豐富的松散沉積層：通常，基巖電阻率高，松散沉積層（尤其是含水量高時(shí)）電阻率低。因此，當(dāng)探測深度從基巖進(jìn)入松散層時(shí)，視電阻率會(huì)降低。這種視電阻率的降低對于地下水勘查和工程地基評價(jià)具有重要意義，低視電阻率區(qū)域可能對應(yīng)富水區(qū)或工程不穩(wěn)定的軟土/淤泥層。②從砂層到粘土層：砂層通常電阻率較高（尤其是干燥或含水較少時(shí)），粘土層電阻率較低（因含水量高且導(dǎo)電性較好，或因孔隙被粘土礦物填充）。因此，當(dāng)從砂層過渡到粘土層時(shí)，視電阻率會(huì)下降。這種變化對于區(qū)分不同巖性、評價(jià)儲(chǔ)層物性、尋找含油砂層邊緣（可能被泥巖遮擋）等地質(zhì)問題具有指示意義。解析思路：核心是理解不同介質(zhì)電學(xué)性質(zhì)（電阻率）的差異及其影響因素（巖性、含水量）。然后，針對兩種具體的介質(zhì)變化（基巖-松散層、砂層-粘土層），分析視電阻率的變化趨勢，并清晰解釋其背后的原因（電阻率高低差異）。最后，將這種電阻率變化與具體的地質(zhì)問題（地下水、工程地質(zhì)、巖性識別、油氣勘探）聯(lián)系起來，說明其應(yīng)用價(jià)值。4.答案：探測和驗(yàn)證隱伏斷層的地球物理方案設(shè)計(jì)如下：①方法選擇：首選方法是地震勘探（特別是高分辨率地震勘探），如可控源連續(xù)剖面（CSP）或?qū)捑€地震（WLS），以獲取高分辨率圖像，有效分辨淺部構(gòu)造。備選或輔助方法包括電法（電阻率成像或測深），利用斷層引起的電性斷錯(cuò)；磁法，利用斷層兩側(cè)巖性磁性差異或破碎帶的磁化異常；重力法，利用斷層引起的密度異常（如破碎帶、構(gòu)造應(yīng)力影響）。可以考慮多種方法組合（如重、磁、電聯(lián)合）以提高探測效果。②方案設(shè)計(jì)：在懷疑存在斷層的區(qū)域布設(shè)地震測線，注意覆蓋密度和分辨率要求。同時(shí)布設(shè)電法測線或進(jìn)行電法測深，獲取地表及淺部電性結(jié)構(gòu)信息。根據(jù)需要可進(jìn)行磁測或重力測量。③信息獲取與解釋：獲取地震剖面、電法數(shù)據(jù)、磁異常圖、重力異常圖等。重點(diǎn)分析地震剖面上是否存在斷層反射、繞射、同相軸斷錯(cuò)、反射連續(xù)性中斷等現(xiàn)象。分析電法數(shù)據(jù)