2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——地熱熱流分布與地球內(nèi)部能量傳播考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.地球表面單位面積、單位時間內(nèi)接收到的太陽輻射能，主要影響地球的整體熱平衡，這種熱量傳遞方式屬于（）。A.地熱傳導B.地熱對流C.地球輻射D.地表傳導2.地球內(nèi)部熱流的主要來源是（）。A.地球形成時的殘余熱量B.地球公轉(zhuǎn)的動能C.地球自轉(zhuǎn)的角動能D.放射性元素衰變釋放的能量3.測量地熱梯度的方法通常是在地表以下一定深度鉆探，測量不同深度的溫度差異。這種方法主要利用了熱量傳遞的哪種基本方式？（）A.輻射B.對流C.傳導D.蒸發(fā)4.在地球內(nèi)部，熱導率相對較低，但熱容量較大的圈層主要是（）。A.地殼B.上地幔C.下地幔D.地核5.地球內(nèi)部熱量主要通過哪種機制從內(nèi)部向外部傳遞？（）A.大氣對流B.海洋環(huán)流C.熱傳導D.板塊俯沖6.全球平均熱流值大約為多少？（）A.0.1mW/m2B.0.3mW/m2C.0.5mW/m2D.60mW/m27.大陸地殼下的熱流值通常高于海洋地殼下的熱流值，這主要是由于（）。A.大陸地殼更厚B.海洋地殼更厚C.大陸地殼放射性元素含量普遍更高D.海洋地殼缺乏放射性元素8.地幔對流是板塊構(gòu)造的主要驅(qū)動力，其能量來源是（）。A.太陽能B.地球內(nèi)部放射性元素衰變C.地球自轉(zhuǎn)D.月球引力9.如果在地球內(nèi)部某處測得地熱梯度為0.03°C/m，假設(shè)該處巖石的平均熱導率為2.5W/(m·K)，那么該處的熱流密度大約是多少？（假設(shè)垂直傳熱）A.0.075mW/m2B.2.5mW/m2C.7.5mW/m2D.25mW/m210.能夠直接測量地表接收到的太陽輻射能的儀器是（）。A.地熱梯度儀B.放射性元素探測器C.輻射熱流計D.溫度計二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.地球內(nèi)部主要的兩種熱量傳遞機制是________和________。2.熱量沿固體介質(zhì)從高溫區(qū)向低溫區(qū)轉(zhuǎn)移的過程稱為________。3.傅里葉定律描述了熱傳導的強度，其數(shù)學表達式通常為Q=-k*(dT/dx)，其中k代表________，dT/dx代表________。4.地球內(nèi)部放射性元素（如鈾、釷、鉀）的衰變是地球內(nèi)部________的主要來源。5.與海洋地幔相比，大陸地幔的熱流值通常________（較高/較低），這可能與大陸地幔的________（較薄/較厚）以及放射性元素分布有關(guān)。6.熱對流是指熱量通過流體（液體或氣體）的________和________而傳遞的現(xiàn)象。7.地球平均熱流值約為60mW/m2，這意味著每平方米地球表面每年從內(nèi)部獲得約________焦耳的熱量（假設(shè)一年按365天計算）。8.地球內(nèi)部最深處（地核）的溫度估計高達數(shù)千攝氏度，但地核與地幔的界面溫度卻相對較低，這主要反映了________在地球內(nèi)部不同圈層具有顯著差異。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述影響地表熱流的主要因素。2.簡要解釋什么是地幔對流，并說明其對地球動力學的重要性。3.為什么地熱梯度測量是估算地熱資源潛力的重要手段？四、計算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)地球地幔的平均熱導率為3.0W/(m·K)，地幔的厚度約為2890km。如果地幔的平均熱流密度為30mW/m2，請估算地幔內(nèi)部的熱傳導時間尺度（即熱量從地幔中心傳導到地殼所需的時間，假設(shè)為穩(wěn)態(tài)的一維傳導，忽略其他能量傳輸方式）。2.在一個熱液礦床附近，測得地表以下100米處的溫度為80°C，地表以下200米處的溫度為150°C。假設(shè)地殼巖石的平均熱導率為2.0W/(m·K)，且熱量僅沿垂直方向傳導。請計算該地熱剖面的平均地熱梯度，并估算該地點的地表熱流密度。五、論述題（10分）結(jié)合全球熱流分布的特點，論述放射性元素衰變對地球內(nèi)部熱平衡和地表熱環(huán)境的重要意義。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.C5.C6.D7.C8.B9.C10.C二、填空題1.傳導，對流2.傳導3.熱導率，溫度梯度4.熱源5.較高，較厚6.流動，混合7.2.19×101?8.熱導率三、簡答題1.影響地表熱流的主要因素包括：地表接收的太陽輻射能（影響地表溫度和與內(nèi)部的熱交換）、地表與大氣/海洋的熱量交換（對流和蒸發(fā)散熱）、地殼的厚度和熱物理性質(zhì)（熱導率、熱容，影響內(nèi)部熱量的傳遞）、地幔內(nèi)部的熱流分布以及放射性元素在淺部地殼中的分布。2.地幔對流是指地幔中的高溫、低密度的物質(zhì)上升，到達上部地幔后冷卻、密度增大而下沉的循環(huán)流動。它是地球內(nèi)部主要的能量傳輸機制（尤其是在地幔），是板塊構(gòu)造運動的主要驅(qū)動力，并深刻影響著地球的磁場和動力學行為。3.地熱梯度測量是估算地熱資源潛力的關(guān)鍵手段，因為地熱梯度反映了地殼內(nèi)部熱量向上傳遞的速率。較高的地熱梯度通常意味著地殼淺部蘊藏的熱量較多，有利于形成熱液礦產(chǎn)或用于直接利用的地熱能，因此是評估區(qū)域地熱資源前景的重要指標。四、計算題1.解：采用穩(wěn)態(tài)一維熱傳導模型，Q=k*(dT/dx)。已知：k=3.0W/(m·K)，dx=2890km=2.89×10?m，Q=30mW/m2=0.03W/m2?？汕蟮蒯５臏囟忍荻龋篸T/dx=Q/k=0.03W/m2/3.0W/(m·K)=0.01K/m。假設(shè)熱量傳導時間尺度主要取決于地幔厚度和熱流，若視其為穩(wěn)態(tài)過程，時間尺度可近似認為與傳導距離平方成正比，或通過類比熱擴散方程估算。在簡化估算中，可認為時間尺度與距離的平方成正比：t∝dx2/Q。代入數(shù)值：t∝(2.89×10?m)2/0.03W/m2≈2.84×1013s。轉(zhuǎn)換為年：t≈2.84×1013s/(365.25days/year×24hours/day×3600s/hour)≈3.2×10?years(32億年)。*（注：此為高度簡化估算，實際內(nèi)部熱量分布非完全穩(wěn)態(tài)，且涉及能量交換，真實時間尺度更復雜）*答案：約3.2×10?年。2.解：首先計算地熱梯度。地熱梯度(dT/dz)是單位深度的溫度變化。dT/dz=(T?-T?)/(z?-z?)=(150°C-80°C)/(200m-100m)=70°C/100m=0.7°C/m。地表熱流密度(Q)可以通過地熱梯度和熱導率(k)計算得出：Q=k*(dT/dz)。Q=2.0W/(m·K)×0.7°C/m=1.4W/m2=1400mW/m2=1.4kW/m2。答案：平均地熱梯度為0.7°C/m，地表熱流密度為1400mW/m2。五、論述題放射性元素（鈾U、釷Th、鉀K）在其衰變過程中釋放熱量，是地球內(nèi)部持續(xù)發(fā)熱的主要來源。這些熱量源自地球形成和早期分異時的殘余熱量以及放射性元素的不斷衰變。這些熱量在地幔中積聚，并通過熱傳導和對流兩種主要方式傳遞。熱傳導將熱量從地幔內(nèi)部向地殼傳遞，維持著地殼淺部的地熱梯度，是地表熱環(huán)境的直接熱源之一。更重要的