2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地質(zhì)構(gòu)造對城市地下水資源的儲量評估研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.地質(zhì)構(gòu)造2.視電阻率3.地下水儲集空間4.地球物理反演5.城市環(huán)境地球物理勘探二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述褶皺構(gòu)造對城市地下水流系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響。2.斷層作為地下水導(dǎo)水通道或阻隔層的條件是什么？3.在城市地下水資源勘查中，選擇地球物理方法時應(yīng)考慮哪些主要因素？4.簡述電阻率法在探測城市第四系覆蓋下的基巖裂隙水含水層中的基本原理。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述不同類型的地球物理方法（如電阻率法、地震法、探地雷達(dá)）在城市地下水資源勘查中的各自優(yōu)勢、局限性以及它們?nèi)绾谓Y(jié)合使用以提高勘查成功率。2.解釋地球物理反演在地下水資源儲量評估中的作用。一個典型的電阻率二維反演流程可能包含哪些主要步驟？并說明每個步驟的目的。3.闡述如何將地球物理勘探獲得的電阻率等參數(shù)信息與水文地質(zhì)參數(shù)（如含水層厚度、滲透系數(shù)）聯(lián)系起來，并用于初步評估地下水資源潛力。四、計算題（每題10分，共20分）1.某城市電阻率測深點獲得以下數(shù)據(jù)：地表電阻率為100Ω·m，地下第一層（砂層，含水）電阻率為30Ω·m，該層厚10米。假設(shè)砂層下方為高阻基巖。請利用簡單模型估算基巖頂面埋深，并說明估算依據(jù)。2.在進(jìn)行城市地下水勘查時，利用地震方法探測到一條陡傾斜的反射界面，其在地表的初至波旅行時為1.5秒。已知地表附近速度結(jié)構(gòu)為：V1=1500m/s，V2=3500m/s。請大致推斷該反射界面可能代表的地質(zhì)構(gòu)造類型，并簡述推斷理由。五、綜合應(yīng)用題（20分）假設(shè)某城市新區(qū)需要評估地下水資源潛力，前期地質(zhì)資料表明該區(qū)域廣泛覆蓋第四系松散沉積物，下方存在基巖，且存在斷層發(fā)育的跡象。作為地球物理勘探負(fù)責(zé)人，請闡述你將如何設(shè)計一個地球物理勘探方案（包括選擇哪些方法、簡要說明野外工作布置原則、數(shù)據(jù)處理與解釋的基本思路），以識別主要的含水層（第四系孔隙水或基巖裂隙水）及其與地質(zhì)構(gòu)造（特別是斷層）的關(guān)系，并最終為地下水資源儲量評估提供地球物理依據(jù)。試卷答案一、名詞解釋1.地質(zhì)構(gòu)造：地球內(nèi)部應(yīng)力作用導(dǎo)致巖層發(fā)生變形、位移形成的各種形態(tài)和構(gòu)造現(xiàn)象的總稱，如褶皺、斷層等，它們控制著地下水的賦存、運移和富集規(guī)律。2.視電阻率：在一定電流和電極排列條件下，地球某一單位體積（或?qū)樱┑碾娮杪实臏y量值，它受地質(zhì)體真實電阻率、大小、形狀以及測量裝置和地形等因素共同影響，是地球物理勘探中常用的一個中間參數(shù)。3.地下水儲集空間：巖石孔隙、裂隙等能夠容納和容納水流的空間的總稱，是地下水賦存的基礎(chǔ)，包括松散沉積物的孔隙、基巖的裂隙和溶洞等。4.地球物理反演：從已知的地球物理觀測數(shù)據(jù)（如電阻率、速度、密度等）反推地下介質(zhì)物理性質(zhì)（如電阻率、孔隙度、介電常數(shù)等）及其分布形態(tài)的過程，是地球物理資料解釋的核心環(huán)節(jié)。5.城市環(huán)境地球物理勘探：專門針對城市復(fù)雜環(huán)境（如高電磁干擾、建筑物密集、地下管線眾多、第四系覆蓋厚等）特點，應(yīng)用地球物理方法進(jìn)行工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等探測工作的技術(shù)總稱。二、簡答題1.簡述褶皺構(gòu)造對城市地下水流系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響。*解析思路：褶皺構(gòu)造改變了巖層的產(chǎn)狀和空間分布。背斜構(gòu)造的頂部巖層通常較新，且起伏較大，可能形成局部地下水匯集區(qū)；向斜構(gòu)造的底部巖層較新，且地形相對低洼，可能構(gòu)成地下水儲存場所。褶皺引起的巖層破裂和應(yīng)力集中也可能形成裂隙，改變地下水的滲流路徑。不同巖性褶皺帶的接觸帶也可能成為良好的導(dǎo)水通道或阻隔層。2.斷層作為地下水導(dǎo)水通道或阻隔層的條件是什么？*解析思路：斷層對地下水的影響取決于斷層的性質(zhì)、活動性以及斷層面兩側(cè)巖體的滲透性差異。當(dāng)斷層帶本身發(fā)生破裂、錯動，形成貫通的裂隙網(wǎng)絡(luò)，或者兩側(cè)巖體滲透性差異顯著（如從高阻巖到低阻含水層），則斷層表現(xiàn)為導(dǎo)水通道，對地下水的運移和富集具有控制作用。反之，若斷層帶被不透水或弱透水物質(zhì)（如斷層泥）充填，或者兩側(cè)巖體滲透性相近，則斷層可能起到阻隔地下水流動的作用。3.在城市地下水資源勘查中，選擇地球物理方法時應(yīng)考慮哪些主要因素？*解析思路：選擇方法需綜合考慮勘查目標(biāo)（如尋找含水層類型、確定含水層范圍和厚度、探測導(dǎo)水構(gòu)造）、地質(zhì)條件（如覆蓋層厚度、基巖類型、構(gòu)造發(fā)育情況）、地下水賦存狀態(tài)（如孔隙水、裂隙水、巖溶水）以及環(huán)境因素（如場地限制、成本預(yù)算、安全性要求）。例如，第四系覆蓋區(qū)探測基巖裂隙水，電阻率法、地震法、探地雷達(dá)是常用方法；探測淺層孔隙水，電阻率法、探地雷達(dá)更有效。4.簡述電阻率法在探測城市第四系覆蓋下的基巖裂隙水含水層中的基本原理。*解析思路：基巖裂隙水含水層通常電阻率較低（相對于上覆的第四系沉積物或基巖中的低阻脈體），而第四系覆蓋層電阻率相對較高。電阻率法通過測量巖體對電流的阻礙程度（即視電阻率）來區(qū)分不同巖性和含水特征。利用電阻率測深或測線方法，可以根據(jù)視電阻率的變化來推斷基巖頂面埋深、含水層的分布范圍和電阻率特征，進(jìn)而判斷其富水性。高阻異常可能代表基巖或干裂隙帶，低阻異常則可能指示含水裂隙發(fā)育區(qū)或孔隙水富集區(qū)。三、論述題1.論述不同類型的地球物理方法（如電阻率法、地震法、探地雷達(dá)）在城市地下水資源勘查中的各自優(yōu)勢、局限性以及它們?nèi)绾谓Y(jié)合使用以提高勘查成功率。*解析思路：需分別闡述各方法的原理、探測深度、分辨率、信息量等。電阻率法（主動源、方法多樣）適用于探測不同類型含水層，尤其擅長區(qū)分高阻和低阻體，成本相對較低，但分辨率有限，易受地形和接地條件影響。地震法（主動源、探測深度大）能提供較快的覆蓋和良好的構(gòu)造分辨率，適合探測深部含水層和斷裂構(gòu)造，但成本較高，對覆蓋層和淺部構(gòu)造細(xì)節(jié)分辨率可能不足，且對高阻介質(zhì)敏感。探地雷達(dá)（被動源/主動源、探測深度淺、分辨率高）非常適合探測淺層孔隙水、管線、空洞等，細(xì)節(jié)豐富，但探測深度有限，易受高鹽含量、金屬管線干擾。結(jié)合使用可通過優(yōu)勢互補(bǔ)、信息交叉驗證提高勘查效果，例如，用電阻率法普查圈定大致范圍和低阻異常區(qū)，再用地震法探測深部斷裂和含水層展布，最后用GPR進(jìn)行精細(xì)探測和驗證。選擇組合時應(yīng)明確勘查目標(biāo)，考慮成本效益。2.解釋地球物理反演在地下水資源儲量評估中的作用。一個典型的電阻率二維反演流程可能包含哪些主要步驟？并說明每個步驟的目的。*解析思路：首先解釋反演的作用：地球物理觀測得到的是“視”參數(shù)，反演的目標(biāo)是獲得地下真實物理參數(shù)（如電阻率）的分布，即建立“地球模型”。反演是實現(xiàn)從數(shù)據(jù)到模型的關(guān)鍵橋梁，其結(jié)果直接服務(wù)于地下結(jié)構(gòu)解釋、含水層識別、參數(shù)估算和儲量評估。典型的電阻率二維反演流程通常包括：①數(shù)據(jù)預(yù)處理（如基線校正、濾波、去噪），目的是消除數(shù)據(jù)中的噪聲和干擾，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量；②選擇反演算法和參數(shù)設(shè)置（如選擇迭代算法類型、設(shè)置收斂標(biāo)準(zhǔn)、初始模型、平滑參數(shù)等），目的是確定反演計算的具體方法和控制計算過程；③正演計算（模擬數(shù)據(jù)），目的是檢驗?zāi)Ｐ团c數(shù)據(jù)的擬合程度；④反演計算（模型求解），目的是根據(jù)觀測數(shù)據(jù)和正演結(jié)果，迭代求解地下電阻率分布模型；⑤模型后處理與解釋（模型光滑、切片提取、剖面繪制、地質(zhì)解釋），目的是對反演結(jié)果進(jìn)行可視化展示和地質(zhì)意義的解釋。每個步驟都是為了從原始觀測數(shù)據(jù)中更準(zhǔn)確地恢復(fù)地下真實情況。3.闡述如何將地球物理勘探獲得的電阻率等參數(shù)信息與水文地質(zhì)參數(shù)（如含水層厚度、滲透系數(shù)）聯(lián)系起來，并用于初步評估地下水資源潛力。*解析思路：需要說明聯(lián)系的方式和依據(jù)。首先，通過地球物理反演獲得地下不同層的電阻率分布，結(jié)合地質(zhì)資料，可以確定含水層的分布范圍、頂?shù)捉缑媛裆?，從而計算含水層厚度。其次，利用?jīng)驗公式、統(tǒng)計關(guān)系或?qū)嶒炇覝y井資料，將電阻率與含水層的關(guān)鍵水文地質(zhì)參數(shù)（如孔隙度、給水度）聯(lián)系起來。例如，通常認(rèn)為電阻率與含水飽和度或孔隙度存在反比關(guān)系（高阻可能對應(yīng)低飽和度/低孔隙度，低阻對應(yīng)高飽和度/高孔隙度）。再結(jié)合含水層厚度，可以估算含水層的儲水量潛力。滲透系數(shù)通常與巖層的孔隙結(jié)構(gòu)（與電阻率可能存在某種關(guān)聯(lián)）和破碎程度有關(guān)，可以通過電阻率異常的形態(tài)、規(guī)模以及結(jié)合其他方法（如地震波速）進(jìn)行定性或半定量估算。最終，綜合含水層厚度、孔隙度/飽和度、滲透系數(shù)等信息，可以初步評估地下水的可開采量、補(bǔ)給條件和水力聯(lián)系，判斷資源潛力的大小和可持續(xù)性。四、計算題1.在某城市電阻率測深點獲得以下數(shù)據(jù)：地表電阻率為100Ω·m，地下第一層（砂層，含水）電阻率為30Ω·m，該層厚10米。請利用簡單模型估算基巖頂面埋深，并說明估算依據(jù)。*解析思路：這是一個典型的電剖面法（如溫納法）解釋問題?？梢约僭O(shè)使用溫納四極裝置，第一層為均勻介質(zhì)。由于只有兩層數(shù)據(jù)，最簡單的模型是假設(shè)砂層下方基巖為無限厚的均勻介質(zhì)。根據(jù)溫納視電阻率公式ρ<0xE2><0x82><0x97>=(ρ?2*h2)/(l2+h2)，當(dāng)h=l時，ρ<0xE2><0x82><0x97>=ρ?2/2。當(dāng)h>>l時，ρ<0xE2><0x82><0x97>≈ρ?。本題中，第一層電阻率ρ?=30Ω·m，厚度h=10m。如果假設(shè)砂層下方基巖電阻率遠(yuǎn)高于砂層（如題目暗示的高阻基巖），且測量裝置的極距l(xiāng)不遠(yuǎn)大于10m，則基巖頂面埋深可以近似等于砂層厚度，即估算基巖頂面埋深約為10米。依據(jù)是利用均勻介質(zhì)模型近似估算，并假設(shè)下層電阻率遠(yuǎn)大于上層。2.在探測到一條陡傾斜的反射界面時，其地表初至波旅行時為1.5秒。已知地表附近速度結(jié)構(gòu)為：V1=1500m/s，V2=3500m/s。請大致推斷該反射界面可能代表的地質(zhì)構(gòu)造類型，并簡述推斷理由。*解析思路：首先計算反射界面距離地表的深度：深度=旅行時*速度=1.5s*1500m/s=2250m。由于界面陡傾斜，這意味著界面傾角很大（接近垂直）。根據(jù)速度信息，反射發(fā)生在1500m/s介質(zhì)（V1）和3500m/s介質(zhì)（V2）之間。因為V2>V1，反射系數(shù)為正，信號會被加強(qiáng)。在地質(zhì)構(gòu)造中，陡傾斜的、具有顯著速度差異的界面最常見的是斷層。斷層兩盤巖性或時代不同，導(dǎo)致速度差異，且斷層帶本身可能形成強(qiáng)反射界面。因此，該陡傾斜反射界面最可能代表斷層。理由是：①界面傾角陡峭，符合斷層的幾何特征；②存在明顯的速度差異（V2-V1=2000m/s），提供了強(qiáng)烈的反射條件；③在地下水勘查中，斷層是重要的含水通道或阻隔層，易于形成反射信號。五、綜合應(yīng)用題假設(shè)某城市新區(qū)需要評估地下水資源潛力，前期地質(zhì)資料表明該區(qū)域廣泛覆蓋第四系松散沉積物，下方存在基巖，且存在斷層發(fā)育的跡象。作為地球物理勘探負(fù)責(zé)人，請闡述你將如何設(shè)計一個地球物理勘探方案（包括選擇哪些方法、簡要說明野外工作布置原則、數(shù)據(jù)處理與解釋的基本思路），以識別主要的含水層（第四系孔隙水或基巖裂隙水）及其與地質(zhì)構(gòu)造（特別是斷層）的關(guān)系，并最終為地下水資源儲量評估提供地球物理依據(jù)。*解析思路：1.方法選擇：考慮到需要探測第四系下伏基巖裂隙水和識別斷層，且覆蓋層較厚，建議采用多種方法組合。首選方法是高密度電阻率法（如溫納或斯倫貝謝裝置）進(jìn)行二維或三維數(shù)據(jù)采集，以獲取詳細(xì)的地下電性結(jié)構(gòu)信息，有效探測低阻含水層和識別高阻斷層。其次，考慮采用淺層地震折射或反射方法，以探測基巖頂面起伏和識別深大斷裂，提供補(bǔ)充信息。探地雷達(dá)（GPR）可用于在重點區(qū)域或沿主要道路進(jìn)行精細(xì)探測，識別淺部異常體（如管線、空洞、局部富水區(qū)）。2.野外工作布置原則：野外工作應(yīng)遵循由粗到細(xì)、由面到點的原則。首先進(jìn)行大范圍的高密度電阻率測網(wǎng)布設(shè)（如方格網(wǎng)或沿道路布設(shè)測線），以快速普查，獲取區(qū)域性的電性結(jié)構(gòu)輪廓，圈定低阻異常區(qū)（潛在含水層）和高阻異常區(qū)（可能代表基巖或斷層阻隔）。在測網(wǎng)內(nèi)選擇代表性區(qū)域，進(jìn)行更高密度測點或三維數(shù)據(jù)采集，以獲取更精細(xì)的地下結(jié)構(gòu)信息。對于地震方法，布設(shè)折射剖面以確定基巖頂面深度和起伏，布設(shè)反射剖面以探測更深部的反射界面（可能為斷層）。GPR工作則在電阻率或地震方法圈定的重要異常區(qū)或懷疑有斷層影響的地段進(jìn)行詳細(xì)探測。3.數(shù)據(jù)處理與解釋思路：數(shù)據(jù)處理方面，對電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行基線校正、濾波去噪、資料編輯、標(biāo)準(zhǔn)化、反袒等；對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行靜校正、動校正、疊加、偏移（如果需要）等。反演方面，對電阻率數(shù)據(jù)采用