2025年大學《空間科學與技術》專業(yè)題庫——火星深部地質(zhì)構造分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.與地球相比，目前認為火星內(nèi)部最顯著的特征之一是（）。A.存在活躍的全球性板塊構造B.擁有巨大的液態(tài)鐵鎳核心C.地幔對流以平緩的傳導為主D.地殼厚度在全球范圍內(nèi)均勻一致2.在火星地質(zhì)構造中，由地幔物質(zhì)上涌、冷卻收縮或拉張作用形成的狹長、低洼地帶有的是（）。A.火山穹窿B.撞擊盆地C.裂谷系D.斷層崖3.當拉張力作用為主時，巖石圈發(fā)生斷裂錯動，形成兩側地殼相對下沉的構造是（）。A.正斷層B.逆斷層C.平移斷層D.張性斷層4.火星上最宏偉的構造地貌單元，通常由巨大的隕石撞擊形成，并伴有復雜的周緣斷裂系統(tǒng)的是（）。A.火山鏈B.熔巖高原C.大型撞擊盆地D.火山口5.利用火星全球定位系統(tǒng)（MarsGPS）或類似技術測量地表點的水平位移，主要目的是為了研究（）。A.火星的地殼厚度B.火星核心的旋轉(zhuǎn)C.火星殼幔變形及應力場D.火星表面的風蝕地貌6.火星表面廣泛分布的盾狀火山，其形成主要與（）有關。A.俯沖板塊邊緣的巖漿活動B.大規(guī)模裂谷帶中的巖漿上涌C.地幔柱帶來的熾熱巖漿D.地表水的熱液活動7.火星內(nèi)部放射性元素（如鉀、鈾、釷）衰變產(chǎn)生的熱量，對火星早期地質(zhì)活動（如分異、火山噴發(fā)、構造運動）起到了重要的（）。A.抑制作用B.加速作用C.保溫作用D.冷卻作用8.InSight著陸器通過部署“地震儀”（SEIS）和“熱流與地震探測儀”（HP3）進行火星內(nèi)部探測，其科學目標不包括（）。A.精確測定火星核心大小和邊界B.研究火星地幔的流變性質(zhì)C.探測火星內(nèi)部是否存在液態(tài)水D.確定火星地殼的平均厚度9.在火星重力異常圖中，通常表現(xiàn)為相對低重力值的區(qū)域，最可能與（）有關。A.密度較大的地幔柱上涌B.撞擊盆地中的空腔或熔巖填充C.巖石圈冷卻收縮形成的裂谷D.地表覆蓋的厚冰層10.火星上一些大型撞擊盆地的中心部位常常存在一個隆起的圓頂結構，被稱為“中央峰”，其形成機制一般解釋為（）。A.撞擊后基底巖石的塑性流動B.撞擊產(chǎn)生的巨大壓力使下伏巖石變質(zhì)形成C.撞擊后地幔物質(zhì)上涌補償了被挖空區(qū)域D.盆地形成后地殼的回彈作用二、名詞解釋（每題3分，共15分。請用簡潔、準確的語言解釋下列名詞）1.火星殼幔邊界（MSB）2.火星次聲波3.構造應力4.火星地質(zhì)年代測定5.轉(zhuǎn)換斷層三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述利用火星重力數(shù)據(jù)推斷內(nèi)部結構的基本原理。2.火星上的斷層構造主要有哪些類型？簡要說明其形成機制和幾何特征。3.為什么說InSight任務的地震探測數(shù)據(jù)對于理解火星內(nèi)部結構至關重要？4.火星的火山活動與地球的板塊構造活動有何顯著不同？四、綜合分析題（每題10分，共30分。請結合所學知識，對下列問題進行綜合分析和論述）1.火星上廣泛分布的裂谷系（如阿卡迪亞裂谷、諾亞裂谷）被普遍認為是火星板塊構造（或板內(nèi)拉張）的重要證據(jù)。請闡述裂谷的形成機制，并結合火星地質(zhì)背景說明裂谷系分布與火星演化的關系。2.大型撞擊盆地是火星地質(zhì)演化史上的重要事件記錄者。請論述撞擊事件如何影響撞擊盆地的內(nèi)部構造變形（如中央峰、周緣褶皺和斷裂），并說明這些構造特征如何為我們揭示撞擊過程的動力學信息。3.假設你是一位火星地質(zhì)學家，利用InSight著陸器獲取的長期地震數(shù)據(jù)和測地數(shù)據(jù)，請描述你將如何綜合分析這些數(shù)據(jù)，以推斷火星地幔的深度、側向均勻性以及是否存在顯著的地幔對流證據(jù)，并簡述你預期的分析步驟和可能遇到的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.A4.C5.C6.B7.B8.A9.B10.C二、名詞解釋1.火星殼幔邊界（MSB）：指分隔火星堅硬的地殼與下方塑性較強的地幔的界面。該界面通常深度不均，存在相變，并可能伴隨地震波速度的顯著變化。2.火星次聲波：指頻率低于人類聽覺下限（通常為20Hz）的聲波。由于火星大氣密度低，次聲波能傳播很遠，InSight等著陸器利用次聲波探測器可以捕捉到來自內(nèi)部震源（如隕石撞擊、構造活動）的信號，用于研究火星內(nèi)部過程。3.構造應力：指引起巖石圈發(fā)生變形（如斷裂、褶皺）的內(nèi)部力學作用力。這種應力可以是局部的，也可以是區(qū)域性的或全球性的，其分布和變化控制著火星的構造地貌演化。4.火星地質(zhì)年代測定：指利用各種科學方法測定火星上巖石、礦物或地貌單元形成或改造時間的科學技術。常用方法包括放射性同位素測年（如鉀氬法、釷氬法、鈾鉛法）和沖擊變質(zhì)作用定年（根據(jù)撞擊產(chǎn)生的玻璃隕石或礦物中的稀有氣體含量）。5.轉(zhuǎn)換斷層：指連接兩段平移斷層或不同構造單元的、沿其走向發(fā)生相對水平錯動的斷裂帶。轉(zhuǎn)換斷層通常與正斷層或逆斷層組合，共同構成復雜的斷裂系統(tǒng)，其主要作用是傳遞水平剪切應力。三、簡答題1.利用火星重力數(shù)據(jù)推斷內(nèi)部結構的基本原理：火星重力數(shù)據(jù)反映了其內(nèi)部物質(zhì)密度分布的不均勻性。根據(jù)萬有引力定律，地表任一點的重力值是該點上方及下方所有內(nèi)部物質(zhì)對其產(chǎn)生的引力總和。通過建立重力模型，假設不同的內(nèi)部結構（如地殼、地幔密度分層，或存在低密度空腔、高密度異常體），計算該模型產(chǎn)生的理論重力場，并與實測重力數(shù)據(jù)進行比較。通過不斷調(diào)整模型參數(shù)（如界面深度、密度值）直至理論值與觀測值最佳擬合，從而反演內(nèi)部物質(zhì)分布和結構特征，如地殼厚度、地幔密度結構、大型撞擊盆地的下方空腔等。2.火星上的斷層構造主要類型及形成機制、幾何特征：*正斷層：由拉張力作用引起，上盤相對下盤沿斷層面下降。幾何上常形成地塹（谷地）和斷層崖。*逆斷層：由擠壓應力作用引起，上盤相對下盤沿斷層面上升。幾何上常形成背斜隆起和沖斷構造。*平移斷層：由剪切應力作用引起，斷層面近于垂直，兩側巖塊沿斷層面發(fā)生水平位移。幾何上表現(xiàn)為線狀延伸的位移帶。3.InSight任務的地震探測數(shù)據(jù)對于理解火星內(nèi)部結構至關重要：火星內(nèi)部結構（特別是地幔和核心）的不均勻性會導致地震波（P波和S波）在其傳播過程中發(fā)生速度變化、路徑偏折甚至散射。InSight的地震儀（SEIS）能夠精確記錄從隕石撞擊或其他震源產(chǎn)生的地震波形。通過分析這些波形的傳播時間、速度、振幅和方向，科學家可以：①確定地震震源的位置和機制；②推定P波和S波通過不同深度的內(nèi)部介質(zhì)時的速度結構，從而繪制出火星的地震速度剖面，推斷地殼、地幔的厚度和側向均勻性；③通過檢測到S波的缺乏或衰減，推斷火星核心的邊界和狀態(tài)（固態(tài)或液態(tài)）；④研究地幔的流變性質(zhì)和內(nèi)部層圈結構。這些信息是其他探測手段難以提供的，對于構建完整的火星內(nèi)部模型至關重要。4.火星的火山活動與地球的板塊構造活動的顯著不同：*地球：火山活動主要發(fā)生在板塊的邊界（如洋中脊的擴張邊界、俯沖帶的島弧和弧后盆地）。板塊構造控制著火山的位置、類型和巖漿成分，形成了多樣化的火山地貌（洋中脊、島弧火山鏈等）。巖漿源區(qū)與板塊運動（俯沖、分離）密切相關。*火星：缺乏全球性的板塊構造體系。火星上的火山活動呈現(xiàn)板內(nèi)特征，主要分布在兩個巨大的古板塊（Borealia和Noachis）之上?；鹕街饕亓压葞Вㄈ绨⒖ǖ蟻喠压?、諾亞裂谷）或熱點（如埃律西昂高原、奧林帕斯山）分布?；鹕筋愋鸵远軤罨鹕綖橹鳎?guī)模宏大，反映了地幔柱或大規(guī)模板內(nèi)拉張作用帶來的巖漿上涌?；鹕交顒优c特定的區(qū)域構造背景和可能存在的深部熱點有關，而非全球性的板塊相互作用。四、綜合分析題1.裂谷的形成機制及其與火星演化的關系：裂谷通常形成于地殼受到拉張力作用，導致巖石圈伸張、斷裂和下沉的構造。在火星上，這種拉張力可能源于：①早期冷卻收縮不均；②板塊邊界的拉張作用（盡管火星板塊構造不完整）；③地幔柱上涌帶來的浮力作用。裂谷系（如阿卡迪亞裂谷、諾亞裂谷）的分布格局揭示了火星地殼在不同地質(zhì)時期受到的應力狀態(tài)和構造變形歷史。它們的存在表明火星地殼并非整體剛固，而是具有一定的延展性，是火星早期冷卻、內(nèi)部調(diào)整和可能存在的板塊構造活動的重要證據(jù)。裂谷帶的演化也控制了局部盆地的形成和沉積物的堆積，對于理解火星的氣候變遷和液態(tài)水歷史具有重要意義。2.大型撞擊盆地內(nèi)部構造變形及其動力學信息：隕石撞擊過程是一個極其復雜的沖擊動力學事件，會在地下產(chǎn)生強大的壓力波和高溫高壓，導致巖石發(fā)生劇烈的變形和相變。撞擊盆地內(nèi)部構造變形主要包括：①中央峰（CentralPeak）：撞擊后，盆地底部發(fā)生反彈隆起，形成的一系列穹狀或錐狀山峰。其形成機制通常解釋為下伏地?；虻貧の镔|(zhì)在沖擊波壓力下被壓實、加熱后發(fā)生局部熔融、膨脹或塑性流動，隨后冷卻收縮而成。中央峰的存在和形態(tài)提供了關于撞擊能量、盆地深度以及下伏介質(zhì)性質(zhì)的直接信息。②周緣褶皺和斷裂（Rim褶皺和斷裂）：撞擊產(chǎn)生的巨大能量向外輻射，導致盆地周緣的巖石圈發(fā)生壓縮、剪切和拉伸作用，形成一系列復雜的褶皺和斷裂系統(tǒng)。這些構造的幾何形態(tài)、產(chǎn)狀和分布范圍可以反映撞擊瞬間的應力狀態(tài)、盆地邊緣的圈閉深度以及盆地形成后的后續(xù)調(diào)整過程。通過分析這些內(nèi)部構造特征，科學家可以反演撞擊過程的動力學細節(jié)，如撞擊速度、角度、能量釋放效率等，進而重建火星的早期撞擊歷史和地質(zhì)演化。3.利用InSight數(shù)據(jù)推斷火星地幔結構和挑戰(zhàn)：假設作為火星地質(zhì)學家，我將綜合分析InSight的長期地震數(shù)據(jù)（SEIS）和測地數(shù)據(jù)（GPS/SEIS）：①地震數(shù)據(jù)：利用地震波（特別是P波和S波）到達時間、走時差、振幅衰減和路徑變化信息，構建火星全球或區(qū)域地震速度模型。通過分析P波速度和S波速度的分布，可以確定地殼、地幔的厚度，識別高速或低速異常區(qū)，從而推斷地幔的橫向均勻性和是否存在區(qū)域性結構（如地幔柱、大型低速帶）。S波的缺失或顯著衰減可以提供關于核心邊界深度和核心狀態(tài)（固態(tài)/液態(tài)）的信息。②測地數(shù)據(jù)：利用GPS/SEIS儀器精確測量著陸器位置隨時間的變化，可以分離出由地幔對流等大尺度內(nèi)部過程引起的地表水平位移和垂直形變信號。通過分析這些長期形變數(shù)據(jù)，可以對地幔的流變性質(zhì)（粘度）進行約束，并推斷地幔對流的模式（如是否存在全球性對流，或僅限于特定區(qū)域）。綜合分析：結合地震速度結構和測地形變信息，可以構建更完善的火星內(nèi)部結構模型。例如，用地震