2025年大学《地球物理学》专业题库- 地质灾害风险评估与管理技术

2025年大学《地球物理学》专业题库——地质灾害风险评估与管理技术考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、填空题（每空2分，共20分）1.地质灾害风险评估通常包括________、________和________三个主要阶段。2.在电法勘探中，如果探测区域存在低阻断层，在视电阻率剖面图上通常表现为________。3.利用地震波速度差异进行探测的地球物理方法主要是指________和________。4.重力勘探对于探测地下密度显著降低的空腔或构造塌陷具有________效果。5.地下水赋存状态和含量对岩土体的________和________都有重要影响，是电法勘探和地震勘探解释中需要考虑的重要因素。6.微震监测技术通过捕捉地质灾害体发生破裂时产生的________来进行监测和预警。7.对于滑坡灾害，地球物理方法常用于探测其前缘的________、识别内部的________和判断潜在的________。8.地面沉降主要是由地下________过程引起的，电阻率法可用于探测地下________的分布和变化。9.地球物理数据的解释应遵循从________到________，并结合区域地质背景综合分析的原则。10.在地质灾害风险管理中，地球物理勘查可以为________设计提供重要的参数依据。二、简答题（每题5分，共30分）1.简述滑坡体与周围稳定岩土体在地球物理性质（至少列举三种）上的主要差异。2.与电阻率法相比，电法时间域电磁法（TDEM）在探测深部隐伏异常体方面的主要优势是什么？3.简述利用地震反射或折射方法探测基岩面深度，并据此评估浅层地质灾害（如滑坡）危险性的基本思路。4.什么是综合地球物理勘探？在地质灾害勘查中采用综合地球物理方法的主要目的和意义是什么？5.简述电阻率法监测地下水位变化的基本原理。6.地球物理技术在地质灾害应急响应中可以发挥哪些作用？三、计算题（每题10分，共20分）1.某电法勘探剖面中，测得某点A的视电阻率ρ<sub视</sub>=150Ω·m，已知该处地层的真电阻率ρ<sub真1</sub>=100Ω·m，地层厚度h=10m。假设该点位于第一层地层的中心，且上下两层介质电阻率相同（ρ<sub真1</sub>=ρ<sub真2</sub>）。请利用“无限大均匀地层中垂直线电极装置”的视电阻率与真电阻率关系公式，估算该处第一层地层的真电阻率ρ<sub真</sub>。（提示：考虑近似关系或给出公式推导过程）2.某地震反射剖面中，P波在地表传播速度v_s=1500m/s，记录到一趟反射波到时t_R=1.8s。假设反射界面埋深z，且反射波经历了“下行入射-反射-上行出射”全过程。请计算该反射界面的埋深z。（忽略界面反射损失和波在介质中的衰减）四、综合应用题（每题25分，共50分）1.某山区公路沿线发现多处出现小规模滑坡和潜在滑坡迹象，地质条件复杂，植被覆盖较厚。为查明滑坡隐患，进行地质灾害勘查。请设计一个包含至少两种不同地球物理方法（如电法和时间域电磁法）的综合勘查方案。要求：阐述选择这两种方法的原因，说明各自的勘查布置方式（如装置类型、测线方向、测点密度等），简述野外数据采集的基本流程，并说明如何通过数据处理和解释来识别和评估滑坡隐患。2.某城市新区规划建设中，地下存在古河道和可能的采空区，引发地面沉降现象。为评估地面沉降风险，需进行地下结构探测。请论述利用地球物理方法（至少有两种，如地震反射法、探地雷达GPR等）进行勘查的可行性，说明各自的工作原理、优缺点以及在该场景下的具体应用思路，并阐述如何综合分析探测结果，判断古河道、采空区的分布范围和深度，为地面沉降风险评估提供依据。试卷答案一、填空题（每空2分，共20分）1.易发性评价，危险性评价，风险区划2.高阻异常（或电阻率升高）3.地震反射法，地震折射法4.敏感（或良好）5.电阻率，孔隙度（或含水性）6.地声（或微震波）7.滑坡壁（或后缘拉裂带），滑动带，潜在的滑动源区（或软弱夹层）8.水资源开采（或地下水抽取），富水区（或含水层）9.宏观（或区域），微观（或局部）10.灾害防治工程（或工程治理）二、简答题（每题5分，共30分）1.解析思路：滑坡体通常相对破碎，含水量较高，结构松散。与周围稳定岩土体相比，其电阻率通常较低（因孔隙水导电）；波速（特别是P波和S波速度）通常较低（因介质疏松）；密度可能略低或变化较大（因含水量和结构疏松程度不同）；有时磁性也可能减弱（因矿物成分变化）。选择其中三种即可。2.解析思路：TDEM方法利用感应电流在地下导体中产生的感应电压信号，对于探测深部良导体（如含水砂层、金属管道等引起的低阻异常）更为敏感，因为感应信号在良导体中衰减较慢，探测深度相对较深。而电阻率法（特别是常规电法）受地面电导率（特别是感应电导率）的影响较大，当探测深度较大时，地表良导层会屏蔽深层低阻异常，使得常规电法难以探测深部目标。TDEM的“充电-放电”过程也有利于抑制地表感应电流的影响。3.解析思路：利用地震反射法，通过人工激发的地震波在地下的传播和反射，可以绘制出地震反射剖面图。通过识别反射界面的深度和起伏，可以确定基岩面的起伏形态。如果基岩面倾斜或存在局部凹陷，且上覆土层较厚且软弱，则该处可能存在滑坡的潜在空间。结合基岩面的埋深信息，可以评估浅层地质灾害（如滑坡）发生的地质构造背景和空间条件。4.解析思路：综合地球物理勘探是指在一个勘查项目中，根据目标和地质条件，选择两种或两种以上不同的地球物理方法进行联合或先后勘查，并综合解释各种方法获得的资料。目的在于：弥补单一方法的局限性；相互印证，提高勘查成果的可靠性；从不同角度获取信息，更全面地认识地下地质结构和异常体；提高探测深度和分辨率，尤其对于复杂目标。意义在于提高勘查成功率，获取更准确、更丰富的地下信息，为地质灾害的准确评估和有效防治提供更坚实的基础。5.解析思路：电阻率法（特别是自然电位法或充电法）的测量值（如自然电位差或电阻率）通常与地下介质的电化学性质有关，而地下介质的电化学性质与含水量密切相关。当地下水位上升或下降时，岩土体的孔隙含水饱和度发生变化，导致其导电能力改变，进而引起电阻率或自然电位测量值的变化。通过监测电阻率或自然电位随时间的变化，可以间接反映地下水位的变化趋势。6.解析思路：地球物理技术可以在地质灾害应急响应中发挥重要作用，包括：快速勘查与灾情评估：利用便携式地球物理仪器（如探地雷达、电阻率仪、重力仪等）快速查明灾害体的范围、深度、物质组成等，评估灾害的严重程度和潜在风险；危险区划定：通过勘查确定灾害体内部的不稳定区、危险源点，以及可能受次生灾害（如滑坡、泥石流、地面沉降）影响的区域，为人员疏散和救援行动提供依据；支撑工程治理设计：为抢险加固工程（如抗滑桩、排水孔、支挡结构等）的设计提供地下结构信息；监测预警：利用微震、地声、电阻率等监测技术，实时监测灾害体的变形和稳定性变化，为发布预警信息提供支撑。三、计算题（每题10分，共20分）1.解析思路：根据无限大均匀地层中垂直线电极装置的视电阻率与真电阻率关系公式。当电极距a小于探测深度2h时，有近似关系ρ<sub视</sub>≈2ρ<sub真</sub>。由于点A位于第一层中心，其探测深度约等于层厚h。题目给出ρ<sub视</sub>=150Ω·m，h=10m，假设点A主要反映第一层特性，且上下层电阻率相同。则可近似估算：ρ<sub真</sub>≈ρ<sub视</sub>/2=150Ω·m/2=75Ω·m。（注：此为近似解，更精确的反演需要考虑更复杂的公式或数值方法）。2.解析思路：地震反射波经历“下行入射-反射-上行出射”全过程，其总行程为4z（z为界面埋深）。P波在地表传播速度为v_s，记录到的反射波到时为t_R。根据距离=速度×时间，反射波传播的总距离为v_s×t_R。因此，界面埋深z=(v_s×t_R)/4=(1500m/s×1.8s)/4=675m/4=168.75m。四、综合应用题（每题25分，共50分）1.解析思路：设计综合勘查方案需考虑勘查目标、场地条件和方法特点。方法选择与原因：选择电阻率法（如温纳法或斯伦贝谢法）是因为它设备相对简单、成本较低、操作快速，适用于大面积快速普查，可以有效探测浅层地下的电性异常（如滑坡带、富水区、软弱夹层）。选择时间域电磁法（TDEM）是因为它探测深度相对较深，抗干扰能力较强，特别适用于在植被覆盖、地形起伏的山区探测深部隐伏的低阻异常（如深部富水区、隐伏断层、采空区等），这些异常体往往是滑坡的深部触发因素或物质来源。勘查布置：电法可采用沿公路线或斜坡走向布置测线，点距和线距根据需要确定，以覆盖潜在灾害区域。TDEM可采用同样或重叠的测线布置，或采用网格状布设，测点密度需保证有足够的空间分辨率。装置类型可根据探测深度要求选择不同的发射电流和测量时间。数据采集流程：电法按选定的装置类型规范施测，记录视电阻率值。TDEM按标准充电时间放电，准确测量感应电压信号随时间衰减的曲线，记录初始电流、充电时间、感应电压随时间的数据。数据处理与解释：对电法数据进行视电阻率剖面图绘制，结合地形进行归一化处理，解释高阻或低阻异常与地质构造、软弱带、富水区、滑动带等的关系。对TDEM数据进行感应电压衰减曲线的计算，转换为视电阻率剖面，并利用半对数纸或计算机反演方法得到地下电阻率分布断面。综合两种方法的成果，对比分析异常的分布规律和特征，识别和圈定滑坡隐患区，评估其规模、深度和稳定性。2.解析思路：评估地球物理方法在古河道、采空区探测中的可行性需分析方法原理和优缺点。方法选择与思路：*地震反射法（ReflectionSeismics）：原理是利用人工激发的地震波在地下不同界面（如地表-地下水界面、地下水-基岩界面、不同地层界面）上的反射信息来成像地下结构。优点是探测深度大，成像分辨率较高，适合获取大范围的地下结构信息。缺点是数据采集成本高，对地表条件要求高，对浅部高精度探测可能受限。应用思路：布设地震测线，获取反射剖面，识别基岩顶面起伏，寻找洼陷区，分析反射波的能量、连续性、同相轴变形等特征，判断是否存在断层、褶皱等构造变形，以及是否有低速反射层（可能代表古河道或采空区）的存在。*探地雷达（GroundPenetratingRadar,GPR）：原理是利用高频电磁波在地下传播时遇到介质不均匀性（界面、异常体）发生的反射、折射和衰减来探测地下目标。优点是探测深度相对较浅（通常几十米），设备便携，成本相对较低，成像分辨率高，对浅部结构探测效果显著。缺点是探测深度有限，受介质电导率和含水量影响较大，抗干扰能力相对较弱。应用思路：沿道路或感兴趣区域布设探地雷达测线，使用合适频率的天线，获取地下电磁波反射剖面，识别浅部地层界面，探测是否存在不连续的空洞反射（指示采空区），或探测是否存在低速、高含水量区域（指示古河道或现代富水区）。综合应用：单一方法可能存在局限性，建议结合使用。先利用地震反射法获取大范围的地下结构背景和深部信息，识别大的