2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理学在环境地质监测中的应用

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理学在环境地质监测中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.在利用电阻率法探测地下水时，若目标区域地下水位较高，含水量丰富，则地层电阻率通常会（）。A.增大B.减小C.不变D.随深度均匀变化2.电法勘探中，温纳装置主要用于测量（）。A.地下介质的磁化率B.地下介质的总孔隙度C.地下介质在垂直方向的电性变化D.地下介质水平方向的电性变化3.电磁法勘探相比电阻率法，其主要优势之一是（）。A.对高阻屏蔽体更敏感B.仪器轻便，数据采集速度快C.能直接测量地下介质的电阻率值D.对金属管线探测效果更差4.地震波在穿过不同地质界面时，会发生（）现象。A.速度不变，振幅衰减B.速度突变，振幅不衰减C.速度渐变，振幅增强D.速度不变，振幅增强5.在环境地质监测中，利用重力法探测（）。A.导电性异常体B.磁性异常体C.速度异常体D.密度异常体6.探地雷达（GPR）主要用于探测（）。A.地下深部结构B.广阔区域的介质电性变化C.浅层地下结构D.地下介质的热流值7.地下水位的季节性变化，通常会引起测区内某一深度电阻率剖面（）。A.向上平移B.向下平移C.褶皱变形D.大幅度波动8.对于一个特定的环境地质监测项目，选择地球物理方法时，首要考虑的因素是（）。A.该方法的技术先进性B.该方法的成本效益C.该方法能够探测到目标异常体的存在D.该方法操作人员的技术水平9.地震反射法在地下水污染羽流监测中，主要利用反射波来追踪（）。A.污染物的化学成分B.污染羽流的运移路径C.污染羽流的扩散范围D.污染羽流的物理密度10.下列哪种地球物理方法更适合用于探测埋藏较浅的、范围较小的污染物异常体？（）A.大地电磁测深B.探地雷达C.微重力测量D.地震折射法二、填空题（每空1分，共15分。请将正确答案填在横线上）1.地球物理方法在环境地质监测中，主要通过探测地下介质物理性质的__________来实现对环境问题的监测。2.电法勘探中，测量电极电流和电压的相对位置关系，可以改变装置的__________，从而研究不同深度的电性结构。3.电磁法勘探中，常用的参数有感应电压和二次磁场强度，它们与地下介质的__________和__________有关。4.地震勘探中，通过分析反射波的__________和时间，可以推断地下结构的空间分布。5.重力勘探在环境监测中，常用于探测地下__________、空洞等密度异常体。6.探地雷达利用高频电磁波在介质中传播的__________和__________来探测地下目标。7.进行地下水环境地球物理调查时，通常将电阻率法作为首选方法之一，因为地下水的存在会使介质电阻率__________。8.地震波速受地下介质密度、孔隙度、含水饱和度等多种因素影响，在环境地质监测中，波速的变化可以反映__________的变化。9.地球物理数据处理中的反演，是将观测到的__________转换成地下介质参数分布的过程。10.在实际环境地球物理调查中，往往需要根据探测目标、探测深度、场地条件等因素，选择多种地球物理方法进行__________。三、简答题（每小题5分，共20分）1.简述电阻率法在土壤污染调查中的基本原理及其主要应用。2.简述利用地震勘探方法监测地面沉降的基本思路。3.简述探地雷达（GPR）在管线探测中的应用原理及其主要优缺点。4.简述选择地球物理方法进行环境地质监测时，需要考虑哪些主要因素？四、计算题（每小题8分，共16分）1.某电阻率测深剖面，在某一深度范围内测得视电阻率ρs=100Ω·m。已知该区域上覆基岩电阻率ρ1=500Ω·m，基岩下方存在一高含水砂层，其电阻率ρ2=10Ω·m。假设该剖面采用温纳装置，电极距AB=20m。请简述如何利用此数据定性判断该高含水砂层的大致埋深范围？（无需精确计算，说明判断依据即可）2.在进行某场地环境地球物理调查时，利用地震方法测得地表某测线处的P波初至时间，发现沿测线方向，波速呈现出从测线两端向中间逐渐减小的趋势。请分析这种现象可能反映了该场地浅层地下的哪些地质情况？五、论述题（每小题10分，共20分）1.试论述电阻率法、电磁法、探地雷达（GPR）这三种方法在近地表环境地质监测中的应用特点、主要优缺点以及它们之间可能的互补关系。2.结合一个具体的环境地质问题（如地下水污染、地质灾害预警、工程场地环境评估等），论述如何设计一套包含多种地球物理方法的综合监测方案，并说明选择这些方法的理由。试卷答案一、选择题1.B2.C3.B4.A5.D6.C7.B8.C9.B10.B二、填空题1.差异2.排列（或布置方式）3.电导率；电导率（或电阻率）4.频率；振幅（或强度）5.空洞（或溶洞）6.传播路径；衰减特性（或反射/折射特性）7.降低（或减小）8.岩石性质（或介质特性）9.观测数据（或测量值）10.综合应用（或联合探测）三、简答题1.原理：利用不同土壤或地下水的导电性差异。污染物的存在通常会改变土壤的电阻率，使其降低（若污染物导电）或升高（若污染物为盐类结晶）。通过测量地面上不同位置的电阻率，可以绘制出电阻率等值线图，从而圈定污染体的分布范围和大致深度。应用：圈定污染区域边界、探测污染羽流、评估污染程度、监测污染范围变化等。2.思路：地面沉降通常与地下空洞、松散沉积物压缩等相关。利用地震方法（如探地雷达或浅层地震勘探）探测浅层地下的地层结构、空洞发育情况或松散沉积层的厚度变化。通过对比不同时期（如初期和后期）的地震探测结果，分析地下介质结构或密度的变化，从而判断地面沉降的发生、发展范围和速度。3.原理：GPR向地下发射高频电磁波，电磁波在地下传播遇到不同介质的界面（如管线）会发生反射和折射。通过接收并处理这些反射信号，可以形成地下浅层结构的雷达图像，从而定位管线的埋深、走向、材质（有时）等信息。优点：探测速度快、非侵入性、分辨率高、可提供高精度浅层图像。缺点：受场地环境影响大（如含水量、介电常数）、探测深度有限、对深部或复杂介质效果差。4.因素：*探测目标性质（如异常体的类型、大小、埋深、物理性质差异）。*探测深度要求。*场地条件（如地形地貌、覆盖层类型、是否存在干扰因素）。*资金预算和时间限制。*所需信息的详细程度和精度要求。*现有仪器设备和人员技术水平。四、计算题1.解析：温纳装置的视电阻率ρs与探测深度h、电极距AB有关。当AB增大时，ρs主要反映更深处的信息。如果ρs从ρ1突然下降到ρ2，说明在此电极距下，探测深度恰好进入了电阻率较低的含水砂层。随着AB进一步增大，ρs可能继续下降（如果含水层较厚）或趋于稳定（如果进入更深的稳定基岩或含水层底部）。因此，可以通过找到ρs值明显下降并趋于稳定对应的AB值，结合ρs与h的关系（如斯伦贝谢公式或经验关系），定性推断含水砂层顶板的大致埋深范围。例如，如果20m电极距测得ρs=100Ω·m，说明该点探测深度（近似为AB/2）处存在低阻层，可推断砂层顶板埋深在10m左右。2.解析：地震波速主要受介质密度和弹性模量的影响，通常也与含水饱和度、孔隙度有关。波速增大意味着下方介质可能变得更致密、更坚硬或含水性降低。波速减小则相反。波速沿测线方向从两端向中间减小的现象，可能反映了以下地质情况：*地表覆盖层存在由边缘向中心性质变化的区域，例如边缘为坚硬基岩，中心为松散沉积物。*地下存在由边缘向中心发育的软弱夹层、断层破碎带或富水区。*场地存在局部的地面沉降或隆起，导致浅层结构不均匀。*两端介质性质相对均匀，中心存在某种异常体或结构。五、论述题1.解析：*电阻率法：原理基于导电性差异。优点是设备相对简单、成本较低、应用广泛；缺点是受地形、高阻屏蔽影响大，分辨率相对较低，对非导电性污染物（如某些重金属盐）效果差。适用于探测地下水、污染晕、盐碱地、空洞等。*电磁法：原理基于感应效应，探测电导率差异。优点是轻便快速、受地形影响相对较小、可测量相对电导率；缺点是仪器较贵，对高阻屏蔽体效果差，解释较复杂。适用于快速普查地下水、大面积污染调查、金属管线探测等。*探地雷达（GPR）：原理基于电磁波反射。优点是分辨率高、探测深度适中（几米到十几米）、非侵入性强、数据直观（成像）；缺点是受介电常数（含水、含盐、有机质）影响大，探测深度有限，易受金属物体干扰。适用于浅层结构探测、管线探测、考古、小范围精细调查等。*互补关系：这三种方法探测的物理量（电阻率/电导率、波速、电磁响应）和分辨率各有侧重。在实际应用中，特别是复杂的近地表环境监测项目中，常常将它们组合使用。例如，用电磁法快速普查污染范围，然后用电阻率法详细圈定和探测，再用GPR进行浅层精细结构成像和管线定位，从而获得更全面、准确的信息，发挥各自优势，弥补单一方法的不足。2.解析：*问题示例：地下水污染调查。*方案设计：1.初步普查：使用电磁法进行大面积快速扫描，探测异常高导电区域，初步圈定污染羽流的可能分布范围。该方法速度快，适合覆盖广阔区域。2.详细探测：在电磁法圈定的重点区域，使用电阻率法（如偶极-偶极或温纳装置）进行测线或测网测量，以更高的分辨率探测污染体的边界、大致深度和形态。同时，结合地质资料，分析电阻率异常与污染类型的关系。3.浅层精细结构：在电阻率法确定的污染重点位置，使用探地雷达（GPR）进行探测，以高分辨率获取浅层地下的详细结构信息，如污染物分布的具体层次、管线位置、以及其他可能影响污染物迁移的地下构造。4.验证与辅助：可根据需要，在关键位置进行少量钻探取样，进行实验室分析，验证地球物理推断结果。必要时，可结合微震监测等手段，探查污染物运移的动态路径。*选择理由：*电磁法用于快速、大范围筛选，效