2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球内部地震机制及其在前沿研究中的应用

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球内部地震机制及其在前沿研究中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.在地震波传播中，下列哪种波能够通过液体介质？()A.P波B.S波C.Love波D.Rayleigh波2.根据地震射线理论，地震波在通过不同介质分界面时，会发生什么变化？()A.波速增加B.波的能量完全反射C.部分波发生反射和折射D.波的频率发生变化3.地震矩张量是一个（）阶张量？()A.2B.3C.4D.64.地震层析成像的主要原理是利用地震波在地球内部不同区域传播的（）差异？()A.速度B.方向C.强度D.频率5.S波无法通过的地球内部区域被称为（）？()A.地幔B.外核C.地壳D.软流圈6.接收函数法主要用于研究（）？()A.地震震源机制B.地球内核结构C.地幔内部的速度结构D.地壳的横向变化7.地震矩是描述震源物理过程的物理量，其单位通常是（）？()A.力·长度B.力·时间C.能量D.功率8.地幔对流是地球内部动力学的核心过程之一，它主要通过什么方式驱动？()A.地球自转B.核幔边界的热流C.地壳板块的俯冲D.太阳辐射能9.慢源事件是指震源位置随时间缓慢移动的地震现象，它与哪种地质过程密切相关？()A.爆炸B.陨石撞击C.断层蠕变D.火山喷发10.利用地震方法研究其他行星内部结构时，主要面临的挑战是（）？()A.缺乏地表观测数据B.行星自转速度未知C.地震仪无法部署在行星表面D.行星内部物质与地球完全不同二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线处）1.地震波根据其振动方向与波传播方向的关系，可分为______波和______波。2.斯涅尔定律描述了地震波在两种均匀介质分界面上的______和______关系。3.震源机制解通常用______图或______图来表示。4.地震波走时资料是推断地球内部______结构的主要依据。5.地震层析成像技术常被称为地球内部的“______”。6.地核分为______内核和______外核。7.地震断层力学研究断层在不同应力状态下的______和______。8.接收函数法通过分析远震P波记录的______来获取接收台站下方地壳的Vp/Vs比值。三、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题）1.简述地震波反射和折射的基本原理。2.解释什么是地震矩，它如何与震源机制解联系起来？3.简述地震层析成像的基本思想及其主要应用。4.为什么S波无法穿过外核？四、计算题（每题10分，共20分。请列出计算步骤并给出结果）1.假设地震波从地面某点出发，垂直入射到地壳与地幔的界面，已知地壳厚度为35公里，P波在地壳中的速度为8.0公里/秒，在地幔中的速度为8.5公里/秒。请计算P波穿过该界面所需的时间。2.某地震事件的震源机制解表明，其节面Ⅰ的走向为N30°E，倾角为70°，节面Ⅱ的走向为N150°W，倾角为20°。请定性描述该震源事件可能的断层类型和运动方式。五、论述题（15分。请结合所学知识，全面阐述你的理解）地震学作为地球物理学的重要分支，在探索地球内部结构、理解地球动力学过程以及研究行星科学方面发挥着不可替代的作用。请选择地震学的一个具体应用领域（例如：利用地震波研究地幔对流、通过震源机制解反演板块运动、地震层析成像探寻核幔边界等），详细阐述该领域的科学问题、主要研究方法、关键进展以及面临的挑战。试卷答案一、选择题1.A2.C3.D4.A5.B6.D7.A8.B9.C10.C二、填空题1.纵；横2.入射角；折射角（或反射角）3.球极；三轴4.速度5.CT6.固态；液态7.形变；破裂8.到达时间延迟三、简答题1.解析思路：反射是指入射波到达界面后，一部分能量返回到原介质的现象；折射是指入射波到达界面后，一部分能量进入第二种介质并改变传播方向的现象。斯涅尔定律定量描述了反射角/折射角与入射角之间的关系。2.解析思路：地震矩是描述震源物理过程的标量量纲最大的物理量，它代表了震源产生的总“力矩”效应。震源机制解是通过分析地震波形推断出的震源在空间中的取向（由两个相互垂直的节面确定），它描述了震源释放的地震矩的矢量方向和大小。3.解析思路：地震层析成像类似于医学CT，通过收集大量来自不同角度的地震走时数据，将走时差异转化为速度异常图像。主要应用包括成像地幔结构（如地幔柱、俯冲带）、地壳内部结构等。4.解析思路：S波是横波，其振动方向垂直于传播方向。外核被推断为液态，而横波无法在液态介质中传播（只能在外核的固态内核中传播），因此S波无法穿过外核，形成了S波阴影区。四、计算题1.解析思路：计算P波通过界面所需的时间，实际上是计算P波在两种介质中传播特定距离所需时间的总和。首先计算P波在地壳中传播35公里所需的时间（t1=距离/速度），然后计算P波穿过界面进入地幔时，在界面上方和下方各传播一半距离（17.5公里）所需的时间（t2=2*(17.5公里/8.5公里/秒)）。总时间t=t1+t2。计算过程：t1=35km/8.0km/s=4.375st2=2*(17.5km/8.5km/s)=2*2.0588s≈4.12st=4.375s+4.12s=8.495s≈8.50s结果：P波穿过界面所需的时间约为8.50秒。2.解析思路：根据震源机制解的两个节面方位，可以确定震源断层的走向、倾向和滑动方向。节面Ⅰ和节面Ⅱ的夹角约为60°（90°-70°，90°-20°）。N30°E走向、倾角70°的节面（节面Ⅰ）在北半球近似为北东东向陡倾面。N150°W走向、倾角20°的节面（节面Ⅱ）在北半球近似为南东东向缓倾面。两个节面共同定义了断层的产状。根据节面Ⅰ的倾向（向北东东）和通常的物理约束（两个节面之一为破裂面），可以推断出可能的断层走向（平行于节面Ⅰ的走向，或其附近）。运动方式则需要结合断层的具体几何构型和物理状态判断，但题目仅要求定性描述，通常可推断为逆冲或右旋走滑分量。例如，若节面Ⅰ为破裂面，其走向约为N30°E，可能为右旋走滑断层，兼具逆冲分量的可能性较大。五、论述题（以下提供一个论述思路框架，具体内容需学生根据知识储备展开）选择领域：利用地震波研究地幔对流科学问题：地幔对流是驱动板块构造运动、山脉抬升、地热分布等地球表面及内部现象的根本动力。如何通过地震波观测来探测地幔内部的物质流动、密度异常、温度变化以及流体的存在？主要研究方法：1.地震层析成像（SeismicTomography）：这是最核心的方法。通过分析大量地震波的走时（P波和S波）或振幅差异，制作地幔内部的速度或密度异常图。快波异常（高速度）通常指示较冷、较致密的岩石圈物质，可能代表下沉的板块或地幔柱头部；慢波异常（低速度）通常指示较热、较弱的岩石圈物质，可能代表上升的地幔热羽或俯冲板块的根部。2.接收函数法（ReceiverFunctionMethod）：通过分析远震P波记录的尾波Q值或波形变化，可以获得接收点下方地壳和上地幔顶部（410/660公里界面附近）的Vp/Vs比值。Vp/Vs比值对温度、压力和流体含量敏感。研究表明，在许多地幔柱上方和某些热点地区，地幔顶部存在低Vp/Vs异常，被解释为地幔中存在熔体或流体的证据。3.地震波形反演（SeismicWaveformInversion）：不仅仅是获取速度/密度图像，还可以尝试反演地幔的更详细的结构，如速度梯度、密度分布，甚至尝试模拟地幔波的传播，以更精确地约束对流模型。关键进展：*构建了全球范围的地幔速度结构图像，识别出许多大型低速异常区，如各大洋的地幔柱和太平洋俯冲带下方。*发现了地幔顶部普遍存在的低Vp/Vs异常，为地幔中存在流体提供了强有力的证据。*利用地震散射等效应研究地幔内部的精细结构和湍流性