2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理方法研究地质构造模型

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理方法研究地质构造模型考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题3分，共15分）1.地球物理构造模型2.波阻抗3.重力垂向二阶导数4.磁异常5.地震反射波二、填空题（每题2分，共20分）1.地震波主要包括______波和______波。2.断裂构造是地壳中常见的______构造。3.磁异常的类型分为______异常和______异常。4.大地电磁测深（MT）主要利用______场来探测地下的电性结构。5.地震反射法中，反射波的形成需要满足两个基本条件：一是存在______界面，二是界面两侧存在______差异。6.重力异常主要由地下物质分布的______差异引起。7.电法勘探中，电阻率较高的地层通常表现为______（高阻或低阻）响应。8.瞬变电磁法（TDEM）主要探测地下物质的______差异。9.地球物理反演的目的是从观测到的______数据中反演地下的______分布。10.解释地球物理资料时，必须考虑解释的______性。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述地震波在通过断层时会发生哪些主要变化？2.与磁法勘探相比，重力勘探在研究水平方向延伸的构造（如断层）时具有哪些优势？3.简述电法测深曲线的主要类型及其反映的地下地层结构特征。4.在综合解释多种地球物理资料时，需要注意哪些基本原则？四、论述题（每题10分，共30分）1.论述地震反射资料在解释褶皱构造方面的主要依据和方法。2.详细说明如何利用重力异常数据推断一个地区的地壳结构或是否存在深大断裂。3.结合你所学的地球物理方法，论述如何构建一个区域性的地质构造模型，并说明其中可能存在的局限性。试卷答案一、名词解释1.地球物理构造模型：指基于地球物理观测数据，经过解释和建模得到的地壳内部结构、形态和构造要素（如地层、断层、褶皱等）的representation。它综合了多种地球物理方法的信息，是对地下地质构造的一种定量或半定量的描述。2.波阻抗：地震波在介质中传播时，介质质点振动速度与质点密度（或质量密度）的乘积。它是描述介质声学特性的重要参数，反映了地震波能量在介质界面处传递和转换的难易程度，是地震资料解释中划分地层、识别界面和刻画构造的关键参数。3.重力垂向二阶导数：指重力异常相对于水平距离的二阶空间导数。它能有效地突出地下密度异常体的水平边界，对于探测埋藏较浅、水平延伸的构造（如断层、盐丘、背斜）以及圈定火成岩体的侵入边界等具有优势。4.磁异常：地球总磁场在地球表面产生的磁场强度变化。磁异常的产生与地球内部岩石磁性物质的分布和性质有关。通过测量和分析磁异常，可以推断地下岩浆岩的分布范围、侵入体的形态和产状、断裂带的存在（因破碎带磁性可能降低）、变质带的影响以及古地磁信息等。5.地震反射波：指在地震勘探中，地震波从地下一个界面（反射界面）向上反射到地表，被检波器接收到的波。当入射波遇到波阻抗差异显著的界面时会发生反射，反射波的强度、旅行时、波形等信息蕴含了反射界面以下的地质信息，是地震资料解释的主要依据。二、填空题1.P，S2.构造3.正，负4.自然5.倾斜，波阻抗6.密度7.高阻8.电性9.观测，物理参数（或物性）10.多解三、简答题1.简述地震波在通过断层时会发生哪些主要变化？*波分裂：对于走滑断层，S波通过断层时可能发生偏振面的旋转，即所谓的“走滑地震的偏振现象”，有助于确定断层的滑动方向。*波速变化：断层带通常存在破碎和弱化，其波速（P波和S波）一般会低于两侧的完整岩石，导致通过断层的波速降低。*反射和绕射：断层面可以作为反射界面产生反射波；断层的尖灭点或复杂形态可以产生绕射波，这些特殊的地震波场是识别断层的重要标志。*波场畸变：断层的存在会引起地震波场的能量扩散和振幅衰减，使接收到的波形发生畸变。*传播路径改变：地下断层可能改变地震波的传播路径，导致旅行时发生变化。2.与磁法勘探相比，重力勘探在研究水平方向延伸的构造（如断层）时具有哪些优势？*对水平界面敏感：重力异常主要受地下密度分布的控制。当存在水平方向的密度差异时（如区域性沉积盖层与下伏结晶基底之间的密度差异，或水平断层两盘岩石密度不同时），即使界面倾角较小，也会在水平方向上产生重力异常梯度，有助于识别水平或近水平展布的构造。*探测深度潜力大：对于密度差异较小的水平构造，虽然异常幅度可能较弱，但重力勘探的探测深度可以相对较大，理论上可以探测到地壳甚至上地幔的较大规模的水平密度变化。*数据连续性：重力测量可以在地表进行连续布线，获得沿测线方向的重力异常剖面，便于研究构造的横向变化和展布特征。3.简述电法测深曲线的主要类型及其反映的地下地层结构特征。*A型曲线（正常曲线）：表现为视电阻率随深度增加而增加。通常反映地表以下存在一个或多个电阻率高于地表的层次，即“盖层”之上为“基底”或电阻率较高的地层。是大陆地壳常见的类型。*B型曲线（似水平曲线）：表现为视电阻率随深度增加而降低或趋于平稳。通常反映地表以下存在一个水平延伸范围很大、电阻率显著低于地表的层次（如巨厚的沉积盆地、盐膏层、低阻基岩等）。*C型曲线（逆增曲线）：表现为视电阻率随深度增加先降低后增加。通常反映地表以下存在一个中间的、电阻率低于上下地层的低阻层（如泥岩、页岩、含水层），且上下地层电阻率都比中间低阻层高。4.在综合解释多种地球物理资料时，需要注意哪些基本原则？*目的性：解释应围绕具体的地质问题展开，选择合适的方法组合。*单一性原则：尽量选择对目标地质体响应清晰、对干扰因素不敏感的方法。*自洽性原则：不同方法获得的结果应相互印证，避免出现明显的矛盾。当存在矛盾时，应分析原因，优先信任信息量更大、分辨率更高或对地质认识更关键的方法结果。*地质约束：地球物理解释必须以可靠的地质背景知识为基础，如区域地质图、钻井资料等，对地球物理数据结果进行约束和筛选。*考虑探测深度和分辨率：不同方法有不同的探测深度和空间分辨率，解释时应明确各方法的有效范围，避免错误地用浅层方法解释深层问题，或用低分辨率方法解释精细构造。*认识多解性：地球物理资料的解释往往存在多种可能性，解释结果应说明各种可能的地质模型及其对应的地球物理响应，并讨论其概率大小或不确定性。四、论述题1.论述地震反射资料在解释褶皱构造方面的主要依据和方法。*主要依据：*层位：地震反射资料的核心是识别和追踪地下的反射层位。连续、平行或有一定规律弯曲的反射同相轴是褶皱构造的基本组成部分（背斜的向上拱曲同相轴，向斜的向下凹陷同相轴）。*波阻抗：地震反射的强度与界面两侧的波阻抗差异有关。波阻抗高差大的界面反射强，是划分岩性和地层界面的重要依据，也是褶皱形成的物质基础。*同相轴的曲率：褶皱构造引起反射同相轴的弯曲。背斜同相轴向核部凸出，向斜同相轴向核部凹陷。通过测量同相轴的曲率半径，可以估计褶皱的紧闭程度。*同相轴的产状：褶皱轴的倾角和走向可以通过追踪同相轴的起伏和延伸方向来确定。*内部反射结构：褶皱内部的反射特征（如平行、交错、消失等）可以反映褶皱的形态（短轴背斜、长轴背斜、斜歪褶皱等）和形成过程。*断层相关褶皱（FaciesTrapping）：断层活动与褶皱形成常相伴生，识别断层和断层相关的褶皱样式是解释的关键。*主要方法：*层位追踪与对比：在地震剖面上追踪反射同相轴的连续性，确定地层的顶底界面，建立区域性的层序格架。*同相轴解释：识别和解释主要的褶皱同相轴，确定其形态、产状和空间展布。*构造样式分析：基于同相轴的形态、叠置关系、断点组合等，分析褶皱的类型（背斜、向斜）、形态（紧闭、宽展、平缓）、组合方式（雁行褶皱、叠瓦状褶皱）等。*构造应力场分析：结合褶皱的产状、断层性质等，分析区域构造应力场的方向和特征。*属性分析：利用地震数据的振幅、频率、相位、斜率等属性，辅助识别和刻画褶皱构造，特别是微弱或复杂褶皱。*三维可视化解释：利用三维地震数据体进行可视化解释，可以更全面、精细地展示地下褶皱构造的三维形态和空间关系。2.详细说明如何利用重力异常数据推断一个地区的地壳结构或是否存在深大断裂。*推断地壳结构：*计算地壳厚度：通过测量区域的重力异常，利用布格重力异常公式进行校正，得到均衡重力异常。均衡重力异常与地壳的平均密度和厚度密切相关。可以通过比较均衡重力异常与已知地壳厚度的地区的理论值，或利用区域重力场模型，推断该地区地壳的厚度变化。例如，重力低常指示地壳加厚或存在低密度物质（如基性岩浆活动区、地幔柱上涌区），重力高则可能对应地壳减薄或存在高密度物质。*划分地壳结构单元：地壳内部的密度差异（如基岩、沉积盖层、软流圈顶部）会导致重力场的局部变化。通过分析重力异常的形态、强度和梯度，可以识别不同密度岩石圈单元的边界，如莫霍面以上的不同地壳层（如花岗质层、玄武质层）的界面，以及大型沉积盆地、结晶基底与盖层的接触带。*识别深部密度异常体：深大断裂带常常伴随着岩石圈的破碎、变质和部分熔融，可能导致断裂带及其附近区域存在密度异常。例如，走滑断层两盘的差异运动可能导致一侧岩石圈减薄（密度降低），另一侧增厚（密度增高）；或断裂带本身因破碎而密度降低。通过高精度重力测量和异常分析（如重力梯度的变化、垂向二阶导数异常），可以尝试圈定深大断裂的位置和影响范围。*推断是否存在深大断裂：*重力异常的突变：在区域重力异常图上，如果存在一条清晰的、与区域背景值差异显著的重力异常边界，尤其是在两侧具有明显不同的重力高或重力低时，可能是深大断裂引起上下地壳密度分布差异的反映。*重力梯度的变化：深大断裂通常会造成岩石圈密度的急剧变化，从而导致重力梯度（异常强度和方向的变化率）在该处出现显著增大或方向突变。分析区域重力梯度图是寻找深大断裂的重要手段。*垂向二阶导数异常：如前所述，垂向二阶导数对水平方向的密度变化非常敏感，能有效突出水平延伸的构造边界。深大断裂带引起的水平密度差异（即使倾角较小）会在垂向二阶导数图上形成正负异常带，是识别深大断裂的指示器。*综合其他资料：重力推断深大断裂通常需要与其他地球物理方法（如磁法、地震）以及地质资料（如地表断裂迹象、钻井信息）进行综合分析和验证。例如，地震资料可以直接显示断层的存在和产状，磁异常的变化也可以与断裂活动有关。3.结合你所学的地球物理方法，论述如何构建一个区域性的地质构造模型，并说明其中可能存在的局限性。*构建区域性地质构造模型的方法：*确定研究目标和范围：首先明确需要解决的区域地质问题（如盆地形成演化、造山带结构、资源勘探目标等），确定研究的地理范围和深度域。*选择合适的地球物理方法组合：根据研究目标和地下构造特征，选择能够有效探测目标层位和构造要素的地球物理方法。通常采用多种方法（如地震、重力、磁法、电法）进行综合勘查，以获取更全面的信息，相互印证，提高解释的可靠性。例如，用地震勘探精细刻画浅中浅层构造，用重力勘探探测深部地壳结构和大型构造单元，用磁法研究岩浆活动。*野外数据采集：按照设计进行野外数据采集，确保数据的质量和信噪比。注意各方法采集参数的统一和协调。*数据处理与解释：对采集到的数据进行必要的处理（如偏移、叠加、反演、磁化率校正、重力归一化等），然后进行解释。包括：绘制各种地球物理剖面图、平面图、断面图；识别和追踪地震层位、解释断层、划分构造样式；分析重力、磁异常的成因，推断地下密度、磁化率分布；结合钻井、测井等地质信息，对地球物理结果进行标定和约束。*模型建立与验证：基于综合解释结果，建立区域性的地质-地球物理模型。该模型通常以数字形式（如三维网格数据）表示地下不同地质体（地层、构造单元）的空间位置、形状、产状和物理属性（密度、磁化率、电阻率等）。利用正演方法模拟该模型产生的地球物理场，与实际观测数据进行对比，评估模型的合理性和精度。如果差异较大，则需要调整模型参数，进行迭代优化。*模型应用与更新：将建立的模型应用于区域地质研究、资源勘探、工程勘察等领域。随着新的地球物理数据或地质信息的获取，需要对模型进行更新和修正，使其始终保持较高的可靠性和时效性。*模型可能