2025年大学《自然地理与资源环境》专业题库- 地球物理探测技术在环境监测中的应用

2025年大学《自然地理与资源环境》专业题库——地球物理探测技术在环境监测中的应用考试时间：______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在括号内）1.在地球物理探测方法中，利用介质导电性差异来探测地下结构或环境异常的是（）。A.重力法B.磁法C.电阻率法D.地震法2.下列哪种地球物理方法对地下含水量较高的区域通常会显示较低的电阻率值？（）A.电磁法B.电阻率法C.重力法D.磁法3.地震勘探方法在环境监测中，主要用于探测深部隐伏构造，如断层和空洞，其基本原理是利用（）。A.介质密度差异引起重力异常B.介质磁性差异引起磁异常C.介质弹性波速度差异D.介质导电性差异4.重力法在环境监测中，可用于探测地下空洞、地下隧道或大型废弃物填埋场的存在，主要是基于（）。A.地下介质电阻率的变化B.地下介质密度差异引起的重力异常C.地下介质磁化率差异引起的磁异常D.地下介质弹性波速度的变化5.当需要探测浅层地下水或小型污染羽时，通常优先考虑采用（）。A.大功率电阻率法B.时间域电磁法（TDEM）C.中、深部地震法D.重力梯度测量6.下列关于地球物理探测数据解释的描述，哪一项是不正确的？（）A.数据解释应结合地质背景和环境地质条件B.应注意区分真实地质体引起的异常和干扰信号C.单一地球物理方法获得的解释结果往往需要进行多方法验证D.可以完全依赖计算机反演软件获得精确的地下结构成像7.地球物理探测方法在环境监测中的主要优势之一是（）。A.能直接获取污染物化学成分B.非侵入性，对场地扰动小C.能精确确定污染物的迁移路径D.一次探测可覆盖大范围区域8.电磁法探测地下埋藏物时，通常利用的是（）。A.稳定电流场与介质导电性相互作用B.交变磁场与介质磁化率相互作用C.压力波在介质中传播的规律D.重力场在介质密度变化处的响应9.在进行地球物理探测前，进行详细的场地踏勘和资料收集属于（）阶段的工作。A.数据采集B.数据处理C.方法选择与现场准备D.结果解释与报告编写10.对于电阻率法野外测量，当探测目标是寻找高电阻率的纯净含水层时，通常采用（）装置。A.中心回线装置B.偶极-偶极装置C.温德勒装置D.偏移装置二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.地球物理探测技术作为一种间接探测手段，其核心在于利用不同地质环境介质间的物理性质差异，特别是______和______的差异来推断地下结构或环境信息。2.电阻率法的主要探测原理是利用稳恒电流通过地球时，不同导电率的介质会产生不同的______，通过测量电位差来推断介质电阻率的变化。3.时间域电磁法（TDEM）利用的是一次脉冲磁场激发后，不同导电率的地下介质中感应涡流衰减速度的差异来探测地下结构，通常能获得较好的______。4.地震法在环境监测中，通过分析地震波（如P波、S波）的______、______和______等参数的变化，来探测地下介质的结构和性质异常。5.重力法主要测量地表重力场的______，该变化与地下介质密度的______有关，可用于寻找密度异常体，如地下空洞或高密度废弃物填埋区。6.磁法主要探测地球基本磁场与地下磁化体相互作用产生的______，通过测量磁异常来寻找具有磁性的地质体或污染物，如铁质废弃物。7.选择地球物理探测方法时，必须综合考虑探测目标、探测深度、场地地形地貌、______、经济成本以及环境安全等因素。三、名词解释（每题3分，共15分）1.视电阻率2.电磁感应3.震源4.重力异常5.地球物理反演四、简答题（每题5分，共20分）1.简述电阻率法在地下水勘探中应用的基本原理和主要步骤。2.与电阻率法相比，简述时间域电磁法（TDEM）在探测深层地下水方面的主要优势。3.地球物理探测方法在环境监测中可能面临的主要干扰因素有哪些？如何尝试消除或减弱其影响？4.为什么在环境地质调查中，常常需要将地球物理探测方法与其他地球物理方法（如磁法、重力法）结合使用？五、论述题（每题10分，共20分）1.结合具体环境问题（如土壤污染调查、垃圾填埋场监测或地下管线探测），论述如何选择合适的地球物理探测方法，并说明选择依据。2.试论述地球物理探测技术在环境监测应用中面临的主要挑战，并探讨其未来的发展方向。试卷答案一、选择题1.C2.B3.C4.B5.B6.D7.B8.A9.C10.D二、填空题1.物理性质,物理性质2.电位差3.深度4.传播速度,到时,强度(或振幅)5.差值,变化6.磁异常7.地质环境条件三、名词解释1.视电阻率：指在特定的测量装置和几何条件下，地球介质单位长度上的电阻率，是一个综合反映介质电学性质和测量装置参数的归一化参数，其值不代表地下的真实电阻率。2.电磁感应：指变化的磁场在其周围空间产生电场的物理现象。在地球物理探测中，利用发射线圈产生的时变（或脉冲）磁场在地下感生出涡流，该涡流又在周围空间产生二次磁场，通过测量二次磁场（或感应电压）来探测地下介质导电性的变化。3.震源：指在地震勘探中人为制造地震波，向地下发射能量的装置，常用的是锤击、炸药等。4.重力异常：指地表某点实际测得的重力值与该点在假设均匀地球模型下的理论重力值之间的差值。重力异常主要是由地下介质密度的分布不均匀引起的。5.地球物理反演：指根据观测到的地球物理数据（如电阻率测深曲线、重力异常等），结合已知的物理模型和数学方法，反推地下介质物理参数（如电阻率、密度、磁化率等）的空间分布过程。四、简答题1.简述电阻率法在地下水勘探中应用的基本原理和主要步骤。原理：电阻率法利用地下不同含水介质（如砂卵石含水层）和含水量不同的介质（如粘土层、纯净水）导电性能的差异。导电性好的含水层（尤其是含水量高时）电阻率低，而不良导体（如低含水量粘土、基岩）电阻率高。通过测量地表电位差，计算视电阻率，可以识别电阻率较低的含水层。主要步骤：(1)场地踏勘与资料收集：了解区域地质、水文地质条件，确定探测目标。(2)方法选择与参数设计：根据探测深度和目标性质，选择合适的装置类型（如温德勒装置、偶极-偶极装置等），确定电极距、测量方式。(3)野外数据采集：按照设计的装置和参数，系统地测量地表各测点的电位差，记录相关参数。(4)数据处理：对原始数据进行整理、校正（如地形校正、日变校正等），绘制电阻率测深或剖面图。(5)结果解释：结合地质背景，分析电阻率异常分布规律，推断含水层的埋深、范围、厚度等特征。2.与电阻率法相比，简述时间域电磁法（TDEM）在探测深层地下水方面的主要优势。优势：(1)对深部良导体的探测能力强：TDEM方法利用感应涡流随时间衰减的特性探测地下导电体。对于深层（数十米至数百米）的良导体（如富含盐分的地下水、高矿化度水体），即使其电阻率相对较低，但其产生的二次磁场衰减较慢，更容易被TDEM仪器接收和探测。(2)横向分辨率相对较高：TDEM测量的是感应磁场随时间衰减的整体响应，对于一定尺度范围内的良导体体块，其探测效果通常优于电阻率法，横向分辨率相对较好。(3)灵敏度较高：对于低电阻率（高导电性）目标，TDEM方法的探测灵敏度通常高于常规电阻率法。3.地球物理探测方法在环境监测中可能面临的主要干扰因素有哪些？如何尝试消除或减弱其影响？干扰因素：(1)地形起伏：地表高差导致测量装置接地电阻变化，引起电位测量误差。(2)地表植被和土壤湿度变化：植物根系和土壤含水量变化会改变地表层的导电性，引入干扰信号。(3)人工建筑物和地下管线：金属结构会产生感应电流或自身具有导电性/磁性，干扰探测。(4)大地电磁场干扰：自然存在的时变电磁场可能叠加在探测信号上。(5)矿化/盐渍影响：局部矿化或盐渍土壤/地下水会显著改变介质电学性质，产生异常。消除或减弱方法：(1)地形校正：采用斜距测量、多次测量取平均、联合数据处理方法等进行地形校正。(2)选择合适测量时间：避开雨天、潮湿天气，选择土壤湿度相对稳定的时间段。(3)裸露测量或使用专用装置：在裸露地面上测量，或使用屏蔽电缆、接地装置等减少地表层干扰。(4)场地清理与屏蔽：清除或远离人工建筑物、金属管线，使用法拉第笼等屏蔽措施。(5)数据处理滤波：利用信号处理技术（如滤波、谱分析）去除工频干扰、大地电磁噪声等。(6)多方法对比：结合不同方法的响应特征进行综合解释，相互印证，排除干扰。(7)踏勘先行：通过前期踏勘了解场地情况，预设规避或处理方案。4.为什么在环境地质调查中，常常需要将地球物理探测方法与其他地球物理方法（如磁法、重力法）结合使用？原因：(1)信息互补：不同的地球物理方法响应不同的地球物理场（电、磁、重力）和不同的地下介质物理性质（导电性、磁性、密度）。单一方法只能提供有限的信息，结合多种方法可以获得更全面的地下信息。例如，电阻率法主要反映导电性，磁法反映磁性，重力法反映密度。(2)提高解释可靠性：单一方法的解释往往具有较强的多解性。通过多种方法获得的相互印证的结果，可以大大提高对地下结构和异常体性质判定的可靠性，排除偶然误差或单一方法无法解释的异常。(3)精准定位与识别：不同方法对同一地质体的响应不同，结合分析有助于更精确地确定其位置、大小、形态和性质。例如，利用磁法圈定磁性污染源，再用电法确定其范围和含水量。(4)优化探测效果：针对复杂场地，可以发挥不同方法的优势，规避其局限性。例如，在植被覆盖区电阻率法受干扰大，可辅以磁法或重力法；在探测高密度废弃物时，重力法是有效手段，可结合电阻率法探测其下方含水情况。五、论述题1.结合具体环境问题（如土壤污染调查、垃圾填埋场监测或地下管线探测），论述如何选择合适的地球物理探测方法，并说明选择依据。论述：地球物理方法的选择是一个综合决策过程，需依据具体环境问题目标、预期探测深度、场地条件、成本效益等因素。(以土壤污染调查为例)：若目标是探测和圈定污染土壤（如重金属、盐渍化土壤）的分布范围，且污染体与周围背景土壤存在明显的电学性质差异（污染土通常电阻率变化较大）。可优先考虑电阻率法（如偶极-偶极或温德勒装置的测深或测剖面）。选择依据是：利用电阻率法能有效区分不同电导率的介质，污染区通常表现为高或低电阻率异常，结合地质背景可定位污染区域。若污染涉及地下水，TDEM法也可用于探测地下水位的深度和污染水体分布。若污染涉及具有磁性的重金属（如铁、镍），磁法可作为有效补充手段。(以垃圾填埋场监测为例)：若目标是探测填埋场的边界、厚度、是否存在泄漏至地下的污染羽。可考虑多种方法。重力法对高密度填埋物（尤其是含有砖瓦、混凝土碎块时）或其下方空洞有较好的响应，可初步确定填埋场范围和深度。电阻率法可用于探测填埋场下方地下水污染羽（污染水通常电阻率较低），或区分填埋物与周围土壤。电磁法（如TDEM）也适用于探测地下水污染。若需详细成像内部结构，地震法（特别是浅层地震）可用于探测填埋体内部空洞或不同填埋层界面。选择依据是：根据探测目标（边界、厚度、空洞、地下水污染），选择对相应物理性质（密度差异、电导率差异）敏感的方法，并考虑成本和探测深度要求。常采用多种方法结合的“鸡尾酒”策略。(以地下管线探测为例)：若目标是定位和识别地下金属管线（水、电、气、暖）。首选方法是磁法，特别是探地雷达（GPR）和质子磁力仪。磁法对金属管线具有高灵敏度，能有效定位管线走向和埋深。GPR适用于探测管线的精确位置、埋深，并可探测非金属管道（如塑料管）或管线周围情况。电阻率法可用于区分金属管线与周边环境，或探测与管线相关的土壤湿度变化。选择依据是：利用金属管线的磁性或电磁响应特性，选择灵敏度高的磁法或GPR。结合电阻率法可提高识别能力。需注意场地环境（如强电磁干扰）对方法选择的影响。总结：方法选择需明确目标，分析介质差异，权衡方法优缺点，结合场地实际，必要时进行方法联测或试验验证。论述：地球物理探测技术在环境监测应用中面临诸多挑战，同时也展现出广阔的发展前景。主要挑战：(1)地质环境复杂性：环境监测常涉及近地表、非均质、各向异性介质，且往往存在多种环境问题叠加，增加了探测解释的难度。(2)目标体特征多样：需要探测的目标从宏观的污染区边界到微观的污染物颗粒，性质差异巨大（如导电性、磁性、密度等），对方法的选择和探测精度提出了不同要求。(3)精度和分辨率需求：对于精细的环境监测（如污染羽羽尖定位、微剂量放射性物质探测），对探测的精度和空间分辨率提出了更高要求，现有技术有时难以完全满足。(4)干扰因素复杂：地表植被、土壤湿度、人工建筑物、电磁干扰