2025年大学《地球物理学》专业题库- 岩石磁学特征与磁性地层学

2025年大学《地球物理学》专业题库——岩石磁学特征与磁性地层学考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后括号内。）1.下列哪种矿物通常被认为是形成岩石原生剩磁的主要载体？A.绿泥石B.磁铁矿C.赤铁矿D.硫铁矿2.当岩石在低于其居里温度的地磁场中冷却时，主要记录下的是哪种剩磁？A.黏滞剩磁B.热剩磁C.等温剩磁D.原生剩磁3.在古地磁学中，地磁极性条带是指地球磁极在地质历史时期经历过的哪些状态？A.磁倾角和磁偏角的变化B.正极性期和反极性期的交替C.地磁场强度的增减D.磁性矿物的类型变化4.用来测量岩石单位体积磁化强度的物理量是？A.磁化率B.剩磁C.磁化矢量D.饱和磁化强度5.交变退磁实验的主要目的是什么？A.降低岩石温度B.去除岩石中的次生剩磁C.测量岩石的居里温度D.增强岩石的剩磁强度6.软流圈被认为是地球内部哪个部分？A.地幔顶部B.地核外部C.岩石圈下方D.地壳底部7.能够记录地球磁场方向信息的剩磁是？A.热剩磁B.黏滞剩磁C.原生剩磁D.等温剩磁8.极性年表（PolarityChronology）的建立主要依赖于什么？A.地震波速变化B.岩石圈板块运动C.磁性地层柱中极性条带的识别和定年D.气候变化记录9.岩石磁化率的大小主要受什么因素控制？A.磁性矿物的含量和类型B.岩石的化学成分C.岩石的孔隙度D.以上所有因素10.在进行古地磁采样时，为避免现代地磁场的干扰，通常需要采取什么措施？A.在高纬度地区采样B.使用抗磁材料包装样品C.在采样点附近放置铁磁性物体D.尽快将样品运回实验室二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上。）1.岩石磁性研究的核心目标是理解岩石在________过程中记录的地球磁场信息。2.岩石磁化率可以分为体积磁化率（χv）、质量磁化率（χm）和________。3.岩石在高于居里温度时表现为________性，冷却过程中会逐渐磁化。4.天然剩磁（NRM）是岩石在形成和冷却过程中记录的地球磁场的________。5.热退磁实验通常通过逐步升高岩石温度，并测量其剩磁随温度的变化来分离不同成因的剩磁分量，其中在________左右去除的是热剩磁（TRM）。6.古地磁学的基本假设之一是，岩石在冷却过程中应满足________条件，以便能够可靠地记录地磁场方向。7.地球磁场的极性在地质历史时期发生过多次________和________。8.根据岩石剩磁的来源，可以分为原生剩磁、黏滞剩磁、热剩磁和________。9.磁性地层学是利用岩石磁学记录建立全球或区域________的一门学科。10.岩石磁学方法在油气勘探中可用于识别________和解释地下构造。三、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.简述原生剩磁和次生剩磁的主要区别。2.解释什么是地磁极性反转。3.简述热退磁实验的基本原理及其作用。4.列举三种常见的磁性矿物，并说明它们对岩石磁性的贡献有何不同。四、计算题（每题8分，共16分。请写出计算过程和结果。）1.某岩石样品的质量为50克，体积为100立方厘米。在实验室测量得到其体积磁化率为5x10^-5SI。请计算该岩石的质量磁化率。2.一块火山岩在热退磁实验中，当温度升高到200°C时，其剩磁强度损失了80%。假设剩余的20%剩磁为黏滞剩磁，该火山岩在200°C之前主要记录的是热剩磁（TRM）。如果该岩浆在地下5公里处冷却，假设地壳平均温度梯度为25°C/km，估算该火山岩至少需要冷却多长时间（假设冷却速率恒定）才能使TRM基本消失？（假设黏滞剩磁在200°C以上会完全消失）五、论述题（10分。请结合实例，论述岩石磁学方法在解决地质问题中的应用价值及其面临的主要挑战。）试卷答案一、选择题1.B2.B3.B4.A5.B6.C7.C8.C9.D10.B二、填空题1.成岩、变质和风化2.面积磁化率3.顺磁4.记录5.居里温度6.等温线7.极性反转；极性恢复8.等温剩磁9.地质年代10.矿床；圈闭三、简答题1.解析思路：区分两者来源是关键。原生剩磁是岩石在形成和冷却过程中，受到当时地磁场作用而永久保留下来的磁化方向，与岩石的原始产状和环境密切相关。次生剩磁是在岩石形成之后，由于受到后期地质作用（如加热、地磁场变化、应力作用等）影响而形成的附加磁性，通常叠加在原生剩磁之上，或完全替代原生剩磁，其方向可能与当时的地磁场方向无关。答案要点：原生剩磁源于岩石形成时记录的地磁场方向；次生剩磁源于岩石形成后地质作用形成，方向与当时地磁场无关。2.解析思路：理解地磁场模型和极性变化。地磁场通常被看作是一个偶极场，存在南北两个磁极。极性反转是指地磁场的南北极发生交换，原本的北极变成南极，南极变成北极。这种大规模、全球性的极性状态转变是地磁极性条带形成的基础。答案要点：地磁场的南北极发生交换，原本的磁北极变为磁南极，磁南极变为磁北极。是一种全球性现象。3.解析思路：阐述热退磁原理。热退磁利用的是磁性矿物热稳定性不同的原理。通过逐步升高岩石的温度，磁性较弱的剩磁分量（如TRM）会随着温度升高而逐渐减弱甚至消失，而磁性较强的分量（如NRM中的黏滞分量）则相对稳定。通过分析不同温度下的剩磁变化，可以识别和分离不同的剩磁分量，了解岩石的磁化历史。答案要点：利用不同剩磁分量（如TRM）的热稳定性差异，通过逐步升温，使特定成因的剩磁（如TRM）消失，从而分离剩磁分量，了解岩石磁化历史。4.解析思路：列举常见矿物并比较其磁性贡献。常见的磁性矿物包括磁铁矿（Fe3O4）、磁赤铁矿（Fe2O3）和钛磁铁矿（FeTiO3）等。磁铁矿是铁磁性矿物，具有很高的磁化率和剩磁，是形成岩石强磁性的主要载体。磁赤铁矿和钛磁铁矿是顺磁性矿物，其磁化率和剩磁通常较弱，对岩石整体磁性贡献较小，但在特定条件下（如含量高或形成特定结构）也可能对岩石磁性产生一定影响。答案要点：磁铁矿（强磁性，主要贡献者）；磁赤铁矿、钛磁铁矿（弱磁性，贡献相对较小）。四、计算题1.解析思路：运用公式χm=χv*(M/V)。已知质量m=50g，体积V=100cm³=100x10⁻⁶m³，体积磁化率χv=5x10⁻⁵SI。代入公式计算即可。计算过程：χm=5x10⁻⁵SI*(50g/100cm³)=5x10⁻⁵SI*(50/100x10³g/m³)=5x10⁻⁵SI*(0.5x10³kg/m³)=2.5x10⁻²SI/m³结果：该岩石的质量磁化率为2.5x10⁻²SI/m³。2.解析思路：计算冷却时间需要知道总冷却距离和冷却速率。总冷却距离是地下5公里。冷却速率是地壳平均温度梯度25°C/km。时间=距离/速率。这里假设冷却速率（温度下降速率）恒定，即线性冷却。冷却到200°C所需时间为(5km)/(25°C/km)=200°C。假设TRM在200°C以上完全消失，则黏滞剩磁消失需要的时间也是200°C。题目要求的是TRM基本消失所需时间，即整个线性冷却过程的时间。计算过程：总冷却距离=5km=5000m。地壳平均温度梯度=25°C/km=25°C/m。冷却速率=温度梯度=25°C/km。冷却到200°C所需时间=总距离/冷却速率=5000m/(25°C/m)=200k°C。这意味着从地下5公里处（假设温度高于居里点）冷却到200°C需要200k°C的时间。如果假设冷却速率恒定，则总冷却时间就是200k°C的时间。结果：该火山岩至少需要冷却200k°C的时间（假设恒定冷却速率）。注意：此题计算结果与实际复杂冷却过程可能存在差异，且单位k°C仅为计算方便的表示，实际时间需考虑更复杂的动力学过程。五、论述题解析思路：从应用价值角度，说明岩石磁学如何帮助确定地质年代（通过极性条带）、恢复古地理位置（古地磁极移、大陆漂移）、识别构造运动（岩层磁化方位变化）、研究盆地沉降史、指导油气勘探（寻找岩性异常、构造圈闭）等。从挑战角度，说明方法局限性，如变质作用对磁记录的改造、沉积岩记录的复杂性、采样位置的代表性、古地磁极移的精确计算等。答案要点：应用价值：1)建立磁性地层，确定地质年代，是全球标准之一。2)恢复古地磁极位置和古纬度，为大陆漂移、板块构造理论提供证据。3)分析岩层磁化方位变化，识别和解释区域构造运动。4)研究沉积盆地沉降速率和热演化史。5)在