2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理学在地下水资源动力补给中的应用

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理学在地下水资源动力补给中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题干后的括号内）1.在利用地球物理方法探测地下水动力补给时，选择探测方法的首要依据是（）。A.地下水化学类型B.地下水的埋藏深度C.地质构造的复杂程度D.所需探测的地下水运动尺度（时间/空间）2.能够有效探测浅层、中小尺度含水层边界和地下水运动通道的方法是（）。A.大型地震反射法B.音频大地电磁法（AMT）C.探地雷达（GPR）D.重力法3.自然电场法（NEC）探测地下水动力补给的原理主要基于（）。A.地下水与围岩的导电性差异B.地下水渗流过程中电荷的吸附和迁移C.地下水位的压力变化D.地下水化学成分的变化4.在利用电阻率法评价地下水补给潜力时，通常认为（）。A.高电阻率区为良好的补给通道B.低电阻率区与含水层厚度成正比C.地下水越活跃的区域电阻率越低D.隔水层的电阻率值接近于零5.地震宽角反射/折射法在探测地下水动力补给方面的主要优势在于（）。A.能够提供高分辨率的浅层结构图像B.对地下水位的微小变化敏感C.可有效确定地下水的流速和流向D.能直接探测到地下水流动的“管道”系统6.利用重力法探测地下水动力补给时，通常关注（）。A.均匀分布的含水层引起的重力异常B.由于水体存在或岩溶发育引起的重力高异常C.地下水位上升导致的局部重力降低D.地震波在含水层中的传播速度变化7.电法探测地下水动力补给时，若采用充电法，其基本原理是（）。A.利用地下水天然电场的分布特征B.通过人工电场激发地下介质，研究其响应C.通过向含水层注入少量电导率不同的示踪剂，追踪其运移D.测量地下水流速和方向8.地球物理方法在地下水动力补给评价中存在的局限性之一是（）。A.成本过高，难以推广应用B.无法提供定量的水文地质参数C.对地下结构成像不够清晰D.结果易受地表环境因素干扰9.将音频大地电磁法（AMT）应用于地下水探测时，其主要优势在于（）。A.对浅层探测效果最佳B.能够直接测量地下水流速C.抗干扰能力强，资料可靠性高D.操作简便，仪器轻便10.为了提高探测地下水动力补给的精度和可靠性，常常采用（）。A.单一地球物理方法进行详查B.多种地球物理方法结合、多源地学信息综合分析C.仅依赖遥感影像解译D.仅进行少量的钻探验证二、填空题（每题2分，共20分。请将答案填在题干后的横线上）1.地下水在多孔介质中运动时，其流速通常服从______定律。2.地球物理勘探是利用岩土体物理性质（如密度、导电性、磁性等）的______差异来探测地下结构和水文地质信息的。3.利用电阻率法探测地下水动力补给时，可以通过测量______或______来间接反映含水层的富水性及地下水活动强度。4.地震波在含水层中的传播速度通常比在干燥的、致密的岩石中______（填“快”或“慢”）。5.重力勘探通过测量______的变化来推断地下介质密度的变化，从而寻找可能与地下水有关的异常区域。6.音频大地电磁法（AMT）是一种利用天然电磁场进行探测的方法，其视电阻率对地下______的变化较为敏感。7.在进行地下水动力补给的地球物理勘查时，需要结合水文地质资料，分析______、______等条件对地下水运动的影响。8.地球物理反演是将观测到的______通过数学方法转换成地下介质物理参数分布的过程。9.地下水位的______变化是判断地下水动力补给的直接依据之一，地球物理方法可用于监测这种变化。10.地球物理方法探测地下水动力补给，其最终目的是为地下水资源的______、______和管理提供科学依据。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述电法中自然电场法（NEC）的基本原理及其在探测地下水动力补给方面的应用。2.简述利用地震反射法探测地下水动力补给时，需要关注哪些地质界面或异常体？3.简述重力法在探测地下水动力补给方面的基本思路，可能遇到哪些困难？4.简述多方法综合解释在地下水动力补给地球物理勘查中的优势。四、计算题（每题7分，共14分）1.某区域进行电阻率测深，在某一测点得到视电阻率ρs=100Ω·m。已知该处地下水电阻率ρw=10Ω·m，岩石电阻率ρs'=500Ω·m。假设岩土层为水平无限均匀介质，试定性分析该测点下方可能存在的含水层情况（厚度、位置关系等）。2.在一个二维模型中，利用AMT测量某测点的视电阻率ρs=200Ω·m。已知地表电导率σs=0.01S/m，地下介质为水平层状结构。如果推断该视电阻率ρs主要反映的是地下50米深度的层位信息，试估算该50米深度层位的电导率σ1，并说明估算过程中隐含的假设条件。五、论述题（每题10分，共20分）1.论述利用地球物理方法探测地下水动力补给的局限性，并探讨如何克服这些局限性。2.选择一种你熟悉的地球物理方法（如电法、地震法、AMT等），详细论述其在探测地下水动力补给中的应用流程，包括野外数据采集、室内数据处理解释以及成果应用中需要注意的关键问题。---试卷答案一、选择题1.D2.C3.B4.C5.D6.B7.A8.D9.C10.B二、填空题1.达西2.差异3.电阻率异常/自然电场4.慢5.重力异常6.电导率7.含水层/构造8.观测数据9.动态10.查找/保护三、简答题1.答案：自然电场法（NEC）利用地下水中溶解盐类离子在地下水渗流、氧化还原作用以及电极化效应等作用下，在两种不同电性介质（如不同矿物颗粒、水与围岩）的界面处产生的自然电位差。当地下水从高电导率的含水层流向低电导率的围岩时，会在界面上积累电荷形成自然电场。通过测量自然电场的分布和强度，可以推断含水层的分布范围、富水性以及地下水的运动方向和活跃程度。在探测地下水动力补给时，通常在补给区（水体更新快、电化学活动强）观测到较强的自然电场异常。解析思路：理解NEC产生的根本原因（电化学过程、渗流作用），明确其探测对象（界面电荷积累），阐述其在地下水探测中的应用机制（高导水体与低导围岩界面、指示富水性与运移）。2.答案：利用地震反射法探测地下水动力补给时，主要关注能够控制或影响地下水运动的地质界面和异常体。例如：①地表到地下第一套含水层的底界面；②含水层与隔水/弱透水层的顶底界面；③控制地下水补给的断裂构造面；④不同透水性、孔隙度、饱和度岩层的分界面；⑤岩溶发育带的顶底板界面等。这些界面和异常体可能直接构成地下水运动的通道或障碍，或者能反映含水层内部的结构特征，从而间接指示动力补给的路径和强度。解析思路：思考地下水在地下空间中是如何流动的，哪些地质要素是控制其流动路径、范围和强度的关键。地震反射法是通过探测这些要素的界面来成像的。3.答案：重力法通过测量地表重力场的微小变化来推断地下介质密度的变化。在探测地下水动力补给时，主要关注地下存在水体（密度比围岩小）或岩溶发育（局部密度显著降低）形成的重力低异常区域，并结合水文地质条件判断其与补给的关系。遇到的困难主要有：①重力方法对密度差异不大的介质敏感度低，探测精度有限；②地表重力异常易受地形起伏、上部覆盖层、近地表人工构造等多种因素干扰，需要进行复杂的校正；③重力法难以直接确定地下水的赋存状态和运动方向，通常只能提供间接的线索。解析思路：回顾重力勘探的基本原理（密度差异引起重力变化），分析寻找地下水需要什么密度条件，思考在实际应用中可能遇到的主要障碍和限制因素。4.答案：多方法综合解释的优势在于：①不同地球物理方法探测深度、分辨率、对介质敏感的物理参数各不相同，多种方法结合可以优势互补，获得更全面、更可靠的地下信息；②可以利用不同方法的结果进行交叉验证，提高对推断结论的信心；③能够从不同角度约束地下结构和水文地质参数，有助于克服单一方法存在的局限性，提高解释的准确性和分辨率；④有助于更深入地理解地下水的赋存环境、运移特征和补给机制。解析思路：理解单一方法的局限性（探测范围、精度、干扰因素等），思考如何通过组合来弥补这些不足。强调综合解释带来的信息互补、结果验证和认知深化。四、计算题1.答案：计算地层的固有电阻率Rh=ρs*ρs'/(ρs'+ρs)=100*500/(500+100)=90.9Ω·m。由于ρs(100Ω·m)>Rh(90.9Ω·m)，根据简单模型推断，该测点下方可能存在一个具有一定厚度的含水层。如果假设为无限均匀介质中的水平圆柱状含水体模型，视电阻率大于固有电阻率通常指示含水层位于探测深度范围内。解析思路：使用视电阻率和固有电阻率的比值关系来定性判断。如果视电阻率大于固有电阻率，倾向于认为下方有高阻体（含水层）存在；如果小于固有电阻率，则可能下方有低阻体（水体或富水带）。注意题目中的ρs'是岩石电阻率。2.答案：估算电导率σ1=1/ρ1=1/(ρs/ρs')=ρs'/ρs=200/500=0.4S/m。估算假设条件：①地下介质为水平、均匀、各向同性的层状结构；②测量得到的视电阻率ρs确实代表地下50米深度层位的真实电阻率（或等效电阻率）；③忽略了地表电导率σs对视电阻率ρs的主要贡献，认为ρs主要反映了50米以下深度的信息；④天然电磁场的频率、极化方向等符合标准假设。解析思路：利用视电阻率和固有电阻率（或相对电阻率）的关系进行转换。明确估算过程中需要简化哪些地质和物理条件，这是估算的前提和限制。五、论述题1.答案：地球物理方法探测地下水动力补给的局限性主要体现在：①地球物理方法探测的是岩土体的物理性质及其宏观分布，对地下水流动这种微观、动态过程只能提供间接的、定性的或半定量的信息，难以直接测量流速、流量；②地球物理探测结果易受地表地形、地质构造、覆盖层、高斯误差、仪器噪声等多种因素干扰，解释存在多解性；③对于浅层、小尺度、高流速的地下水运动通道，常规地球物理方法的探测深度和分辨率可能不足；④地球物理勘查通常成本较高，野外数据采集条件受限；⑤单一地球物理方法的应用效果受介质物理性质差异的限制，在物理性质差异不明显的地区难以有效应用。克服局限性的途径包括：①采用多种地球物理方法（电法、地震、重力、磁法等）进行综合勘查，优势互补，提高信息的可靠性和完整性；②加强与钻探、抽水试验、水文地质调查等多种方法手段的结合，进行多源地学信息的综合解释；③发展和应用更高分辨率、更高探测深度的地球物理技术（如高密度电法、探地雷达、宽角地震等）；④利用数值模拟方法对地球物理数据进行解释，结合水文地质模型进行综合分析；⑤加强对地球物理异常的先验信息约束，提高解释的针对性。解析思路：首先系统列出地球物理方法在探测地下水动力补给时可能遇到的主要问题（探测对象、方法原理、实际应用等层面）。然后针对每个问题，提出具体的解决或缓解措施，强调综合解释、多方法结合、技术发展以及信息融合的重要性。2.答案：以电法为例，利用电法探测地下水动力补给的应用流程如下：①任务明确与方案设计：根据勘查目标（如寻找补给区、确定含水层边界、评价补给强度）选择合适的电法类型（如电阻率测深、电阻率剖面、自然电场法、大地电磁法等），确定测量装置方式、参数、测网密度等。②野外数据采集：在选定的测区内按照设计的测网进行数据测量。注意保证仪器正常工作，统一操作规范，记录相关环境因素（温度、湿度、天气等）。③室内数据处理与解释：对原始数据进行预处理（如基线校正、滤波、去噪等），根据选择的电法方法进行正反演计算或异常提取。例如，对于电阻率法，进行数据解释时需要结合地质背景，绘制等值线图，推断地下电性结构的分布；对于自然电场法，需要分析电位异常的空间分布特征及其随时间的变化规律；对于AMT，需要进行数据转换、视电阻率计算、阻抗张量分解等，绘制二维或三维电导率断面。解释结果应反映含水层的空间位置、范围、电性特征及其与地下水动力补给的潜在关系。④成果提交与应用：将电法探测结果以图表等形式展现，结合其他水文