2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理学在地磁学中的应用

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理学在地磁学中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共10分。请将正确选项字母填入括号内）1.地球磁场的主要来源被认为是（）。A.地核固体的磁化B.地幔中的剩磁C.地球内部的对流运动D.太阳风与地球高层大气的相互作用2.以下哪个地磁要素是地磁总强度T在各坐标轴上的分量？（）A.D和IB.X,Y,ZC.F和HD.L和M3.能够直接测量地磁场总强度T的仪器是（）。A.光泵磁力仪B.超导磁力仪C.磁通门磁力仪D.质子磁力仪4.古地磁学研究中，用于确定岩石形成时地球磁极位置的是（）。A.热剩磁（TRM）B.稳定剩磁（SRM）C.演化剩磁（VRM）D.极性年表5.地球磁场的极性发生反转的主要证据来自于（）。A.卫星观测的地磁模型B.地面地磁观测站的数据C.古地磁学中岩石的剩磁记录D.地震波在地核的传播路径二、填空题（每题2分，共10分。请将答案填入横线处）6.地球磁场的倾角是指地磁矢量与__________之间的夹角。7.国际地磁参考场（IGRF）模型通常采用球谐函数展开，其第n次第m阶的系数称为__________。8.地球磁场的非偶极场主要来源于__________的异常运动。9.通过古地磁学研究中获得的极移曲线，可以推断__________的长期运动历史。10.质子磁力仪的工作原理基于地磁场作用下，岩石中束缚质子在__________中的进动，其进动频率与地磁场强度成正比。三、名词解释（每题3分，共15分。请给出每个名词的precise定义或解释）11.地磁要素12.偶极矩13.磁异常14.热剩磁（ThermalRemanentMagnetization,TRM）15.板块构造四、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题）16.简述地磁主轴式磁力仪的基本工作原理。17.与质子磁力仪相比，超导磁力仪有哪些主要优点？18.简述古地磁学如何用来确定地壳的绝对年龄？19.地磁异常可能由哪些主要来源引起？五、计算题（每题7分，共21分。请列出必要的公式和计算步骤）20.已知地磁要素T=48,000nT,D=355°,I=62°。请计算地磁矢量在地理坐标北向（X）和东向（Y）的分量（X,Y）。（假设地磁北极位于北纬80°西经110°）21.假设一块岩石在形成时处于地磁极性正常时期，其热剩磁TRM的方向与当时的地磁场方向一致。后来地磁场发生反转，变为反向。当该岩石再次被加热到居里温度以上并冷却时，它可能获得哪种类型的剩磁？请简述其形成过程。22.某地磁观测站测得的地磁总强度T=53,000nT，水平强度H=48,000nT。请计算该地的地磁倾角I。六、论述题（10分。请结合所学知识，深入分析和阐述下列问题）23.论述地磁学在探索地球内部结构方面的作用和意义。试卷答案一、选择题1.C2.B3.B4.D5.C二、填空题6.地理北极方向（或地磁场矢量方向）7.地磁球谐系数（或g_n^m,h_n^m系数）8.外核9.大陆（或地壳）10.封闭的磁化线圈（或超导量子干涉仪SQUID）三、名词解释11.地磁要素：描述地磁场矢量在不同方向上分量或强度的基本物理量，如总强度T、水平强度H、倾角I、偏角D等。12.偶极矩：用来定量描述地磁场近似偶极场特征的一个矢量，其大小和方向与地磁场的源（内外核对流）密切相关。13.磁异常：地磁场在局部区域相对于全球平均地磁场（或地磁模型场）的偏差。14.热剩磁（ThermalRemanentMagnetization,TRM）：当含有磁铁矿等磁化矿物的岩石在形成时处于较高的地温条件下，被地磁场磁化，当其温度冷却到居里温度以下时，所保存下来的剩磁。15.板块构造：一种描述地球地壳结构和运动的理论，认为地壳由若干刚性板块组成，这些板块在软流圈上独立运动，其边界地带是地质活动（如地震、火山、造山）集中的区域，地磁极移曲线和古地磁学证据是支持该理论的重要依据。四、简答题16.答：主轴式磁力仪通过一个能在水平面内自由旋转并指向地磁场南北极的磁针（或磁偶极子）来测量地磁要素。当磁针达到平衡时，其稳定指向反映了地磁场的方向。通过测量磁针偏转的角度（偏角D）和倾角I，以及可能通过测量驱动磁针达到平衡位置的力矩或电流，结合已知的地理坐标或地磁总强度T，可以计算出地磁场的其他要素。17.答：超导磁力仪的主要优点包括：极高的灵敏度，可以探测到极微弱的地磁场变化；极低的噪声水平，信噪比高；测量速度快；无需校准，长期稳定性好。这些优点使其在地磁观测、空间物理、资源勘探等领域具有不可替代的作用，尤其适用于高精度地磁测量。18.答：古地磁学通过测量岩石样品的天然剩余磁化方向，将其与现代地磁场方向进行对比。如果发现岩石的磁化方向指向与现代地磁极位置不符的地理位置，这表明该岩石形成时的地磁极位置与现代不同。通过研究大量不同年龄岩石的磁化方向，绘制出地磁极随时间迁移的路径，即地磁极移曲线。如果地壳是刚性的，这些曲线应该收拢于某个点，该点的位置与地幔对流模型预测的极移速率相吻合，从而可以估算地壳相对于地幔的平均运动速度，即地壳的绝对年龄或运动速率。19.答：地磁异常的主要来源包括：地壳内部具有磁性的岩石（矿体、岩脉）的局部磁化强度差异；地幔深处的场源异常（如外核边界不规则性、地幔内异常体）；太阳风等空间环境因素扰动产生的暂时性或区域性异常场（如耀斑事件、极光粒子注入）；地磁场模型本身的不完善或对区域场源的代表性不足等。五、计算题20.解：首先将地理坐标D和I转换为球面坐标系的角度。D=355°,I=62°然后计算地磁矢量在北向（X）和东向（Y）的分量。X=T*cos(I)*cos(D)Y=T*cos(I)*sin(D)代入数值：X=48000nT*cos(62°)*cos(355°)Y=48000nT*cos(62°)*sin(355°)cos(62°)≈0.4695cos(355°)=cos(-5°)≈0.9962sin(355°)=sin(-5°)≈-0.0872X≈48000*0.4695*0.9962≈22487nTY≈48000*0.4695*(-0.0872)≈-2004nT（注意：D=355°接近0°，cos(355°)接近1，sin(355°)接近0，计算结果X为主值，Y接近0符合预期。若考虑地磁北极位置对D的修正，结果会略有不同，但此题未明确要求。）答：X≈22487nT,Y≈-2004nT。21.解：当岩石再次被加热到居里温度以上时，原先的TRM（方向与原磁场一致）和岩石本身的磁化将被消去。冷却时，如果地磁场方向与加热前相同，则可能重新获得与原TRM方向相反的TRM。然而，如果地磁场已经反转，变为原方向的相反方向，则冷却时可能获得与原TRM方向一致的剩磁，这种剩磁通常称为反向热剩磁（ReverseThermalRemanentMagnetization,RTRM）。其形成过程是：高温消磁->在反向地磁场中冷却->获得与原TRM方向一致的剩磁（RTRM）。答：可能获得反向热剩磁（RTRM）。形成过程：高温消磁岩石->在地磁场反转后的反向场中冷却->保存下与原TRM方向一致的剩磁。22.解：首先需要根据总强度T和水平强度H计算地磁倾角I。T²=X²+Y²=H²+Z²Z=sqrt(T²-H²)Z=sqrt(53000²-48000²)Z=