2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理学在极地科学研究中的应用

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理学在极地科学研究中的应用考试时间：______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入括号内）1.在研究冰下基岩地形时，地震反射法相较于地震折射法的主要优势在于（）。A.对浅层结构分辨率更高B.更适合探测水平地层界面C.能在更厚的冰盖下有效工作D.对检波器布局要求更低2.极地冰盖对局部重力场的主要影响是（）。A.引起高值正异常B.引起低值负异常C.使重力异常趋于平滑D.导致重力梯度显著增大3.用于探测冰盖下方冰下水体或冰下基岩的雷达方法主要是利用了电磁波的（）。A.传播速度差异B.吸收衰减特性C.电磁屏蔽效应D.多普勒频移现象4.极区地热通量相对较高，尤其在冰下基岩裸露区或裂隙发育区，这主要反映了（）。A.冰盖的保温效应减弱B.岩石圈热流集中C.冰下融化水的热传递D.以上都是5.极地高空大气中的超长波（ULF）电磁现象，其主要研究意义在于（）。A.精确测定冰盖厚度B.探测冰下暗藏的冰川洞穴C.理解极区电离层与高空大气耦合过程D.监测海冰的漂移速度6.在进行极地地震探测时，使用冰层中继（冰下检波器）的主要目的是（）。A.提高信号的信噪比B.增加观测的覆盖范围C.降低检波器成本D.改善对深层地幔的成像7.极地磁场测量中，区分天然场和人工源场（如航空磁测中的探头信号）的关键在于（）。A.测量频率的不同B.场源深度不同C.仪器敏感度的差异D.磁异常的强度大小8.与常规陆地或海洋地震探测相比，极地地震探测面临的主要困难之一是（）。A.地震波在地表衰减过快B.难以布设稳定可靠的检波器C.地震台站距离过远D.地震事件频度显著降低9.极地卫星测高数据能够反演冰下地形，其主要原理是基于卫星测量的（）。A.重力异常B.磁力异常C.海拔高度及其变化率D.电磁波传播延迟10.冰架崩塌或断裂的地球物理监测，可以利用卫星雷达干涉测量（InSAR）技术，其基本原理是利用（）。A.电磁波穿透冰盖探测内部结构B.卫星重复观测同一区域地表形变的相位变化C.冰架重力场的突然变化D.冰架底部摩擦产生的地震信号二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填入横线处）1.地震波在冰层中的传播速度通常比在冰下基岩中的传播速度________。2.极地重力异常主要由冰盖的________、海水的________以及基岩密度差异引起。3.极区电离层的主要特征之一是D层电子浓度在________时显著增强，导致短波无线电通信中断。4.探测极地冰下基岩深度的常用方法是地震________法和________法。5.冰盖的流变学研究可以利用地震层析成像来推断冰流速度与________、________之间的空间关系。6.极地地热研究的意义不仅在于了解区域地壳热结构，也关系到________对全球气候系统的反馈。7.超长波（ULF）电磁信号在极地主要与________的动力学过程相关联。8.极地地球物理观测中，低温、低气压和冰雪覆盖给________仪器的标定和稳定运行带来了挑战。9.利用卫星重力数据（如GRACE）反演极地冰质量变化，主要依据万有引力定律和________原理。10.极地地球物理研究是理解________、冰冻圈演变以及________的重要手段。三、名词解释（每题3分，共15分）1.冰下地震层析成像2.极地高空大气哨兵（PolarMesosphericClouds-PMCs）3.冰架回声测深（EchoSounder）4.地震中继（SeismicRelay）5.极光哨兵（AuroralSentinel）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述利用地震反射法探测冰下基岩时，需要克服的主要挑战。2.简要说明重力异常数据处理中，进行区域场与剩余场分离的基本思路。3.简述极地电离层研究对于理解极区空间天气的重要性。4.简要比较地震雷达（探地雷达）技术在极地冰盖和普通陆地应用中的主要异同点。五、论述题（每题10分，共20分）1.论述地球物理方法（如地震、重力、卫星遥感等）在综合研究极地冰盖动力学过程中的作用和相互印证。2.结合具体例子，论述极地地球物理观测对于监测冰川消融、海平面上升以及气候变化反馈机制的贡献。---试卷答案一、选择题1.C2.B3.A4.D5.C6.A7.A8.B9.C10.B二、填空题1.慢2.体积/质量，分布3.昼夜极光期间4.折射，反射5.厚度，温度6.冰冻圈变化7.电离层8.电子9.质量守恒10.地球系统科学，人类生存环境三、名词解释1.冰下地震层析成像：利用人工震源或天然地震在冰下激发的地震波，通过接收和处理反射、折射波，建立冰下地壳和上地幔结构的图像的技术。2.极地高空大气哨兵（PolarMesosphericClouds-PMCs）：一种在高纬度平流层顶部（约82-85公里）出现的、由冰晶组成的季节性云，其形态变化对极区大气动力学和辐射过程敏感，可作为研究工具。3.冰架回声测深（EchoSounder）：利用声波在冰水界面和冰下基岩界面的反射来测量冰架底部到基岩之间距离的技术，主要用于确定冰架厚度和基岩顶面高程。4.地震中继（SeismicRelay）：一种地震探测装置，通常放置在冰盖表面，用于接收由冰下震源产生的地震波，并将其中继传输到位于冰盖另一侧或远处的记录站，以扩大有效观测距离。5.极光哨兵（AuroralSentinel）：利用极光现象作为自然探针，通过观测极光的位置、形态、强度和动力学特征来研究极区电离层、磁层顶以及高空大气的物理过程。四、简答题1.答：主要挑战包括：（1）冰层覆盖厚重，地震波衰减严重，信号信噪比低；（2）冰层内部结构复杂（如气泡、冰裂隙），对地震波传播产生强烈干扰；（3）难以在冰盖上布设稳定、大量的检波器和震源；（4）冰下基岩顶面埋深大，需要长距离的地震波传播，对仪器记录时间和动态范围要求高。2.答：基本思路是：首先利用已知地理坐标和地壳模型计算理论上的自由空气异常和由地形、地壳密度变化引起的布格异常，然后将实测总场异常减去这两部分异常，得到与局部地质体（如矿体、构造）相关的区域场和剩余场。区域场反映大型、缓变的地壳结构影响，剩余场反映局部异常源。3.答：极地电离层研究对于理解极区空间天气至关重要，因为：（1）极区是太阳风与地球磁层相互作用最剧烈的区域，电离层是这一相互作用的关键环节；（2）极光和极区电离层扰动（如奇数次暴、亚暴）直接影响无线电通信、导航系统（GPS等）的可靠性，以及卫星的正常运行；（3）通过研究电离层参数（如电子密度、温度、漂移）的变化，可以反演哨兵层（热层/电离层）的物理状态，进而了解极区能量输入、中性风和化学过程，为预测空间天气提供依据。4.答：相同点：两者都是利用电磁波与介质相互作用的原理来探测地下或水下结构，属于探地雷达（GPR）的范畴。不同点：（1）工作频率：极地探地雷达频率通常较低（MHz量级），以穿透较厚的冰雪；普通陆地GPR频率较高（GHz量级），主要用于探测浅层；（2）介质：工作介质为冰雪（物理性质与岩石、土壤差异大），数据处理和模型建立需要专门考虑；普通陆地GPR介质多样；（3）目标：极地主要探测冰下冰体、冰水界面、冰下基岩；普通陆地GPR应用更广泛，如考古、工程检测等；（4）环境：极地工作环境恶劣（低温、低气压、强紫外线），对仪器和操作提出更高要求。五、论述题1.答：地球物理方法在综合研究极地冰盖动力学过程中发挥着不可或缺的作用，并相互印证：（1）地震学：通过地震层析成像，可以揭示冰下基岩的起伏、地壳厚度变化和上地幔结构，这些信息是理解冰流驱动力（如基底坡度、地热梯度、冰下水体）的基础；（2）重力与磁力：重力测量可以反演冰盖厚度、密度分布以及冰下基岩的密度异常，提供冰盖质量和流变参数的约束；磁力测量主要用于探测冰下基岩的磁性异常，帮助识别断裂构造和确定古地质背景；（3）卫星遥感：雷达高度计（测高）提供冰盖表面高程变化数据，直接监测冰川消融和冰架退缩；雷达干涉测量（InSAR）可测量表面形变，用于研究冰流速度场及其变化；光学/热红外遥感可监测表面温度、雪水比和表面粗糙度，影响冰流速度；（4）多学科综合：这些地球物理数据与冰川学（冰流速度、应变率）、地质学（基岩地质年代、构造）和气候学（气温、降水）数据相结合，可以建立冰盖动力-气候反馈模型，更全面地理解冰盖的演化及其对气候变化的响应。例如，地震学揭示的基底形貌与重力反演的冰盖厚度相结合，可以解释局部冰流速度的差异；卫星测高和InSAR数据共同监测冰流速度变化，与地震学推断的冰下基底条件相印证。2.答：极地地球物理观测对于监测冰川消融、海平面上升以及气候变化反馈机制贡献巨大：（1）监测冰川消融与质量变化：卫星雷达高度计精确测量多年平均海平面，并通过差分测高监测大冰盖（格陵兰、南极）的表面高程变化，直接反映冰量损失；卫星重力测量（GRACE及后续任务）通过监测地球整体重力场的变化，精确反演大冰盖和山地冰川的冰质量变化，不受表面水变化的影响；地面GPS站网和雪深雷达可以提供区域性冰盖表面形变和积雪厚度信息；（2）监测海平面上升：卫星测高技术和雷达高度计不仅监测大冰盖贡献，也通过测量全球海洋自由表面高度变化来评估海平面上升速率；验潮站和海面地形测轨（Altimetry）联合提供海平面变化的时间序列；（3）研究气候变化反馈机制：