2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球磁场演化与地质演化

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球磁场演化与地质演化考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.地球主要磁场来源被认为是？A.岩石圈中的剩磁B.地幔对流的径向磁化C.液态外核中的电离层D.地球内部的放射性元素衰变2.古地磁学中，通过测量岩石中剩余磁性来确定古地磁极位置和古纬度的方法称为？A.磁化率测量B.热释磁法C.极性条带分析D.极地漂移追踪3.当地球磁极从N极变为S极，再变回N极的过程中，地磁极性年表记录的单元称为？A.超级地磁极性期B.倒转事件C.磁极漂移D.亚chron4.能够记录地球磁场极性变化信息的岩石类型主要是？A.沉积岩B.喷出岩C.变质岩D.矿床5.在古地磁学研究中，使用交变剩磁（ARM）而不是热剩磁（TRM）来研究沉积岩的主要原因是？A.ARM对温度变化不敏感B.ARM更容易测量C.ARM能更好地记录早期磁场D.ARM只记录水平分量6.大陆漂移理论的提出主要得益于哪个地质学分支学科的证据？A.地层学B.古生物学C.古地磁学D.构造地质学7.地球磁场的极性反转速率在地质历史中是？A.恒定不变的B.逐渐减慢的C.逐渐加快的D.不规则的，有时快有时慢8.能够直接记录地磁极性年表信息的地质事件是？A.海平面变化B.造山运动C.火山喷发D.冰川期9.古地磁学中，“软流圈”通常指的是？A.地幔顶部能够记录磁场的部分B.地幔中发生对流的部分C.外核中液态部分D.地壳岩石圈10.下列哪项现象不能用古地磁学直接解释？A.大陆的相对位置变迁B.地球磁场的强度变化C.某些岩石的磁化方向D.地球古纬度的确定二、名词解释1.剩磁2.极性年表3.磁倾角4.板块构造5.磁性地层学三、简答题1.简述感应磁化和剩磁磁化的主要区别。2.解释什么是地磁极性倒转。3.简述古地磁学在确定地壳古纬度方面的重要意义。4.列举至少三种获取古地磁记录的主要岩石类型，并说明其特点。四、论述题1.试述地球磁场发电机理论的基本思想，并简述其面临的挑战。2.结合古地磁学证据，论述大陆漂移和板块构造理论之间的关系。3.古地磁记录在理解地球深部动力学和地质演化历史方面有哪些重要作用？请举例说明。试卷答案一、选择题1.C2.D3.B4.B5.A6.C7.D8.C9.B10.B二、名词解释1.剩磁：指在形成时受到地磁场或其他磁场作用而被磁化，并且在切断外部磁场后能够保留下来的岩石或矿物的磁性。*解析思路：定义核心是“被磁化”和“保留下来”，强调是岩石记录的磁场信息。2.极性年表：基于岩石中记录的剩磁方向，按时间顺序排列的地球磁极性变化（正向和反向）历史记录。*解析思路：关键词是“时间顺序”、“磁极性变化”、“正向反向”，强调其记录地球磁场历史的功能。3.磁倾角：指地磁要素矢量（如磁化矢量）在球面上与当地水平面之间的夹角。*解析思路：定义核心是“地磁要素矢量”与“水平面”的夹角，是描述磁场方向的三要素之一。4.板块构造：解释地球岩石圈并非整体，而是由若干巨大的、刚性的板块组成，这些板块在软流圈上独立运动，其相互作用控制着地震、火山、造山等地质现象。*解析思路：关键词是“岩石圈”、“板块”、“运动”、“相互作用”，强调其作为解释地质现象的宏观理论框架。5.磁性地层学：利用岩石记录的古地磁信息来划分和对比地层层序的学科分支。*解析思路：关键词是“利用古地磁信息”、“划分对比地层”，强调其作为地层学分支的应用功能。三、简答题1.简述感应磁化和剩磁磁化的主要区别。*感应磁化：岩石在形成过程中，当地球磁场存在时，岩石内部磁性矿物被临时磁化，磁场消失后磁性通常随之消失或迅速减弱。它是对外部磁场的直接响应，通常较弱且不稳定。*剩磁磁化：岩石在形成时的温度高于其Curie温度或blockingtemperature，受到地磁场作用而被永久磁化，即使外部磁场消失后，这种磁性也能被保存下来。它记录了形成时地磁场的方向和强度，通常较稳定。*解析思路：对比两者的核心在于是否“永久保存”、对温度的依赖性（Curie/Blocking温度）、与外部磁场的依赖关系（场存/场去）、磁性强弱和稳定性。点明这些区别是区分两种磁化类型的关键。2.解释什么是地磁极性倒转。*地磁极性倒转是指地球磁场的南北极发生互换的现象。在倒转期间，地磁北极实际上位于地理南极附近，地磁南极位于地理北极附近。这种全球性的极性反转被记录在火山岩和沉积岩的剩磁中，形成了地磁极性年表的基础。*解析思路：定义核心是“南北极互换”，强调其“全球性”特征，并指出其记录方式（火山岩/沉积岩剩磁）和意义（地磁极性年表基础）。3.简述古地磁学在确定地壳古纬度方面的重要意义。*古地磁学可以通过测量岩石标本的磁化方向（磁倾角和磁偏角），结合岩石的年龄和形成时的地理位置，反推该岩石形成时的古纬度。通过收集大量不同地点、不同时代的岩石古纬度数据，可以重建古大陆的位置、地壳板块的漂移历史以及地球古地理格局。*解析思路：阐述核心是“如何确定”（测量方向+结合年龄地点）和“重要意义”（重建古大陆/板块漂移/古地理），强调其提供古地理位置信息的能力。4.列举至少三种获取古地磁记录的主要岩石类型，并说明其特点。*1.火山岩：形成速度快，在冷却过程中能够快速记录下当时的地磁场方向。磁性矿物通常纯度高、颗粒细，记录的剩磁信噪比较高，是获取高分辨率古地磁记录的最佳载体。*2.沉积岩：形成于地表或近地表，其剩磁记录可能受到后期构造运动、风化作用等干扰。但沉积岩的层序清晰，可以提供连续的、区域性的古地磁信息，对于研究地磁极性倒转和极地漂移具有重要意义。*3.变质岩：在高温高压的变质过程中，原有的剩磁可能被重置或改造。但变质岩分布广泛，可以提供深部地壳的构造和演化信息。通过研究变质岩的剩磁，可以了解变质作用发生时的古地理位置和当时的磁场状态。*解析思路：列举三种主要类型（火山岩、沉积岩、变质岩），并分别说明其获取记录的“优势/特点”（如火山岩冷却快、沉积岩层序清晰、变质岩可提供深部信息），突出不同岩石类型在古地磁学研究中的价值和局限性。四、论述题1.试述地球磁场发电机理论的基本思想，并简述其面临的挑战。*基本思想：地球磁场主要由液态外核中流动的熔融铁镍流体产生。当这种流体运动时，由于地球内部的运动（如地幔对流、核心收缩等驱动），流体中携带的电荷发生运动，形成电流。这些电流按照电磁感应定律（安培定律）产生磁场。这个磁场又会对流体运动产生洛伦兹力，进一步调节和维持流体的运动，形成一种自我维持的动态平衡系统，即发电机效应。*面临的挑战：*能量来源：如何持续提供驱动外核流体运动并维持发电机足够长时间的能量，特别是考虑地球早期历史。*边界条件：外核与内核、外核与地幔之间的物理和化学边界条件对发电机过程的影响尚不完全清楚。*动力学耦合：地幔对流、核心层结、核幔边界热流等地球内部过程如何精确地耦合并驱动外核发电机，其具体的动力学机制仍需深入研究。*场源深度：直接测量外核内部的物理性质非常困难，理论模型依赖于许多间接观测和假设，存在不确定性。*解析思路：第一部分清晰阐述发电机理论的核心（流体运动产生电流产生磁场，电流和磁场反馈调节流体运动），使用基本物理定律（电磁感应、洛伦兹力）辅助说明。第二部分列举该理论面临的主要科学难题（能量来源、边界条件、动力学耦合、场源测量），体现理论的不完善性和需要进一步探索的方向。2.结合古地磁学证据，论述大陆漂移和板块构造理论之间的关系。*古地磁学为大陆漂移和板块构造理论提供了关键的、决定性的证据。首先，通过对不同大陆上岩石的古地磁极移轨迹的研究，发现同一大陆在不同地质年代记录的古纬度是不同的，且不同大陆上类似年龄岩石的古纬度轨迹可以拼接起来，这直接支持了大陆是移动而非固定不变的观点，是大陆漂移说的早期有力证据。*其次，古地磁学精确测定了全球各大洲在各个地质历史时期的位置，绘制出了详细的古地磁极性年表和古地理重建图。这些重建结果清晰地展示了大陆板块在漫长的地质年代中发生过大规模的、有序的漂移和汇聚，形成了超级大陆（如潘古亚、劳亚古陆、冈瓦纳古陆）及其后的分裂和今天的格局。*此外，古地磁学证据也揭示了洋中脊是板块分离的场所，因为洋中脊两侧岩石的古磁极性记录存在对称性，反映了岩浆对称喷发和板块对称扩张的过程。古地磁极性年表在全球范围内的一致性，为板块构造的全球性框架提供了基础。*解析思路：阐述古地磁学如何为大陆漂移提供证据（极移轨迹、大陆拼接），如何通过古地磁重建支持板块构造（古地理格局、超级大陆演化），以及如何揭示板块运动的具体机制（洋中脊对称性）。强调古地磁学是连接大陆漂移假说和现代板块构造理论的关键桥梁和支撑。3.古地磁记录在理解地球深部动力学和地质演化历史方面有哪些重要作用？请举例说明。*古地磁记录在理解地球深部动力学和地质演化历史方面扮演着至关重要的角色，主要体现在以下几个方面：*重建古地理位置和板块构造演化：通过确定岩石的古纬度，可以重建古大陆和构造单元的过去位置，绘制古地理图，直观展示板块的聚合、分裂、漂移过程，揭示构造运动的时空分布规律。例如，利用南美洲和非洲大陆边缘岩石的古地磁数据，成功拼接了这两个大陆，是大陆漂移理论的有力证据。*推断地球内部运动和地幔对流模式：大规模的古地磁极移轨迹，特别是那些呈现出复杂的、非平行的形态，被认为记录了地幔对流的信息。通过分析极移轨迹的几何形态和时空变化，可以推断地幔对流的速度、方向和可能存在的边界层结构。例如，“慢板条”模型等地幔对流模式就是基于对古地磁极移轨迹的详细分析提出的。*测定地球磁场的演化历史和机制：古地磁记录提供了地球磁场强度、极性反转频率和持续时间等长期变化的信息。这些数据对于检验和改进地球磁场发电机理论至关重要。例如，古地磁学研究发现地球磁场的强度在地质历史上存在显著变化，甚至可能出现极性不稳定期，这对理解发电机内部的能量输入和稳定机制提出了挑战。