2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理学在地下管道检测中的应用

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理学在地下管道检测中的应用考试时间：______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后的括号内）1.在使用电阻率法探测地下金属管道时，如果管道周围土壤的电阻率远高于管道本身，那么管道产生的异常在测线上表现为（）。A.高阻异常B.低阻异常C.电磁异常D.声学异常2.地下管道泄漏会导致其周围土壤的（）发生显著变化。A.密度B.磁化率C.电阻率D.介电常数3.电磁法（EM法）探测地下管道的主要原理是利用管道自身或外加电流产生的（）来探测目标。A.重力异常B.磁异常C.电磁感应场D.声波传播4.对于非铁磁性材质的地下管道，使用磁法进行直接探测通常（）。A.效果很好B.效果较差C.完全无效D.需要特殊装置5.地下管道的埋深通常与其上覆土壤的（）有关。A.电导率B.磁导率C.密度D.以上都是6.在进行地下管道的地震波探测时，如果管道与周围介质波速差异很大，则在管道边界处会产生明显的（）。A.驻波B.反射波和折射波C.穿射波D.滞后波7.地面穿透雷达（GPR）探测地下管道的主要优势在于（）。A.对金属管道探测灵敏度高B.数据采集效率高，非侵入性强C.能提供准确的管道材质信息D.成本极低8.当地下管道破损泄漏，水进入管道周围时，通常会形成（）。A.高阻异常区B.低阻异常区C.高磁异常区D.低磁异常区9.地球物理方法在地下管道检测中面临的主要挑战之一是（）。A.地下环境复杂多样B.管道通常埋藏很深C.管道材质均为金属D.仪器设备过于昂贵10.选择地球物理探测方法时，需要综合考虑的因素包括（）。A.探测目标（定位、埋深、材质、缺陷等）B.场地条件（土壤类型、地下水位、干扰源等）C.经济成本和技术可行性D.以上所有因素二、填空题（每空1分，共15分。请将正确答案填在题后的横线上）1.电阻率法利用不同地质体导电性的差异来探测地下目标，其基本装置形式包括温纳装置、斯伦贝谢装置和__________装置。2.电磁法根据供电方式可分为频率域电磁法（FEM）和__________电磁法（TDEM）。3.地下管道的声波反射法利用声波在管道与周围介质界面上的__________来探测管道。4.地下金属管道产生电磁感应场的条件是存在__________和导电体。5.进行地球物理勘探前，进行详细的__________是必不可少的一步。6.地下管道的定位是指确定管道在地面上的投影位置，通常使用__________坐标系统。7.地下管道的埋深测定可以通过分析测线上异常的__________、幅度等信息来实现。8.地球物理数据处理包括数据预处理（如滤波、基线校正）和__________（如反演）。9.地下水的存在通常会降低土壤的__________。10.地球物理方法在地下管道检测中存在多解性问题，需要结合__________进行综合解译。三、简答题（每题5分，共20分。请简洁明了地回答下列问题）1.简述电阻率法探测地下金属管道的基本原理。2.简述选择地球物理方法探测地下非金属管道时需要考虑的主要因素。3.简述地下管道泄漏检测中，电阻率法可能观测到的异常特征。4.简述地震波法探测地下管道时，如何判断反射波是来自管道顶部还是底部。四、计算题（每题7分，共14分。请列出必要的公式和计算步骤）1.某电阻率测量中，采用温纳装置，AB=10m，MN=5m，测得视电阻率ρ₁=100Ω·m。若将AB电极距改为20m，MN电极距改为10m，测得视电阻率ρ₂=150Ω·m。假设地下介质均匀，试计算管道的埋深h。2.假设地下存在一条水平无限延伸的金属管道，其电阻率ρ_pipe=1.0×10⁻⁶Ω·m，埋深为2m。管道上方土壤电阻率ρ_soil=10Ω·m。使用频率域电磁法进行探测，测得管道轴线正上方地表处的横向磁场分量为100nT（纳特斯拉）。请简述计算该横向磁场分量的基本思路（无需具体计算），并说明影响该磁场分量的主要因素。五、论述题（12分。请结合实际，阐述选择合适的地球物理方法探测城市建成区地下复杂环境中的未知金属管道时应考虑的关键因素及其理由。）试卷答案一、选择题1.B2.C3.C4.B5.D6.B7.B8.B9.A10.D二、填空题1.偶极-偶极2.时域3.反射4.交变磁场5.踏勘6.地理7.位置（或形态）8.反演9.电阻率10.工程地质资料（或其他物探方法结果）三、简答题1.电阻率法探测金属管道原理：利用金属管道与周围土壤（通常电性不同）的电阻率差异。当向地下供入电流时，金属管道（良导体）周围会产生较强的电流聚集，导致其附近测点的电位变化显著，形成低阻异常或高阻异常（取决于装置和介质对比度）。通过测量地表电位分布，识别异常，从而定位管道。2.选择方法探测非金属管道考虑因素：①管道材质及其电性、声学特性；②管道与周围介质（土壤、岩石、水）的物理性质对比度；③探测目标（定位、埋深、完整性、泄漏等）；④场地条件（土壤类型、湿度、电磁干扰、植被覆盖）；⑤经济成本与工期要求；⑥数据解释的可靠性及对后续工程（如开挖验证）的指导性。3.泄漏检测中电阻率法异常特征：管道泄漏导致水进入管道周围，形成含水量较高的区域。由于水的电阻率远低于大多数土壤和管道材质，这会使得管道周边一定范围内的土壤电阻率显著降低，表现为测线上出现明显的低阻异常带，其范围和形状可能与管道走向相对应。4.地震波法判断反射波来源：通过分析反射波到达的时间（旅行时）和波形。来自管道顶部的反射波通常先到达，因为波需要向下传播到管道界面再反射回地表。来自管道底部的反射波到达时间会稍晚。此外，管道顶部的反射波通常能量更强，波形更清晰。结合管道的埋深和波在介质中的传播速度，可以区分反射来源。四、计算题1.解：基本公式：ρ<0xE2><0x82><0x97>=(4π/AB²)*K*MN/AB*ρ₀K值与电极距关系：当AB=10m,MN=5m时，K₁≈0.7405当AB=20m,MN=10m时，K₂≈0.8253代入ρ₁=100Ω·m,ρ₂=150Ω·m,ρ₀为待求管道电阻率：100=(4π/100²)*0.7405*5/10*ρ₀150=(4π/400²)*0.8253*10/20*ρ₀100=0.009407π*ρ₀150=0.016506π*ρ₀解得ρ₀≈106.6Ω·m(近似)假设管道与土壤的电阻率差异导致AB/2处视电阻率ρ_ab/2=(ρ₀*K₂)/(K₁*2)=(106.6*0.8253)/(0.7405*2)≈59.6Ω·m(近似)计算埋深h：ρ_ab/2=(4π/AB²)*K*MN/AB*ρ_soil59.6=(4π/100²)*K*5/10*1059.6=0.062832π*KK≈29.9/π≈9.51查表或计算得，当MN/AB=0.5时，对应的K值约为9.51对应的角度θ约等于60°。h≈(MN/2)*tan(θ/2)=(5/2)*tan(30°)=2.5*(√3/3)≈1.44m（注：实际计算中K值取值和最终结果可能因精度不同略有差异，此处为示例过程）2.解：计算思路：基本思路是利用电磁感应定律，计算无限长直导线（模型简化）在邻近地表产生的磁场。需要知道导线电流密度（与供电方式、导线电阻有关）、导线与地表距离、导线与土壤的磁导率差异等。对于频率域，计算的是感生磁场；对于时域，计算的是由时域电磁响应积分公式得出。具体计算涉及复数阻抗、积分运算等。影响因素：①管道电阻率ρ_pipe：ρ_pipe越低（越导电），感应电流越大，产生的磁场越强；②管道埋深h：h越小，地表离管道越近，磁场越强；③土壤电阻率ρ_soil：ρ_soil与ρ_pipe的对比度影响感应电流分布，对比度越大，异常越明显；④电磁场频率f（频率域）或脉冲宽度（时域）：频率越低或脉冲越宽，感应电流穿透深度越大，对较深管道的响应越强；⑤地磁背景场：可能对测量造成干扰；⑥仪器系统参数：发射功率、线圈几何尺寸等。五、论述题选择合适方法探测城市建成区地下复杂环境中的未知金属管道，需综合考虑：首先，城市建成区地下环境极其复杂，存在建筑物基础、其他管线（给排水、燃气、电力通信等）、地下构筑物、高背景噪声（电磁干扰、振动等）以及不均匀的土壤介质。因此，方法的抗干扰能力是首要考虑因素，电磁法（尤其是感应法）因其对电性差异敏感且相对不受磁干扰影响，常被优先考虑，特别是对于探测金属管道。其次，需要明确探测目标，是仅定位还是同时测定埋深、管径或材质？不同目标对方法的要求不同，例如地震法定位精度可能受浅层干扰影响，但能提供埋深信息。第三，成本效益是关键，需要平衡探测效果与投入资源。GPR方法灵活快速，适用于局部探测和验证，但穿透深度和分辨率受土壤条件限制。第四，管道的埋深和材质也是重要因素，浅层、小口径或非金属管道可能需