2025年大学《地球物理学》专业题库- 极地与海底地球物理学研究

2025年大学《地球物理学》专业题库——极地与海底地球物理学研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内。）1.极地冰盖对地面重力测量产生的主要影响是？A.增加局部重力值B.降低局部重力值C.对重力值无影响D.引起重力值的周期性变化2.在深海进行地震反射profiling时，主要探测的对象是？A.海水层B.海底浅层沉积物界面C.海底基岩的完整形态D.大气圈层结构3.海底电磁法（OCEANbottomelectromagnetic,OBS）相对于陆地电磁法的主要优势在于？A.空间覆盖范围更大B.对高阻体的探测能力更强C.能直接测量电导率D.不受海水导电性的影响4.极地地区进行地震勘探时，使用冰钻（IceCoring）获取冰芯的主要目的是？A.直接获取冰下基岩样本B.研究冰盖内部结构和冰流速度C.探测冰下湖泊的存在D.获取精确的地质年代5.海底重力异常主要由以下哪一项引起？A.海水密度变化B.海底地形起伏C.海底沉积物厚度差异D.海水表面风应力6.浅层地震勘探中，用于探测浅层地质结构、划分地层层序和寻找浅层地下水的主要方法是？A.大地电磁测深（MT）B.海上可控源地震（CSEM）C.船舶单道地震（SOS）D.瞬时电阻率法（ITR）7.极区空间物理研究的主要内容包括？A.冰下地壳结构的探测B.极光现象的观测与理论解释C.海底火山喷发活动监测D.海平面上升速率的计算8.影响极地固体地球物理测线的布设和观测的主要因素是？A.全球定位系统（GPS）信号干扰B.厚重的冰盖覆盖C.恶劣的气候条件D.海底沉积物类型9.海底声学反演的主要目的是？A.精确测量声速剖面B.计算海底沉积层的声阻抗C.确定海底地形高程D.估算海水中溶解盐的含量10.海底大地测量技术在极地与海底地球物理研究中的应用主要体现在？A.精确测定冰盖质量变化B.监测海冰漂移速度C.高精度绘制海底地形图D.探测海底热液活动二、填空题（每空2分，共20分。请将正确答案填在题号后的横线上。）11.极地冰盖对地球重力场的贡献主要体现为______效应。12.海底沉积层的声阻抗是声速和______的乘积。13.海底电缆（SeabedCable）是进行海底______观测的重要工具。14.冻土的地球物理特性主要表现为高______和低______。15.海水对电磁波具有强烈的______效应，使得高频电磁波难以穿透较深的海水。16.冰下地形探测通常采用______或______等方法。17.极地地区地球物理观测的主要挑战之一是______的获取和校正。18.海底重力异常经过地形校正后得到的是______异常。19.海底浅层地震勘探中，常用______作为震源。20.全球变暖导致极地冰盖融化，进而引起______变化。三、简答题（每题5分，共30分。请简要回答下列问题。）21.简述极地冰盖对地震波传播的主要影响。22.简述大地电磁测深（MT）技术在海底地球物理研究中的应用优势。23.简述如何利用重力异常数据推断海底地壳结构的类型（如结晶基岩、沉积岩等）。24.简述极地冻土研究对地球物理学的意义。25.简述海洋声学在海底资源勘探（如油气）中的作用。26.简述卫星测高技术在极地与海底地球物理研究中的应用。四、计算题（每题10分，共30分。请列出必要的公式和计算步骤。）27.假设某区域海底重力异常值为20mGal，该区域对应的海底地形起伏为1000米。已知海水密度为1.025g/cm³，基岩密度为2.8g/cm³，求该区域的布格重力异常值（假设地壳平均密度为2.2g/cm³，地壳厚度均匀为35km，忽略上地幔密度变化）。28.某海底电磁观测点测得自然电位（NaturalPotential,ΔV）为10mV，供电电极距（A-B）为1000m，接收电极距（M-N）为100m，频率为1kHz。已知海水电导率σ=4S/m。请估算该频率下，该点上方海水的电导率（注意：仅作估算，无需复杂反演）。29.假设一艘科研船在距离海岸线200km的深海进行地震采集，使用空气枪作为震源，震源能量为5000ft³。船速为10knot，震源与检波器间距为2km。若记录到的某反射波旅行时为1.5s（从震源到界面再返回），请估算该反射界面的深度（假设地震波在海水中的速度为1500m/s，在海底沉积层中的速度为2000m/s，忽略海底基岩）。*提示：先计算反射界面的距离，再计算深度。*五、论述题（15分。请结合所学知识，深入阐述下列问题。）30.结合极地冰盖和全球气候变化的关系，论述地球物理观测技术在监测冰盖变化、预测海平面上升方面的重要作用和面临的挑战。试卷答案一、选择题1.B2.B3.C4.B5.B6.D7.B8.C9.B10.C二、填空题11.面积12.密度13.电磁14.电阻率；导热系数15.吸收16.雷达；地震17.地质年代18.大地19.爆炸震源；空气枪20.海平面三、简答题21.解析思路：冰盖具有巨大的质量和覆盖范围，会显著降低地表重力值（大面积质量负荷效应）。同时，冰盖底部与下伏基岩之间存在冰-岩界面，会反射和折射地震波，改变波的传播路径和强度，甚至产生复杂的多次波，影响对冰下地壳结构的成像。22.解析思路：MT技术利用天然电磁场，无需人工发射信号，对环境干扰小，特别适用于深海等难以进行人工源电磁测量的区域。其测量的是地壳及上地幔的电性结构，对于研究海底地壳厚度、岩石圈电性结构、油气勘探等有重要应用。船上部署的OBS系统可以实现长周期观测，获得高质量数据。23.解析思路：海底地形会对布格重力异常产生显著影响。通过利用地形数据（如卫星测高、声纳测深获取）对实测重力异常进行校正，可以消除或减弱地形起伏引起的虚假重力异常，从而更准确地反映地壳内部密度分布的差异。通常，高耸的海山会使其上方重力偏高，而海盆则会使其上方重力偏低。校正后的重力异常更能反映地壳下方物质组成的真实情况，有助于推断基岩、沉积盆地等地质单元。24.解析思路：极地冻土（永冻土）广泛分布，其物理性质（如电阻率、热导率）与冰、土壤、地下水等显著不同。地球物理方法（如电阻率法、地震法、电磁法）可以有效地探测冻土的边界、厚度、结构和分布，研究冻土的稳定性、融化和与气候变化的相互作用。这对于评估冻土区工程建设风险、研究碳循环、理解古气候环境具有重要意义。25.解析思路：海洋声学技术，特别是高分辨率声纳系统，可以探测海底地质构造、地层界面、圈闭构造等油气勘探所需的地质特征。通过分析反射波的能量、旅行时、波形等信息，可以绘制海底地层层序图，识别潜在的储集层、盖层和圈闭。此外，声学成像技术还能用于海底浅层结构探测，寻找天然气水合物等资源。26.解析思路：卫星测高通过精确测量卫星到海面的距离，可以得到全球范围的海面高程数据。海面高程与海洋重力场密切相关，可以用于绘制布格重力异常图，研究地壳密度分布和结构。同时，海面高程变化也直接反映了海洋潮汐、海流、热盐环流以及与大气相互作用的能量交换，是研究海平面上升、海冰变化、气候变化的重要数据源。在极地，卫星测高对于监测海冰边缘变化、极地海平面异常等尤为重要。四、计算题27.解析思路：计算步骤如下：*计算地形校正量Δg_topography。根据简化公式Δg≈0.308ρ_water*Δh=0.308*1.025g/cm³*1000cm*10⁻⁵g/cm·m²≈3.13mGal。*计算布格重力异常值g_grav=g_anom-Δg_topography=20mGal-3.13mGal≈16.87mGal。*（注：此为近似计算，未考虑地壳内部密度梯度和球冠校正。更精确计算需使用球冠公式。）28.解析思路：计算步骤如下：*利用似稳态场近似，电导率σ与自然电位ΔV、电极距A-B(L=1000m)和M-N(l=100m)的关系可近似为：σ≈(π*ΔV)/(μ*(L-l))，其中μ为磁导率（近似为真空磁导率4π×10⁻⁷H/m）。*代入数据计算：σ≈(π*10mV*10⁻³V)/(4π×10⁻⁷H/m*(1000m-100m))=(10*10⁻³)/(4×10⁻⁷*900)S/m≈2.78×10⁴S/m=27.8S/m。*（注：此为基于似稳态近似的理论估算值，实际反演需考虑频率依赖性、边界条件等因素。）29.解析思路：计算步骤如下：*计算反射界面距离R。由于地震波是从震源到界面再返回，总路径为2d=2*1.5s*1500m/s=4500m。因此，到界面的距离d=4500m/2=2250m。*计算反射界面深度h。在沉积层中，声速为V_s=2000m/s。反射界面深度h=d*sin(θ_s)，其中θ_s是入射角。假设近似垂直入射，sin(θ_s)≈1。则h≈2250m。*（注：此题简化了角度，实际深度计算需考虑入射角。若考虑Snell定律，需知道反射界面的斜率或入射角，否则无法直接计算垂直深度。按题意和常见简化处理，此处取h≈2250m。）*五、论述题30.解析思路：阐述要点应包括：*作用：地球物理观测技术（如卫星测高、卫星雷达高度计、GPS、冰雷达、地震、电磁等）能够精确测量冰盖质量变化（通过重力异常监测）、冰流速度（通过雷达、GPS、卫星干涉测量）、冰厚（通过冰雷达、卫星测高）、冰下地形（通过地震、雷达）、海冰动态（通过雷达、卫星）、海平面变化（通过卫星测高）等关键参数。这些数据是理解冰盖对气候变化的响应机制、预测未来海平面上升幅度和速率