2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理学对地球内部构造与演化的探究

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理学对地球内部构造与演化的探究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在题后的括号内。每小题2分，共20分）1.在地球内部传播的地震波中，以下哪种波能够穿过固态、液态和气态介质？A.P波B.S波C.横波D.畸变波2.地震波速度发生变化的主要原因是：A.介质密度变化B.介质成分变化C.应力状态变化D.以上都是3.地球莫霍界面的主要特征是：A.地震波速度发生显著变化，S波消失B.地震波速度发生显著变化，P波速度突然下降C.地球内部液态与固态介质的分界面D.地壳与地幔之间的化学成分分界面4.根据地震波速随深度变化的信息，可以推断：A.地球内部的不同圈层的物质组成和物理状态B.地球表面地形地貌的形成过程C.地球板块的运动方向和速度D.地球内部是否存在矿产资源5.地球重力异常主要由以下哪个因素引起？A.地球自转B.地球内部密度分布不均C.地球磁场作用D.海洋与陆地的分布6.重力高异常通常与以下哪种地质构造相关？A.海沟B.裂谷C.向斜构造D.造山带7.地球磁场的主要来源被认为是：A.地核的液态外核对流运动B.地球内部的放射性元素衰变C.太阳风与地球大气层的相互作用D.地球自转产生的离心力8.古地磁学研究表明，地球磁极发生过多次：A.倾角变化B.磁性反转C.磁场强度减弱D.以上都是9.大地测量学中，GPS技术主要用于测量：A.地球表面点的绝对地理位置B.地球内部物质密度分布C.地球自转速度变化D.地球磁场强度10.板块构造理论的主要地球物理依据包括：A.地震活动分布B.构造地貌特征C.古地磁学记录D.以上都是二、填空题（请将正确答案填在横线上。每空2分，共20分）1.地震波根据质点振动方向与波传播方向的关系，可分为______波和______波。2.地震波从震源到接收点的传播路径称为______，走时曲线是研究地球内部结构的重要依据。3.重力异常是相对于______重力而言的地球实际重力与理论重力之差。4.地球内部结构可分为地壳、______和______三个主要圈层。5.地磁极性反转的记录主要保存在______和______中。6.利用大地测量技术监测地壳形变，对于研究______和______具有重要意义。7.地震层析成像技术通过分析地震波______的差异，来推断地球内部的______分布。三、名词解释（请给出下列名词的definição。每题3分，共15分）1.地震波走时2.地震层析成像3.重力异常4.古地磁极性5.板块边界四、简答题（请简要回答下列问题。每题5分，共20分）1.简述P波和S波在传播特性上的主要区别。2.解释为什么地震波不能穿过液态的外核。3.简述利用重力数据推断地壳密度变化的基本思路。4.古地磁学记录对于理解地球板块运动有何意义？五、计算题（请列出计算步骤并给出最终答案。每题10分，共20分）1.已知地震波P波的传播速度为8km/s，从震源到测点的走时为5s。求震源到测点的距离。2.某地测得自由空气异常为+10mGal，布格异常为+5mGal。假设该地区平均地壳密度为2.8g/cm³，地幔密度为3.3g/cm³，地球平均半径为6371km。请估算该地区地壳的厚度。（提示：可简化计算，忽略地形起伏和密度随深度的变化，g取9.8m/s²）六、论述题（请结合所学知识，全面阐述下列问题。共25分）结合地震学、重力学和磁学证据，论述地球内部的主要结构层（地壳、地幔、地核）的划分依据及其物理性质特征。试卷答案一、选择题1.A2.D3.A4.A5.B6.D7.A8.B9.A10.D二、填空题1.横；纵2.路径；走时曲线3.理论4.地幔；地核5.矿物；沉积岩6.地震活动；地质构造7.速度；密度三、名词解释1.地震波走时：指地震波从震源出发到达观测点的传播时间。2.地震层析成像：利用地震波在不同介质中传播速度的差异，通过观测和反演技术成像地球内部结构的一种方法。3.重力异常：地球实际重力与该点所处纬度下的理论重力之差。4.古地磁极性：古地磁学中，岩石在形成时记录的地球磁场方向，指示的北磁极位置可能与当时地理北极不符。5.板块边界：地球岩石圈板块与板块相互接触、相互作用的地带。四、简答题1.P波（纵波）质点振动方向与波传播方向一致，可以在固态、液态和气态中传播，速度较快。S波（横波）质点振动方向垂直于波传播方向，只能在固态中传播，速度较慢。2.根据地震学原理，S波不能在液态介质中传播。地震观测发现，P波可以通过外核，但S波无法通过外核，只在内核表面发生反射和折射。这表明外核是液态的。3.通过测量该地区的布格重力异常（消除地形、地壳厚度等因素影响后的重力异常），可以更准确地反映地幔密度分布的变化。布格异常较大的区域通常对应着地幔密度相对较高的地方。4.古地磁学记录了地球磁极在地质历史时期的位置变化，形成了磁极漂移曲线和极性时表。这些记录与板块构造理论吻合，为板块运动提供了强有力的证据，帮助科学家推断板块在过去的移动路径和速度。五、计算题1.距离=速度×时间=8km/s×5s=40km2.设地壳厚度为H。地壳上方地表（海平面）理论重力值（g_0）可近似计算为：g_0≈G*M_earth/(R-Earth)²-G*M_earth/R²≈G*M_earth*[R²-(R-H)²]/R²*(R-Earth)²/R²≈2*G*M_earth*H/R³≈2*9.8m/s²*(6371*10³m)³/(6371*10³m)²*5.97*10²⁴kg*H≈9.8m/s²*6371*10³m*H≈62.3*10⁶m*H（注：此处简化计算，g_0与H成正比）布格异常（Δg_B）主要反映地壳和上地幔顶部密度变化引起的重力效应：Δg_B≈G*(ρ_mantle-ρ_crust)*H/R²5mGal=5*10⁻⁵m/s²5*10⁻⁵=6.67*10⁻¹¹*(3.3*10³-2.8*10³)*H/(6371*10³)²5*10⁻⁵=6.67*10⁻¹¹*0.5*10³*H/(4.06*10¹¹)5*10⁻⁵=1.67*10⁻¹⁰*HH=5*10⁻⁵/1.67*10⁻¹⁰≈29.9*10³m≈30km六、论述题地球内部结构主要依据地震波（P波和S波）的传播速度、路径和强度变化来划分。地震学证据表明：1.P波和S波在地球内部传播速度发生显著变化，存在多个波速界面。莫霍界面（Moho）是P波速度突然增加、S波出现的界面，标志着地壳与地幔的分界。古登堡界面（Gutenberg）是P波速度急剧下降、S波完全消失的界面，标志着地幔与地核的分界。外核对S波不透明，表明其处于液态。2.地震波走时随深度变化的数据，通过地震层析成像等反演技术，构建了地球内部的速度结构模型，揭示了地壳、地幔（包括地幔上部、过渡带、下地幔）、外核和内核等不同圈层的存在及其大致范围。3.地震震源机制解和全球地震分布图显示了主要的构造活动带，如板块边界，这些区域地震活动密集，与地球的整体构造格局相吻合。重力学证据补充了地震学信息：1.通过计算自由空气异常和布格异常，可以估算地壳的厚度和密度结构。重力高通常与地壳增厚或密度较高的岩浆活动有关，重力低则可能与地壳减薄、密度较低的岩石圈地幔或裂谷有关。2.卫星重力学技术提供了更全球、更高精度的地球重力场数据，有助于精细刻画地幔密度分布、地壳厚度、冰川负荷变化、地下水分布等，为理解地球内部物质分布和地表过程提供了重要约束。磁学证据提供了地球内部结构和演化的历史信息：1.古地磁学研究揭示了沉积岩和变质岩中记录的地球磁场方向随时间的变化，发现了地磁极性反转的现象，并建立了极性时表。这些记录与板块构造模型相结合，为确定板块的古地理位置和地球板块运动历史提