2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球表层构造与地下岩石圈

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球表层构造与地下岩石圈考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题3分，共15分）1.板块构造2.正断层3.莫霍面4.地震波5.地球物理反演二、简答题（每题5分，共20分）1.简述褶皱的基本类型及其形成机制。2.简述地震波在两种不同介质分界面上的反射和折射规律。3.重力异常主要受哪些地质因素影响？4.解释什么是地应力场及其在构造地质学研究中的作用。三、论述题（每题10分，共30分）1.试述板块构造理论的主要内容及其对地球表层构造形成与演化的解释力。2.如何利用地震勘探方法探测地下岩石圈结构？简述其主要原理和步骤。3.结合你所学的地球物理知识，论述如何区分不同类型的断裂构造。四、计算题（每题10分，共20分）1.在一个均匀介质中，P波速度为6km/s，S波速度为3.5km/s。已知在该介质中观测到P波走时为2秒，求震源与观测点之间的距离。2.某区域重力异常值为+50mGal，假设该异常主要由地壳密度变化引起，地壳平均密度为2.8g/cm³，上地幔密度为3.3g/cm³，莫霍面附近密度过渡带厚度为10km。若忽略地形和自由空气改正，估算该区域地壳厚度。试卷答案一、名词解释1.板块构造：地球岩石圈并非整体，而是由若干个巨大的、刚性的板块构成，这些板块漂浮在塑性较强的软流圈之上，并以各种方式相互运动（碰撞、张裂、错动），其运动控制着地球的地质作用，如地震、火山活动、造山运动和大陆漂移等。2.正断层：断层两盘沿断层面作相对垂直（或近垂直）错动的断裂构造。上盘下降，下盘上升。3.莫霍面：地球内部地震波速度发生显著变化的界面，即地壳与上地幔之间的分界面。通常用P波速度在地下约33公里处突然增加来定义。4.地震波：地震发生时，震源释放的能量以弹性波的形式向四周传播，这些波称为地震波。主要包括纵波（P波）和横波（S波），此外还有面波（Love波和Rayleigh波）。5.地球物理反演：在已知地球物理场（如重力场、磁场、电场、地震波场等）观测数据以及地球介质某种物理性质（如密度、波速、磁化率、电导率）分布具有某种先验信息或模型约束的条件下，通过数学方法推断地下介质物理性质的空间分布的过程。二、简答题1.褶皱的基本类型及其形成机制：*背斜：褶皱岩层向上拱起，核心岩层较新，两翼岩层较老。形成机制主要是地壳受到水平方向的compressional（挤压）应力作用，岩层发生弯曲变形。*向斜：褶皱岩层向下凹陷，核心岩层较老，两翼岩层较新。形成机制与背斜相同，也是地壳受到水平方向的compressional（挤压）应力作用，岩层发生弯曲变形。*倾伏褶皱：褶皱的一翼或两翼的延伸方向发生弯曲，末端伏于地下。*平卧褶皱：褶皱的枢纽（轴面）近乎水平，两翼也近于水平。*形成机制共性：主要由地壳中的水平compressional（挤压）应力引起，使岩层发生弯曲变形，但具体形态还受岩层性质、受力方向、受力历史等因素影响。2.地震波在两种不同介质分界面上的反射和折射规律：*反射定律：入射波、反射波和法线在同一平面内；入射角等于反射角（αᵢ=αᵣ）。*折射定律（斯涅尔定律）：折射波、入射波和法线在同一平面内；入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质中波速之比（sinαᵢ/sinαᵣ=v₁/v₂）。*波型转换：当纵波（P波）从波速较高的介质入射到波速较低的介质时，除了产生纵波反射和折射外，还会产生横波（S波）。反之，当横波从波速较低的介质入射到波速较高的介质时，除了产生横波反射和折射外，还会产生纵波。纵波无法在波速更低的介质中传播。3.重力异常主要受哪些地质因素影响？*地形起伏：山地重力值偏高，盆地重力值偏低。这是由自由空气改正和布格改正反映的。*地壳密度变化：地壳厚度不均、岩性不同（如基岩与沉积岩密度差异）会导致重力异常。*上地幔密度变化：上地幔内密度不均匀体（如岩浆房、密度异常体）会引起重力异常。*地幔物质密度变化：如地幔对流、密度异常体等。*地下含水情况：地下空洞或富含水的地层密度较低，会形成负异常。4.解释什么是地应力场及其在构造地质学研究中的作用：*地应力场：地球内部某一点受力状态的综合描述，包括大小、方向和作用面。它是指单位面积上所承受的应力，是引起岩石变形和破坏的驱动力，存在于整个地球内部，但地壳应力场是构造地质学研究的主要对象。*作用：*驱动构造变形：地应力是导致岩石变形（从弹性变形到塑性变形）乃至断裂、褶皱等构造形迹形成和发展的根本原因。*控制断裂活动：断裂的力学性质（正断层、逆断层、平移断层）及其活动性（发震性）与局部应力场的方向和强度密切相关。*预测地质灾害：通过研究地应力场有助于预测地震发生、滑坡、岩爆等地质灾害。*理解盆地形成与演化：盆地形成和充填过程与区域应力场演化紧密相连。三、论述题1.试述板块构造理论的主要内容及其对地球表层构造形成与演化的解释力：*主要内容：*地球岩石圈由若干巨大的、相对刚性的板块拼合而成。*板块漂浮在塑性较强的软流圈之上，并相互运动。*板块运动以俯冲、碰撞、张裂和错动等方式发生在主要边界（转换断层为纯粹错动）。*板块运动是地球内能（如放射性元素衰变）驱动，并受到地球自转和潮汐力等影响。*解释力：*全球构造统一性：合理解释了大陆漂移、海洋扩张等现象，将全球地质现象联系起来。*主要构造地貌单元的形成：成功解释了造山带（碰撞）、洋中脊（张裂）、海沟（俯冲）、岛弧、大陆裂谷、转换断层等全球性构造地貌的成因和分布。*地球动力学：为理解板块运动、地幔对流、地震和火山活动等地球深部过程提供了框架。*矿产资源与能源：板块构造控制了成矿带（如造山带、俯冲带）和油气聚集区（如被动大陆边缘、裂谷）的形成。*地震分布：全球地震带与板块边界密切相关，理论能很好地解释地震的分布规律。*生物演化：大陆漂移和海陆变迁影响了全球气候和生物的演化。2.如何利用地震勘探方法探测地下岩石圈结构？简述其主要原理和步骤：*主要原理：*利用人工激发的地震波（通常由炸药或振动源产生）在地下传播，当遇到不同物理性质（主要是波速）的介质界面时，会发生反射和折射。*通过在地面或海底布置检波器接收这些反射波和折射波，记录下波的旅行时间（从震源到接收点的总时间）。*根据地震波在不同介质中传播的速度，结合记录到的旅行时，可以推断地下介质分界面的深度和性质。*通过分析大量道的数据，绘制地震剖面图，展示地下地质结构和构造。*主要步骤：*野外数据采集：设计测线，布置震源和检波器，进行地震波的激发和接收。常用的方法有陆地地震反射法（LandSE）、海洋地震反射法（OceanSE）、陆地地震折射法（LandRefraction）、海洋地震折射法（OceanRefraction）和地震层析成像（SeismicTomography）等。*数据处理：对采集到的原始地震数据进行一系列处理，如去噪、叠加、偏移、速度分析等，以增强信号、提高分辨率，并将零散的数据整理成连续的地震剖面。*资料解释：分析处理后的地震剖面，识别反射界面、折射界面，结合地表地质信息、测井资料等，推断地下不同层位的深度、厚度、界面形态，以及岩石圈的速度结构、不均匀性等。*建立模型：根据解释结果，建立地下结构的模型，并可能进行进一步的数值模拟或反演，以更精确地刻画地下岩石圈结构。3.结合你所学的地球物理知识，论述如何区分不同类型的断裂构造：*正断层（NormalFault）：*运动学特征：上盘相对下盘沿断层面发生下降运动。通常由区域性的伸展应力（张力）引起。*地球物理标志：*地震反射/折射：在地震剖面上，正断层通常表现为上盘（较新地层）相对下盘（较老地层）向下错断的反射界面。反射波同相轴在断层处出现断点或位移。*重磁异常：断裂带通常存在岩性、岩相变化，可能导致局部密度、磁化率异常。大型正断层可能引起两侧重力异常的差异。*大地电磁测深（MT）：正断层带可能存在低阻或高阻通道，具体取决于断层带的充填物和围岩性质。*逆断层（ReverseFault）/冲断层（ThrustFault）：*运动学特征：上盘相对下盘沿断层面发生上升运动。通常由区域性的挤压应力引起。当断层面倾角较陡时称为逆断层，当断层面倾角非常缓（近于水平）时称为冲断层。*地球物理标志：*地震反射/折射：逆断层/冲断层在地震剖面上表现为上盘（较老地层）相对下盘（较新地层）向上错断的反射界面。同相轴断点指示断层位置。冲断层常形成叠置断块构造。*重磁异常：与正断层类似，岩性变化引起密度、磁化率异常。大型逆冲带常与山脉构造相伴生，有特定的重磁响应特征。*MT：断裂带可能显示高阻或低阻特征，取决于断层带性质。*平移断层（Strike-SlipFault）：*运动学特征：断裂两盘沿断层面发生水平错动。根据运动方向分为左旋（Sinistral）和右旋（Dextral）。通常由剪切应力引起。*地球物理标志：*地震反射/折射：平移断层在地震剖面上表现为反射层（或折射界面）沿走向发生水平位移，但上下盘地层顺序保持不变。断层带本身可能不直接产生强反射，但会引起两侧地层反射特征的差异。转换波（S-wave）是识别平移断层的有效手段。*重磁异常：断裂带本身