2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理学与地质学交叉研究

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理学与地质学交叉研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简答题（每题8分，共40分）1.简述地震波在两种不同介质分界面处发生反射和折射的基本条件，并说明反射系数和折射系数主要与哪些因素有关。2.概述重力异常主要由哪些地质因素引起，并解释如何利用重力异常推断地壳密度结构或是否存在地下构造（如隐伏断层、盐丘等）。3.简述磁异常产生的主要原因，并说明区分天然磁异常和感应磁异常的意义以及常用的方法。4.在电法勘探中，电阻率测量的物理基础是什么？影响地面电阻率测量结果的因素有哪些？5.解释什么是放射性测井，并简述其主要用于解决哪些地球物理与地质学的交叉问题。二、分析题（每题15分，共60分）1.假设在一区域进行地震勘探，获得的地震剖面显示存在一个明显的同相轴绕射现象。请分析该绕射现象可能形成的地质构造类型，并阐述你将如何利用该绕射同相轴的信息来推断其下的地质结构特征（如深度、形态、与周围介质的关系等）。2.某地重力测量结果显示一个区域性高重力异常，同时在布格重力异常图上该区域也表现为正异常。请分析这种现象可能对应的几种主要地质构造模型（如地壳增厚、结晶基底的起伏、盐丘构造等），并说明利用重力资料进一步区分这些模型可能需要哪些补充信息或方法。3.在进行电法勘探时，如果探测深度范围内的地层岩性、含水量等发生变化，会如何影响测得的视电阻率值？请结合具体地质情况（如从干燥基岩到含水量丰富的松散沉积层，或从砂层到粘土层）分析视电阻率的变化趋势，并说明这种变化对于解决哪些地质问题（如地下水勘查、工程地基评价等）具有指示意义。4.地质学家怀疑某区域存在一条隐伏的断层，但地表缺乏明显的地形或地质结构迹象。请设计一个利用地球物理方法（可选多种方法组合）进行探测和验证的方案，并阐述你的设计思路、预期获得的地球物理信息以及如何将这些信息与地质问题联系起来进行解释。试卷答案一、简答题1.答案：地震波在分界面处发生反射和折射的条件是：入射波必须照射到分界面上。反射系数（R）和折射系数（A）主要与以下因素有关：①入射角（θi）；②两种介质中的波速（v1,v2），或者等效地，两种介质的密度（ρ1,ρ2）和波阻抗（Z1=ρ1v1,Z2=ρ2v2）。反射系数和折射系数的表达式分别为：R=(Z2cosθi-Z1cosθr)/(Z2cosθi+Z1cosθr)和A=2Z1cosθi/(Z2cosθi+Z1cosθr)，其中θr为折射角。当θi=0（垂直入射）时，R=(ρ2v2-ρ1v1)/(ρ2v2+ρ1v1)，A=2ρ1v1/(ρ2v2+ρ1v1)。解析思路：首要步骤是明确反射和折射发生的物理前提（波到达界面）。然后，根据波动理论，关键在于理解反射系数和折射系数与波速（或密度、波阻抗）以及入射角的关系。需要记住垂直入射时的简化公式，并理解波阻抗是联系密度和波速的关键参数。最后，清晰列出影响因素并给出相关公式。2.答案：重力异常主要由地壳密度不均匀引起。当地壳某区域的平均密度与周围介质（如上地幔）的平均密度不同时，就会产生相应的重力异常。利用重力异常推断地壳密度结构或存在地下构造的方法包括：①通过布格重力异常的起伏推断地壳密度分布不均和起伏，如高异常可能对应高密度体（如结晶基底、花岗岩体），低异常可能对应低密度体（如玄武岩、盐丘、沉积盆地）；②利用航磁异常结合重力异常综合解释，例如推断盐丘构造通常表现为航磁低异常和重力高异常；③通过密度测井资料建立地下密度模型，结合重力正演与反演技术，精细刻画地下结构。解析思路：核心是理解重力异常的成因（密度差异）。然后，列举主要的地质因素（地壳密度不均）。接着，关键在于阐述如何利用重力资料进行解释，包括基本原理（高密度对应高异常，低密度对应低异常）以及具体方法（布格异常解释、航磁重磁联合解释、正反演技术），并给出典型地质模型（如盐丘）的实例。3.答案：磁异常产生的主要原因包括：①地球本身具有磁场，岩石在地球磁场作用下被磁化，形成天然磁化；②岩浆在冷却过程中形成剩磁，受到当时地磁场方向影响；③矿物（如磁铁矿）的分布和含量。区分天然磁异常和感应磁异常的意义在于：感应磁异常与当前地磁场有关，通常衰减较快；而天然磁异常记录了岩石形成时的古地磁场信息，相对稳定且持续时间长。区分方法常用的有：①磁场方向分析（感应磁化主要平行于地表磁场）；②磁异常垂直梯度分量分析（感应磁化产生的异常通常在水平方向变化快）；③磁异常随时间变化观测（感应磁异常可能随主磁场变化而变化）；④结合地质背景和岩石磁学性质进行综合判断。解析思路：首先要列出磁异常的来源（地球磁场、岩浆剩磁、矿物分布）。其次，明确区分感应和天然磁异常的重要性（反映不同成因，稳定性不同）。然后，提供几种主要的区分方法，并简述其原理（如感应磁化方向性、梯度特征、时间稳定性、地质约束）。需要简洁明了地说明每种方法的核心依据。4.答案：电法勘探中电阻率测量的物理基础是利用岩石、矿石或土壤的电学性质（电阻率）来探测地下结构。当向地下供入电流时，不同电性特征的介质会产生不同的电位分布，通过测量地面的电位差，可以计算出地下的视电阻率。影响地面电阻率测量结果的因素主要有：①地下介质本身的电性（电阻率高低）；②地下结构的几何形态（如均匀体、接触界面的倾角、断层破碎带的宽度）；③测量装置的类型和参数（电极排列方式、电极距）；④地表条件（地形起伏、是否存在水系、覆盖层性质和厚度）；⑤环境因素（温度、湿度、风速、日照等，特别是地下水的存在和含量）。解析思路：首先解释电阻率测量的基本原理（电流通过介质产生电位差，电阻率是衡量介质导电能力的参数）。然后，系统列出影响测量结果的主要因素，可分为三大类：①内在因素（介质本身的电性、结构几何形态）；②测量因素（装置类型和参数）；③外部因素（地表条件、环境因素）。对于每一类因素，都要说明其如何影响最终的视电阻率值。5.答案：放射性测井是利用测量井孔中自然放射性元素（如钾、铀、钍）的放射性辐射强度来探测和划分地层、确定岩石性质的一种方法。它主要用于解决以下地球物理与地质学的交叉问题：①划分地层和识别岩性（不同岩性的放射性元素含量不同，如钾盐、火山岩、页岩放射性较高）；②评价储层（如判断碎屑岩中粘土含量，粘土含量高则伽马射线高，影响油气显示）；③寻找油气（利用伽马测井曲线与声波、电阻率等曲线综合解释，判断岩性、识别断层、划分储盖层）；④圈定含水层（地下水常使岩石裂隙中的放射性物质淋滤出来，导致伽马射线降低）；⑤寻找铀矿等放射性矿产。解析思路：首先定义放射性测井的基本概念（测量放射性辐射）。然后，说明其工作原理（基于不同岩石放射性元素含量差异）。最后，重点阐述其在解决地球物理与地质学交叉问题中的应用，覆盖地层划分、岩性识别、储层评价、油气勘探、含水层寻找、放射性矿产勘查等多个方面，并简要说明其应用原理。二、分析题1.答案：地震绕射同相轴通常对应于地下顶界面曲率半径较小的构造，最常见的是断层尖灭点、陡倾角断层的上盘、盐丘的顶部、火成岩体的顶部等。利用绕射同相轴信息推断地质结构的方法如下：①确定绕射点的位置和同相轴的曲率半径；②根据绕射点深度和曲率半径估算构造的埋深和形态（如断层的倾角和延伸长度、盐丘的形态）；③分析同相轴的连续性和与其他同相轴的关系，判断构造与周围地层的接触关系和空间展布；④结合区域地质资料和钻井信息，对推断结果进行验证和修正。解析思路：首先要识别绕射构造的典型类型（断层尖灭、陡倾断层上盘、盐丘顶等）。然后，关键在于阐述如何利用绕射几何学原理来提取地质信息，包括确定绕射点位置、估算埋深和形态（基于曲率半径）、分析构造与邻区的空间关系。强调结合其他资料进行综合解释和验证的重要性。2.答案：区域性高重力异常结合布格重力正异常，可能对应的几种主要地质构造模型包括：①地壳厚度显著增加或存在高密度基底（如结晶基底）抬升；②地幔密度异常增高（如上地幔柱或地幔热异常体）；③大范围分布的致密侵入岩体。区分这些模型的方法：①结合航磁资料：高密度基底通常表现为高磁异常，而地幔热异常体或上地幔柱可能引起磁异常的降低或负异常；②获取更高精度的重力数据（如航空重力、卫星重力），以获得更详细的异常形态和强度信息；③进行重力异常的解析延拓，研究异常源的空间分布范围和深度；④结合钻井、地震等深部探测资料进行综合解释。解析思路：首先要列出可能引起高重力异常的几种地质模型（地壳增厚/基底、地幔异常、侵入岩）。然后，关键在于提出区分这些模型的方法，重点强调地球物理方法之间的联合应用（重磁结合）。具体方法包括利用不同异常源引起的重磁响应差异（如基底与磁性的关系）、获取更高分辨率的重力数据、利用重力数据处理方法（解析延拓）获取深度信息，并最终强调综合多种探测手段的重要性。3.答案：地下介质岩性、含水量等变化对电法测量的视电阻率有显著影响。具体分析如下：①从干燥基岩到含水量丰富的松散沉积层：通常，基岩电阻率高，松散沉积层（尤其是含水量高时）电阻率低。因此，当探测深度从基岩进入松散层时，视电阻率会降低。这种视电阻率的降低对于地下水勘查和工程地基评价具有重要意义，低视电阻率区域可能对应富水区或工程不稳定的软土/淤泥层。②从砂层到粘土层：砂层通常电阻率较高（尤其是干燥或含水较少时），粘土层电阻率较低（因含水量高且导电性较好，或因孔隙被粘土矿物填充）。因此，当从砂层过渡到粘土层时，视电阻率会下降。这种变化对于区分不同岩性、评价储层物性、寻找含油砂层边缘（可能被泥岩遮挡）等地质问题具有指示意义。解析思路：核心是理解不同介质电学性质（电阻率）的差异及其影响因素（岩性、含水量）。然后，针对两种具体的介质变化（基岩-松散层、砂层-粘土层），分析视电阻率的变化趋势，并清晰解释其背后的原因（电阻率高低差异）。最后，将这种电阻率变化与具体的地质问题（地下水、工程地质、岩性识别、油气勘探）联系起来，说明其应用价值。4.答案：探测和验证隐伏断层的地球物理方案设计如下：①方法选择：首选方法是地震勘探（特别是高分辨率地震勘探），如可控源连续剖面（CSP）或宽线地震（WLS），以获取高分辨率图像，有效分辨浅部构造。备选或辅助方法包括电法（电阻率成像或测深），利用断层引起的电性断错；磁法，利用断层两侧岩性磁性差异或破碎带的磁化异常；重力法，利用断层引起的密度异常（如破碎带、构造应力影响）。可以考虑多种方法组合（如重、磁、电联合）以提高探测效果。②方案设计：在怀疑存在断层的区域布设地震测线，注意覆盖密度和分辨率要求。同时布设电法测线或进行电法测深，获取地表及浅部电性结构信息。根据需要可进行磁测或重力测量。③信息获取与解释：获取地震剖面、电法数据、磁异常图、重力异常图等。重点分析地震剖面上是否存在断层反射、绕射、同相轴断错、反射连续性中断等现象。分析电法数据