2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球物理技术在地下水资源勘探中的应用

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球物理技术在地下水资源勘探中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的代表字母填入括号内）1.在地下水位以下的饱和多孔介质中，含水层的电阻率通常比周围相对干燥的岩石电阻率（）。A.更高B.更低C.相同D.不确定，取决于岩性2.利用电阻率法探测地下水时，如果目标含水层位于两个高阻岩层之间，形成的异常通常是（）。A.高阻异常B.低阻异常C.等值异常D.无异常3.地震波在介质中传播时，速度主要取决于介质的（）。A.密度B.孔隙度C.岩石类型D.以上都是4.地震反射法在地下水勘探中主要利用的是（）。A.地下水引起的电阻率差异B.介质密度和声波速度的差异C.介质的磁性差异D.地下水引起的重力异常5.电磁法探测地下水主要利用的是（）。A.介质的电阻率差异B.介质的密度差异C.介质的声波速度差异D.介质的磁性差异6.重力法在地下水勘探中主要探测的是（）。A.介质的电阻率差异B.介质的密度差异C.介质的声波速度差异D.地下水引起的磁性变化7.磁法在地下水勘探中的应用相对较少，主要是因为（）。A.地下水对磁场的影响微弱B.磁法仪器成本高、操作复杂C.地下结构对磁场干扰大D.磁法受地形起伏影响严重8.地球物理勘探方法的选择，首要考虑的是（）。A.勘探区的经济条件B.勘探工作的环境要求C.可利用的仪器设备D.目标含水层的物理性质差异9.地球物理测井的主要目的是（）。A.获取地表的地球物理场信息B.获取地下深处岩层的物理性质信息C.直接获取地下水量D.进行地震波的激发和接收10.地下水勘探中，井中电阻率测井主要用于（）。A.探测地表地质结构B.测定地表温度分布C.确定井壁附近含水层的电阻率及其变化D.直接测量地下水流速二、填空题（请将答案填写在横线上）11.地球物理勘探方法在地下水资源勘探中，主要是通过探测目标含水层与周围介质在物理性质上的__________来实现找水。12.电阻率法中，当电流从供电电极流入，从测量电极流出时，如果测量电极置于含水层中心，则电位最高，这种现象称为__________。13.地震勘探中，震源用于产生__________，检波器用于接收__________。14.电磁法中，感应电压的大小与介质的__________有关。15.重力勘探中，当地下存在密度较大的含水层时，在地表会产生__________。16.地球物理勘探资料的解译，主要包括定性解释和__________解释两个基本方面。17.选择地球物理方法时，必须考虑方法的__________、__________和__________。18.为了提高电阻率法的勘探效果，常常需要采用__________装置或__________装置。19.地震波在穿过不同介质分界面时，会发生__________和__________现象。20.解释地球物理勘探结果时，必须结合区域地质资料、水文地质资料和工程地质资料进行综合分析，这是一个__________的过程。三、简答题21.简述电阻率法的基本原理及其在地下水探测中的主要应用方式。22.与电阻率法相比，简述地震反射法在探测深部含水层方面的优势。23.简述选择地球物理方法进行地下水勘探时需要考虑的主要因素。24.简述井中地球物理测井在地下水勘探中的作用。25.为什么在解释地球物理勘探结果时，必须进行综合分析？四、计算题26.某电阻率测量中，采用温纳装置，电极距AB=10m，MN=2m，M、N位于AB的中点。若测量得到AMN=100欧姆，BMN=120欧姆。已知仪器常数K=2，试计算地下介质（假设为均匀介质）的视电阻率ρs。27.假设一水平层状模型，上层为高阻干燥岩石（ρ1=500Ω·m，厚度h1=10m），下层为低阻含水层（ρ2=50Ω·m，厚度h2=20m），顶部为地表。在地表进行电测深测量，计算第一电层（ρ1）和第二电层（ρ1+ρ2）的视电阻率ρs1和ρs2的比值。五、论述题28.试论述地球物理方法在干旱半干旱地区寻找地下水中的独特作用和面临的挑战。29.针对一个假设的勘探区，该区地表被第四系覆盖，下伏基岩为裂隙含水岩层，试论述你可以选择哪些地球物理方法进行勘探，并简述选择理由和预期效果。试卷答案一、选择题1.B解析：水中溶解盐类离子使水导电性增强，含水层导电性优于周围相对干燥的岩石。2.B解析：高阻岩层将低阻含水层包围，电流倾向于流经低阻路径，导致测量点电位降低，形成低阻异常。3.D解析：地震波速度受介质弹性和密度影响，而弹性和密度又与岩石类型、孔隙度、流体性质等密切相关。4.B解析：地震波（特别是P波）在介质性质差异处发生反射，含水层与围岩在密度和声波速度上通常存在差异，形成反射波，用于探测界面。5.A解析：电磁法通过发射电磁场，探测地下介质对电磁场的感应和响应，主要反映的是介质的导电性（电阻率）差异。6.B解析：重力法基于万有引力定律，探测地下介质密度异常，密度较大的含水层（通常含水量高）会引起局部重力异常。7.A解析：地球本身的磁场相对稳定，地下水对地球磁场的影响非常微弱，因此磁法难以直接用于探测地下水。8.D解析：地球物理方法的选择首要依据是目标（含水层）与周围环境在物理性质（如电阻率、密度、速度）上存在的显著差异。9.B解析：测井通过在钻孔中测量岩石和流体物理参数，提供地下深处连续的物理性质剖面信息。10.C解析：井中电阻率测井直接测量井壁附近一一定厚度的岩层（含水层）的电阻率，反映含水层本身及其上部直接围岩的性质。二、填空题11.差异解析：地球物理方法的基础是利用目标体（含水层）与周围环境在基本物理性质（如导电性、密度、磁性、弹性等）上的不同来识别目标体。12.极大值（或正异常中心）解析：在点源供电的电阻率测深中，电流线呈辐射状，电位在电流流入端（供电电极附近）最高，流出端（测量电极附近）最低，在圆心处达到极大值。13.地震波（或压缩波）；地震波（或压缩波）解析：地震勘探系统包括震源（产生能量）、传播介质（地震波在其中传播）和检波器（接收传播过来的地震波信号）。14.电阻率（或导电率）解析：电磁感应的强弱与介质的导电能力（电阻率的倒数）成正比。15.重力高值（或重力正异常）解析：密度较大的含水层比周围岩石密度大，根据万有引力定律，会引起该区域的重力值相对升高。16.定量解析：定性解释关注异常的形态、分布、规律及其可能的地质含义；定量解释则试图估算异常体的大小、形状、位置等参数。17.适用性；有效性；经济性解析：方法适用性指方法能否有效探测目标；有效性指方法在预期条件下的探测效果；经济性指方法的成本效益。18.三极（或温纳）；四极（或斯伦贝谢）解析：为了消除接地电阻的影响，提高测量精度，常采用三极装置（如温纳）或四极装置（如斯伦贝谢）。19.反射；折射解析：当地震波从一种介质入射到另一种介质界面时，部分能量被反射回原介质，部分能量被折射进入另一种介质。20.系统解析：地下水勘探解释不是孤立地看待地球物理数据，而是将其置于整个地质背景（区域、水文、工程等）中，进行系统性的综合分析判断。三、简答题21.电阻率法的基本原理是利用地下不同岩、土层导电性的差异来探测地下结构。当向地下供入直流或低频交流电时，电流在地下介质中流动会产生电位差。含水层（通常导电性较好）与周围干燥或低阻岩层（导电性较差）相比，在电流路径上表现出不同的电位分布。通过在地表布置电极测量电位差，可以推断地下介质电阻率的分布，从而圈定电阻率较低（通常代表含水）的区域。主要应用方式包括电阻率测深（探测不同深度和范围）、电阻率剖面（沿直线探测横向变化）、电剖面（测量不同点位的电阻率）等。22.地震反射法在探测深部含水层方面的优势主要在于其探测深度大和分辨率高。由于地震波（特别是P波）在地下传播速度较快，能量衰减相对较慢，因此能够穿透较厚的覆盖层，直达深部基岩或深层含水层。同时，现代地震勘探技术（如三维地震）具有较高的空间分辨率，能够较好地刻画含水层的顶底界面、厚度、形态等细节，对于评价含水层构造特征和储集空间非常有利。23.选择地球物理方法进行地下水勘探时需要考虑的主要因素包括：①目标含水层的物理性质特征，如埋藏深度、厚度、形态、电阻率、含水饱和度等，以及这些特征与围岩的对比度；②勘探区的地质条件，如覆盖层性质、基岩类型、构造复杂程度、地形地貌等；③勘探任务的具体目标，如寻找浅层潜水、中深层裂隙水还是深层承压水；④勘探工作的精度要求和经济预算；⑤现有的仪器设备和技术条件；⑥环境保护要求等。24.井中地球物理测井在地下水勘探中主要作用是获取钻孔附近地下深处岩层和含水层的详细信息。它可以确定含水层的精确位置、顶底界面、厚度、连续性、岩性、物性（如电阻率、孔隙度、含水饱和度）等参数。测井资料可以用来验证地表地球物理勘探的结果，提供直接对比的岩心或井壁数据，用于标定地表测量的物理场参数与地下实际岩层的对应关系，提高解释的可靠性，并为钻井设计、井眼轨迹优化、抽水试验布置以及水井工程评价提供重要的参考依据。25.解释地球物理勘探结果时，必须进行综合分析，因为地球物理勘探只提供地下介质某种物理性质的空间分布信息，而不是直接的地下水信息。单一的地球物理数据往往具有多解性，一种物理性质异常可能对应多种地质解释。例如，低电阻率异常可能由含水层引起，也可能由高孔隙度、高泥质含量的干层引起。同时，地下情况复杂多变，需要结合区域地质图、地形地貌、第四系厚度、基岩出露情况、钻孔资料、抽水试验资料、水文地质概念模型等多种信息，才能相互印证，排除干扰，得出最合理、最可靠的地下水赋存和分布结论，避免误判。四、计算题26.解：根据温纳装置视电阻率公式ρs=K*(AMN*BMN)/(AMN-BMN)代入已知数值：ρs=2*(100*120)/(100-120)=2*12000/(-20)=-1200Ω·m由于视电阻率不可能为负值，此结果说明测量数据或计算中存在错误，可能是电极连接或数值输入错误。若按正常物理意义，视电阻率应为正，需检查公式应用或题目条件。（注：此题按标准公式计算结果为负，不符合物理实际，提示题目可能设置不当或需检查条件。若仅按公式计算，结果为-1200Ω·m。）27.解：设第一电层厚度为h1，电阻率为ρ1；第二电层厚度为h2，电阻率为ρ2。总厚度为H=h1+h2。第一电层视电阻率ρs1=ρ1*(h1+h2)/h1=ρ1*(H/h1)第二电层视电阻率ρs2=ρ1*H/H+ρ2*H/H=ρ1+ρ2（对于电测深）比值ρs1/ρs2=[ρ1*(H/h1)]/(ρ1+ρ2)=ρ1*(H/h1)/(ρ1+ρ2)题目中ρs1和ρs2的比值简化为ρ1/(ρ1+ρ2)。代入数值：ρs1/ρs2=500/(500+50)=500/550≈0.909五、论述题28.地球物理方法在干旱半干旱地区寻找地下水中的独特作用主要体现在其能够快速、经济地探测到地表难以直接观察的深部或隐伏含水层。在这些地区，地表通常覆盖着巨厚的干燥非饱和沉积物，直接寻找地下水非常困难。地球物理方法（如电阻率法、地震法、电磁法）可以通过穿透覆盖层，直接探测下伏基岩中的裂隙水含水系统或深部的承压水含水层。尤其对于电阻率和地震反射法，它们能够提供大范围的区域性勘探信息，帮助快速圈定有利的含水构造区、评价含水层规模和潜力，为后续的钻井勘探提供明确的靶区，大大提高了找水的效率和成功率。面临的挑战主要包括：①覆盖层对信号的屏蔽和衰减，使得探测深度受限，对仪器精度和数据处理解释能力要求高；②地表温度高、风沙大等恶劣环境对仪器操作和数据采集的干扰；③地下结构复杂，物理场多解性强，解释结果往往需要依赖少量钻孔资料进行标定和验证；④部分地区可能存在盐碱地等对电磁法等仪器性能的影响。29.针对该勘探区，可以考虑选择以下地球物理方法进行勘探：1.电阻率法（包括电剖面和电测深）：这是最常用的方法之一。对于第四系覆盖下的基岩裂隙含水层，电阻率法可以有效探测。可以通过电剖面测量了解含水层在横向上的分布和变化，用电测深确定含水层的埋藏深度和大致范围。由于第四系电阻率通常较高，电法对下伏低阻含水层比较敏感。2.地震反射法：如果基岩埋藏较浅（例如几十米到一两百米），且基岩具有一定的起伏或断裂构造，地震反射法可以用来探测含水层顶底界面，确定含水层的空间位置、形态和厚度。对于评价含水层的构造储集条件比较有利。3.