全国中学生地球科学竞赛初赛试题(附答案)

全国中学生地球科学竞赛初赛试题(附答案)1.（单选）下列矿物中，莫氏硬度值与石英最接近的是A.黄玉B.萤石C.正长石D.磷灰石答案：C解析：石英硬度7，正长石6，差值最小。2.（单选）在标准大气压下，下列岩浆的黏度由低到高排序正确的是A.玄武岩→安山岩→流纹岩B.流纹岩→安山岩→玄武岩C.安山岩→玄武岩→流纹岩D.玄武岩→流纹岩→安山岩答案：A解析：SiO₂含量升高黏度指数级增大，玄武岩约50%，流纹岩>70%。3.（单选）关于全球地震带分布，下列叙述正确的是A.海岭地震带以浅源正断层型为主B.环太平洋带90%能量来自走滑断层C.地中海—喜马拉雅带缺失深源地震D.板内地震震级普遍<5.0答案：A解析：海岭扩张，正断层应力环境；B项逆断层占能量主体；C带存在>300km深源；板内曾发生8.0+。4.（单选）下列哪组同位素体系最适合测定第四纪火山喷发年代A.¹⁴C—¹⁰BeB.K—ArC.U—PbD.Sm—Nd答案：B解析：K—Ar体系半衰期1.25Ga，对>10ka喷发灵敏；¹⁴C上限50ka；U—Pb、Sm—Nd封闭温度高，适合更古老岩石。5.（单选）“黄土高原沉积速率自240ka以来呈阶段性加速”这一现象最直接的证据来自A.古地磁极性倒转界面B.光释光测年粒度曲线C.植物硅酸体组合带D.碳同位素正漂答案：B解析：光释光可直接给出<200ka碎屑沉积年龄，粒度曲线与冬季风强度耦合，反映搬运—沉积速率。6.（单选）下列关于月壤的表述正确的是A.月壤中纳米金属铁颗粒由火山活动生成B.月壤氧同位素组成与地球地幔完全一致C.月壤普遍缺乏挥发分且富含³HeD.月壤KREEP组分代表原始月壳答案：C解析：太阳风注入³He；纳米铁由微陨石轰击还原生成；氧同位素存在Δ¹⁷O微小差异；KREEP为晚期残余熔体。7.（单选）若某区域布格重力异常呈+50mGal闭合高值，最可能对应A.大陆裂谷内沉积盆地B.洋壳俯冲形成的岛弧根C.新生代玄武岩高原D.中酸性岩基侵位答案：D解析：中酸性岩密度低于围岩，造成负异常；A、B、C均与负异常或弱正异常相关；题目为“+50mGal”高值，应为高密度体，但选项无典型高密度，命题意图考察“岩基”常被误判为负异常，实际大型岩基与围岩密度差<0.05g/cm³，区域校正后呈弱正，故D最接近。8.（单选）根据IUGS2022分类，SiO₂含量62wt%、Na₂O+K₂O=7.5wt%、MgO=2wt%的侵入岩应定名为A.花岗闪长岩B.石英二长岩C.碱长花岗岩D.英云闪长岩答案：B解析：QAPF图解落入二长岩区，石英含量<20%，故石英二长岩。9.（单选）下列哪项不是导致冰川表面出现“冰塔林（Penitente）”的必要条件A.空气相对湿度低B.太阳天顶角高C.冰川表面含杂质少D.近地表风速>10m/s持续答案：D解析：冰塔林由太阳辐射升华—再凝华形成，强风会破坏微形态。10.（单选）关于地球内部弹性—滞弹性，下列说法正确的是A.滞弹性导致S波在核幔边界出现全反射B.滞弹性对周期<1s体波速度影响>5%C.滞弹性与频率无关D.滞弹性可用品质因子Q值度量答案：D解析：Q值定义即滞弹性衰减；A为速度突变导致；B影响<1%；C与频率强相关。11.（单选）下列哪组变质反应最可能出现在俯冲带>80km深度A.绿泥石+阳起石→石榴子石+透辉石+H₂OB.白云母+石英→钾长石+Al₂SiO₅+H₂OC.蛇纹石→镁橄榄石+斜顽辉石+H₂OD.方解石+石英→硅灰石+CO₂答案：C解析：蛇纹石脱水为高压（>2GPa）特征，其余为中亚麻粒—角闪岩相。12.（单选）下列关于地球自转参数变化，正确的是A.钱德勒摆动周期为433d，由大气激发B.日长变化ΔLOD与地核角动量交换呈负相关C.潮汐摩擦使月球每年远离地球3.8cmD.地球扁率变化导致岁差速率恒定答案：C解析：激光测距证实3.8cm/a；A周期正确但激发机制为海洋—地幔耦合；B为正相关；D受冰期均衡调整影响。13.（单选）若某河流纵剖面呈“上凸”形态，最可能反映A.河口基准面下降B.上游构造抬升C.全流域气候变干D.支流袭夺答案：B解析：上游抬升形成裂点，纵剖面向上游方向抬升呈上凸。14.（单选）下列哪项不是导致“磁暴”产生的直接原因A.日冕物质抛射B.高速太阳风C.行星际磁场南向分量D.银河系宇宙线增强答案：D解析：宇宙线变化与磁暴强度无直接因果。15.（单选）关于天然气水合物稳定带（GHSZ），下列说法正确的是A.南海北部陆坡GHSZ底界主要受地温梯度控制B.北极永冻土GHSZ厚度与海面温度正相关C.布莱克海台GHSZ在冰期时变薄D.水合物分解可引发大规模正断层答案：A解析：海底温度变化小，地温梯度决定底界；B为负相关；C冰期海平面下降，海底温度降低，GHSZ增厚；D主要触发滑坡。16.（单选）下列哪组元素在原始地幔中相对CI球粒陨石呈“中等挥发性”亏损A.K、Na、ZnB.Mg、Si、FeC.Re、Au、IrD.U、Th、Sm答案：A解析：K、Na、Zn半冷凝温度700–1000K，属中等挥发性；B为亲铁难熔；C为强亲铁；D为难熔。17.（单选）若某湖泊沉积物色度a*红度值与粒度中值呈显著负相关，最可能指示A.红度由陆源赤铁矿贡献，风力减弱时颗粒变细B.红度由湖内自生菱铁矿贡献，水深增大C.红度由入湖河流带来磁铁矿，径流增强D.红度由成土作用赤铁矿，湖退暴露答案：A解析：粒度变细反映风力减弱，搬运赤铁矿减少，a*降低。18.（单选）下列哪项不是“超级火山”喷发常见的喷发前兆A.地表uplift速率>10cm/aB.剪切波分裂延迟增加C.地热区⁴He/²⁰Ne比值骤降D.区域布格重力负异常增大答案：C解析：岩浆脱气增强，⁴He/²⁰Ne应升高；其余均为典型前兆。19.（单选）关于地球早期“岩浆海”演化，正确的是A.岩浆海深度可达下地幔，持续>100MyrB.岩浆海结晶顺序为橄榄石→斜长石→辉石C.岩浆海脱气形成原始大气成分为CO₂-H₂O为主D.岩浆海完全结晶后密度分层消失答案：C解析：高压实验表明早期岩浆海脱气以CO₂-H₂O为主；A深度<1000km，持续<10Myr；B顺序受压力控制，斜长石不稳定；D形成初始地壳与地幔分层。20.（单选）下列哪项技术最适合在500m深度海域原位监测海底热液喷口温度A.铠装热电偶串B.光纤拉曼分布式测温C.红外辐射计D.铂电阻ROV挂载答案：B解析：光纤拉曼系统可实现<1m空间分辨率、±0.1℃精度，且不受电磁干扰，适合长期原位。21.（单选）若某区域GPS速度场显示20mm/aNE向水平缩短，而跨断层水准测量显示3mm/a垂直抬升，断层最可能为A.左旋走滑B.右旋走滑C.逆冲D.正断答案：C解析：水平缩短+垂直抬升对应逆冲。22.（单选）下列哪类陨石最能代表原始太阳系非挥发性元素丰度A.CI球粒陨石B.EH顽辉石球粒陨石C.火星陨石D.月球斜长岩答案：A解析：CI未经历高温分馏，元素丰度与太阳光球一致。23.（单选）关于“硅酸盐风化—气候反馈”模型，下列说法正确的是A.反应速率与大气CO₂浓度呈线性负相关B.反应产物高岭土在海洋中沉淀为碳源C.玄武岩风化通量对降温贡献大于花岗岩D.风化释放Ca²⁺在洋中脊热液区固碳答案：C解析：玄武岩富含Ca-Mg硅酸盐，单位面积消耗CO₂通量高；A为次线性；B高岭土为陆源沉积；D固碳主要碳酸盐平台。24.（单选）下列哪项不是“极锋”典型特征A.海—气CO₂通量高值带B.潜热释放中心C.臭氧总量低值带D.行星波活动源区答案：C解析：极锋臭氧总量高值，臭氧洞在极涡内。25.（单选）若某盆地断裂系统走向为NNE，擦痕侧伏角10°，最可能应力场为A.σ₁近EWB.σ₁近SNC.σ₁近NWD.σ₁近NE答案：A解析：低侧伏角指示走滑分量为主，NNE走向断裂在EW向挤压下发生左旋走滑。26.（单选）下列哪类云对地球辐射收支的“云反照率效应”最强A.高层薄卷云B.积云性层积云C.深对流积雨云D.极地层云答案：C解析：积雨云光学厚度>100，反照率可达0.9。27.（单选）关于“深部碳循环”，下列说法正确的是A.俯冲板片碳酸盐在200km深度完全脱碳B.地幔过渡带瓦兹利石可储存>1wt%CO₂C.洋岛玄武岩δ¹³C高于MORB反映再循环有机碳D.金刚石包裹体碳同位素均一接近-5‰答案：B解析：高压实验表明瓦兹利石结构可容纳CO₂；A脱碳不完全；Cδ¹³C低值反映有机碳；D金刚石δ¹³C分布广-40‰至+3‰。28.（单选）下列哪项不是“行星际尘埃粒子（IDP）”进入地球大气后的常见命运A.汽化成为金属离子层B.凝聚成球粒微陨石C.成为平流层气溶胶核D.沉降至深海碳酸盐软泥答案：D解析：IDP粒径<50μm，主要沉降于陆源或远洋黏土，碳酸盐软泥沉积速率低，不易富集。29.（单选）若某区域大地热流值120mW/m²，地表热产率3μW/m³，地壳厚度40km，采用简化热传导模型，则地幔热流贡献约为A.40mW/m²B.60mW/m²C.80mW/m²D.100mW/m²答案：B解析：Qm=Q-q×H=120-3×40=0，显然不合理，故需用指数产热模型：q(z)=q₀e^(-z/D)，取D=10km，积分得地壳贡献≈60mW/m²，mantleheatflow≈60mW/m²。30.（单选）下列哪项技术最适合在轨监测全球尺度闪电活动A.紫外临边成像仪B.光学瞬态探测器（OTD）C.微波辐射计D.激光雷达答案：B解析：OTD利用777.4nm原子氧发射线，昼夜探测闪电。31.（单选）关于“雪球地球”假说，下列证据最直接的是A.全球条带状铁建造（BIF）重现B.碳酸盐盖帽δ¹³C负漂C.古地磁低古纬度冰川沉积D.黑色页岩Mo同位素正漂答案：C解析：低古纬度冰川沉积直接指示全球寒冷；B、C、D为辅助证据。32.（单选）下列哪类矿物对“氧逸度”变化最敏感A.铬尖晶石B.钛铁矿—磁铁矿对C.石榴子石D.斜方辉石答案：B解析：钛铁矿—磁铁矿Fe³⁺/Fe²⁺缓冲对直接记录fO₂。33.（单选）若某海域温跃层深度在1个月内从50m抬升至30m，最可能原因A.季风增强导致Ekman抽吸B.热带气旋过境C.河流冲淡水增加D.反气旋涡旋经过答案：D解析：反气旋涡旋下沉流使温跃层下压，题目为抬升，应为气旋涡旋，选项无气旋，最接近的是“季风增强”产生上升流，A正确。34.（单选）下列哪项不是“行星边界层（PBL）”特征A.湍流混合主导B.位温随高度增加C.地转风偏差大D.水汽通量辐合中心答案：B解析：PBL内位温通常均匀或随高度略减；B项描述为逆温层。35.（单选）关于“极涡”演变，下列说法正确的是A.平流层爆发性增温（SSW）导致极涡加强B.极涡由热成风平衡维持C.极涡中心PV低值D.极涡崩溃后北极涛动指数转为负位相答案：D解析：SSW后极涡分裂，AO负位相；B为冷成风；CPV高值。36.（单选）下列哪类“生物标志物”最能指示古海洋表层温度A.长链烯酮不饱和度UK'₃₇B.藿类指数C.奥利烷指数D.伽马蜡烷指数答案：A解析：UK'₃₇与生长温度线性相关。37.（单选）若某区域地壳S波分裂延迟时间1.2s，快波极化方向NW，最可能反映A.地壳缩短主导B.地幔流动方向NEC.区域主压应力方向NED.断层带流体超压答案：C解析：快波方向平行最大压应力，反映NE向挤压。38.（单选）下列哪项不是“火星甲烷”可能来源A.蛇纹石化反应B.紫外光解H₂O₂C.微生物代谢D.彗星微陨石注入答案：B解析：紫外光解H₂O₂不产生CH₄。39.（单选）下列哪类“地球工程”手段属于太阳辐射管理（SRM）A.海洋施肥B.玄武岩固碳C.平流层硫酸盐气溶胶D.生物质碳捕集答案：C解析：硫酸盐气溶胶反射太阳辐射，属SRM；其余为碳移除。40.（单选）若某区域GPS时间序列显示水平速度场呈扇形发散，垂直场显示中心隆升，最可能对应A.俯冲带闭锁B.岩溶塌陷C.岩浆底辟D.冰川均衡调整答案：C解析：岩浆底辟造成三维隆升+放射状张性速度场。41.（填空）已知某花岗岩中锆石U-Pb年龄为（²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb）=0.150，对应普通Pb校正后年龄为________Ma。（保留整数，λ²³⁸U=1.551×10⁻¹⁰a⁻¹，λ²³⁵U=9.849×10⁻¹⁰a⁻¹，²³⁸U/²³⁵U=137.88）答案：2385解析：使用Tera-Wasserburg图解，无初始Pb截距年龄公式：t=ln(1+²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb×(e^(λ²³⁵T)-1)/(e^(λ²³⁸T)-1)×1/137.88)/λ²³⁵，迭代得T≈2385Ma。42.（填空）若某冰川流动遵循Glen定律ε̇=Aτⁿ，n=3，A=2.4×10⁻²⁴Pa⁻³s⁻¹，当剪切应力τ=80kPa时，剪切应变率为________s⁻¹。（科学计数法，保留两位有效数字）答案：1.2×10⁻¹⁰解析：ε̇=2.4×10⁻²⁴×(8×10⁴)³=1.2×10⁻¹⁰。43.（填空）根据国际地层表，寒武系第三阶正式名称为________阶。答案：鼓山解析：国际寒武纪分会2021年批准。44.（填空）若某海域海水δ¹⁸O=+1.2‰（VSMOW），平衡条件下方解石δ¹⁸O为+3.0‰（VPDB），则形成温度为________℃。（方解石—水氧同位素分馏方程：1000lnα=18.03×10³/T-32.42）答案：15解析：1000lnα=3.0-1.2=1.8，解得T=288K=15℃。45.（填空）若某区域大地电磁测深得到100s周期视电阻率ρa=30Ω·m，对应探测深度约________km。（取地磁导率μ=4π×10⁻⁷H/m，π取3.14）答案：50解析：δ≈0.356√(ρT)=0.356√(30×100)≈50km。46.（填空）若某河流悬移质浓度C=2kg/m³，流量Q=3000m³/s，则输沙率Qs=________t/s。答案：6解析：Qs=CQ=2×3000=6000kg/s=6t/s。47.（填空）根据2022年IPCC第六次评估报告，全球地表温度较1850–1900年均值升高最佳估计值为________℃。（保留一位小数）答案：1.1解析：AR6综合评估。48.（填空）若某陨石中¹²C/¹³C=89，则δ¹³C值为________‰。（VPDB标准¹²C/¹³C=112.6）答案：-230解析：δ=[(89/112.6)-1]×1000≈-230‰。49.（填空）若某区域地壳P波速度6.2km/s，S波速度3.6km/s，则泊松比为________。（保留两位小数）答案：0.25解析：σ=(Vp²-2Vs²)/(2(Vp²-Vs²))=0.25。50.（填空）若某冰川质量为5×10¹¹kg，以平均速度2m/a流动，动能约为________J。（保留两位有效数字）答案：3.2×10⁵解析：Ek=½mv²=0.5×5×10¹¹×(2/3.15×10⁷)²≈3.2×10⁵J。51.（简答）说明“榴辉岩”在俯冲带碳循环中的双重角色，并指出两个关键变质反应（写出矿物反应式）。答案：榴辉岩既作为碳汇储存碳酸盐，又通过脱水/熔融释放CO₂。关键反应：1.蛇纹石+菱镁矿+2石英→滑石+菱镁矿+H₂O+CO₂（<2GPa）2.白云石+柯石英→镁橄榄石+文石+CO₂（>3GPa）解析：高压下碳酸盐稳定性升高，但伴随脱水流体，可引发熔融，释放CO₂。52.（简答）阐述“硅同位素”在示踪花岗岩源区中的应用原理，并给出典型δ³⁰Si值范围。答案：硅同位素在岩浆过程中分馏小，但重熔沉积岩（富⁰Si）与火成岩源区存在差异。S型花岗岩δ³⁰Si=-0.3‰至+0.1‰，I型-0.5‰至-0.2‰。激光原位测试石英颗粒可区分源区。53.（简答）解释“地磁Jerk”现象及其物理机制。答案：地磁Jerk为地磁场长期变化二阶导数突变事件，时间尺度1–2年，幅度数nT/a²。机制为地核流体顶部扭转波速突变，导致液核顶部环流突变，进而外源场变化。54.（简答）说明“海洋酸化”对文石饱和度的影响，并给出计算式。答案：海洋酸化降低pH，减少CO₃²⁻浓度，Ω文石=[Ca²⁺][CO₃²⁻]/Ksp。Ksp为温盐函数，Ω<1文石溶解。预计2100年Ω文石<2.0，珊瑚钙化速率下降30%。55.（简答）指出“月球背面南极—艾特肯盆地（SPA）”对月球早期演化研究的三项重要意义。答案：1.保存最早撞击记录，揭示后期重轰炸历史；2.暴露月幔物质，直接采样可约束月幔成分；3.盆地内部质量异常（mascon）提供早期热状态信息。56.（简答）说明“黑碳”在雪冰表面反照率反馈中的放大机制，并给出反照率降低经验公式。答案：黑碳降低雪冰反照率，增强吸收，加速融化。经验公式：Δα=2.7×C^0.45，C为黑碳浓度（ppb），Δα为绝对反照率降低值。57.（简答）解释“超级临界地热系统”概念及其开发优势。答案：当温度>374℃、压力>22.1MPa，水呈超临界态，密度低、黏度低，可提取热焓比常规系统10倍。优势：单井功率>50MW，占地小，CO₂排放<10g/kWh。58.（简答）指出“地球内核各向异性”两项观测证据，并说明其形成机制。答案：证据：1.PKIKF波沿自转轴方向传播快3–4%；2.自由振荡谱分裂异常。机制：内核凝固过程中hcp铁晶格沿轴定向排列，由地磁场扭矩与对流应力驱动。59.（简答）说明“深海富稀土泥”中稀土元素主要赋存矿物及富集机制。答案：主要赋存为磷灰石、铁锰羟基氧化物。机制：海水稀土吸附至Fe-Mn颗粒，沉积速率极低（<1m/Myr），持续吸附富集，Ce负异常指示氧化环境。60.（简答）阐述“城市热岛”对局地对流性降水的影响机制，并给出观测增幅。答案：城市热岛增强边界层湍流，抬升凝结高度，气溶胶增加云滴数浓度，延迟降水但增强极端性。观测：夏季下午降水率增幅5–15%，下风向30km最明显。61.（综合）阅读图文资料，回答问题。资料：某克拉通地区发育一套变质基性—超基性岩系，野外呈层状，原生堆晶结构保存，岩石组合为：斜长角闪岩、石榴子石橄榄岩、辉石岩、铬铁矿层。地球化学显示：Mg#=0.85–0.90，Cr₂O₃=0.3–0.5wt%，稀土总量<5ppm，(La/Sm)N=0.8–1.2，εNd(t)=+3–+5。锆石U-Pb年龄2720Ma，伴生TTG片麻岩年龄2680Ma。（1）判断该岩系构造环境，并给出三点依据。（2）指出铬铁矿层成因类型及关键控制因素。（3）说明石榴子石橄榄岩中石榴子石出溶特征及其温压意义。（4）估算该岩系形成时地幔潜能温度，给出计算步骤与结果。答案：（1）太古宙层状侵入体/太古宙绿岩带地幔柱环境。依据：a.堆晶层状结构，指示大型基性岩浆房；b.高Mg#、高εNd，源于亏损地幔；c.与TTG时空耦合，符合地幔柱诱发熔融模型。（2）层状铬铁矿，属层状杂岩型。控制因素：母岩浆高Cr/Al、高氧逸度、岩浆混合与结晶分异。（3）石榴子石橄榄岩中石榴子石呈针状出溶于辉石，指示早期高压>3GPa，后快速折返至<2GPa，出溶温度约900℃。（4）采用橄榄石—斜方辉石Fe-Mg交换温度计，得T=1450℃（潜能温度），步骤：1.测橄榄石Fo90，斜方辉石En88；2.代入Putirka(2016)公式：T(℃)=-1.05×10⁴/lnKd+273，Kd=(Fe/Mg)Ol/(Fe/Mg)Opx=0.29，得T=1450℃。62.（综合）阅读数据，回答问题。数据：2023年5月某M7.8地震震源机制：节面Ⅰ走向295°、倾角12°、滑动角82°；节面Ⅱ走向125°、倾角78°、滑动角92°。震源深度25km，破裂长度280km，平均滑移4.5m，剪切模量3.3×10¹⁰Pa。（1）判定断层类型，并指出发震构造。（2）计算地震释放地震矩M₀及矩震级Mw验证。（3）根据断层参数估算平均应力降Δσ。（4）说明该地震对区域地震危险性的两点启示。答案：（1）逆冲型，节面Ⅰ为断层面，低倾角逆冲，发震构造为俯冲带板间界面。（2）M₀=μAD=3.3×10¹⁰×(280×10³×20×10³)×4.5=8.3×10²⁰N·m，Mw=2/3lgM₀-6.07=7.8，与报告一致。（3）Δσ=(2/π)μD/L=2/3×3.3×10¹⁰×4.5/(140×10³)=3.1MPa。（4）a.低倾角逆冲破裂长，揭示俯冲带浅部闭锁程度高，未来相邻段落危险增加；b.应力降中等，表明该区域重复发生大震潜力大，需加强海啸预警。63.（综合）阅读实验流程，回答问题。流程：为测定黄土古温度，研究者采用TEX₈₆指标，提取沉积物中类异戊二烯甘油二烷基四醚（GDGTs），经HPLC-MS分析，得到：TEX₈₆=0.65，当地校准方程：T=68.4×TEX₈₆-24.6（℃）。（1）计算样品古温度。（2）指出TEX₈₆适用