地球物理历年试题和答案

（

一、名词解释

（1）地震基本参数

（2）地磁基本要素

（3）传导类和感应类电法（各列出至少两种）

（4）岩石主要热物理性质参数和大地热流

（5）大地水准面和地球形状

二、已知折射波时距曲线和反射波时距曲线分别如图a)、b)所示，试根据曲线判断折射界面和反射界面的倾斜方向，并简述判断的依据。

t （a）(b)

^

x x

o o

三、简述地球内部结构和地震波速度分布。

四、如图所示，地下大约10m深处埋藏着一个矿体，分别采用极距A1B1=50m、A2B2=10m、A3B3=200m的三种对称剖面装置进行观测，获得如图中所示的三种反映异常程度不同的视电阻率曲线，试分析其原因。

"

五、简述古地磁学的研究成果及应用。

六、简述布格重力异常、均衡重力异常及其改正。

{

答案：

一（1）震中：震源在地面上的投影，用经纬度表示；震源深度：震源至震中的距离；发震时刻：地震发生时间；震级：地震时所释放的弹性波能量大小。

（2）地磁场在地面座标系x、y、z轴上的投影X、Y、Z；水平分量H，所指方向为磁北；磁偏角I，偏东为正，偏西为负；磁倾角D，向上为正，向下为负。

（3）前者研究稳定或似稳电流场，有电阻率法、激发极化法，充电法、自然电场法等；后者研究交变电磁场，有低频电磁法、大地电磁法、甚低频电磁法，频率电磁法等。

（4）热导率（k）:k=q/dT/dt,表征岩石导热能力；比热（c）：表示岩石储热能力，c=dQ/mdT;热扩散率（α），表征岩石在加热或冷却时各部分温度趋于一致的能力，α=k/cρ。

（5）与平静海平面相重合的等重力位面为大地水准面，其形状叫地球形状。

二、对图a):

方法1：比较水平轴上原点（炮点）两边盲区的长短，若相等，则反射面为水平面；若不等，则界面倾斜，长者一方为界面下倾方向，短者为上倾方向，因此该反射界面为从左

向右向上倾斜界面。因为下倾方向，射线波程比上倾方向要长，心然导致盲区加大（可作图得到简要说明，此处略）。

：

方法2：比较两走时曲线的斜率，对称时，反射界面水平；不对称，则界面倾斜，斜率大者一方为下倾方向，反之为上倾方向。由t1=x/v1+t0，t2=x/v2+t0,其中t1、t2分别为上、下行波走时，v1、v2分别为上、下行波视速度，t0为时间轴上的截距，由v1>v2知，上行波走时曲线斜率小于下行波走时曲线斜率，故图a)中，左边为反射界面下倾方，右边为上倾方向。

对图b):

双曲线顶点在时间轴上（即曲线关于时间轴对称），则反界面为水平面。若不对称，则反射界面倾斜。顶点所在方即为界面上倾方向，因此图b)的反射界面为从左到右向上倾斜。

因为到时等于虚震源至观测点的距离除以波速，而虚震源关于反射界面和震源（炮点o,即坐标原点）对称，所以虚震源和地面的垂线即对应走时曲线的顶点。很显然，虚震源所在方（相对时间轴），即为走时曲线顶点所在方。

三、地球内部主要分成地壳、地幔、和地核三部分，主要间断面有地壳与地幔、地幔与地核的分界面，其中地壳厚度约为35km,幔核界面深度约为2900km,地球半径约6371km.

莫霍面以上P波速度约为s,地幔内P波速度梯度为正，约为~s，在幔核界面附近，速度梯度为负，然后在地核内速度逐渐增加，约为~s,并在外核不出现横波,说明外核为液态，而内核为固态。

四、由图可知，电阻率异常的矿体埋藏在一定深度的均匀半空间中。由电测深法知，加大供电电极距，可增加勘探深度，当采用不同的电极距，就会得到不同深度的视阻率曲线。由图知，A3B3最大，说明它勘探的深度最大，而它对应的视电阻率曲线为一直线，显然，它反映的是矿体下面的电性情况即均匀半空间的电阻率；而A2B2最小，探测深度最浅，从其视电阻率看，已反映到矿体的异常电阻率，但不明显，说明只是刚刚探测到矿体；A1B1的视电阻率最为明显，说明它较完全地反映了矿体的电阻率异常。

|

五、1）研究古地磁场强度；2）研究古地磁场长期变化；3）研究研古地磁场的长期平均性质，并得出，对足够长的时间，平均来说，地磁场是一地心偶极磁场；4）研究地磁场的倒转，并由此编制出地磁极性年表；5）研究地磁视极移曲线，为大陆飘移学说提供有力证据；6）海底磁异常研究为海底扩张说提供有力证据；7）研究地质构造；8）研究岩石年龄。

六、重力观测值经过布格改正后再与正常重力值相减所得到的结果叫布格重力异常。把高度改正、中间层改正和地形改正合并起来称为布格改正。均衡异常是从重力观测值中加上均衡改正再与正常重力值相减得到的结果。均衡校正是在布格改正的基础上，把高出大地水准面以上物质换算成补偿密度加到地壳内部去（普拉特模式）或把这部分质量填补到山根中去。因此均衡校正只是对地壳或上地幔质量作相应的调整，总的质量没有变化。地壳处于均衡时，则接近均衡补偿状态，否则未达到均衡，将由地壳质量迁移来调整，发生地壳、上地幔密度的横向变化或地壳厚度的变化，直到地壳达到平衡为止。因此，均衡重力异常对地壳运动研究、地震研究都有重要意义。

一、名词解释（每小题5分）

（1）射线参数和本多夫定律

（2）动校正和时间剖面

（3）磁化强度及单位

】

（4）岩石主要热物理性质参数和大地热流

（5）爱利、普拉特均衡假设

二、已知上、 下两层介质的速度分别为1000m/s 和10002m/s ，在折射波时距曲线上截距

时间0t 值为50ms ，求炮点O 处界面的法线深度。

三、简述H-W 测定地震波速分布方法。

^

四、图a 、b 是在不同地质构造上测得的复合对称四极s ρ曲线，试根据不同极距曲线的组合

关系，判断地下构造及各层电阻率关系（B A AB ''>）,并绘在图的下部。

五、简述地磁场结构。

{

六、简述布格重力异常的地质—地球物理含义。

一（1）在射线上每一点有：p v i r v i r n n n ==0

00sin sin , （n=1,2,3,…,表示层号，0表示在地面）。常数p 表示射线参数，不同的p 值对应不同的入射角，或对应不同形状的射线。

射线参数p 就是走时曲线的斜率：θd dt p /= ，这就是本多夫定律。

（2）共反射点正常时差：0t t t n n -=?，t 为某一接收点（第n 个）到时，0t 为回声时

间，则：n n t t t ?-=0，这就叫动校正。动校正是针对区反射点道集而言的，就是将各道到

时校正为共中心点处的回声时间。实测地震资料经各种处理后，同相轴被变换成地下界面的

起伏。由于同相轴代表的界面到地表的距离不是深度，而是时间，故称时间剖面。

（3）磁化强度是描述岩矿石磁性强弱的物理量，它定义为单位体积里的磁偶极子磁矩

的总和，其单位是A/m 。

-

（4）热导率（k ）:k=q/dT/dt,表征岩石导热能力；比热（c ）：表示岩石储热能力，c=dQ/mdT;

热扩散率（α），表征岩石在加热或冷却时各部分温度趋于一致的能力，α=k/c ρ。

（5）普拉特模式：从地下某一深度算起（称补偿深度），在这一深度以上的每一个截

面积相等的岩石柱体总质量相等。因此山越高，密度越小。

爱利模式：将地壳视为较轻的均质岩石块漂浮在较重的均匀流体之上，并处于平

衡状态。由阿基米德定律可知，山越高，陷入流体的深度越深，即“山根”；海底越深，缺

损的质量越多，下部介质向上凸起的高度越高，形成“反山根”。

二、由Snell 定律，临界角4/2

10001000arcsin arcsin 210π===v v i ， 由于倾斜界面在时距曲线上的截距和界面水平时的穿透时间相等，故不必考虑界面是

否水平。因此由：

100/cos 2v i h t = 可得：225000)4/cos 2/(501000cos 2/001=?==πi t v h (m)

三、由本多夫定律，在射线顶点有：

?

)(//)(p p r v r d dt p ==θθ （1）

从实际观测的走时曲线可求得斜率)(θp 。由下式可求得射线在最低点半径p r ：

?-=1

011)

()(1θθθθπd p p ch r R Ln p 上式可由数值法求解。则可由（1）就可求得顶点处的速度)(p r v ，对不同的射线可求得不

同的速度，从而得到速度的分布曲线。

四、在a)图中，小极距测得的视电阻率曲线位于大极距曲线之下，说明基岩为高阻。

因为小极距视电阻率曲线反映较浅部岩层的电性情况，大极距视电阻率曲线反映较深部电性

情况，因此基岩的形态特征应和大极距视电阻率曲线相似，为向斜高阻基底；在b)图中小

极距测得的视电阻率曲线位于大极距曲线之上，说明基岩为低阻，而小极距曲线在中间为极

小值，说明基岩为背斜低阻。它们的形状分别如下图：

s ρ (a) s ρ (b)

AB s ρ B A s ''ρ

B A s ''ρ AB s ρ

$

1ρ 1ρ

12ρρ> 12ρρ<

五、 地面所观测到的磁场由以下几种不同来源磁场的总和，包括：

1）地心偶极子磁场：地球均匀磁化所对应的磁场。

2）世界异常场：地球深层的不均匀性引起的磁场，也称非偶极子磁场。

3）异常场：由于地壳上层不均匀磁化产生的磁场。

4）外源场：由于地球原因引起的磁场。

5）{

6）变化磁场：各种短周期变化磁场的总和。

六、布格重力异常是重力勘探应用最为广泛的重力异常。是经地形校正、布格校正（高度校正和中间层校正）和正常场校正后获得。经地形校正和布格校正后，相当于把大地水准面以上的多余的物质（正常密度）消去了，作了正常场校正后，就将大地水准面以下按正常密度分布的物质也消去了，因而布格异常是包含了壳内各种偏离正常密度分布的矿体与构造的影响，也包含了地壳下界面起伏而在横向上相对上地幔质量亏损（山区）或盈余（海洋）的影响，所以布格重力异常除有局部的起伏变化外，从大范围来说，在陆地特别在山区，是大面积的负值区，山越高，异常负得越大；而在海洋区，则属大面积的正值区。

以下六题任选五题。每题20分

一、判断题：下列各题你认为正确的在括号里打上“∨”，否则打“×”。(每小题2分，共2 0分)

1．地球物理勘探是通过观测和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种方法。( )

2．地震波在传播过程中不同时刻的波前面位置和该时刻的等时面不重合。( )

'

3．地震波的传播速度取决于介质的弹性系数和波的类型。( )

4．“盲区”就是不能接收到任何地震波的区域。( )

5．下图中的矢量可用来表示重力异常△g。( )

σ0

σσ>σ0

！

6．在两极附近，地磁场不存在水平分量，因而该处的磁体也不产生水平磁异常。在赤道附近，不存在垂直分量，因而该处不产生垂直磁异常。( )

7．电阻率剖面法通常需要和电阻率则深法结合使用。( )

8．岩石圈中(除热液对流外)，热传导是热传递的主要形式。( )

9．分子电流产生的磁场可用等效磁荷来计算。( )

10．电阻率测深法有利于解决具有垂向电性差异、产状近于水平的地质问题。

二、名词解释：(每题4分，共20分)

1．地震纵波和横波。

2．视电阻率的影响因素。

（

3．正常时差和动校正。

4．磁异常。

5．大地热流密度及单位。

三、已知折射波时距曲线和反射波时距曲线分别如图a)、b)所示，试根据曲线判断折射界面和反射界面的倾斜方向，并简述判断的依据。

t （a）t

<

x

x

o

o

四、如图所示，地下大约10m深处埋藏着一个矿体，分别采用极距A1B1=50m、A2B2=10m、A3B3=200m的三种对称剖面装置进行观测，获得如图中所示的三种反映异常程度不同的视电阻率曲线，试分析其原因。

ρ A 3B 3

A 2

B 2

}

A 1

B 1

x

五、古地磁是利用岩石的哪种物理性质举例说明其应用。

六、简述布格重力异常的地质—地球物理含义。

—

答案及评分标准：

一、

1)∨；2) ×；3) ∨；4) ×；5) ×；6) ×；7) ∨；8)∨；9) ∨；10)∨。

评分标准：每小题2分。

二、评分标准：每小题2分。评分标准：每小题2分。1．地震纵波，又叫P 波、压缩波等，指质点振动方向与波的传播方向一致。横波又叫S 波、剪切波，指质点振动方向和传播方向垂直。

评分标准：P 波、S 波各2。

2．影响视电阻率的因素有两个：

*

1）地下介质电阻率分布（包括各地质体埋深、形状及规模等）

2）电极排列形式、电极距大小、测点位置（即电极排列相对地质

体之间的位置）等。

评分标准：1)、2) 各2 分。

3．共反射点正常时差：0t t t n n -=?，t 为某一接收点（第n 个）到时，0t 为回声时间，则：n n t t t ?-=0，这就叫动校正。动校正是针对区反射点道集而言的，就是将各道到时校正为共中心点处的回声时间。

评分标准：公式写对或答对正确含义均算对。

4．在消除各种短周期变化磁场，实测磁场与基本磁场（正常磁场）之间的差异叫磁异常。是地下岩、矿体或地质构造受地磁场磁化后，在其周围空间形成并叠加在地磁场上的次生磁

场。

评分标准：公式写对或答对正确含义均算对。

&

5．大地热流密度：某地单位面积、单位时间内，以热传导方式由地球内部传到地表，尔后散发到太空中去的热量。单位：W/m2，实用单位是：μcal/cm2/s，记为HFU，称热流单位。

1 HFU=1 μcal/cm2/s= mW/m2

评分标准：定义3分，单位1分。

三、对图a):

方法1：比较水平轴上原点（炮点）两边盲区的长短，若相等，则反射面为水平面；若不等，则界面倾斜，长者一方为界面下倾方向，短者为上倾方向，因此该反射界面为从左向右向上倾斜界面。因为下倾方向，射线波程比上倾方向要长，心然导致盲区加大（可作图得到简要说明，此处略）。

.

方法2：比较两走时曲线的斜率，对称时，反射界面水平；不对称，则界面倾斜，斜率大者一方为下倾方向，反之为上倾方向。由t1=x/v1+t0，t2=x/v2+t0,其中t1、t2分别为上、下行波走时，v1、v2分别为上、下行波视速度，t0为时间轴上的截距，由v1>v2知，上行波走时曲线斜率小于下行波走时曲线斜率，故图a)中，左边为反射界面下倾方，右边为上倾方向。

对图b):

双曲线顶点在时间轴上（即曲线关于时间轴对称），则反界面为水平面。若不对称，则反射界面倾斜。顶点所在方即为界面上倾方向，因此图b)的反射界面为从左到右向上倾斜。

因为到时等于虚震源至观测点的距离除以波速，而虚震源关于反射界面和震源（炮点o,即坐标原点）对称，所以虚震源和地面的垂线即对应走时曲线的顶点。很显然，虚震源所在方（相对时间轴），即为走时曲线顶点所在方。

评分标准：a)、b)各10 分。

四、由图可知，电阻率异常的矿体埋藏在一定深度的均匀半空间中。由电测深法知，加大供电电极距，可增加勘探深度，当采用不同的电极距，就会得到不同深度的视阻率曲线。

由图知，A3B3最大，说明它勘探的深度最大，而它对应的视电阻率曲线为一直线，显然，它反映的是矿体下面的电性情况即均匀半空间的电阻率；而A2B2最小，探测深度最浅，从其视电阻率看，已反映到矿体的异常电阻率，但不明显，说明只是刚刚探测到矿体；A1B1的视电阻率最为明显，说明它较完全地反映了矿体的电阻率异常。

评分标准：原理11分，三条曲线分析各3分。

)

五、古地磁是依据未经构造变动岩石单元的稳定NRM（天然剩余磁化强度），得到岩石形成时期的古地磁场特征。

应用：

a) 利用地磁场的长期变化进行地层对比：快速沉积或喷出的岩层能

把地磁场的长期变化以剩磁的方式记录下来。不同时期变化的特征

不同。若两地区的长期变化（用偏角和倾角表示）一致，说明时代

相同。

b) 利用NRM的平均方向进行地层对比：同时代各地的地磁场并非完

全一致，但大致相同。若不一致，则时代不同。

>

c) 利用视极移曲线确定岩层时代：将从岩石中获得的磁极位置，与

该岩石所在板块的已知极移路线对比，来确定该岩石的形成年代。

d) 利用地磁极性的倒转确定确定地层年代：地磁场的倒转不仅右被

洋脊条带磁异常记录下来，也可被岩石的TRM和CRM记录下来。作

出岩样剖面的柱状变化图，并和地磁极年表对比可确定各层年代。

e) 利用古地磁研究地质构造及矿产预测

|

评分标准：天然剩磁答对5分，每列出一应用3分直到满15分止。

六、布格重力异常是重力勘探应用最为广泛的重力异常。是经地形校正、布格校正（高度校正和中间层校正）和正常场校正后获得。经地形校正和布格校正后，相当于把大地水准面以上的多余的物质（正常密度）消去了，作了正常场校正后，就将大地水准面以下按正常密度分布的物质也消去了，因而布格异常是包含了壳内各种偏离正常密度分布的矿体与构造的影响，也包含了地壳下界面起伏而在横向上相对上地幔质量亏损（山区）或盈余（海洋）的影响，所以布格重力异常除有局部的起伏变化外，从大范围来说，在陆地特别在山区，是大面积的负值区，山越高，异常负得越大；而在海洋区，则属大面积的正值区评分标准：布格异常定义10分，地质及物理意义10分。

一、判断题：下列各题你认为正确的在括号里打上“∨”，否则打“×”。(每小题2分，共2 0分)

1．地震波的传播速度取决于介质的弹性系数和波的类型。( )

2．分子电流产生的磁场可用等效磁荷来计算。( )

"

3．地球物理勘探是通过观测和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种方法。( )

4．“盲区”就是不能接收到任何地震波的区域。( )

5．局部地形校正值总是正的。( )

6．已知重力随高度的变化率是，欲根据实测布格异常求不同高度（或深度）的重力异常值，只须用这个变化率换算即可，没有必要采用解析延拓。( )

7．电阻率剖面法通常需要和电阻率则深法结合使用。( )

8．岩石圈中(除热液对流外)，热传导是热传递的主要形式。( )

9．地震波在传播过程中不同时刻的波前面位置和该时刻的等时面不重合。( )

10．电阻率测深法有利于解决具有垂向电性差异、产状近于水平的地质问题。()

|

二、名词解释：(每题3分，共30分)

1．波前和波后。

2．Snell 定律。

3．时间剖面。

4．布格异常。

5．大地热流密度及单位。

6．磁化和顺层磁化。

7．正演和反演。

—

8．高密度电法。

9．温纳α排列(用示意图表示)

10．折射波法中的高速层屏蔽现象。

三、示意性画出直达波、面波、折射波和反射波的时距曲线。(10分)

四、已知正常重力场公式为：)sin 0053024.01(780327.92?+≈正常g

,

试分别求出重力随纬度变化率最大和最小的纬度。(10分)

五、请比较重力场、电场和磁场的异同点并绘出示意图。(10分)

六、试比较电阻率测深法和电阻率剖面法的优缺点。(10分)

七 简述板块学说的地震学和古地磁学证据。(10)

%

答案及评分标准：

一、评分标准：每小题2分。 1)∨；2) ∨；3)

∨；4) ×；5) ∨；6) ×；7) ∨；8)∨；9) ∨；10)∨。

二、评分标准：每小题3分。

1．波前：波的前锋位置（D ），即尚未振动和正在振动的质点之间的分界面，因此又称波阵面、等时面。也可定义为波在传播过程中具有相同相位的面，所以波的传播又可视为相位的移动，简称相移。在地震勘探中，相位一般指振动图上的极值。

^

波后（尾）：波在不断传播过程中，正在振动的质点和停止下来的质点之间的分界面（E ）。

2．斯奈尔定律（Snell’s law 或Decarttes’ law 笛卡儿）：

p V i V i V i V i V i V i s s p p s sr s s p pr p p ======222211111

1

sin sin sin sin sin sin 或p V i V i === 22

11

sin sin

3．时间剖面:各测点（道）实测地震资料（地震记录）经各种处理后，排列在一起形成剖面图，同相轴就变换成地下界面的起伏，由于同相轴代表的界面到地表的距离不是深度，而是时间，故称时间剖面。

4．布格重力异常：经过纬度、高度及中间层改正后获得的重力异常叫布格重力异常，即经布格改正后得到的重力异常。

5．大地热流密度：某地单位面积、单位时间内，以热传导方式由地球内部传到地表，尔后散发到太空中去的热量。单位：W/m 2，实用单位是：μcal/cm 2/s ，记为HFU ，称热流单位。 1 HFU=1 μcal/cm 2/s= mW/m 2

|

6．磁化：从宏观上讲就是原来不显磁性的物体在外磁场的作用下表现出磁性。

从微观上讲就是介质中视为小磁偶极子的分子电流在外磁场的作用下定向排列或磁偶极矩增强。

顺层磁化：沿地层方向磁化或无限延伸薄板面的延伸方向磁化；或磁化强度方向沿地层方向或无限延伸薄板面的延伸方向。

7．正演：已知地质体的分布，计算其地球物理场(如重力异常)响应，从而判断地质体的假设正确与否。

b)反演：和正演相反，根据观测的异常资料来反推地质体的形状、大小和产状等。

8．高密度电法

原理和电阻率法完全相同。所不同处表现在数据采取方式上，不象常规电剖面法和电测深法那样，而是沿测线高密度、等间距地布置一大批电极，通过多心电缆，连接到多路电极转换器上。测量，由微机控制，通过电极转换器，按一定的排列形式和次序，自动连接不同位置不同极距的电极，时测得测线上各测点不同深度的视电阻率数据。它实际上是用电测深法和电剖面法进行大量观测而实现的联合使用。

9．温纳α排列：装置系数为a K π2=的对称四极排列或斯伦贝（Schlumberger ）排列。 /

10．高速层屏蔽现象：由于高速层的存在，其下面即使满足折射波形成条件如右下图中V 4＞V 3，但它们的分界面也不能形成折射波，这叫高速层屏蔽作用。

}

三、10分，每画对一种波得2分坐标得2分。

折射波

~

距离

四、10分

????

2sin 0053024.0cos sin 0053024.02=?=d dg

当0=?或90时即在赤道时变化率最小，当45=?时，即南北纬为45时变化率最大。

五、10分

重力场 电场

三种场的对比

重力场电场磁场

相似性位场位场位场

万有引力定律库仑定律磁库仑定律

质量电荷磁荷（假想），实际是

运动电荷，即电流

不同性正正、负且可分离正负不可分离

六、10分

两者的区别：电测深法是在同一测点用一系列不同电极距进行测量，用以了解地下电

性沿垂向的变化；而电剖面法是在同一测点保持电极距不变（即探

测深度不变）的情况下沿一定测线进行测量，反映沿水平方向电性

变化的情况。

电剖面法的优点：工作效率高、取得资料快；缺点：不能进行定量解释。所以需要和电测深法配合使用。电测深法能作定量解释，但仅限于测点下面。因此两者常结合使用。七、10分

根据课堂内容主要从三方面论述而评分。

地震：天然构造地震的震中位置主要分布在一些构造带上，为板块划分提供了地震学依据。古地磁：1)地磁极移研究为大陆飘移提供了证据。2)海洋磁异常研究中记录的地磁极性倒转为海底扩张提供了证据。