部分地球物理基础试题及答案

2002年地球物理基础答案

参考书1 《地球物理学原理及应用》(恽等，南京大学出版社) 参考书2 《地震勘探原理上、下》（陆基孟，石油大学出版社） 参考书3 《勘探地球物理学》（王妙月等，地震出版社）

1、解释以下各词的物理意义

地球重力位：引力和离心力的合力是地面物质的重力。设有一个函数，它是单值连续的函数，并且它在不同坐标方向的导数正好等于重力在该方向的分量，这个函数叫重力场的位函数，简称为重力位。参考书3P47

地震波阻抗：当地震波在某一介质上传播时，密度与速度的乘积。参考书1P7 叠加速度：当地下介质不是水平层状介质时，相应的反射波时距曲线将更加复杂，在实际速度分析工作中，为了简化问题，常将复杂的反射波时距曲线看作双曲线，即t2=t02+x2/V2，式中V为叠加速度。参考书3P154

视电阻率：电场作用范围内各种地层、各种地质体综合影响下得到的电阻率。参考书1P344

磁场强度：单位正磁荷在磁场中某点所受的力，单位为奥斯特。参考书1P227 地震波抟播介质的品质因子（Q值）：参考书1P136—139

2、请简要叙述大洋中脊扩张的地球物理证据。

(预备知识：1、地幔：莫霍面至古登堡面之间的圈层，厚约2800km，分为上地幔、下地幔两层。2、软流圈：地表以下80—250 km的低速层，位于上地幔中，横波传播速度在该层中明显降低，该层中物质部分为溶融状态，因而物质可以缓慢流动。3、岩石圈：软流圈之上的刚性外层，包括地壳和部分上地幔，全球各处厚度不等，一般厚约80—180 km。4、板块：地球上刚性的岩石圈分裂成为许多巨大块体，全球分为7个板块——北美洲板块、南美洲板块、太平洋板块、欧亚板块、非洲板块、印度板块、南极板块，板块之间的边界为洋中脊、海沟、转换断层、地缝合线，板块边界为地壳活动强烈的地带。)

答：洋脊是绵延全球各大洋洋底之上的巨大山脉。洋脊横截面为平缓的等腰三角形，从其轴部向两坡呈阶梯状下掉。洋脊是地球上板块分离的边界，地幔物质局部熔融而形成的岩浆沿洋脊侵入而形成新的洋底岩石，新的洋底岩石随洋脊两侧的板块运动而运动。

洋脊扩张的地球物理证据有：（1）高热流值，且从洋脊中部向两侧有递减趋势。这是由于熔融的地幔物质在洋脊中部上涌形成新的洋底岩石，因为洋脊中部以下数公里是炽热的软流圈，地温梯度很大，所以洋脊中部热流值非常高。而当

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新形成的洋底岩石随洋脊两侧的板块运动而运动时，愈向洋脊两翼，岩石年龄变老，逐渐冷却，地温梯度和热流值减少。（2）磁异常的强度一般在洋脊轴部较大，向两翼强度减小，且成对称分布。这是由于熔融的地幔物质在洋脊中部上涌形成新的洋底岩石时，当它冷却经过居里点时，被当时的地球磁场磁化，形成磁异常，而后随着洋脊两侧的板块运动而运动，所以洋脊两侧的磁导常对称分布。因为洋底岩石中的铁磁性矿物在海底蚀变过程中遭受化学变化，所以远离洋脊轴部磁异常强度减小。（3）洋脊处于重力均衡状态。这是由于洋脊轴部以下有低密度熔融的地幔物质，这种低密度的物质抵消了正向的洋中脊地形所引起的多余质量，从而使洋中脊的重力保持均衡状态。（4）由于洋中脊是板块分离的边界，岩石处于不断的拉张之中，所以岩石要遭受破坏，同时这种拉张作用只能集中在海底之中不深的部位，因此洋中脊地震频繁，震级低，震源浅，而且主要发生轴部上。

3、如何根据地震波速度的变化、地震波的衰减特性与大地电磁测深结果研究地下的热状态。

答：地震波速与传播介质或岩石的密度有关，对于同样物性的岩石，波速随密度的增大而增大。而当地震波在岩石中传播时，由于能量的衰减，振幅将减少，通常定义在一个周期中，储藏在振动系统中的能量与所损耗能量的比值为品质因素，即Q=2π×(E/ΔE)。由定义知，Q值与地震波的衰减系数成反比。

Q值反映了介质中波的损耗性质。Q值越高，衰减系数越小，波在传播中的损耗越小，表明岩石介质密度大、硬，波速大。Q值越小，衰减系数越大，波在传播中的损耗越大，表明岩石介质密度小、塑性，波速小。

大地电磁测深是研究地壳和上地幔构造的一种地球物理探测方法。它以天然交变电磁场为场源，当交变电磁场以波的形式在地下介质中传播时，由于电磁感应的作用，地面电磁场的观测值将包含有地下介质电阻率分布的信息，而且不同周期的电磁场信息具有不同的穿透深度。所以，研究大地对天然电磁场的频率响应，可获得不同深度介质电阻率分布的信息。

现以全球一级地震波低速层为例作一下说明。当地震波传播到软流圈时，地震波（特别是横波）在这层中的衰减程度比其上、下层次高得多，该层的Q值明显降低，降到100—200。波速和Q值的降低，证明该层物质较热、较经、较软，呈现出部分熔融状态。另据大地电磁深资料，在低速层的深度上，导电率显著升高，称高导层或低阻层，而岩石的电阻率随温度的增高而降低。综合地震波速度的变化、地震波的衰减特性与大地电磁测深结果，表明软流圈的温度较高，物质处于部分熔融状态。

洋中脊是软流圈物质上涌的地方，那儿热流值高，横波难以穿过，Q值很小，

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说明物质处于低密度的、部分熔融状态。

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4、试述地壳内低速、高导层的可能成因。

答：地震波速与传播介质或岩石的密度有关，对于同样物性的岩石，波速随密度的增大而增大，随密度的减小而减小。而岩石的电阻率通常与成分、结构、所含水分、温度有关。通过地球物理的方法，在地壳中发现了低速、高导夹层，而且有的地区存在两个低速层，它们的分布和特征与区域构造运动、地震活动、水热活动密切相关。低速、高导夹层的发现对构造分析有重要的意义，它们对块体的运动提供了位移吸收的地方。

对它们的成因见参考书1P83。

5、试述岩石磁性的成因以及对大陆漂移研究的意义 参考书1 第5章

答：磁性物质分为反磁性物质、顺磁性物质和铁磁性物质。只有铁磁性物质在外磁场作用下，可获得感应磁化强度，并在外磁场除去后，物质还保留剩余磁化强度。岩石有磁性，原因是岩石中含有铁磁性物质，岩石中的天然剩磁分为热剩磁、沉积剩磁、化学剩磁、粘滞剩磁。

热剩磁是岩浆在冷却经过居里点时，被当时的地球磁场磁化而获得的磁性。沉积剩磁是沉积岩中含有从母岩侵蚀而来的磁性颗粒，这些颗粒沉积时，受当时地磁场作用而定向排列，随后剩磁被固结在沉积岩中。化学磁性：一些磁性物质在其居里温度之下经过化学变化而获得的剩磁。粘滞剩磁：岩石形成后，长期置在地磁场中获得的剩磁。

对地磁研究有意义的剩磁是热剩磁，这是由于热剩磁强度大、稳定、与外磁场一致。不过在测定热剩磁之前，先作退磁处理，以便只保留热剩磁。通过对热剩磁（古地磁）的研究，为大陆漂移提供了令人信服的证据，从而使大陆漂移变成了现实，使人们从固定论变成了活动论，地球科学发生了革命。

古地磁研究基于以下两个假说：一个是岩石的原生剩磁方向与岩石形成时的地磁场方向一致；另一个是古地磁场是轴向地心偶极场。在这二个假说的基础上，人们发现：1、一个地区测得的古地磁纬度与测点目前所处的纬度常有很大的差别，说明该地区有过漂移运动。2、把岩石剩余磁性得出的各个地质时代的磁极位置都标在地图上，可得到古地磁的迁移轨迹，如果是地磁极本身游移的结果，则迁移轨迹只有一条，但现发现不同大陆有不同的迁移轨迹，表明这些大陆之间发生过相对的运动，导致岩石测出的古地磁极的位置也跟着发生了位移。3、通过海底调查发现了磁性条带异常，正、负磁性条带异常沿洋中脊两侧对称分布，这是由于熔融的地幔物质在洋脊中部上涌形成新的洋底岩石时，当它冷却经过居

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里点时，被当时的地球磁场磁化，形成磁异常，而后随着洋脊两侧的板块运动而运动，所以洋脊两侧的磁导常对称分布，并且通过将条带宽度除以该条带所延续的时间，可得出海底扩张的速度。

古地磁的研究使大陆漂移从定性变成了定量，导致了地学的革命。

6、试述地球物理正反演问题及其意义。（这是重中之重，自已好好琢磨一下答案如何归纳，并要和《油储》中有关这方面的问题结合起来，以免重复记忆）

正演是从模型到数据，也就是现在流行的数值模拟。 反演是从已测到的数据到建立符合数据的模型。

两者的关系是反演得到的模型还需要正演中假设模型的检验。两者目的是获得有关地下介质结构或物理参数的信息。

7、写出水平层状介质条件下的斯涅尔定律；导出一个水平反射界面情况下炮检距与深度、走时与深度的关系，并利用台劳展开，简化为小入射角度表达式；导出小入射角条件下走时与炮检距的关系。

参考书1P20——22及手写几页纸。

8、试述Moho界面的地震学证据以及可能的组成形式。

答：Moho界面是南斯拉夫地震学家莫氏于上世纪通过对一次天然地震的研究发现的。他发现地下30公里上下的纵波传播速度明显不一样。他认为这是因为这一深度上物质成分有明显变化，表示地球内部的一个圈层。后来的研究发现，这一深度的纵波传播速度的变化有全球性，后来为纪念他，命名为莫霍面。莫霍面以上为地壳，以下为地幔。但是，莫霍面在全球深度不一致，大陆下深，大洋下浅。

通过天然和人工地震，发现莫霍面是很复杂的，有三种类型：1、为一个纵波速度突变面；2、有一定厚度的速度梯度变化带；3、由一组高速和低速相间组成的薄层束。参考书1P76——80和滕书191——193。

莫霍面的成因是：1、莫霍面上、下岩石所受压力、温度不同，导致岩石的成分、密度发生变化，莫霍面上的岩石密度小于莫霍面下的岩石密度，所以波速增大；2、可能是相转换的结果。

2003年地球物理基础答案

1、解释自由空气校正、布格校正、均衡校正的物理意义，简述相应的校正方法。

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