(完整版)部分地球物理基础试题及答案.docx

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，2222

，式中 V 为叠加速度。参考书 3P154

即 t=t0+x/V

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

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/ E)。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，

说明物质处于低密度的、部分熔融状态。

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