832-物探部分
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试题分布：
| 类型 | 分值 | 重力 | 磁法 | 地震 | 电法 |
|---|---|---|---|---|---|
| 简答题 | 10' | ✅ | ✅ | ✅ | |
| 论述题 | 20' | ✅ | ✅ |
一、重力
⚠️ 只考一个简答题，但也不好说重力基点网联测考不考，着重看地球重力场的变化及其影响因素吧
1. 地球重力场的变化及其影响因素
答：
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变化： 地球重力场的变化分为长期变化和短期变化。
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长期变化：
- 原因：地壳内部的物质运动，如岩浆运动、构造运动、板块运动等。
- 特点：变化十分缓慢，幅度小，在短时间内变化很弱，故在重力勘探中不予考虑。
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短期变化：
- 原因：地球与太阳、月亮之间的相互位置变化引起的。
- 特点：周期短（\(24h\)），变化幅度大，一般可达 \(2 \sim 3g.u.\)。
- 概念：固体潮
- 地球固体潮： 太阳、月亮相对于地球位置的变化，使它们间的引力不断变化产生的，它不仅表现在海水周期性涨落，而且固体地球也有周期性起伏。
- 重力固体潮： 固体潮引起的刚性地球周期性起伏，造成地面重力日变化。
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影响因素： 空间因素和时间因素
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空间因素：
- 地球不是一个正球体，而是近似于两级压缩的扁球体，地表面又是起伏不平的，这将会引起约 \(6.0×10⁴g.u.\) 的重力变化；
- 地球绕一定的轴旋转，这将会引起 \(3.4×10⁴g.u.\) 的重力变化；
- 地下物质密度变化不均匀分布将会引起几千 \(g.u.\) 的重力变化，重力勘探正是利用这一因素所产生的重力变化来研究地质构造和达到找矿勘探的目的。
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时间因素：
- 太阳、月球等天体引力产生的重力变化，有一定的周期性，也称之为潮汐，变化大小可达 \(3g.u.\)；
- 地球形状的变化和地下物质运动等引起的变化是非周期性的，也称为非潮汐变化，大小一般不超过 \(1g.u.\)。
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2. 重力基点网联测方法及应用
答：
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基点网观测方法：
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在基点网上观测方法的选择，是以能对观测数据进行可靠的零点漂移校正、能满足设计提出的精度要求为原则。当所用的重力仪其零点漂移较小又近于线性时，可以采用单向循环重复或往返重复方法进行，否则，应采取多台仪器进行多次重复观测。
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目前最常用的是三重小循环观测。
观测方法 顺序 单向循环重复顺序 1 → 2 → 3 ······ 1 → 2 → 3 往返重复方法顺序 1 → 2 → 3 ······ 3 → 2 → 1 三重小循环顺序 1 → 2 → 1 → 2 → 3 → 2 → 3 → 4 → 3 → 4 ······ -
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作用：
- 控制重力普通点的观测精度；
- 避免误差积累；
- 检查重力仪在某一段工作时间内的零点漂移；
- 确定零点漂移校正系数；
- 推算全区重力测点上的绝对重力值和相对重力值。
二、磁法
视磁化率、真磁化率和消磁/退磁作用的概念、区别、联系
答：
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视磁化率、真磁化率：
- 真磁化率： 岩石标本的真正磁化率，不包含退磁作用的影响。
- 视磁化率： 没有进行退磁改正的磁化率，视磁化率永远小于等于真磁化率。
对于磁化率计算来讲，如果矿物组分的磁化率是真磁化率，则计算得到的磁化率就是真磁化率。反之，得到的就是视磁化率。
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退磁/消磁：
当地质体被外磁场磁化时，在其内部除存在外磁场外，还能产生一个与外磁场方向相反的磁场，抵消一部分外磁场，这一现场称为消磁作用，又称“退磁作用”。
有限物体受外磁场磁化时，由于受到物体退磁作用的影响，测量得到的磁化率往往比物体真正的磁化率要小。
设真磁化率为 \(K\)，得到的磁化率为 \(K'\)，则有
\[ K' = \frac{K}{1 + N \cdot K} \]其中 \(N\) 为消磁系数，它随物体形状的不同和磁化方向的不同而变化。
\(K'\) 即为视磁化率，在磁异常计算中，有时也称反演计算的磁化率为视磁化率。
三、地震
是一道 20' 的论述题，但由于 AB 卷的存在，所以有两道题。
1. 地震波的基本类型及传播
地震波的传播要说起来那就可多可少了，不过多写点准没错的。下面是一个示意图：
地震波
│
├── 体波 (Body Waves)
│ │
│ ├── P波 (Primary Waves) {纵波}
│ │ ├── 传播介质: 固体、液体、气体
│ │ └── 振动方向: 与传播方向一致
│ │
│ └── S波 (Secondary Waves) {横波}
│ ├── 传播介质: 固体
│ └── 振动方向: 垂直于传播方向
│
└── 面波 (Surface Waves)
│
├── 瑞雷波 (Rayleigh Waves) {R波}
│ ├── 振动方向: 既有垂直分量又有水平分量 (椭圆运动)
│ └── 传播速度: 比L波慢
│
├── 勒夫波 (Love Waves) {L波}
│ ├── 振动方向: 水平面内的横向振动 (横波性质)
│ └── 传播速度: 比R波快，但比S波慢
│
└──斯通利波 (Stoneley Waves)
答：
-
基本类型：
-
体波：
从弹性波场知道，在外力作用下，弹性介质中存在着两种扰动（涨缩力和旋转力）。由于涨缩力的扰动，弹性介质产生体积应变，体积应变产生的波动称为纵波（P波）；由于旋转力的扰动，弹性介质产生剪切应变，剪切应变所引起的波动称为横波（S波）。这两种波动统称为体波。
-
纵波的特点：
- 纵波在介质中传播时，波的传播方向与质点振动方向一致，因此又称为线性极化波；
- 纵波的传播速度 \(V_p = \sqrt{\frac{\lambda + 2 \mu}{\rho}}\)；
- 振动的强度随着传播距离的增大而减弱。
-
横波的特点：
- 横波在介质中传播时，波的传播方向与质点的振动方向垂直；
- 质点振动在水平平面中的横波分量称为SH波，在垂直平面中的横波分量称为SV波；
- 横波的传播速度 \(V_s = \sqrt{\frac{\mu}{\rho}}\)；
- 在液体和气体中，由于剪切模量 \(\mu = 0\)，故不存在横波。
-
-
面波：
相对于体波而言，在弹性分界面附近还存在着另一类扰动。从能量上来说，它们只会分布在弹性分界面附近，故称为面波。面波又会分为瑞雷面波、勒夫面波、斯通利波。
-
三种面波：
- 瑞雷面波：质点振动轨迹沿波传播方向成逆时针方向的椭圆轨迹运动。
- 勒夫面波：质点在水平方向振动并垂直于波的传播方向。
- 斯通利波：在两种均匀弹性介质的分界面上形成的类似于瑞雷型的面波。
-
面波特点：
- 速度低，面波速度一般略低于横波速度；
- 能量强，在远离震源时，面波能量往往强于体波能量；
- 瑞雷面波振动能量沿垂直方向衰减快，而沿水平方向衰减慢；
- 频率低，面波主频一般在 \(10\sim 20 Hz\)；
- 存在频散现象，即波速是频率的函数。
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-
-
传播：
⚠️ 答案整理的有点过多了，关于地震波的传播过程，有些地方只写了关键词，but it's enough.
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传播速度： P波 > S波 > L波 > R波
影响地震波传播速度的因素:
-
密度：
不同岩石具有不同密度，其波速也不同。通常密度大的致密岩石波速较大。
-
孔隙度：
一般波在流体中的速度小于骨架速度，因此孔隙度大的岩石波速较小。而且孔隙度的变化也会影响密度的变化，孔隙度增大，岩石密度相对减小。
-
孔隙填充物：
岩石孔隙中的填充物不同也会引起波速变化，\(v_{气} < v_{油} < v_{水}\)。
-
风化程度：
风化作用使岩体矿物变异，原生结构破坏，导致质点间弹性联系减弱。岩体波速随风化程度的增大而减小。
-
其他因素:
一般年代越久，埋藏越深，上覆地层压力时间越长，强度越大，孔隙度变小，密度变大，波速变大。
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传播介质：
- P波：固体、液体、气体
- S波：固体
- 面波：主要在地球表面传播
-
传播路径： 地震波在地球内部传播时，会受到地球内部不同介质（岩石、液体等）的密度和弹性性质的影响，导致波的反射、透射、折射、绕射。
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能量衰减： 波前扩散、吸收衰减、投射损失
-
2. 均方根速度、射线速度、平均速度的概念
答：
-
均方根速度：
把水平层状介质情况下的反射波时距曲线近似地看成双曲线时，求出的波速就是这一水平层状介质的均方根速度。
\[ t^2 = t_{\sigma}^2 + \frac{x^2}{v_{\sigma}^2} \]\[ v_{\sigma} = \sqrt{\frac{\Sigma_{i=1}^{n}t_i v_i^2}{\Sigma_{i=1}^{n}t_i}} \]其中：
- \(v_i\) 是在不同层中的地震波速度。
- \(t_i\) 是地震波在各层中传播的时间。
-
射线速度：
波沿射线传播的速度称为射线速度，即波的实际传播路径上的速度。
\[ v_r = \frac{\frac{h_1}{cos \theta_1} + \frac{h_2}{cos \theta_2} + \cdots + \frac{h_n}{cos \theta_n}}{\frac{\frac{h_1}{cos \theta_1}}{v_1} + \frac{\frac{h_2}{cos \theta_2}}{v_2} + \cdots + \frac{\frac{h_n}{cos \theta_n}}{v_n}} \]其中：
- \(\theta_i\) 为波与法线夹角。
-
平均速度：
地震波垂直穿过地层的总厚度与单程传播所需的总时间之比。
\[ \bar{v} = \frac{\Sigma_{i=1}^{n}h_i}{\Sigma_{i=1}^{n}t_i} = \frac{h_1 + h_2 + \cdots + h_n}{\frac{h_1}{v_1} + \frac{h_2}{v_2} + \cdots + \frac{h_n}{v_n}} \]其中：
- \(h_i\) 是在不同层的厚度。
- \(t_i\) 是地震波在各层中传播的时间。
四、电法
1. 天然地电场和人工地电场的特性
这是一道简答题。
答：
-
天然地电场：
具有全球性或区域性的变化天然电场称为大地电场；地方性的天然稳定电场称为局部电场，又称为自然电场。
-
大地电场：
大地电场是各种天电在地壳和地球内部产生的感应电场，与地球变化磁场密不可分，具有相同的场源。大地电场按照时变形态可以分为两大类：地电场的平静变化和地电场的干扰变化。
- 平静变化： 地电场的平静变化具有连续性和周期性，可分为太阳活动变化、年变化、日变化、月变化和静日地电日变化。
- 干扰变化： 干扰变化可以分为高频地电变化、地电脉动、地电湾扰、扰日地电日变化和地电暴。
-
自然电场：
自然电场是由局部物理化学条件不同形成的天然局部性电场。
按成因分为氧化还原电场、过滤电场和扩散电场。过滤电场又称渗流电场，按渗流机制可分为裂隙电场、长升泉电场、山地电场和河流电场。自然电场也有人工电场成分，即由人类生活或生产活动中的电器设备及附件产生的游散电流形成的电场，在电法勘探中通常称为游散电场。
特性：
- 时间变化：通常表现为低频变化（如地磁暴时），也可能有高频信号（如雷电活动）。
- 分布广泛：天然地电场在全球范围内存在，与地球介质结构相关。
- 受环境影响大：天气、太阳活动等会对天然地电场的强度和频谱产生显著影响。
- 探测深度大：由于波长长，天然地电场信号可以穿透深层地壳甚至地幔。
-
-
人工地电场：
人工建立的电场是为某种探测目的而由人工源激发的直流电场和交流电场。
人工电场可分为通过接地建立的稳定的直流电场和时变电场或交变电磁场。交变电磁场按场的激励方式不同又可分为由接地电极产生的电偶极子场、不接地回线产生的磁偶极场和长供电导线产生的电磁场。
特性：
- 可控性：
- 人工电场的频率、强度和极性可以根据需要调节。
- 空间局限性：
- 电场集中在电极附近，远距离处信号强度迅速衰减。
- 噪声较低：
- 因为是人为产生的，可以通过信号处理减小外界干扰。
- 探测深度有限：
- 由于高频率信号衰减快，通常用于中浅层勘探。
- 可控性：
⚠️ 对于一道简答题，上面的字儿可能有点多了，建议只写黑体字和对应的特性。下面是一个对照的表格。
| 特性 | 天然地电场 | 人工地电场 |
|---|---|---|
| 来源 | 自然过程（如地磁感应、大气电场等 | 人为施加电流 |
| 频率范围 | 较低频 | 可控 |
| 分布范围 | 全球范围 | 局部范围 |
| 探测深度 | 深层（地壳到地幔） | 浅层到中深层（视电场频率而定） |
| 应用 | 深层结构探测，如大地电磁法（MT） | 矿产、水资源和环境勘探 |
| 受干扰性 | 受天气和太阳活动等干扰影响较大 | 干扰较小，信噪比可控 |