2025年大學《聲學》專業(yè)題庫——聲學在地震監(jiān)測中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填在題后的括號內。每小題2分，共20分）1.在地震波中，傳播速度最快的是？A.P波B.S波C.Love波D.Rayleigh波2.利用天然聲源（如地震）進行地球內部結構探測的聲學方法是？A.主動聲學測井B.被動聲學監(jiān)測C.聲納探測D.聲波示蹤3.下列哪一項不是地震監(jiān)測中常用的檢波器類型？A.地震計B.水聽器C.震源器D.速度傳感器4.聲波在均勻介質中傳播時，其振幅通常會？A.持續(xù)增加B.持續(xù)減小C.保持不變D.周期性變化5.在地震數(shù)據(jù)處理中，濾波的主要目的是？A.放大所有頻率成分B.提高信號的信噪比C.增加信號的記錄時間D.減小信號傳播的速度6.下列哪項技術通常不直接用于被動聲學監(jiān)測地震活動？A.頻譜分析B.地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)融合C.主動源激發(fā)D.震相拾取7.地震波從地殼進入地幔時，其P波速度通常會？A.減小B.增大C.保持不變D.先增大后減小8.聲納探測在水下地震監(jiān)測中的主要優(yōu)勢在于？A.能夠探測極低頻信號B.對地表噪聲不敏感C.探測范圍相對較遠D.設備成本通常較低9.地震監(jiān)測儀器記錄到的信號通常需要經過放大，這主要是為了？A.提高信號傳播速度B.增強信號的抗干擾能力C.滿足后續(xù)數(shù)字化處理的需求D.減小信號的信噪比10.影響聲學地震監(jiān)測數(shù)據(jù)質量的關鍵因素之一是？A.儀器標定精度B.數(shù)據(jù)傳輸帶寬C.地球介質均勻性D.觀測者主觀判斷二、填空題（請將正確答案填在橫線上。每空2分，共20分）1.地震波根據(jù)其振動方向與傳播方向的關系，可分為______波和______波。2.聲學地震監(jiān)測中常用的被動監(jiān)測方法是利用______產生的聲波信號進行探測。3.地震儀器的核心部件通常是能夠將地面振動轉換為______信號的傳感器。4.聲波在介質中傳播時，其能量會隨著距離的增加而______，這種現(xiàn)象稱為______。5.地震頻譜分析中，峰值頻率通常與震源的大小和______有關。6.為了從強背景噪聲中提取微弱的地震信號，常常需要采用______等數(shù)據(jù)處理技術。7.地震波從一種介質進入另一種介質時，其傳播速度會發(fā)生改變，同時會產生______現(xiàn)象。8.利用低頻聲波進行地震監(jiān)測的主要優(yōu)勢在于其能夠______穿透地球內部。9.地震監(jiān)測中，信噪比是衡量______質量的重要指標。10.分布式聲學傳感網(wǎng)絡通過部署大量聲學傳感器，可以實現(xiàn)______監(jiān)測。三、判斷題（請判斷下列說法的正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“×”。每小題2分，共20分）1.S波的傳播速度總是比P波快。（）2.地震波在穿過不同介質界面時，既會發(fā)生反射也會發(fā)生折射。（）3.聲納探測的基本原理與被動聲學監(jiān)測相同。（）4.地震計是一種能夠產生電信號的聲學傳感器。（）5.噪聲對地震監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響主要體現(xiàn)在降低信噪比。（）6.地震監(jiān)測儀器通常需要具有較高的頻率響應范圍。（）7.被動聲學監(jiān)測相比主動監(jiān)測，通常成本更低。（）8.地震波在地殼中的傳播速度通常比在空氣中快得多。（）9.聲波示蹤是一種主動的聲學地球物理探測方法。（）10.地震信號處理中的濾波操作可能會丟失部分有用信息。（）四、簡答題（請簡要回答下列問題。每小題5分，共20分）1.簡述P波和S波在傳播速度、振動特性等方面的主要區(qū)別。2.簡述被動聲學監(jiān)測在地震監(jiān)測中的主要優(yōu)勢。3.簡述地震監(jiān)測儀器（如地震計）將機械振動轉換為電信號的基本原理。4.簡述地震信號處理中頻譜分析的主要作用。五、計算題（請根據(jù)要求進行計算。共10分）已知一地震事件產生的P波在地殼中的傳播速度為8km/s，S波的傳播速度為4km/s。地震臺站接收到P波到達的時間為T_p，接收到S波到達的時間為T_s。假設震源位于震源點，震源點到臺站的距離為D。請推導出震源點距離臺站距離D的表達式，并說明推導過程中隱含的假設條件。六、論述題（請就下列問題展開論述。共20分）論述聲學原理在地震監(jiān)測中的具體應用，結合實際例子說明其在提高監(jiān)測能力、理解地球內部結構等方面的作用，并分析當前聲學地震監(jiān)測技術面臨的主要挑戰(zhàn)及潛在發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.C4.B5.B6.C7.B8.C9.C10.C二、填空題1.縱；橫2.自然（或：地震）3.電（或：電壓）4.減??；衰減5.震源機制6.濾波7.折射8.更好9.信號10.連續(xù)（或：區(qū)域）三、判斷題1.×2.√3.×4.√5.√6.√7.√8.√9.√10.√四、簡答題1.解析思路：區(qū)分P波和S波是地震學的基礎。P波是縱波，振動方向與波傳播方向一致，可以在固、液、氣態(tài)介質中傳播，速度最快。S波是橫波，振動方向垂直于波傳播方向，只能在固態(tài)介質中傳播，速度比P波慢。這是兩者最根本的區(qū)別。答案要點：P波為縱波，振動方向與傳播方向一致，速度最快，可穿越固液氣態(tài)介質；S波為橫波，振動方向垂直于傳播方向，速度比P波慢，只能穿越固態(tài)介質。2.解析思路：被動監(jiān)測利用自然聲源，無需主動發(fā)射，因此成本較低，且自然源頻譜可能覆蓋更廣，有利于探測不同類型的源。對比主動監(jiān)測的優(yōu)勢在于經濟性和對環(huán)境的低干擾。答案要點：成本低，無需部署震源，對環(huán)境干擾小，可接收天然聲源（如地震）信號，可能探測到更廣泛的頻率范圍。3.解析思路：地震計的核心是慣性體。當?shù)貧ふ駝訒r，慣性體由于慣性傾向于保持靜止，導致其與固定外殼之間產生相對運動。這個相對運動通過機械結構（如懸絲、彈簧）轉換為電信號，通常利用電磁感應或壓電效應實現(xiàn)。答案要點：利用慣性原理，當?shù)貧ふ駝訒r，地震計內部慣性質量塊相對外殼運動，通過懸絲/彈簧等機械轉換裝置，再利用電磁感應或壓電效應等原理，將機械位移轉換成電信號輸出。4.解析思路：頻譜分析將時域信號轉換為頻域表示，可以清晰地展示信號包含哪些頻率成分以及各頻率成分的強度。在地震監(jiān)測中，這有助于識別不同類型的震相（如P波、S波）、估計震源頻率特性、區(qū)分事件來源等。答案要點：將時域地震信號轉換為頻域表示，顯示信號包含的頻率成分及其振幅，有助于識別震相、分析震源特性、分離噪聲和不同事件。五、計算題表達式推導：已知P波速度v_p=8km/s，S波速度v_s=4km/s。設震源到臺站距離為D。P波到達時間T_p=D/v_p。S波到達時間T_s=D/v_s。兩式相減：T_s-T_p=D/v_s-D/v_p=D(v_p-v_s)/(v_p*v_s)整理得：D=(T_s-T_p)*(v_p*v_s)/(v_p-v_s)代入數(shù)值：D=(T_s-T_p)*(8*4)/(8-4)=(T_s-T_p)*32/4=8*(T_s-T_p)km假設條件：1.震源點為單點源。2.地震波以勻速直線傳播。3.地殼介質在震源到臺站路徑上是均勻的（或分段均勻，且已知各段速度）。4.忽略波的衰減、散射和反射等效應。六、論述題解析思路：此題要求全面論述聲學在地震監(jiān)測中的應用。應從基本原理出發(fā)，列舉具體技術（被動/主動），說明其在監(jiān)測地震活動、研究地球內部結構等方面的作用。同時，要體現(xiàn)對技術局限性的認識和對未來發(fā)展趨勢的思考。答案要點：聲學原理在地震監(jiān)測中有著廣泛的應用。地震波作為地球介質中傳播的聲波，其速度、振幅、頻率等特性攜帶了關于震源、路徑介質和散射體的大量信息。1.利用地震波探測地球內部結構：通過分析地震波（特別是P波和S波）在不同介質（地殼、地幔、地核）中的傳播速度變化和路徑，可以推斷地球內部的速度結構、界面（如莫霍面、古登堡面）和異常體（如地幔柱、熔融區(qū)）。例如，P波速度的突然變化指示了介質密度的變化。2.地震活動監(jiān)測：被動聲學監(jiān)測利用天然地震產生的低頻聲波信號進行探測。通過部署密集的聲學傳感器網(wǎng)絡，可以實時監(jiān)測地震事件，特別是那些難以被傳統(tǒng)地震儀探測到的微小地震或遠震。分布式聲學傳感網(wǎng)絡能夠提供高空間分辨率的事件定位。此外，該方法還可用于探測火山活動、爆炸（如核試驗監(jiān)測）、大型工程結構振動等產生的聲學信號。3.主動聲學探測技術：主動聲學方法通過人工震源（如空氣槍、震動臺）產生已知特性（頻率、振幅、波形）的聲波，向地球發(fā)射，然后接收和分析反射、折射或散射回來的信號。這在油氣勘探（地震勘探）、地下水探測、海底地形測繪等方面有重要應用。在地震學中，主動源也可用于研究淺層地殼結構。4.儀器原理與數(shù)據(jù)處理：地震監(jiān)測儀器（檢波器/地震計）的核心是聲學/聲電轉換部件，將地面振動轉換為電信號。信號處理技術，如濾波、傅里葉變換（頻譜分析）等，是提取有效地震信息、去除噪聲、識別震相的關鍵。地震數(shù)據(jù)的分析依賴于對這些聲學原理和方法的深刻理解。挑戰(zhàn)與展望：當前聲學地震監(jiān)測技