2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地震波三維成像技術(shù)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的代表字母填涂在答題卡相應(yīng)位置）1.在地震波三維成像中，相比二維成像，三維采集的主要優(yōu)勢在于能夠提供（）。A.更高的信噪比B.更好的空間采樣率C.更簡單的數(shù)據(jù)處理流程D.更低的采集成本2.Kirchhoff全波列偏移方法主要基于（）。A.有限差分波動方程求解B.射線追蹤和幾何光學(xué)原理C.逆時偏移的預(yù)測器-校正器技術(shù)D.信號空間中的稀疏矩陣分解3.全波形反演相比射線理論方法，其主要優(yōu)勢在于（）。A.計(jì)算效率更高B.對初始模型質(zhì)量要求更低C.能夠自然地處理非均勻介質(zhì)和波場散射D.具有更簡單的物理圖像4.在地震數(shù)據(jù)處理流程中，偏移步驟通常位于（）。A.數(shù)據(jù)采集之后、疊前處理之前B.疊前處理之后、疊后處理之前C.疊后處理之后、解釋之前D.資料質(zhì)量控制之后、共中心點(diǎn)道集之前5.導(dǎo)致地震波走時拾取和射線追蹤精度降低的主要因素是（）。A.介質(zhì)均勻B.觀測點(diǎn)密度足夠高C.存在低速帶或復(fù)雜界面D.頻率足夠低6.逆時偏移（Time-ReverseMigration,TRM）的核心思想是將時間域的（）反向傳播，使其在初始位置重新聚集。A.源信號B.檢波器記錄C.波場信息D.旅行時曲線7.在三維成像資料解釋中，通常利用（）來劃分不同的地質(zhì)體和識別斷層。A.莫霍面B.構(gòu)造等高線C.斷層封閉性D.波阻抗屬性8.以下哪種技術(shù)通常不直接用于地震波的三維成像？（）A.有限元方法B.經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解C.信號處理濾波D.井位數(shù)據(jù)解釋9.三維全波形反演中，所謂的“照明問題”指的是（）。A.目標(biāo)體周圍存在強(qiáng)反射界面B.某些區(qū)域的數(shù)據(jù)無法有效覆蓋模型空間C.計(jì)算過程中出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定性D.反演結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況不符10.采用寬方位（WAV）數(shù)據(jù)進(jìn)行三維成像的主要目的是（）。A.提高采集效率B.獲取更豐富的波場信息，改善成像質(zhì)量C.降低采集成本D.減少數(shù)據(jù)處理量二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上）1.地震波在均勻介質(zhì)中傳播時，其振幅隨距離呈__________衰減。2.三維地震數(shù)據(jù)采集通常采用__________或__________的共中心點(diǎn)采集模式。3.波動方程偏移方法能夠更真實(shí)地保持成像結(jié)果的__________和__________。4.全波形反演的核心是求解一個關(guān)于模型參數(shù)的__________問題。5.三維成像結(jié)果的可視化常用__________、__________和__________等方式。6.逆時偏移算法中，每次迭代都涉及一次__________和一次__________。三、名詞解釋（每題5分，共20分。請給出簡潔、準(zhǔn)確、符合專業(yè)術(shù)語定義的解釋）1.射線追蹤（RayTracing）2.波動方程偏移（WaveEquationMigration）3.全波形反演（FullWaveformInversion）4.照明問題（IlluminationProblem）四、簡答題（每題8分，共32分。請簡明扼要地回答下列問題）1.簡述三維地震數(shù)據(jù)采集相比二維采集的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。2.簡要比較Kirchhoff全波列偏移和逆時偏移的基本原理和主要區(qū)別。3.全波形反演具有哪些顯著優(yōu)點(diǎn)？同時也面臨哪些主要挑戰(zhàn)？4.在進(jìn)行三維成像資料解釋時，需要注意哪些關(guān)鍵問題？五、計(jì)算題（共16分。請按題意進(jìn)行計(jì)算，并寫出必要的公式和步驟）假設(shè)在均勻介質(zhì)中，地震波速為v=3000m/s。一個點(diǎn)源位于坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0,0)，一個檢波器位于位置(1000,1000,0)。請估算P波從源到檢波器的主要旅行時。（忽略地表和介質(zhì)非均勻性影響）六、綜合應(yīng)用題（共12分。請結(jié)合所學(xué)知識，分析并回答下列問題）簡要論述機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)（如深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）在地震波三維成像數(shù)據(jù)處理和解釋中的應(yīng)用前景及其可能帶來的變革。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.B5.C6.C7.B8.D9.B10.B二、填空題1.指數(shù)2.共中心點(diǎn)；共偏移距3.振幅；相位4.最小化（或目標(biāo)函數(shù)最小化）5.地震剖面；平面圖；體元圖6.正向傳播；反向傳播三、名詞解釋1.射線追蹤：利用幾何光學(xué)原理，通過計(jì)算射線路徑和旅行時，模擬地震波在介質(zhì)中傳播的過程，常用于射線理論成像方法。2.波動方程偏移：基于波動方程的數(shù)值解（如有限差分、有限元）或解析解（如Kirchhoff積分），將地震道或共中心點(diǎn)道集的地震記錄中的波場信息聚焦到地下相應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)成像的一種方法。3.全波形反演：一種目標(biāo)函數(shù)最小化方法，通過迭代調(diào)整地下模型參數(shù)，使得通過正演模擬得到的合成地震記錄與實(shí)際觀測的地震記錄之間的差異（即目標(biāo)函數(shù)）最小化，從而達(dá)到成像和反演目的。4.照明問題：在全波形反演中，指由于數(shù)據(jù)采集幾何或信號衰減等原因，導(dǎo)致地下某些區(qū)域（模型參數(shù)）接收不到足夠有效的觀測數(shù)據(jù)（波場信息），使得這些區(qū)域的模型參數(shù)更新困難，成像質(zhì)量下降的現(xiàn)象。四、簡答題1.三維地震數(shù)據(jù)采集相比二維采集的主要技術(shù)挑戰(zhàn)：*硬件成本高昂：需要更多的震源、檢波器和相關(guān)設(shè)備。*采集效率低：相同覆蓋次數(shù)下，三維采集的場地占用時間和總工時通常遠(yuǎn)高于二維。*數(shù)據(jù)量巨大：產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈立方級增長，對數(shù)據(jù)傳輸、存儲和處理能力提出極高要求。*幾何設(shè)計(jì)復(fù)雜：三維采集幾何設(shè)計(jì)（如偏移距、方位角、覆蓋次數(shù)分布）更為復(fù)雜，需要更精細(xì)的優(yōu)化。*環(huán)境干擾增多：施工和采集環(huán)境可能更復(fù)雜，受干擾因素更多。2.簡要比較Kirchhoff全波列偏移和逆時偏移的基本原理和主要區(qū)別：*Kirchhoff全波列偏移：基于波動方程的積分表達(dá)式（Kirchhoff積分），利用子波的概念將震源或檢波器處的記錄（子波）反向傅里葉變換到地下成像點(diǎn)，再進(jìn)行逆傅里葉變換得到成像結(jié)果。本質(zhì)上是積分變換過程。*逆時偏移：基于時間域的波動方程，通過迭代求解波動方程的初值問題。在每次迭代中，將當(dāng)前時刻的波場信息在時間上反向傳播，模擬波從地下反方向傳播并聚焦的過程。本質(zhì)上是有限差分（或其他數(shù)值方法）的迭代求解過程。*主要區(qū)別：*理論基礎(chǔ)：Kirchhoff基于積分公式，逆時偏移基于波動方程數(shù)值解。*計(jì)算方式：Kirchhoff是卷積和積分，逆時偏移是差分和迭代。*處理非均勻介質(zhì)：逆時偏移能自然處理非均勻介質(zhì)和波場散射，Kirchhoff在非均勻介質(zhì)中效果會變差。*計(jì)算成本：逆時偏移計(jì)算量通常遠(yuǎn)大于Kirchhoff偏移。*物理圖像：逆時偏移更符合波動傳播的物理過程。3.全波形反演具有哪些顯著優(yōu)點(diǎn)？同時也面臨哪些主要挑戰(zhàn)？*優(yōu)點(diǎn)：*保振幅和相位：能夠同時恢復(fù)地震數(shù)據(jù)的振幅和相位信息，提供更豐富的地質(zhì)信息。*高分辨率：理論上可以達(dá)到很高的分辨率，能夠分辨更精細(xì)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。*處理復(fù)雜介質(zhì)：對非均勻介質(zhì)和強(qiáng)散射體的成像效果通常優(yōu)于基于射線理論的偏移方法。*模型適應(yīng)性：能夠適應(yīng)復(fù)雜的非各向異性介質(zhì)。*挑戰(zhàn)：*計(jì)算成本高：正演和逆演計(jì)算量巨大，對計(jì)算資源要求高。*非線性強(qiáng)：目標(biāo)函數(shù)是非線性的，迭代過程可能陷入局部最小值。*對初始模型敏感：反演結(jié)果對初始模型的質(zhì)量和選取非常敏感。*照明問題：存在數(shù)據(jù)覆蓋不足的區(qū)域，導(dǎo)致反演結(jié)果不收斂或失真。*需要高質(zhì)量數(shù)據(jù)：對數(shù)據(jù)信噪比要求較高。4.在進(jìn)行三維成像資料解釋時，需要注意哪些關(guān)鍵問題？*成像質(zhì)量評估：首先判斷成像結(jié)果的可靠性，如分辨率、信噪比、保真度等。*結(jié)合其他資料：將三維成像結(jié)果與二維資料、鉆井資料、測井資料、巖心資料等進(jìn)行綜合對比和解釋。*地質(zhì)模型構(gòu)建：在成像結(jié)果基礎(chǔ)上，構(gòu)建合理的地質(zhì)模型，包括地層劃分、斷層系統(tǒng)、沉積相分析等。*屬性分析：利用成像得到的屬性數(shù)據(jù)（如振幅、頻率、相位、全波形反演屬性）進(jìn)行儲層預(yù)測、流體識別等。*不確定性討論：認(rèn)識到成像和解釋結(jié)果存在不確定性，并進(jìn)行必要的敏感性分析。*構(gòu)造細(xì)節(jié)解釋：仔細(xì)解釋斷層、褶皺等構(gòu)造細(xì)節(jié)，分析其形成機(jī)制和演化歷史。五、計(jì)算題*解：根據(jù)幾何關(guān)系，源到檢波器的距離為：D=√(10002+10002)=1000√2m*假設(shè)介質(zhì)均勻，P波走時t與距離D的關(guān)系為t=D/v。*因此，主要旅行時為：t=(1000√2m)/(3000m/s)=(1/3)√2s≈0.471s六、綜合應(yīng)用題機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在地震波三維成像中的應(yīng)用前景及其可能帶來的變革：機(jī)器學(xué)習(xí)（特別是深度學(xué)習(xí)）為地震波三維成像領(lǐng)域帶來了革命性的潛力，其應(yīng)用前景廣闊，可能帶來以下變革：1.數(shù)據(jù)處理加速與自動化：深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用于自動完成或加速數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)，如噪聲抑制、信號增強(qiáng)、動校正、速度分析等，提高處理效率和一致性。2.成像算法優(yōu)化：機(jī)器學(xué)習(xí)模型（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）可直接學(xué)習(xí)從數(shù)據(jù)到成像結(jié)果的映射關(guān)系，可能推導(dǎo)出新的、更高效的成像算法，或用于改進(jìn)現(xiàn)有算法（如逆時偏移的波場預(yù)測、Kirchhoff偏移的積分計(jì)算）。3.提高成像質(zhì)量：通過學(xué)習(xí)復(fù)雜的波場傳播和散射規(guī)律，機(jī)器學(xué)習(xí)有助于改善復(fù)雜地區(qū)（如近地表、陡傾角、強(qiáng)散射區(qū)）的成像質(zhì)量，解決傳統(tǒng)方法難以處理的照明問題。4.屬性預(yù)測與解釋輔助：深度學(xué)習(xí)能有效從成像數(shù)據(jù)中預(yù)測多種巖石物理屬性（如密度、孔隙度、滲透率），為儲層預(yù)測和油氣檢測提供更可靠的依據(jù)，