2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——構(gòu)造地震波速成像技術(shù)的技術(shù)路線梳理考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在構(gòu)造地震波速成像中，旨在恢復(fù)地下介質(zhì)縱波（P波）速度結(jié)構(gòu)的主要方法屬于以下哪一類？（）A.地震層析成像（Tomography）B.地震偏移成像（Migration）C.地震反射profilingD.地震面波法2.共中心點(diǎn)（CSP）疊加方法在構(gòu)造地震波速成像中主要目的是？（）A.增強(qiáng)遠(yuǎn)震事件信號(hào)B.消除共炮點(diǎn)幾何擴(kuò)散效應(yīng)，提高道集信噪比C.直接計(jì)算射線追蹤路徑D.實(shí)現(xiàn)全波形反演3.對(duì)于射線追蹤法進(jìn)行波速成像，以下哪種情況可能導(dǎo)致成像結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重失真或無法成像？（）A.地下結(jié)構(gòu)具有橫向均勻性B.地下存在低速或超低速區(qū)域C.射線覆蓋網(wǎng)格足夠密集D.地震波頻率足夠高4.地震波速反演方法與射線追蹤方法相比，其主要優(yōu)勢在于？（）A.基于平穩(wěn)的幾何射線理論B.能夠直接利用共偏移距道集數(shù)據(jù)C.通常能提供更豐富的地下結(jié)構(gòu)信息，包括非均勻性D.計(jì)算效率總是更高5.在區(qū)域地震波速成像項(xiàng)目中，通常需要整合多種數(shù)據(jù)源，這體現(xiàn)了哪種技術(shù)策略？（）A.單一方法的全覆蓋采集策略B.多源信息融合策略C.僅依賴高密度臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)策略D.近源地震記錄策略6.地震波在地層中傳播時(shí)，其速度主要取決于？（）A.地震臺(tái)站之間的距離B.地震子波的振幅C.地下介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)（密度、彈性模量、孔隙度等）D.地震儀器的靈敏度7.構(gòu)造地震波速成像中，速度分析（VelocityAnalysis）通常屬于哪個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)？（）A.數(shù)據(jù)采集階段B.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理階段C.高級(jí)數(shù)據(jù)處理/成像階段D.成果解釋階段8.對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域（如斷裂帶、褶皺區(qū)）的波速成像，以下哪種方法可能更為有效？（）A.僅使用長周期地震波B.僅使用短周期地震波C.結(jié)合長周期和短周期地震波數(shù)據(jù)D.僅依賴臺(tái)站間距離測量9.地震波速成像結(jié)果的質(zhì)量好壞，很大程度上取決于？（）A.成像算法的先進(jìn)程度B.地震數(shù)據(jù)的信噪比和射線覆蓋程度C.地下結(jié)構(gòu)的簡單程度D.最終圖像的視覺美觀度10.在進(jìn)行區(qū)域構(gòu)造地震波速成像時(shí)，通常需要考慮地殼的橫向變化，這要求？（）A.使用極高的地震頻率B.增加地震臺(tái)站密度，特別是臺(tái)站間距較小區(qū)域C.采用僅依賴少數(shù)幾個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)D.忽略近源地震記錄二、簡答題（每題5分，共25分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上）1.簡述地震波速成像中，從野外數(shù)據(jù)采集到獲得速度結(jié)構(gòu)圖像的主要技術(shù)環(huán)節(jié)及其目的。2.解釋為什么在構(gòu)造地震波速成像中，通常需要同時(shí)利用P波和S波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像？3.簡述地震層析成像（Tomography）的基本原理及其在構(gòu)造波速成像中的應(yīng)用。4.描述在構(gòu)造地震波速成像數(shù)據(jù)處理過程中，進(jìn)行信號(hào)濾波的主要目的和可能采用的方法類型。5.列舉至少三種影響構(gòu)造地震波速成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并簡述其原因。三、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上）1.比較基于射線追蹤的成像方法和基于地震反演的成像方法在原理、優(yōu)缺點(diǎn)和適用性方面的主要區(qū)別。2.結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，論述在區(qū)域尺度上進(jìn)行構(gòu)造地震波速成像時(shí)，需要考慮哪些關(guān)鍵技術(shù)問題，以及如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)以獲得可靠的速度結(jié)構(gòu)結(jié)果。---試卷答案一、選擇題1.A2.B3.B4.C5.B6.C7.B8.C9.B10.B二、簡答題1.答案：主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括：地震數(shù)據(jù)采集（獲取足夠密度和覆蓋度的地震記錄）、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理（野站處理、數(shù)字處理，如去噪、濾波、道集形成）、速度分析（建立速度模型，通常包括初至拾取、走時(shí)拾取、速度掃描或反演）、成像計(jì)算（利用走時(shí)數(shù)據(jù)或速度模型進(jìn)行射線追蹤或反演計(jì)算，得到速度結(jié)構(gòu)）、成像結(jié)果處理與解釋（圖像偏移、疊加、裁剪、屬性分析等）。其目的在于利用地震波在地下傳播的走時(shí)信息，推斷地下介質(zhì)的速度結(jié)構(gòu)，最終獲得反映地下構(gòu)造特征的波速圖像。解析思路：問題要求梳理從數(shù)據(jù)到圖像的主要環(huán)節(jié)。學(xué)生應(yīng)能回憶起地震波速成像的基本流程：從獲取原始數(shù)據(jù)開始，經(jīng)過必要的預(yù)處理，核心是利用走時(shí)信息進(jìn)行速度結(jié)構(gòu)計(jì)算（這是成像的關(guān)鍵），最后是結(jié)果的后處理與解釋。需要覆蓋數(shù)據(jù)采集、處理、核心成像計(jì)算、結(jié)果處理這幾個(gè)大塊。2.答案：P波和S波在地下傳播的速度不同（通常P波速大于S波速），且對(duì)地下介質(zhì)的不同性質(zhì)敏感度不同。利用P波數(shù)據(jù)可以主要獲取地殼上部的速度結(jié)構(gòu)信息，而S波數(shù)據(jù)對(duì)于探測深部結(jié)構(gòu)、識(shí)別斷裂帶、刻畫介質(zhì)各向異性等方面更為敏感和有效。同時(shí)，P波和S波數(shù)據(jù)可以提供不同的射線路徑信息，增加對(duì)地下結(jié)構(gòu)的約束，提高成像的分辨率和可靠性。因此，聯(lián)合使用P波和S波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，可以更全面、準(zhǔn)確地恢復(fù)地下速度結(jié)構(gòu)。解析思路：問題要求解釋聯(lián)合使用P波和S波的原因。學(xué)生應(yīng)理解P波和S波的基本性質(zhì)差異（速度、對(duì)介質(zhì)響應(yīng)）以及不同成像目的對(duì)波型選擇的需求（淺層結(jié)構(gòu)vs深部/斷裂）。核心在于強(qiáng)調(diào)聯(lián)合使用帶來的信息互補(bǔ)和約束增強(qiáng)的好處。3.答案：地震層析成像（Tomography）的基本原理是利用地震波（通常是P波或S波）在不同介質(zhì)中傳播速度的差異，通過測量地震波的走時(shí)（或能量、振幅等）、振幅衰減等參數(shù)，建立關(guān)于地下介質(zhì)速度分布的方程組。通過求解這個(gè)方程組，可以得到地下速度結(jié)構(gòu)的圖像。在構(gòu)造波速成像中，層析成像主要用于探測地下存在低速或高導(dǎo)異常體（如構(gòu)造破碎帶、巖漿房、流體飽和區(qū)）的位置和范圍，揭示區(qū)域構(gòu)造格架和地殼/上地幔的橫向不均勻性。解析思路：問題要求解釋層析成像原理和應(yīng)用。學(xué)生應(yīng)能闡述其核心是基于走時(shí)（或其他參數(shù)）與速度場的關(guān)系，通過“逆向思維”（測量走時(shí)推算速度結(jié)構(gòu)）。同時(shí)要說明其在構(gòu)造研究中的具體應(yīng)用，如探測異常體和揭示不均勻性。4.答案：進(jìn)行信號(hào)濾波的主要目的是去除地震記錄中混雜的噪聲（如地面震動(dòng)、儀器干擾、隨機(jī)噪聲等），突出有用信號(hào)（地震波信號(hào)），提高信噪比，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理（如速度分析、偏移成像）提供更清晰、可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。可能采用的方法類型包括低通濾波（去除高頻噪聲）、高通濾波（去除低頻噪聲或靜態(tài)干擾）、帶通濾波（保留特定頻率范圍的信號(hào)）、維納濾波、譜白化濾波等。解析思路：問題要求說明濾波目的和方法類型。核心目的是“去噪增信”。學(xué)生應(yīng)能理解噪聲對(duì)后續(xù)處理的影響。方法類型部分要求列舉幾種常見的濾波器類型，展示對(duì)不同頻率成分干擾的處理方式。5.答案：影響構(gòu)造地震波速成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素主要有：*地震數(shù)據(jù)質(zhì)量：包括信噪比和射線覆蓋度。低信噪比會(huì)導(dǎo)致走時(shí)測定不準(zhǔn)，射線覆蓋稀疏或不均勻會(huì)導(dǎo)致成像分辨率低、信息缺失，甚至無法成像。*走時(shí)拾取精度：初至波和后續(xù)波的同相軸拾取的準(zhǔn)確性直接影響速度模型的建立和成像計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)精度。*速度模型初始猜測：對(duì)于反演方法，初始速度模型的質(zhì)量對(duì)反演收斂速度和最終結(jié)果的可靠性有顯著影響。對(duì)于射線追蹤方法，初始速度結(jié)構(gòu)的好壞影響射線追蹤路徑的準(zhǔn)確性。*成像算法的合理性與局限性：不同的成像方法有不同的假設(shè)和局限性，選擇不當(dāng)或算法本身存在缺陷會(huì)影響成像結(jié)果。解析思路：問題要求列舉關(guān)鍵因素并簡述原因。學(xué)生應(yīng)能從數(shù)據(jù)、信息、模型、方法四個(gè)層面思考影響成像質(zhì)量的因素。對(duì)于每個(gè)因素，要能簡要說明其如何影響成像過程和結(jié)果。三、論述題1.答案：基于射線追蹤的成像方法主要依賴于地震射線理論和走時(shí)信息。其原理是假設(shè)地震波沿射線傳播，通過測量或計(jì)算射線路徑和走時(shí)，建立走時(shí)與地下速度結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（如射線路徑方程）。成像過程通常是將走時(shí)數(shù)據(jù)代入方程組，反演出速度結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是概念直觀、計(jì)算相對(duì)簡單快速，尤其適用于均勻或緩變介質(zhì)。缺點(diǎn)是忽略了介質(zhì)非均勻性對(duì)射線路徑的影響（走時(shí)偏移效應(yīng)），導(dǎo)致在非均勻介質(zhì)中成像精度下降，且難以分辨精細(xì)結(jié)構(gòu)，對(duì)低速區(qū)成像效果差。適用性主要在于區(qū)域尺度的宏觀結(jié)構(gòu)成像?；诘卣鸱囱莸姆椒▌t直接將地震觀測數(shù)據(jù)（走時(shí)、振幅、能量等）與地下速度模型聯(lián)系起來，通過優(yōu)化算法（如正則化反演）求解模型參數(shù)，使得計(jì)算模型產(chǎn)生的合成數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)最佳匹配。優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用多種地震數(shù)據(jù)類型，能夠直接約束模型參數(shù)，理論上可以提供更豐富的地下信息，包括非均勻性，并能一定程度上克服射線理論近似。缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜度高、對(duì)初始模型依賴性強(qiáng)（反演病態(tài)性）、對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和先驗(yàn)信息要求高。適用性更廣，尤其適用于需要高分辨率成像、精細(xì)刻畫地下結(jié)構(gòu)或進(jìn)行非線性研究的情況。解析思路：問題要求比較兩種方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。學(xué)生需要清晰地區(qū)分兩種方法的基本思想（射線追蹤vs參數(shù)反演）。分別從原理、計(jì)算復(fù)雜度、對(duì)介質(zhì)均勻性的假設(shè)、成像精度、能提供的信息量（均勻性vs非均勻性）、對(duì)數(shù)據(jù)/模型的要求等方面比較其優(yōu)缺點(diǎn)。最后結(jié)合不同的研究目標(biāo)（宏觀vs微觀）來討論其適用場景。2.答案：在區(qū)域尺度上進(jìn)行構(gòu)造地震波速成像時(shí)，需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題及應(yīng)對(duì)策略包括：*數(shù)據(jù)覆蓋與質(zhì)量：區(qū)域成像需要大范圍的臺(tái)站分布和足夠的觀測數(shù)據(jù)量。應(yīng)對(duì)策略是合理設(shè)計(jì)臺(tái)網(wǎng)布局，保證空間覆蓋密度和射線覆蓋均勻性；加強(qiáng)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，處理噪聲干擾和缺失數(shù)據(jù)。*長距離走時(shí)測量與精度：長距離地震波走時(shí)易受地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和非均勻性影響，走時(shí)測定精度低。應(yīng)對(duì)策略是采用高精度的走時(shí)拾取方法；利用多種波型（P波、S波）信息；發(fā)展穩(wěn)健的走時(shí)解算算法，考慮走時(shí)延遲、走時(shí)散焦等因素。*速度模型建立與選擇：區(qū)域尺度速度結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建立合適的初始模型困難。應(yīng)對(duì)策略是結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、其他地球物理數(shù)據(jù)（如地磁、重力）建立綜合的初始模型；采用多尺度成像策略，先進(jìn)行區(qū)域宏觀結(jié)構(gòu)成像，再逐步細(xì)化。*非均勻介質(zhì)成像問題：射線理論假設(shè)在均勻介質(zhì)中適用，但在實(shí)際區(qū)域介質(zhì)非均勻，導(dǎo)致射線彎曲和走時(shí)偏差。應(yīng)對(duì)策略是采用考慮走時(shí)偏移效應(yīng)的成像方法；利用振幅、能量等其他地震信息；發(fā)展先進(jìn)的反演算法，能夠處理非均勻介質(zhì)。*計(jì)算資源需求：區(qū)域成像涉及大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜的計(jì)算