2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——地下地震波傳播地球構成結考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪一項不是地震體波？(A)P波(B)S波(C)Love波(D)Rayleigh波2.在均勻介質(zhì)中，地震波速僅與下列哪個因素有關？(A)介質(zhì)成分(B)介質(zhì)密度(C)介質(zhì)孔隙度(D)以上所有因素3.當P波從波速較高的介質(zhì)入射到波速較低的介質(zhì)界面時，其反射波和折射波的傳播方向關系是？(A)反射波與入射波方向相同，折射波與反射波方向相同(B)反射波與入射波方向相反，折射波與反射波方向相反(C)反射波與入射波方向相同，折射波與入射波方向相反(D)反射波與入射波方向相反，折射波與入射波方向相同4.莫霍面（Moho）是指？(A)地殼與地幔之間的分界面(B)地幔與地核之間的分界面(C)地表與地下的任意界面(D)地震波速度發(fā)生劇烈變化的任意面5.地震波通過地球內(nèi)部某個界面發(fā)生全內(nèi)反射的條件是？(A)入射角大于臨界角(B)入射角小于臨界角(C)入射角等于零度(D)反射系數(shù)為零6.地震面波（如Love波）主要在哪種介質(zhì)中傳播？(A)均勻各向同性半空間(B)無限彈性介質(zhì)內(nèi)部(C)地球自由表面附近(D)地球內(nèi)部核心區(qū)域7.地震層析成像（SeismicTomography）主要利用什么信息來推斷地球內(nèi)部結構？(A)地震波振幅(B)地震波頻率(C)地震波旅行時差異(D)地震波極性8.地震初動（P波到時前后）的方向性特征主要反映了？(A)地震震源機制(B)地震波傳播速度(C)地震波能量大小(D)地震發(fā)生深度9.地震波從地殼進入地幔時，其橫波速度通常會？(A)減小(B)增大(C)保持不變(D)先增大后減小10.影響地震波衰減的主要因素之一是？(A)介質(zhì)密度(B)介質(zhì)彈性模量(C)介質(zhì)中的孔隙流體(D)地球的旋轉(zhuǎn)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）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.地震波從波速較低的介質(zhì)進入波速較高的介質(zhì)界面時，反射波的波速等于______，折射波的波速等于______。3.地震波在地殼中傳播時，其速度通常隨深度增加而______（填“增大”、“減小”或“不變”）。4.當入射角等于______時，折射波沿著界面掠過，稱為臨界折射。5.地震波通過地球內(nèi)部不同圈層時，其旅行時會發(fā)生顯著變化，這些變化是推斷地球______結構的主要依據(jù)。6.地震反射系數(shù)是描述能量在分界面處______程度的物理量。7.地震波在穿過地球內(nèi)部介質(zhì)時，其能量會逐漸______。8.S波無法在______介質(zhì)中傳播。9.地震波速度的垂直變化和______變化，共同構成了地球的圈層結構。10.利用地震波旅行時數(shù)據(jù)繪制______剖面圖，是確定地下界面深度和傾斜度的常用方法。三、計算題（共30分）1.（10分）一束P波以30°的入射角從空氣（波速為3.0km/s）射入地殼某層（波速為6.0km/s）的界面。求反射角和折射角。（請寫出公式和計算過程）2.（10分）假設地殼頂部某點的P波初動記錄顯示，當P波從震源傳播到該點時，震源位于該點的北偏東30°方向。已知該點距震源水平距離為100km，P波在地殼中的平均速度為8km/s。求震源深度。（請寫出公式和計算過程）3.（10分）地震波從速度為V1的介質(zhì)垂直入射到速度為V2的介質(zhì)界面。如果V2>V1，請推導反射系數(shù)（R）和透射系數(shù)（T）的表達式，并說明它們與波阻抗（Z=ρV）的關系。（請寫出推導過程）四、簡答題（共30分）1.（10分）簡述地震波的反射和折射現(xiàn)象的基本原理，并說明影響反射系數(shù)和折射系數(shù)的主要因素。2.（10分）為什么說地震波（特別是P波和S波）是研究地球內(nèi)部結構的主要手段？請列舉至少三個關鍵的依據(jù)。3.（10分）什么是地震層析成像？它與醫(yī)學上的CT掃描有何異同之處？它在地球物理學中主要有哪些應用？五、論述題（20分）結合地震波在不同地球圈層中的傳播特征（如速度變化、路徑彎曲等），論述地震波信息是如何幫助我們認識地球的內(nèi)部結構模型（包括地殼、地幔、地核等主要界面的存在和性質(zhì)）的。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.A5.A6.C7.C8.A9.B10.C二、填空題1.體；面2.入射波；折射波3.增大4.臨界角5.結構6.轉(zhuǎn)移7.衰減8.超聲9.水平10.時間-深度三、計算題1.解：根據(jù)反射定律，反射角等于入射角。故反射角=30°。根據(jù)折射定律（Snell定律）：V1/sinθ1=V2/sinθ2代入數(shù)據(jù)：3.0/ksin30°=6.0/ksinθ2sinθ2=(3.0/6.0)*sin30°=0.5*0.5=0.25θ2=arcsin(0.25)≈14.5°答：反射角為30°，折射角約為14.5°。2.解：設震源深度為h，水平距離為d=100km，P波速度為V=8km/s。根據(jù)幾何關系：d2+h2=(d+h)2=(Vt)2其中，t為P波傳播時間。P波走斜距(Vt)的時間等于走垂直深度h的時間加上走水平距離d的時間。但更直接的，對于垂直入射的震源，水平距離d與震源深度h和偏角α的關系為：tanα=h/d代入數(shù)據(jù)：tan30°=h/100kmh=100km*tan30°=100km/√3≈57.7km答：震源深度約為57.7km。3.解：設入射角為θi，反射角為θr=θi，折射角為θt。反射波速度v_r=V1，透射波速度v_t=V2。反射系數(shù)R=(v_r*sinθr-v_t*sinθt)/(v_r*sinθr+v_t*sinθt)由于θr=θi，θt=θi，且v_r=V1,v_t=V2，代入得：R=(V1*sinθi-V2*sinθi)/(V1*sinθi+V2*sinθi)=(V1-V2)sinθi/(V1+V2)sinθi=(V1-V2)/(V1+V2)對于垂直入射（θi=0°），sinθi=0，分母不能為零，需單獨考慮。此時波垂直傳播，無反射，R=0。對于非垂直入射，R=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)，其中Z1=ρ1V1，Z2=ρ2V2。答：垂直入射時，R=0；斜入射時，R=(V1-V2)/(V1+V2)或R=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)。R反映了能量在界面處的反射程度。四、簡答題1.解：反射是指入射波到達介質(zhì)分界面時，部分能量返回到原介質(zhì)的現(xiàn)象；折射是指部分能量進入另一介質(zhì)并改變傳播方向的現(xiàn)象?；驹砘诓ǖ膆uygens原理和反射定律、折射定律（Snell定律）。反射系數(shù)和折射系數(shù)（或透射系數(shù)）取決于兩個介質(zhì)之間的波阻抗（Z=ρV）差異。波阻抗差異越大，反射越強，折射越弱；反之亦然。還與入射角有關。2.解：地震波是能量以波的形式在地球內(nèi)部傳播，其速度和路徑受介質(zhì)物理性質(zhì)（密度、彈性模量等）和幾何形狀影響。當P波和S波通過不同的地球內(nèi)部結構時，會記錄下其傳播速度、旅行時、路徑彎曲等信息。通過分析大量地震波的觀測數(shù)據(jù)，可以推斷出介質(zhì)的不均勻性，從而構建地球內(nèi)部結構模型。主要依據(jù)包括：①P波和S波存在速度間斷面，表明介質(zhì)性質(zhì)發(fā)生突變（如莫霍面、古登堡面）；②S波不能通過液態(tài)介質(zhì)，推斷地核外核為液態(tài)；③P波在地核內(nèi)發(fā)生顯著偏折，揭示了地核的內(nèi)部結構（內(nèi)核、外核）；④地震波旅行時隨距離的變化，反映了地球內(nèi)部的速度結構。3.解：地震層析成像（SeismicTomography）是一種利用地震波旅行時（或其他地震學數(shù)據(jù)，如震源定位精度、波形差異等）的細微差異來成像地球內(nèi)部結構的技術，類似于醫(yī)學CT掃描。其原理是：假設地球內(nèi)部是連續(xù)的介質(zhì)，通過建立地球模型，計算模型中地震波的理論旅行時，與實際觀測到的旅行時進行對比，然后調(diào)整模型參數(shù)（通常是速度），使得計算旅行時盡可能接近觀測旅行時。通過迭代計算，最終得到反映地球內(nèi)部速度異常（通常與溫度、物質(zhì)分布有關）的圖像。應用：研究地幔對流、地幔柱、俯沖帶、板塊邊界、地核結構等。五、論述題解：地震波作為信息載體，其傳播行為對地球內(nèi)部的物理性質(zhì)極為敏感。當P波和S波從震源出發(fā)，在不同圈層和介質(zhì)中傳播時，它們的速度、路徑會發(fā)生顯著變化，這些變化為我們提供了認識地球內(nèi)部結構的線索。首先，P波和S波速度的巨大差異是區(qū)分地球內(nèi)部不同狀態(tài)（固態(tài)、液態(tài)）的關鍵。S波無法在液態(tài)介質(zhì)中傳播，因此其不能通過外核的存在，直接將外核推斷為液態(tài)。同時，P波在外核中傳播路徑的顯著偏折（如繞射、反射），揭示了外核并非均勻，內(nèi)部可能存在高速異常體。其次，P波和S波速度的垂直變化導致了速度間斷面的形成。當波速發(fā)生突變時，會發(fā)生反射和折射，形成地震波“陰影區(qū)”或旅行時異常。最典型的例子是莫