2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地震波傳播與地殼速度結(jié)構(gòu)關(guān)系研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填在括號內(nèi)）1.在均質(zhì)、各向同性介質(zhì)中，縱波（P波）速度與橫波（S波）速度之比（Vp/Vs）主要取決于（）。A.介質(zhì)密度B.介質(zhì)的泊松比C.介質(zhì)的彈性模量和密度D.介質(zhì)中的孔隙度2.當(dāng)?shù)卣鸩◤牟ㄋ佥^低的介質(zhì)入射到波速較高的介質(zhì)界面時，下列現(xiàn)象中一定會發(fā)生的是（）。A.只有反射波B.只有折射波C.同時產(chǎn)生反射波和折射波D.波發(fā)生繞射3.下列哪種地震波屬于面波？（）A.P波B.S波C.Love波D.橫波4.地震反射profiling技術(shù)主要利用了地震波的（）現(xiàn)象。A.繞射B.折射C.反射D.散射5.地震層析成像（Tomography）的主要目標(biāo)是（）。A.測量地震震相B.確定地震震源位置C.探測地下不同介質(zhì)的速度結(jié)構(gòu)差異D.計算地震矩6.大陸地殼相較于大洋地殼，其平均縱波速度（Vp）通常（）。A.較低B.較高C.相同D.無法比較7.地震波走時（Time-distance）曲線分析的主要目的是（）。A.確定地震震級B.確定震源機制解C.推斷地下介質(zhì)的速度結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)D.計算地震傳播路徑的長度8.影響地殼中地震波速度的主要因素不包括（）。A.巖石類型（如玄武巖、花崗巖）B.介質(zhì)的孔隙度C.介質(zhì)的含水量D.介質(zhì)的化學(xué)成分9.地震面波（Love波和Rayleigh波）相比體波（P波和S波），其特點是（）。A.只能在固體中傳播B.傳播速度通常更快C.質(zhì)點運動方向始終垂直于波傳播方向D.主要用于研究地幔結(jié)構(gòu)10.地下存在低速帶時，對于穿過該區(qū)域的地震波，其旅行時通常會（）。A.變長B.變短C.保持不變D.無法確定二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.地震波在介質(zhì)中傳播時，其傳播速度主要由介質(zhì)的__________和__________決定。2.P波通過介質(zhì)界面發(fā)生折射時，入射角、反射角和折射角三者之間的關(guān)系遵循__________定律。3.地殼的平均縱波速度通常在__________km/s到__________km/s范圍內(nèi)。4.利用地震波反射現(xiàn)象研究地殼結(jié)構(gòu)時，需要分析反射界面的__________和__________。5.地震層析成像技術(shù)通過分析地震波在不同區(qū)域傳播速度的差異，來推斷地下__________的分布。6.地震初動（FocalMechanismSolution）分析可以提供關(guān)于__________和__________的信息。7.地震波在介質(zhì)中傳播時，如果遇到邊界，會發(fā)生__________和__________現(xiàn)象。8.影響地殼速度結(jié)構(gòu)的一個重要因素是巖石的__________狀態(tài)（如固態(tài)、熔融態(tài)）。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡潔明了地回答下列問題）1.簡述地震橫波（S波）與縱波（P波）在傳播特性上的主要區(qū)別。2.解釋什么是地震波的走時（Time-distance）關(guān)系，并說明其在研究地殼結(jié)構(gòu)中的作用。3.列舉至少三個影響地殼中地震波速度的主要因素，并簡述其影響機制。4.簡述地震反射profiling技術(shù)的基本原理及其主要應(yīng)用目標(biāo)。四、計算題（每題10分，共20分。請寫出詳細(xì)的計算步驟和結(jié)果）1.在一個水平層狀介質(zhì)中，上覆介質(zhì)的速度為V1=6km/s，下方介質(zhì)的速度為V2=8km/s。一束地震波以入射角θ1=30°從上覆介質(zhì)射向界面。求該波的反射角θr和折射角θ2。2.假設(shè)地殼某處存在一個水平界面，界面以上地殼的平均縱波速度V1=6.5km/s，界面以下地殼的平均縱波速度V2=7.8km/s。界面深度為15km。求一束來自界面以下、垂直向上傳播的縱波到達(dá)界面所需的時間，以及從界面反射回原處所需的總時間。五、論述題（每題15分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析和闡述下列問題）1.論述地震波傳播的反射和折射現(xiàn)象如何幫助我們理解地殼的層狀結(jié)構(gòu)，并說明如何利用這些現(xiàn)象確定地殼的界面深度。2.在研究地殼速度結(jié)構(gòu)方面，地震層析成像（Tomography）技術(shù)有哪些優(yōu)勢和局限性？它與傳統(tǒng)的地震剖面方法（如反射、折射）相比，在揭示地下結(jié)構(gòu)信息上有哪些不同？試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.B7.C8.D9.A10.A二、填空題1.彈性模量，密度2.斯涅爾（Snell's）3.5.5，8.04.深度，傾角5.速度6.震源機制，應(yīng)力狀態(tài)7.反射，折射8.物理化學(xué)三、簡答題1.解析思路：比較P波和S波在質(zhì)點運動方向、傳播速度（同介質(zhì)中）、傳播介質(zhì)（能否在液體中傳播）等核心特性上的差異。P波質(zhì)點運動方向與波傳播方向一致，速度較快，可在固液氣中傳播；S波質(zhì)點運動方向與波傳播方向垂直（橫波），速度較慢，只能在固體中傳播。2.解析思路：說明走時關(guān)系是指地震波從震源到測點沿特定路徑的旅行時間與路徑長度之間的關(guān)系。強調(diào)其作用在于，對于均質(zhì)介質(zhì)，走時是已知的；對于層狀介質(zhì)，走時與介質(zhì)參數(shù)（如速度、厚度）相關(guān)。通過分析實際觀測的走時與理論走時的差異，可以推斷地下介質(zhì)的速度結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)（如界面深度、速度變化）。3.解析思路：列舉影響速度的因素時，應(yīng)涵蓋巖石物理性質(zhì)、化學(xué)成分和環(huán)境因素。常見的有：巖石類型（不同巖石密度和彈性不同，速度不同）、溫度（通常溫度升高，速度降低）、壓力（通常壓力增大，速度升高）、孔隙度（孔隙度通常增大，速度降低）、流體飽和度及流體性質(zhì)（如含水飽和度增加，速度可能降低）、巖石的彈性對稱性（泊松比）等。簡述影響機制時，可結(jié)合彈性理論，如密度增加通常導(dǎo)致速度增加，但孔隙流體的存在會降低整體彈性，從而降低速度。4.解析思路：基本原理是利用人工震源（如炸藥或振動源）激發(fā)地震波，通過在地面布置檢波器接收來自不同界面的反射波，記錄反射波的時間、振幅和相位信息。通過處理和解釋這些反射數(shù)據(jù)（如繪制反射剖面圖，分析反射同相軸的連續(xù)性、振幅、相位變化），可以推斷地下反射界面的位置（深度）、產(chǎn)狀（傾角）以及界面上下介質(zhì)的物理性質(zhì)（如速度、密度）。主要應(yīng)用目標(biāo)包括：確定地殼的層狀結(jié)構(gòu)、識別和圈定不同巖性的巖體、斷層等地質(zhì)體、進行油氣勘探（尋找儲層和蓋層）、研究地殼的厚度和橫向變化等。四、計算題1.解析思路：應(yīng)用斯涅爾定律（Snell'sLaw）n1sinθ1=n2sinθ2。由于上覆介質(zhì)為1，下方介質(zhì)為2，且界面水平，入射角等于反射角（θ1=θr），折射角為θ2。首先根據(jù)入射角θ1和上、下介質(zhì)速度V1、V2，利用sinθ2=(V2/V1)sinθ1求出折射角θ2，然后反射角θr=θ1。計算時注意角度單位轉(zhuǎn)換（如需要）。解：斯涅爾定律：V1/sinθ1=V2/sinθ2sinθ2=(V2/V1)*sinθ1=(8km/s/6km/s)*sin30°=(4/3)*0.5=2/3θ2=arcsin(2/3)≈41.81°反射角θr=θ1=30°2.解析思路：首先計算縱波從界面以下傳播到界面所需的時間。路徑長度為界面深度d，速度為V2，時間t1=d/V2。然后計算縱波從界面反射回原處所需的時間。路徑長度為2d，速度為V2，時間t2=2d/V2?？倳r間T=t1+t2。注意題目已給出界面深度和上下介質(zhì)速度。解：向下傳播時間t1=d/V2=15km/7.8km/s≈1.923s向上傳播時間t2=d/V2=15km/7.8km/s≈1.923s總時間T=t1+t2=1.923s+1.923s≈3.846s五、論述題1.解析思路：首先闡述反射和折射是地震波遇到介質(zhì)界面時必然發(fā)生的現(xiàn)象，其強度取決于界面兩側(cè)介質(zhì)的速度差異（V1-V2）。當(dāng)V1≠V2時，波能量會分裂為反射波和折射波。通過分析反射波到達(dá)的時間（走時）、振幅變化、相位等特征，可以推斷界面的存在。例如，反射波的同相軸連續(xù)性可以反映界面的延伸情況；反射振幅的大小與界面兩側(cè)速度差異的平方成正比，可以用于判斷??面的性質(zhì)；走時數(shù)據(jù)結(jié)合幾何關(guān)系可以反演界面的深度和傾角。結(jié)合實際應(yīng)用，如地殼中的莫霍界面，其存在通過P波和S波的反射及折射被確認(rèn)，其深度和速度結(jié)構(gòu)通過地震剖面方法精細(xì)測定，是理解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。2.解析思路：優(yōu)勢方面，強調(diào)其全空間性（數(shù)據(jù)來自全球臺站，可探測全球尺度結(jié)構(gòu)）、間接性（無需人工源，利用天然地震或人工震源散射波）、高分辨率潛力（現(xiàn)代算法可獲較高分辨率）、可探測軟流圈等優(yōu)勢。局限性方面，強調(diào)其間接性帶來的模型依賴（依賴于速度模型和震源/射線追蹤算法的準(zhǔn)確性）、對低速體可能不敏感或成像模糊、分辨率受多種因