2025年大學《地球物理學》專業(yè)題庫——構(gòu)造地震波傳播結(jié)構(gòu)的探測技術(shù)研究前沿展望考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述地震P波和S波的基本性質(zhì)及其在區(qū)分地球內(nèi)部構(gòu)造中的作用。二、地震反射法的基本原理是什么？它主要適用于探測哪些類型的地質(zhì)構(gòu)造？三、與傳統(tǒng)的共中心點疊加（CMP）成像相比，全波形反演（FWI）技術(shù)有哪些主要的優(yōu)勢？它面臨哪些關(guān)鍵挑戰(zhàn)？四、地震層析成像（CT）技術(shù)在探測地球深部結(jié)構(gòu)方面有哪些應用？其成像分辨率通常受哪些因素限制？五、高密度地震觀測網(wǎng)絡（如臺陣）在構(gòu)造探測研究中提供了哪些獨特的優(yōu)勢？請舉例說明其在某一具體構(gòu)造研究中的應用潛力。六、機器學習或人工智能技術(shù)在現(xiàn)代地震數(shù)據(jù)處理與解釋中可以發(fā)揮哪些作用？請列舉一至兩個具體的應用實例。七、在探測活動斷裂帶時，地震波傳播探測技術(shù)面臨哪些特殊的困難？研究者通常采用哪些特殊的技術(shù)或策略來克服這些困難？八、當前，地球物理學家在利用地震波探測技術(shù)研究俯沖帶構(gòu)造方面，面臨哪些主要的挑戰(zhàn)？有哪些前沿的研究方向或技術(shù)正在被探索？九、結(jié)合當前的技術(shù)發(fā)展，談談你對未來地震波傳播結(jié)構(gòu)探測技術(shù)可能突破的方向的展望。你認為多學科交叉融合將在其中扮演怎樣的角色？試卷答案一、地震P波（縱波）是振動方向與波傳播方向一致的波，可以在固體、液體和氣體中傳播，速度最快。S波（橫波）是振動方向垂直于波傳播方向的波，僅能在固體中傳播，速度比P波慢。P波和S波在介質(zhì)界面上的行為（如反射、折射）以及速度差異，是區(qū)分不同介質(zhì)、揭示界面深度和性質(zhì)（如密度、彈性模量）的關(guān)鍵，從而為探測地質(zhì)構(gòu)造（如斷層、褶皺、巖漿房等）提供了基礎。二、地震反射法的基本原理是利用人工震源產(chǎn)生的地震波在地下不同介質(zhì)分界面處發(fā)生反射，通過接收并記錄這些反射波，分析其旅行時、振幅、頻率等特征，來推斷界面的深度、傾角、性質(zhì)以及上覆地層的結(jié)構(gòu)。它特別適用于探測具有明顯波阻抗差異的橫向圈閉構(gòu)造，如背斜、向斜、斷層遮擋等。三、FWI的主要優(yōu)勢在于能夠提供更豐富的地下結(jié)構(gòu)信息，特別是能夠同時反演介質(zhì)的速度、密度等參數(shù)，且分辨率相對較高，有助于刻畫復雜的波阻抗變化。面臨的挑戰(zhàn)包括：對初始速度模型的質(zhì)量敏感性強（初始模型偏差可能導致迭代不收斂或收斂到非真實解）；計算量巨大，需要強大的計算資源；在處理強散射、強衰減、多次波等復雜情況下效果可能不理想。四、地震層析成像（CT）技術(shù)通過在不同位置激發(fā)地震波，接收來自不同路徑的波，根據(jù)波傳播的旅行時（或其他振幅、相位信息）的差異，建立關(guān)于地下介質(zhì)速度分布的方程組，求解該方程組得到地下速度結(jié)構(gòu)圖像。它主要應用于探測地球內(nèi)部的大尺度結(jié)構(gòu)，如地殼厚度變化、地幔柱、大型俯沖帶等。成像分辨率通常受制于地震波長、觀測角度的覆蓋范圍、介質(zhì)的速度梯度以及噪聲水平等因素。五、高密度地震觀測網(wǎng)絡（臺陣）提供了獨特的優(yōu)勢：1）能夠提供更高的空間分辨率，更精細地刻畫局部構(gòu)造；2）通過波場分析技術(shù)（如差分偏移、反演）可以有效抑制面波等長周期噪聲，提高對淺部結(jié)構(gòu)成像的精度；3）能夠進行更精確的震源定位和事件識別，有助于研究局部地震活動性；4）為研究散射體成像、非雙曲時差等提供了可能。例如，在活動斷裂帶研究中，臺陣可用于高精度成像斷裂帶的精細結(jié)構(gòu)、探測斷裂帶附近的介質(zhì)非均勻性以及研究斷裂帶的活動性。六、機器學習/人工智能技術(shù)在現(xiàn)代地震數(shù)據(jù)處理與解釋中可以發(fā)揮重要作用：1）用于自動識別和拾取地震相位，提高處理效率；2）用于地震信號降噪，尤其是在復雜噪聲環(huán)境下；3）用于地震屬性分析，提取人眼難以識別的細微特征；4）用于地震資料解釋，輔助識別地質(zhì)構(gòu)造，進行儲層預測；5）用于建立波場模擬模型或反演算法中的非線性關(guān)系。實例包括：利用神經(jīng)網(wǎng)絡進行地震資料自動解釋，如斷層追蹤、沉積體識別；利用機器學習算法從強噪聲數(shù)據(jù)中提取有效信號。七、探測活動斷裂帶時面臨的主要困難包括：1）斷裂帶通常較窄，且可能填充物復雜，導致地震波能量衰減快，信號微弱；2）斷裂帶附近介質(zhì)可能不均勻，導致波速變化劇烈，成像困難；3）活動斷裂帶可能存在蠕變等非彈性變形，影響波的傳播路徑和能量；4）人工震源在近斷裂帶激發(fā)可能受到約束，且難以獲得理想的觀測幾何。研究者通常采用特殊的技術(shù)或策略：1）使用高靈敏度檢波器和寬頻帶記錄設備；2）部署高密度觀測網(wǎng)絡或臺陣以獲得高分辨率圖像；3）利用主動源和被動源聯(lián)合觀測；4）結(jié)合其他地球物理方法（如MT、重力）進行綜合解釋；5）研究微震事件定位與震源機制解。八、探測俯沖帶構(gòu)造面臨的主要挑戰(zhàn)包括：1）俯沖帶位于地球深部，地震波長相對較短，分辨率受限；2）俯沖帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，存在強烈的散射和繞射，且介質(zhì)非均勻性顯著；3）強衰減效應導致深層信號嚴重削弱；4）觀測幾何通常不利于獲取理想的反射或折射數(shù)據(jù)；5）將觀測數(shù)據(jù)準確解釋為具體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在難度。前沿的研究方向或被探索的技術(shù)包括：1）發(fā)展高分辨率的全波形反演方法，結(jié)合寬頻帶、高密度數(shù)據(jù)；2）利用甚長基線干涉測量（VLBI）、重力衛(wèi)星等空間技術(shù)獲取更精確的俯沖板塊位置和形狀；3）結(jié)合海底觀測技術(shù)和陸地地震數(shù)據(jù)，實現(xiàn)板片邊緣的聯(lián)合成像；4）研究利用面波、轉(zhuǎn)換波等探測俯沖帶結(jié)構(gòu)；5）發(fā)展基于機器學習的散射體成像技術(shù)。九、未來地震波傳播結(jié)構(gòu)探測技術(shù)可能的突破方向包括：1）更高分辨率成像，能夠精細刻畫小尺度構(gòu)造；2）更強的抗噪能力，即使在強噪聲環(huán)境下也能獲取有效信息；3）更準確的全波形反演技術(shù)，減少對先驗模型的依賴；4）多尺度、多類型數(shù)據(jù)（地震、重力、磁力、電磁、地熱等）的深度融合與聯(lián)合反演