2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星地震監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在行星地震學(xué)中，通常用（）來(lái)表示地震震源在球面坐標(biāo)系中的位置。A.震級(jí)（M）和震源深度（h）B.震中經(jīng)度（λ）和震中緯度（φ）C.震源時(shí)間（t）和震源能量（E）D.P波初動(dòng)極性和張角2.與地球相比，火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地震活動(dòng)性顯著不同，一個(gè)重要原因是火星缺乏（）。A.巖石圈板塊構(gòu)造B.全球性磁場(chǎng)C.足夠的地核熔融D.壓實(shí)的沉積巖層3.行星地震監(jiān)測(cè)器的主要功能是（）。A.主動(dòng)激發(fā)地下巖石產(chǎn)生地震B(yǎng).接收和記錄行星內(nèi)部振動(dòng)產(chǎn)生的地震波信號(hào)C.預(yù)測(cè)未來(lái)地震的發(fā)生時(shí)間D.測(cè)量行星表面的形變4.在地震波傳播路徑上，當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^(guò)不同介質(zhì)分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生（）現(xiàn)象。A.波的反射和折射B.波的放大和衰減C.波的極性反轉(zhuǎn)D.波速的恒定變化5.行星地震預(yù)警系統(tǒng)相比地震發(fā)生后的烈度速報(bào)，主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.能提供更精確的震級(jí)估計(jì)B.能提供更廣泛的覆蓋范圍C.能在破壞性地震波到達(dá)前給出預(yù)警時(shí)間D.能識(shí)別地震波的類型6.對(duì)于行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測(cè)，地震層析成像技術(shù)主要利用了地震波在內(nèi)部不同介質(zhì)中傳播的（）差異。A.頻率B.振幅C.速度D.方向7.在月球，除了來(lái)自內(nèi)部活動(dòng)的地震外，còncó（）。A.月震B(yǎng).太陽(yáng)風(fēng)振動(dòng)C.星際塵埃干擾D.隕石撞擊產(chǎn)生的振動(dòng)8.地震震級(jí)的測(cè)量通?；诘卣饍x記錄的（）。A.震源深度B.震中距離C.波形特征或振幅D.預(yù)警時(shí)間9.行星地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，去除儀器本底噪聲和宇宙射線的干擾是（）步驟。A.震源定位B.震相拾取C.數(shù)據(jù)預(yù)處理D.預(yù)警發(fā)布10.利用多臺(tái)空間分布的地震監(jiān)測(cè)器，通過(guò)雙差（DoubleDifference）方法可以（）。A.提高震源定位精度B.降低地震預(yù)警時(shí)間C.減少數(shù)據(jù)處理工作量D.改變地震波傳播速度二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.地震波主要分為_(kāi)_____波和______波，其中______波能橫穿液體介質(zhì)。2.衡量地震監(jiān)測(cè)器靈敏度的物理量通常是其響應(yīng)譜的______值。3.行星地震預(yù)警系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)之一是快速準(zhǔn)確的______。4.月球上的地震活動(dòng)以______為主，其來(lái)源與月球內(nèi)部冷卻過(guò)程密切相關(guān)。5.地震波從震源到監(jiān)測(cè)器傳播所需要的時(shí)間稱為_(kāi)_____。6.在地震數(shù)據(jù)處理中，通過(guò)分析地震波形記錄的______可以推斷震源機(jī)制解。7.行星地震震級(jí)是根據(jù)地震儀記錄的______與震源距離的______關(guān)系來(lái)確定的。8.空間borne地震監(jiān)測(cè)相較于地面監(jiān)測(cè)，其主要優(yōu)勢(shì)在于______。9.行星地震研究對(duì)于理解行星的______、______和______具有重要意義。10.目前，對(duì)地外行星（如系外行星）地震的探測(cè)主要依賴于______方法。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述P波和S波在傳播速度、震源定位和介質(zhì)性質(zhì)反映等方面的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明行星地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常包含哪些主要組成部分及其功能。3.描述行星地震預(yù)警系統(tǒng)從監(jiān)測(cè)到發(fā)布預(yù)警信息的主要流程。4.簡(jiǎn)述利用地震數(shù)據(jù)研究行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本原理。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)測(cè)站A和測(cè)站B分別記錄到同一地震的P波到時(shí)為T(mén)a和Tb，已知P波在行星上勻速傳播的速度為V，測(cè)站A到測(cè)站B的直線距離為D。試推導(dǎo)利用單次地震的兩點(diǎn)走時(shí)差（ΔT=Tb-Ta）和測(cè)站間距D來(lái)估算震源到測(cè)站A（或B）距離的公式。2.某行星地震事件記錄到其震中距離為R的震相到達(dá)時(shí)間為T(mén)_arrival。已知該震相關(guān)聯(lián)的地震儀記錄到的初動(dòng)位移最大值為A，震源距離R對(duì)應(yīng)的理論位移標(biāo)度因子為C。試寫(xiě)出估算該地震震級(jí)（M）的簡(jiǎn)化公式，并說(shuō)明其中各符號(hào)的含義。五、論述題（10分）結(jié)合當(dāng)前行星探測(cè)任務(wù)（如月球、火星探測(cè)器）的實(shí)際情況，論述建立行星地震監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，并簡(jiǎn)述可能的解決方案或發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.A5.C6.C7.D8.C9.C10.A二、填空題1.體；面2.最大3.震源定位4.月震5.到時(shí)6.初動(dòng)7.振幅；反比8.覆蓋范圍廣，可探測(cè)深部及非合作區(qū)域9.物質(zhì)組成；地質(zhì)結(jié)構(gòu)；演化歷史10.間接探測(cè)（如通過(guò)凌日行星信號(hào)分析）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比P波（Primary波，縱波）和S波（Secondary波，橫波）的基本性質(zhì)。*速度：P波速度>S波速度。P波在固體、液體、氣體中均能傳播，S波只能在固體中傳播。*震源定位：P波到達(dá)時(shí)間早于S波，利用兩個(gè)臺(tái)站的P波和S波到時(shí)差可以確定震源距離，結(jié)合多個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)可確定震源位置。*介質(zhì)反映：S波速度的變化對(duì)介質(zhì)密度的變化更敏感，S波的不存在或異?？梢酝茢嘟橘|(zhì)中是否存在液態(tài)層（如地核外核）。*波形：P波是壓縮波，S波是剪切波，表現(xiàn)為振動(dòng)方向垂直于傳播方向。2.解析思路：梳理地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取的鏈路所包含的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和設(shè)備。*地震監(jiān)測(cè)器（傳感器）：核心部件，將地面振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。要求高靈敏度、寬頻帶、低噪聲。*數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）：負(fù)責(zé)同步、數(shù)字化監(jiān)測(cè)器輸出的模擬信號(hào)，進(jìn)行初步處理（如濾波、放大），并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。*數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：將采集到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。可利用有線或無(wú)線方式。*數(shù)據(jù)處理與控制中心：接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行震相拾取、震源定位、目錄編制、數(shù)據(jù)產(chǎn)品生成等分析處理工作，并提供數(shù)據(jù)服務(wù)。3.解析思路：描述預(yù)警系統(tǒng)從接收到預(yù)警信息到用戶接收的流程。*地震波監(jiān)測(cè)與事件檢測(cè)：監(jiān)測(cè)器網(wǎng)絡(luò)記錄到地震信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)是否為有效地震事件。*快速震源定位：利用盡可能多的先期到達(dá)的震相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，快速估算震源位置（震中、震源深度、震級(jí)初值）。*預(yù)測(cè)影響區(qū)域與預(yù)警時(shí)間計(jì)算：根據(jù)震源位置、震級(jí)初值以及地震波在該行星上的傳播速度模型，估算預(yù)警信息到達(dá)潛在影響區(qū)域的預(yù)計(jì)時(shí)間，并確定需要發(fā)布預(yù)警的區(qū)域。*預(yù)警信息生成與發(fā)布：生成包含預(yù)警時(shí)間、潛在影響區(qū)域、預(yù)計(jì)烈度等信息的預(yù)警產(chǎn)品，通過(guò)預(yù)設(shè)的通信渠道（如專用網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信、廣播等）快速發(fā)布給相關(guān)機(jī)構(gòu)或公眾。4.解析思路：闡述利用地震波傳播行為反演行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本邏輯。*原理：地震波（特別是體波）在不同物理性質(zhì)（如密度、彈性模量，表現(xiàn)為波速）的介質(zhì)中傳播速度不同。通過(guò)觀測(cè)地震波從震源到不同地點(diǎn)的傳播時(shí)間（走時(shí)）。*方法：*走時(shí)法：基于理論計(jì)算的走時(shí)曲線（描述震源到不同測(cè)站的理論到時(shí)與震中距離關(guān)系）與實(shí)際觀測(cè)到的走時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，推斷地球（或其它行星）內(nèi)部是否存在不同速度層，并估計(jì)各層的界面深度和平均波速。*層析成像法（Tomography）：類似醫(yī)學(xué)CT，通過(guò)分析大量地震波走時(shí)、振幅、波形在通過(guò)不同內(nèi)部區(qū)域時(shí)的變化，構(gòu)建內(nèi)部介質(zhì)的速度（或密度）圖像，揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性。四、計(jì)算題1.解析思路：利用速度、距離、時(shí)間關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)。*設(shè)震源到測(cè)站A的距離為R_A，到測(cè)站B的距離為R_B。*P波從震源到測(cè)站A的時(shí)間T_A=R_A/V。*P波從震源到測(cè)站B的時(shí)間T_B=R_B/V。*兩臺(tái)測(cè)站記錄到的P波到時(shí)差ΔT=T_B-T_A=(R_B/V)-(R_A/V)=(R_B-R_A)/V。*測(cè)站A到測(cè)站B的距離為D=R_B-R_A。*將D代入上式，得到ΔT=D/V。*解此式求R_A，得到R_A=V*ΔT。*公式：震源到測(cè)站A的距離R_A=V*ΔT。2.解析思路：結(jié)合地震學(xué)中振幅標(biāo)度與震級(jí)的關(guān)系。*假設(shè)地震震級(jí)M與震源距R一定距離處地震儀記錄的位移振幅A成對(duì)數(shù)線性關(guān)系：logA=a-b*M，其中a和b是常數(shù)（取決于震相類型和測(cè)量單位）。*引入位移標(biāo)度因子C，其定義是：當(dāng)震級(jí)為M時(shí)，在震中距離R處理論上的位移振幅為C*10^(a-b*M)。*實(shí)際記錄到的最大位移A與理論位移C之比為10^(a-b*M)。*將此比值的對(duì)數(shù)取負(fù)，得到-log(A/C)=a-b*M。*整理得到M=(a-log(A/C))/b。*公式：M=(a-log(A/C))/b。*符號(hào)含義：*M：地震震級(jí)*A：地震儀記錄到的最大位移振幅*C：震源距離R對(duì)應(yīng)的理論位移標(biāo)度因子*a,b：與震相關(guān)聯(lián)類型、測(cè)量單位和行星介質(zhì)的常數(shù)*log：常用對(duì)數(shù)（或自然對(duì)數(shù)，需根據(jù)公式定義確定）五、論述題解析思路：結(jié)合行星探測(cè)現(xiàn)狀，分析技術(shù)難點(diǎn)并提出對(duì)策，體現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的理解和思考深度。*主要技術(shù)挑戰(zhàn)：*監(jiān)測(cè)臺(tái)站稀疏與覆蓋有限：相比地球，地外行星（尤其是火星、月球）表面或近空間的監(jiān)測(cè)臺(tái)站數(shù)量遠(yuǎn)少，分布不均，導(dǎo)致震源定位精度低、盲區(qū)大、對(duì)深部事件的探測(cè)能力弱。*數(shù)據(jù)傳輸延遲與帶寬限制：空間探測(cè)器與地球之間的數(shù)據(jù)傳輸存在顯著延遲（幾分鐘到幾小時(shí)不等），且?guī)捰邢蓿沟脤?shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的地震監(jiān)測(cè)和預(yù)警極為困難。*震相識(shí)別困難與噪聲干擾：行星際空間環(huán)境復(fù)雜，宇宙射線、高能粒子、太陽(yáng)風(fēng)等因素會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)噪聲，干擾微弱的地震信號(hào)，增加了有效震相關(guān)聯(lián)和震相識(shí)別的難度。不同行星地震信號(hào)強(qiáng)度也可能遠(yuǎn)低于地球。*行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)認(rèn)知不足：對(duì)地外行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)（密度、波速分布）的了解不如地球深入，缺乏精確的地球模型，限制了走時(shí)法和層析成像法的應(yīng)用效果。*設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性：監(jiān)測(cè)器需要在真空、極端溫度變化、強(qiáng)輻射等惡劣空間環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的可靠性、耐久性和功耗提出了極高要求。*缺乏合作目標(biāo)：地震預(yù)警依賴于快速定位，但地外行星缺乏像地球上那樣的天然地震震源，需要依賴人工觸發(fā)源（如探測(cè)器碰撞或爆炸，風(fēng)險(xiǎn)高、倫理問(wèn)題、效果不可控）或被動(dòng)捕捉極其罕見(jiàn)的事件，限制了預(yù)警系統(tǒng)的有效性。*解決方案或發(fā)展方向：*增加監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)密度與拓展探測(cè)平臺(tái)：尋求更廉價(jià)的監(jiān)測(cè)器，增加部署數(shù)量；利用多個(gè)探測(cè)器形成臨時(shí)或移動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；考慮部署軌道空間站作為中繼或直接監(jiān)測(cè)平臺(tái)。*發(fā)展抗干擾信號(hào)處理技術(shù)：研究更先進(jìn)的濾波算法、噪聲抑制技術(shù)，提高信噪比，提升震相關(guān)聯(lián)和識(shí)別能力。*優(yōu)化數(shù)據(jù)處理與傳輸策略：發(fā)展智能化的數(shù)據(jù)處理算法，自動(dòng)識(shí)別和剔除噪聲，快速提取關(guān)鍵震相信息；采用數(shù)據(jù)壓縮和優(yōu)先級(jí)傳輸策略，應(yīng)對(duì)帶寬限制和傳輸延遲。*建立多尺度行星地球模型：結(jié)合有限的地震