应用地球物理学_4地震

第四章地震勘探

地震勘探就是用人工方法(如爆炸，敲击等)产生振动(地震)，研究振动在地下的传播规律，以查明地下地质情况和有用矿藏(如石油，煤田等)的一种地球物理勘探方法。经过大量实践证明，在油气资源勘探、解决工程及水文地质问题等领域，地震勘探是比较有效的勘探方法。

地震勘探根据它利用地震波的类型不同，可以分为三种基本勘探方法：①反射波地震勘探方法；②折射波地震勘探方法；③透射波地震勘探方法，包括垂直地震剖面法。反射波地震勘探方法和折射波地震勘探方法都是在地面激发，地面上观测反射波和折射波。垂直地震剖面法则是在地面激发，在钻井中观测地震波(包括透射波、反射波和折射波等)，井间地震包含反射波法和透射波法两种。反射地震法主要用于石油和天然气的勘探，透射波地震勘探方法是它的辅助手段，近几年反射地震法在工程勘察领域的使用也越来越广。折射波地震勘探方法主要用于工程勘察领域，在石油勘探中则用得很少。

最早使用的地震勘探方法是折射波地震勘探方法，1919年德国的Mimtrop首先用折射初至波法进行勘探。这种方法非常简单，只记录折射波的初至时间，采用这种方法，在当时找到了几个浅层油气田。40 年代中期，随着工程建设项目的大量兴起，浅层地震勘探就开始在土木工程、交通工程以及其他工程地质中得到应用与发展，折射波方法已成为工程地质勘探中的一种常规方法。浅层地震勘探技术的发展与地震仪器的不断完善和发展紧密相关，如上世纪30～50 年代中期，使用的是计数型单道或多道浅层地震仪，只能用于初至波测量，生产效率很低，测量精度也很低；上世纪50 年代中期到 70 年代初，研究开发了多道浅层地震仪（模拟记录），需要手工作图进行资料解释，效率较低；上世纪80 年代随着信号增强型数字记录工程地震仪的问世，进一步促进了浅层折射波法的发展，改进了观测精度和分辨率，工作效率高，扩大了浅层折射波的应用范围。与此同时，折射波的解释方法也得到了极大的发展，如时间场法、延迟时间法、截距时间法、广义互换法（GRM）、t0法及差数时距曲线法等。

虽然如此，通过实践证明折射波法有许多缺点，在地质条件稍为复杂的地区，容易造成解释中的错误，且探测深度有限。所以，反射地震法逐渐代替了折射波地震勘探方法，尤其在中、深层勘探领域。

1913年费森登(Fessenden)提出了反射地震法，由于在制造仪器方面的技术困难，反射地震法未得到应用。直到1936年，随着工业技术的发展，反射地震法才得到实际应用，而且表现出许多优点，在石油勘探中应用得越来越普遍和深入。经过近50年的时间，随着电子技术的发展和其它学科先进成果的采用，反射波地震勘探的方法、技术和仪器装备也得到迅速的发展，主要表现在以下几个方面：

在野外方法和技术方面，发展了非炸药震源以代替炸药震源。普遍采用组合法(包括组

合检波和组合爆炸)和多次覆盖的工作方法，覆盖次数由低覆盖次数向高覆盖次数发展。三维地震勘探、横波地震勘探、垂直地震剖面法已经开始用来解决复杂构造、深层构造、地层-岩性圈闭和直接找油找气等地质问题。目前正在研究全波地震勘探方法，它既利用波的传播方向特点，又利用质点振动方向的特点，是一种在野外同时接收纵波、横波和转换波的地震勘探方法。

在地震仪器方面，经历了由光点记录仪器，模拟磁带记录仪器到目前使用的数字磁带记录仪器的发展过程，并且正向遥控遥测、高采样率、多记录道的地震仪器方向发展。

在地震资料处理方面，逐渐形成了一套完整的处理系统，它不仅能进行常规项目(包括动静校正、速度谱、水平迭加、迭加偏移等)的处理，而且还能进行亮点剖面、声阻抗剖面、三瞬剖面等特殊项目的处理。目前为了适应地震数据采集量猛增的需要，正在大力提高计算机的处理能力和扩展专用设备。为了充分利用地震波的动力学信息，还在发展精确求解波动方程的理沦、方法和处理技术，以达到提高分辨率和精度的目的。

地震资料解释方面，由人工解释过渡到计算机人机交互解释，由地震构造解释过渡到地震地层解释。不仅依据地震同相轴进行地质构造几何形态分析，还提取各种地震属性参数进行地震相解释、储层参数区域综合评价和地质建模等，使地震信号得到了充分利用。解释工作日趋现代化，资料解释和资料处理工作紧密结合，采用地震模拟技术，进行人机联作。综合利用地质、地震和测井资料，在计算机上做正、反演模型与实际资料对比，力求达到地震资料的最佳地质解释。目前，国内外已推出多套大型商业化地震资料处理解释系统。

我国于1951年成立了第一个地震队，用于寻找油气田。在这50多年的时间里，我国的地震勘探得到了迅速发展，如50年代使用光点地震仪；60年代后期制成模拟磁带地震仪，野外采用了多次覆盖的工作方法；70年代初期，我国设计制成的150型电子计算机用于地震资料处理。目前，数字地震仪正在普及，三维地震勘探已经开始使用，新方法、新技术逐步在推广，我国的地震勘探，正在由构造圈闭勘探向地层-岩性圈闭勘探和直接找油气方向发展。同时，从 1957 年我国开始将浅层折射波地震勘探用于资源勘探、工程地质调查等领域，当时浅层法主要用于测定岩土介质的弹性。浅层地震勘探用于工程地质勘探，从 70 年代中期才逐步开始，80 年代开始大规模系统地发展起来。目前，国内已有多家研究机构能生产出采用多功能微机控制系统和采集与处理系统的高精度工程地震仪器。尽管中国的浅层地震勘探工作起步较晚，但其发展速度很快，无论在工程地质勘探还是在水文与环境地质勘察方面，都发挥着很大的作用。

第一节地震勘探的基本原理

在第一节中，我们将讨论地震勘探的一些基本原理，这些原理是地震勘探的理论基础。首先介绍地震波的基本概念，然后分析地震波在岩层中的传播速度，最后研究地震波在均匀介质，层状介质和连续介质中的传播规律。

一、地震波的基本概念

地震波的基本概念包括：地震波的形成、地震波的种类和地震波的特征。对地震波的特征，在这一节里，我们只作一些概念性的介绍。

㈠、地震波的形成

1．什么是地震波

波是一种常见的现象，例如声波、水面波、地震波等。敲鼓时因鼓面振动带动它周围的空气分子振动，振动通过空气向外传播形成声波。石子投入水中，水的质点发生振动，振动沿着水表面，由近及远向外传播出去，形成水面波。地震勘探工作中，炸药在岩层中爆炸，激发附近岩层质点发生振动，振动通过岩层传播出去形成地震波。

综上所述，我们得出一个概念：波就是振动在介质(空气，水，岩层等)中的传播过程。没有振动就谈不上振动的传播，波也就不存在。所以首先要有开始震动的震源存在。在地震勘探中，震源有两种，一种是炸药震源，这是我们目前在陆地上勘探时，所采用的—种主要震源。另一种是非炸药震源，如可控震源、蒸汽枪、电火花震源等。虽然震源的激发形式不同，但其目的都是为了引起岩层质点的振动，激发出较强的地震波。

2．弹性和塑性

地震波属于弹性波的一种，根据弹性理论知道，振动只有在弹性介质中才能够传播出去而形成波。所谓弹性，就是物件在外力作用下发生了形变，当外力去掉以后，物体就立刻恢复原状，这样的特性称为弹性，具有这种性质的物体叫做弹性体。如皮球、弹簧等这类物体就是弹性体。在外力作用下弹性体所发生的体积或形状的变化叫做弹性形变。如果去掉外力作用后，物体仍旧保持其受外力时的形状，这种物体叫做塑性体。而其所发生的形变称为塑性形变或永久形变。弹性和塑性是物质具有的两种互相对立的特性，自然界的大多数物质，都同时具有这两种特性，在外力作用下既产生弹性形变，也产生塑性形变。但是，物体在外力作用下，主要表现力弹性形变还是塑性形变？这取决于物质本身的物理性质，作用其上的外力的大小和特点(作用力延续时间的长短、变化快慢等)，以及物质所处的外界条件(温度。压力)。当外力很小而且作用时间又很短时，大部分物质主要表现为弹性性质。如粘胶泥在作用力很小，作用时间很短或变化很快的条件下也表现为弹性性质。当作用力大且作用时间长时，所有的物件都表现为塑性体。如弹簧在作用力很大，作用时间很长时，当外力去掉以后，也不能完全恢复原状，而是保持其外力作用下的形状，这时弹簧也表现为塑性。所以物质的弹性和塑性是相对的，在一定的条件下可以互相转化。

那么地层是否可以看成是弹性介质呢？为了说明这个问题，我们先来分析一下震源附近的情况。在爆炸点附近，爆炸产生一个高压热气团，经测定压强达几十万大气压，大大超过了岩石的抗压强度，岩石遭到破坏形成一个破坏圈，炸成空穴(图4-1)。在远离爆炸中心处，压力减小(小于岩石的抗压强度)，但仍超过岩石的弹性限度，此时的岩石虽不遭受破坏，但产生塑性形变，形成一个等效空穴．在等效空穴以外的区域，爆炸压力降低到岩石的弹性限度以内，由于爆炸所产生的作用力的延续时间很短，一般只有几百个微秒。因此，对于远离震源的地层来说，完全可以看成是近似的弹性介质。

图4-1 爆炸形成的机理（周绪文，1989）

3．形变和弹力

弹性体在外力作用下发生形变。由于外力对弹性体的作用不同(包括作用力的方向和作用点)，弹性发生的形变也是多种多样的。但是可以归纳为两种基本形式，一种是在外力作用下只改变物体的体积(膨胀或压缩)，而形状(各边的夹角)保持不变，这种形变称为体积形变或体变，如图4-2(a)所示．另一种在外力作用下只改变形状(各边夹角的变化)而它的体积不变，如图4-2(b)所示。这种形变叫形状形变或切变。其它一些复杂的形变，都可以看成是两种基本形变的复合结果。

图4-2 弹性体形变 (a)体积形变；(b)煎切形变

究竟振动是怎样通过弹性介质传播出去而形成波的呢？这是因为弹性体受外力作用发生形变时，在弹性体内部便产生一个反抗形变的力，这个力叫做弹性力，简称弹力。例如：被拉长(或压缩)了的弹簧，在弹簧内部便产生一个反抗拉长(或压缩)的弹力，当外力取消时，就是这个弹力使弹性体恢复原状，而且形变越大，产生的弹力也越大，形变消失，弹力也就不存在了。可见形变和弹力之间是互相联系，又互相依存。振动在弹性介质中传播形成波的过程，就是形变和弹力相互作用的过程。

形变类型不同，产生的弹力类型也不一样。体积形变产生的弹力方向必然垂直于六面体的各个面，这种弹力称为法向弹力。形状形变产生的弹力方向，必然和六面体的某两个面相切，这种弹力称为切向弹力，如图4-2所示。不同类型的形变和弹力将产生不同类型的地震波。

4．地震波的形成

形变和弹力相互作用的过程，是振动在弹性介质中的传播过程，也是地震波的形成过

程。为了说明这个问题，我们在弹性介质中沿某一个方向取出若干个质点，如图4-3所示，质点间的小弹簧表示各个质点是互相联系在一起的，质点间的距离都相等。它们在未受外力作用时，各自在它的平衡位置上，处于相对静止状态。当某个质点A受到一个向上作用的外力时，A点就要发生位移离开平衡位置，使弹性介质在A点附近产生形变，形变使A 点与相邻质点间产生了相互作用的弹力。当作用在A点的外力去掉以后，A点就在弹力的作用下，向它的平衡位置运动以恢复形变，但是由于惯性力的作用，不能立刻停止在平衡位置上，而是继续离开平衡位置向下运动，使A点附近再次发生形变，同时又产生反抗形变的弹力，使A点回到平衡位置。这样继续下去，A点就围绕在它的平衡位置附近产生振动，直到它的能量消耗完为止，最后停在平衡位置上。

图4-3 质点的振动及波动的传播

由于A点在振动过程中与相邻质点间存在着相互作用的弹力，就必然引起相邻质点的振动，相邻质点的振动又引起更远质点的振动，如图4-3所示。因此在弹性介质中振动就以质点A为中心，由近及远，按一定速度传播出去而形成波。波在传播过程中，由于各种质点开始振动的时间不同，因此，在同一时刻，它们各自离开平衡位置的位移也就不同，从而形成凹凸相间的图形，这就是常说的波剖面。这里还需要指出的是，振动通过弹性介质向外传播时，仅仅是把振动的能量向外传播，而质点本身并不向外移动。如果弹性介质是无限的，那么振动将在很大的范围内进行传播。

㈡、地震波的种类

由上面分析可知：不同类型的形变产生的弹力类型不同，不同的形变和弹力就构成了不同类型的波。按照弹性形变分为两类，地震波也可以分为两种基本类型，即纵波和横波。此外，在激发地震波的同时，还产生面波和声波。

1. 纵波(P波)

当弹性介质中(如岩层)某一部分受到外力作用发生体积形变时，由于体变和法向弹力的相互作用，使质点成层的发生振动，这种振动表现为各质点层面间的膨胀与压缩，并使这种振动沿着整个弹性介质传播出去，形成膨胀与压缩互相交替着的纵波，如图4-4所示，质点的振动方向与波的传播方向一致，这是纵波的特点。

2.横波(S波)

当弹性介质中某一部分受到外力作用发生切变时，由于切变和切向弹力的互相作用，使质点成层的发生振动，这种振动表现为各质点层面间来回的滑动，并使这种振动沿整个

弹性介质传播出去，如图4-5所示。横波的特点是质点的振动方向和波传播的方向垂直，而且只能在弹性固体中传播。

横波在一定条件下会发生偏振(或极化)，所谓偏振就是当横波通过时，如果质点都在同一个方向上运动，则称横波是在该方向偏振。这样，横波又可分为两类，质点在入射平面内振动的波叫垂直偏振横波，用SV表示；质点在垂直于入射平面的方向上振动的波叫水平偏振横波，用SH表示。如果地层是水平的，该入射平面为通过测线的铅垂平面。在横波勘探中都采用SH波。

图4-4 纵波及其传播图4-5 横波及其传播

由于纵波和横波都能在整个弹性体内传播，所以又统称为体波。

不论是用炸药震源还是非炸药震源激发地震波，一般是向外产生均匀对称的压缩力，因此，主要产生纵波。由于地层的不均匀性和激发作用不完全具有球形对称性质，所以也同时产生横波。地层不均匀性越明显，激发作用的对称性越差，产生的横波就越强。

3.面波

面波是由一种较为复杂的形变产生的弹性波，它只存在于岩层的分界面附近，并沿着界面传播，故称为面波。在地面上接收不到深部岩层分界面上的面波，影响地震勘探最主要的面波是沿地表传播的面波，这种面波叫做瑞雷面波。

瑞雷面波的特点是地面质点在平行于波传播方向的垂直面内作振动，振动轨迹是椭圆，如图4-6所示。而纵波和横波的质点振动轨迹是直线。

图4-6 面波及其传播

瑞雷面波质点振动的振幅随深度加大而迅速衰减，根据理论计算可知，波长越小衰减越快，穿透能力越弱。反之波长越大，衰减越慢，穿透越深。

瑞雷面波传播的速度，近似等于横波在同一介质中的传播速度的0.9倍，因此面波的传播速度低于同一介质传播的其它弹性波的速度。

4．声波

采用炸药震源激发地震波时，除了产生纵波、横波和面波之外，还会产生声波。声波是一种纵波，它是从空气中传播到检波器上的，声波的传播速度为340m/s，它的特点是频率较高。

反射波地震勘探主要采用纵波勘探，因而横波，面波和声波都是干扰波。当然在采用横波勘探时，除了水平偏振横波之外，其它波都是干扰波。在以后的各章节中，除特别说明以外，讨论的都是纵波勘探。

㈢、地震波的特征

在地震勘探中，对地震波特征的分析、研究主要包括：波形，频谱、振幅、波前和射线、时距曲线，视速度等六个方面。前三项称为地震波的动力学特征，它是物理地震学研究的重点；后三项称为地震波的运动学特征，则是几何地震学讨论的主要内容。

1.波形

由上面的讨论可知，振动在弹性介质中的传播过程(又叫波动)，实质上是质点位移随时间和空间(指质点的空间位置)变化的过程。描述质点位移随时间和空间变化的图形叫做波形。如果在地面上沿某一条测线观测地震波，质点的空间位置用x表示，振动时间用t 表示，质点的位移用u表示，则地震波的波形可以用u(x,t)的函数关系(称为波动方程)表示。地震波的波形又可以分为振动图形和波剖面两种，分别用u(t)和u(x)表示。

波在传播过程中，某一质点的位移大小是随时间而变化的，描述某一质点位移与时间关系的图形叫做振动图形。波在传播过程中的某一时刻，介质中各个质点的位移也是不同的，描述质点位移与空间位置关系的图形叫做波剖面。下面分别讨论它们的特点。

(1) 振动图形

振动图形反映了地震波在传播过程中，某一质点随时间振动的特点，用振动的周期、频率和振幅可以区别不同的振动。

周期质点振动一次所需要的时间，叫做振动周期，用字母T表示，如图4-7所示，设O为介质中任一质点，质点O受外力作用后，由平衡位置O点向右移动至A点，再由A 点向左移动至B点，然后又从B点回到平衡位置O点，这样来回振动一次所需要的时间，就叫做一个周期。周期是用来说明质点振动的快慢，周期大说明质点振动慢，反之，则说明质点振动快。周期的单位通常用秒(s)表示，在地震勘探中则用毫秒(ms)表示。

图4-7 振动图形

频率 质点在一秒钟内振动的次数，叫做振动的频率，用字母f 表示。频率也是用来说明振动快慢的，频率高说明质点振动快，反之则说明振动慢。频率的单位是“赫兹”(用Hz 表示)。如质点在ls 内振动1次，它的频率就规定为1Hz ，如果振动10次，其频率是10Hz ，从上面分析可以看出周期和频率互为倒数关系，即 T

f f T 11==

或 (4-1)

振幅 质点振动时偏离平衡位置的最大位移叫做振动的振幅，振幅常用字母A 表示。图4-7中，OA ，OB 就是质点的振幅。振幅是用来说明振动的强弱(即振动能量的大小)，振幅大表示振动能量强，振辐小表示振动能量弱，这是因为(根据数学推导)振动能量的大小和振幅的平方成正比。

我们以质点的振动为例，绘出它的振动图形，如图4-7所示。用横坐标表示质点振动的时间t ，纵坐标表示质点对应某一时刻的位移u ，坐标原点O 表示质点刚要开始振动的位置，这时t=0。此后质点向A 点运动，位移由零逐渐变大，经过l/4T 时，质点运动到A 点，位移达到最大，这时u=OA 。当质点经过第二个l/4T ，其位移由大变小，并回到零，这时u=0。在第三和第四个1/4T 里，质点又从O 点运动到B 点，从B 点回到O 点，此时质点已完成了一个周期的振动。把质点在各个对应时刻的位移连成一条圆滑的曲线，这条曲线就是质点的振动图形。用同样方法，可以绘出质点在第二、第三个…周期里的振动图形。图中的最大位移OA 、OB 就是质点振动的振幅，两个相邻同方向的最大位移之间的时间间隔是一个周期。必须指出，振动图形只说明一个质点振动的位移随时间变化的规律，不同的振动，其振动图形是不一样的。

周期振动 振动一般分为周期振动和非周期振动。振动过程中周期(或频率)保持不变的振动叫周期振动。谐振动是属于周期性振动的一种，它的特点是在振动过程中位移随时间的变化规律，可以用正弦函数或余弦函数来表示，振动图形是一条正弦曲线，如图1-1-7所示。振动图形不仅周期不变，而且振幅也始终保持不变，它是振动中最简单的振动形式。其数学表达式为

)sin(?ω+=t A u (4-2)

式中，u 表示质点振动的位移，A 表示振幅，ωt+φ称为振动的相位，它决定质点在任一时刻t 的位置和振动方向。ω=2πf=2π/T 叫圆频率，表示在2πs 的时间内质点振动的次数。φ叫做初始相位，即t=0时的相位。式中A 、ω和φ都是常数，故u 只随t 按正弦规律变化。

非周期振动 在振动过程中周期或频率是变化的振动叫做非周期振动。脉冲振动是非周期振动的一种，其特点是延续时间很短。从开始振动到振动停止的时间很短，且脉冲的周期和振幅都是变化的。为了和谐振动相区别，在脉冲振动的周期、频率和振幅前面都加一个“视”字，叫作视周期、视频率和视振幅，并用T *、f *和A *

分别表示。

地震波属于脉冲振动，地震勘探中所获得的地震记录，实际上就是一系列地震波传播到地表时，引起地表质点振动的脉冲图形。其中每一个脉冲图形都表示一个岩层分界面的反射波，返回到地面所引起的质点振动图形，靠前面的脉冲表示浅层反射，靠后面的脉冲表示深层反射。如果在地面沿测线设置多道检波器，得到出多个振动图形的总和就是地震波形记录，如图4-8所示。

图4-8 地震记录

地震勘探中，振动的正向极值叫波峰，负向极值叫波谷，波峰的个数习惯上称为相位数，如第一波峰叫第一相位。在地震资料对比中所说的“波形特征”，就是指振动相位数、视周期、视振幅及其相互关系。同一界面来的波，其波形特征是相似的，不同界面来的波，其波形特征是不同的，这就是在地震资料解释中经常运用的基本原则之一。

(2) 波剖面

和振动图形一样，波剖面也可以用图形表示．如图4-9所示，横坐标x 表示波在任意直线上各个质点的平衡位置，纵坐标u 表示在某一时刻t 各个质点的位移情况，在t 时刻，

a 、

b 、

c 、

d 各点的位移如图4-9所示。在波剖面中，最大的正位移处叫波峰，最大的负位移处叫波谷，两个相邻波峰或波谷之间的距离叫波长，用字母λ表示。波长的倒数叫波数，用小写字母k 表示，即有k=1/λ。波长λ是波在一个周期里传播的距离。那么波传播的速度应等于

k

f f T V ===λλ (4-3)

图4-9 波剖面

2. 频谱

研究地震波的波形特征，可以转变成研究地震波的频谱特征，因为波形与频谱之间是完全等价的，通过傅氏变换可以把它们联系起来。在这里我们只介绍有关频谱的一些基本概念，对它们的详细讨论将在第二章中进行。

(1) 振动的合成与分解

任意一个周期振动或非周期振动的波形，无论怎样复杂，都可以看成是许多正弦(或余弦)波迭加而成，而这些正弦(或余弦)波的频率是基本正弦波频率的整数倍。基本正弦波又叫做基波，频率为基波频率整数倍的正弦(或余弦)波称为谐波。图4-10(a)是振幅和初相都相同，而谐波频率不同的两个余弦振动迭加以后的合成振动(或合成波形)。我们把参与迭加的谐振动叫做分振动(或分量波形)。由上面分析可知，一个谐振动是由振幅、频率和相位三个量确定，改变分振动中的任意一个量，合成振动的波形都会发生变化。图4-10(b)与图4-10(a)具有相同的振幅和谐波频率，只改变了分振动的相位，得到的合成波形就不同。同样图4-10(c)与图4-10(a)的相位和频率都相同，只是振幅不同。得到的合成波形也不一样。由此可知，合成波形完全由它的分量波形确定，而分量波由它的振幅、频率和相位三个量确定，不知道这三个量也就无法确定一个波形。由分量波形迭加得到合成波形，称为振动的合成(或振动的迭加)。反之，合成波形也可以分解成组成它的分量波形，这叫做振动的分解。所以，合成波形完全等价于组成它的分量波形，而分量波形又和它们的合成波形等价。

图4-10 振动的合成 (a)频率不同；(b)相位不同；(c)振幅不同

(2) 周期振动的频谱

既然合成振动与组成它的分振动是等价的，那么如何用分振动的振幅、频率和相位这三个量来表示一个合成波形呢？一般用振幅谱和相位谱可表示一个复杂的周期振动。振幅谱表示分振动的振幅和频率的关系，即A(ω)。相位谱则表示分振动的相位与频率的关系，即φ(ω)，振幅谱和相位谱又统称为频谱，如图4-11所示。只有振幅谱和相位谱一起才能唯一地确定一个波形，相反任意一个周期波形也只确定一对谱。在地震勘探中，振幅谱用得多，相位谱用得很少，所以振幅谱又简称为频谱。周期振动的频谱是由一些直线段组成，所以周期振动的频谱又叫线谱。

(3) 非周期振动的频谱

当周期振动的周期趋于无穷大时，周期振动将变为非周期振动。由周期振动的频谱，如果频谱间隔趋于零，就得到非周期振动酌频谱。这时线谱转化为连续谱(图4-12)。由此可知，非周期振动的频谱是连续谱，它的波形是由无限多个不同振幅，不同相位，且频率是连续变化的谐振动波形迭加而成。

图4-11 周期振动的频谱图4-12 非周期振动的频谱3．振幅

研究地震波的振幅特征，在地震勘探中有着重要作用。目前油气检测的主要标志，还是反射波的振幅特点。影响地震波振幅的因素很多，激发条件决定了地震波的初始振幅，波前发散和介质吸收，是地震波向外传播时，影响振幅变化的两个主要因素。

(1)初始振幅

地震波的初始振幅，是由激发条件确定的。如果采用炸药震源激发，激发条件包括爆

炸深度，炸药量和激发岩性。激发井深一般应在低速带以下，因为在低速带中激发会消耗大量的能量。实践证明地震波的振幅随激发井深的加大而增强，深度增大到一定程度以后，地震波的振幅增强就不明显了。地震波的能量与炸药量成正比，因为振幅是能量的平方根，所以地震波的振幅与炸药量的平方根成正比。在炸药量较小情况下，增加炸药量可以增强地震波的振幅，当炸药量足够大时，再增加炸药量对提高地震波能量的作用就不大了。地震波的振幅还与激发岩性有关，理论研究证明，地震波的初始振幅与介质的切变模量成反比。因而介质速度越高，密度越大，激发的初始振幅就越小。大量实践也说明，在含水的砂层或粘土中激发，要比在坚硬的岩石中激发获得的能量强。

(2) 波前发散

地震波在均匀介质中传播时，随着传播距离的增大，波前逐渐扩展，地震波的能量将分散在一个更大的波前面积上，使波的振幅衰减。如果从震源发出的总量是不变的，虽然总能量没有减少，但是能量分散了，能量密度(单位面积上的能量)减少了。如果在均匀介质中，震源为点震源，波前面将是球面，随着传播距离的增大，球面逐渐扩展，总能量分布在更大的球面上，因而使地震波的振幅随着传播距离的增大而不断地减小。

由波前发散造成振幅衰减，地震波的振幅与波传播的距离r 成反比，即

r

A A 10= (4-4) 式中， A 0为地震波的初始振幅。公式(4-4)表明，地震波传播的距离越大，地震波的振幅越小。

(3) 吸收衰减

实际介质并非完全弹性介质，于是波在实际介质中传播时，能量的衰减要比在完全弹性介质中的衰减要快，这种衰减称为介质对波的吸收衰减。介质吸收的这部分能量变成热能而消耗掉。

理论证明并为实践所证实，地震波在传播中的振幅值A ，随着传播距离r 的增加成指数衰减关系，其数学表达式为

r e A A α-=0 (4-5)

式中，r 为波传播的距离，α为吸收系数，它是频率的函数。当吸收系数和频率有线性关系时，即α=α0f ，则

r f e A A 00α-= (4-6)

式中，f 是频率，α0是一个仅与介质的非弹性有关的系数。由公式(4-6)可知：

1) 波的传播距离越大，其振幅值衰减越大。实际观测资料也表明，深层反射波较直达波、浅层反射波的振幅成百倍的减小。

2) 吸收系数越大，振幅衰减越大，而且质点振动的频率越高，吸收系数越大。这是由于波在传播过程中，质点间互相摩擦，使质点振动的机械能变成热能而消耗掉。振动越快(频率越高)，质点往返摩擦的次数越多，则能量消耗越大。因此，地震波在传播过程中，高频成分的能量比低频成分的能量衰减快。对地震波来说，地层就相当于一个低频滤波器，高频成分逐渐被滤掉，低频成分被突出出来。所以，由激发产生的地震波，在传播过程中频

谱不断发生变化，在地震记录上，表现为浅层反射波的视频率高，深层反射波的视频率偏低。

实际观测表明，不同岩石的吸收系数不同，变化范围一般为α=10-2～10-41/m。在表层地层中，尤其是在低速带和降速带中，吸收最大，而在结晶岩的石灰岩中，吸收最小。

(4) 波的散射

波在传播过程中，遇到不平滑的分界面，或者遇到与波长比较起来不大的不均匀体。就会产生漫反射或绕射现象，而形成向各个方向传播的波，称为波的散射现象。散射也使地震波的能量分散，振幅衰减。

4．波前和射线

假设地下岩层是均匀的(波的传播速度V是常数)，在O点爆炸，地震波就从爆炸点开始，向地面以下各个方向传播。如果在某一时刻，我们把空间中所有刚刚开始振动的点连成曲面，该曲面称为某一时刻t的波前面，简称波前。所有刚刚停止振动点所构成的曲面叫做波尾（或波后），如图4-13所示。显然，在某一时刻波前以外的质点尚未开始振动，波尾以内的质点振动已经停止，只有在波前和波尾之间，质点正处在不同强度的振动状态，这个区间称为振动带。在振动带内，振动相位相同的各点构成的面叫做等相位面(一般是指振动同时到达极大和极小点)。波前面既是等相位面，也是等时面。如果依次给出不同时刻的波前，就可以确定一系列等时面的时间与空间的关系，也就给出了波在介质中的传播特征。

图4-13 波前与射线

根据波前面的形状，可以把波分为球面波和平面波两种。图4-13(a)为球面波，图4-13(b)为平面波。当离开震源距离足够大时，球面波也可近似地看作为平面波。

地震波在介质中的传播，除了可以用波前描述外，还可以用射线来直观地表示。所谓射线，就是地震波从一点到另一点的传播路径。射线和波前是互相垂直的，如图4-13所示。

5．时距曲线

在实际工作中，不可能直接测得分布于介质中的波前或射线的位置和形状，只有在地面上进行观测，测定波到达各观测点的旅行时间。根据波的到达时间t和观测点的坐标x 和y，就可以做出t=f(x，y)的关系图形，这个图叫时距图。t=f(x，y)的关系曲面叫时距曲面。观测点沿直线分布，观测时间t和观测距离x的关系曲线叫时距曲线。对时距曲线进行研究，可以确定波的类型、构造特点及其它有用的数据。

6．视速度

与时距曲线紧密相关的是视速度概念，所谓视速度，就是地震波沿测线传播的速度。如图4-14所示，假没在地面上沿直线AB 观测地震波，S 1和S 1为AB 直线上的两个观测点，由深部到达地面的波前可近似看为平面波前。设平面波前于t 1时刻到达S 1点，t 2时刻到达S 2点，波前与测线夹角为α。如果不考虑波从那里来，只在测线上看，好象是波沿AB 测线传播的，经过时间间隔Δt= t 2-t 1，走过路程Δx= S 2S 1，则波沿此测线传播的速度为

t

x V ??=

* (4-7) 式中，V *称为视速度。 实际上波并不是沿测线AB 传播，而是沿垂直于波前的方向以真速度V 传播，在Δt 时间间隔内，传播了ΔS 的距离，因此

t

S V ??= (4-8) 由此可见，真速度与视速度是不同的，两者的关系为

α

sin V V =* (4-9) 公式(4-9)表示了视速度与真速度之间的关系，这种关系叫做视速度定理，α称为入射角。由视速度定理可以看出，波沿测线传播的视速度大于真速度。当α=90°时，即波前垂直测线，这时波沿测线传播的视速度等于真速度，即V *

=V ，如直达波的视速度等于真速度。当α=0°时，即波前平行于测线，这时地震波沿测线传播的视速度为无穷大。由此可见，视速度一方面决定于真速度，但更重要的方面决定于波到达地面的入射角。所以研究视速度的变化，对于区分不同类型的波具有实际意义。

图4-14 视速度概念的示意图

二、地震波的传播规律

前两节，我们讨论了地震波的一些基本概念和地震波的速度。这一节将分析地震波的传播规律。首先介绍地震波在传播过程中，所遵循的两个基本原理，然后分析在介质分界面上，产生的反射波、透射波、转换波、折射波和全反射波。最后讨论地震波在层状介质和连续介质中的传播特点。

㈠、地震波的传播原理

1．惠更斯原理

地震波向外传播时，是由震源产生的振动，通过地层介质的质点，依次传播出去的。因此，这样的质点，都可以看成是新的震源。如图4-15所示，由实验可知，水面波在传播时，遇到一障碍物，当障碍物上小孔的大小与波长相差不大时，就可以看到穿过孔的波是圆形波，而且与原来波的形状无关。这说明波前面上a点，可以看作是新的震源。根据上述现象，惠更斯指出：波前面上的每一个点，都可以看作是新的震源，而这些小震源发出的子波波前的包络面，就是新的波前面。根据这个原理，只要我们知道某一时刻t的波前位置，就能够确定出地震波在各种不同时刻的波前位置。特别是当波遇到另一种介质的时候，利用这个原理来揭示波的反射、透射和折射等现象的规律，就更显出这个原理的重要性。

图4-15 水面波穿过孔的传播示意图图4-16 球面波的传播

如图4-16所示，由O点发出的球面波，在均匀介质中，t1时刻的波前位置为Q1，如果要求t1+Δt时刻的波前位置，就以Q1面上的各点为圆心，以Δt2V=r为半径(V为波的传播速度)，做出一系列的半圆形子波，再做切于各子波的包络线Q2，则Q2就是t1+Δt时刻的新波前位置。所以，波在均匀介质中传播时，它的波前是以震源O为中心的球面，射线是从O点发出的一簇放射状的直线。平面波具有同样的特征。

2. 惠更斯2菲涅耳原理

虽然惠更斯原理可以描述波的传播特点，但是这种描述不是完整的，因为它只给出了波的几何形态，而不能给出波沿不同方向传播时，振动的振幅。惠更斯原理的这个缺陷，由菲涅耳所补充，菲涅耳认为：如果S是任意时刻的波前位置，如图4-17所示，为了确定任一点P的振动，可以将波前面S分成许多小面积元ΔS，每一个小面积元ΔS，都可看成新的震源，所有这些新的点震源，在P点的振动迭加起来(包括它们的振幅和相位)，就得到P点振动的振幅。根据数学推导证明，P点振动振幅的大小，与面积元ΔS的数量成正比，与ΔS到P点的距离r成反比，而且还与ΔS的法线和r问的夹角α有关。α越大，引起P 点振动的振幅越小,在α=π/2或α>π/2时，在P点的振动强度为零。这个结论，同时证明了波为什么不能向后传播的问题。菲涅耳补充发展的惠更斯原理，叫惠更斯—菲涅耳原理。这个原理是物理地震学解释反射波的形成和特点的主要理论根据。

图4-17 波前上的面积元震源

3. 费马原理

费马原理指出：地震波沿射线传播的时间和沿其它任何路程传播的时间比较为最小，或者说波沿所花时间最小的路程传播。根据费马原理，可以确定地震波在已知传播速度的介质中的射线形状。例如在均匀介质中，射线的直线性，是这个原理的明显结果，因为波的传播速度在各处都一样，其旅行时间正比于它所经过的路程，两点间最短的距离是直线，所以波沿直线传播的旅行时间，比沿其它任何曲线传播的旅行时间都要小。

㈡、地震波在界面上的反射、透射和折射

地震波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时，便会产生波的反射、透射和折射现象。为了区别起见，我们把直接由震源发出的波叫直达波，把由分界面的反射、透射和折射所产生的波，分别叫做反射波、透射波和折射波。下面讨论它们的形成及其特点。

1．反射波

(1) 反射定律

地震波在传播时，遇到两种不同介质的分界面，便会产生波的反射，在原来介质中形成一种新的波，这种波称为反射波，入射到界面上的波叫做入射波。反射波与入射波之间的关系，满足反射定律。

假设地下有一介质分界面，如图4-18所示，地震波从震源O 点出发，入射到界面上A 点，反射后到达地面S 点。如果N 为界面A 点的法线，OA 为入射波的射线，简称入射线，AS 为反射线，即反射波的射线。入射线和界面法线的夹角α，叫做入射角。反射线和界面法线的夹角α′，叫做反射角。反射定律如下：

1)入射线、反射线位于反射界面法线的两侧，入射线、反射线和法线同在一平面内。由入射线、反射线和法线组成的平面，叫做射线平面，射线平面永远和界面垂直，如图4-18所示。

2)入射角等于反射角，即αα'=。

反射定律是一个实验定律，它可以由惠更斯原理和费马原理导出，这里仅以费马原理推导出反射定律为例。

图4-18 速度分界面的反射和透射现象 图4-19用费马原理导出反射定律的示意图

(2) 用费马原理导出反射定律

假设界面以上的介质是均匀的，地震波传播的速度为V ，地震波从B 点出发，经A 点反射后到达C 点，建立坐标系如图4-19。令OA=x ，OB=a ，DC=b ，AD=d-x 。由图可知，地震波从B 点出发，经A 点反射后，到达C 点的旅行时间t 为

??? ?

?-+++=+=

2222)(1)(x d b x a V V AC V AB x t (4-10) 满足旅行时间最小的条件是0)(='x t 。为此对上式求导，得 ????

? ?

?-+--+='2222)()(1)(x d b x d x a x V x t (4-11) 令上式等于零，得 2222)()(x d b x d x

a x

-+-=+ (4-12)

即 αα'=s i n s i n (4-13)

最后得到αα'=，即反射角等于入射角。

(3) 反射系数

下面讨论反射波的振幅，反射波的振幅与反射系数紧密相关。当地震波入射到两种介质的分界面上时，—部分能量反射回去，形成反射波，其余部分的能量透过界面，形成透射波。设入射波的振幅为A r ，反射波的振幅为A f ，反射波的振幅与入射波的振幅之比，叫做反射界面的反射系数，用字母R 表示。理论证明，平面波垂直入射到反射界面，反射系数有下列关系

1

1221122V V V V R ρρρρ+-= (4-14) 式中ρ1V 1、ρ2V 2表示分界面上下两种介质的密度和波在介质中传播速度的乘积。这个乘积叫做介质Ⅰ和介质Ⅱ的波阻抗。这个关系式对于入射角不大的情况也基本适用。

由式(4-14)可以看出，ρ1V 1和ρ2V 2的差别越大，反射波的强度越大，当ρ1V 1=ρ2V 2时，

则反射波的振幅为零，即不发生反射。所以，产生反射的条件是，上下介质的分界面必须是波阻抗的分界面。

由沉积间断形成的侵蚀面，经常是一个明显的波阻抗分界面，因而也是一个很好的反射界面。由沉积条件或岩石成分的显著变化，形成的不同岩层的分界面，往往也是良好的反射界面。此外，平滑和连续的界面，也是成为良好反射界面的重要因素。

2．透射波

(1) 透射定律

地震波在传播过程中，遇到两种介质分界面时，一部分能量返回原介质形成反射波，另一部分能量透过分界面，在第二介质中传播形成透射波，又叫透过波。当波透射到第二种介质中时，由于介质分界面两边地震波的速度不同，在分界面上会产生射线的偏折现象，透射波的射线，将偏离原来入射波的方向。透射波和入射波之间的关系，满足透射定律。

如图4-18所示，地震波从震源O 点出发，入射到界面上A 点以后，一部分形成反射波AS ，另一部分形成透射波，射线为AP 。A 点界面的法线为N ，AP 与N 的夹角为β，β叫做透射角。透射定律指出：

1)入射线、透射线位于法线的两侧，入射线、透射线和法线同在—射线平面内。

2)入射角的正弦和透射角的正弦之比，等于入射波的速度和透射波的速度之比，即

2

1sin sin V V =α (4-15) 根据透射定律可知，透射波在第Ⅱ种介质中的偏折情况，与波在两种介质中传播速度的比值V 1/V 2有关。当V 1> V 2时，则α>β，即透射波靠近法线偏折。当V 2> V 1时，则α<β，即透射波远离法线偏折。

透射定律也是一个实验定律，同样可用惠更斯原理和费马原理导出（略）。

(2) 透射系数

下面讨论透射波的强度，设入射波的振幅为A r ，透射波的振幅为A t ，透射波的振幅与入射波的振幅之比，叫做透射系数，用字母T 表示。根据理论证明，当平面波垂直入射时，透射系数为

R V V V T -=+=121

12211ρρρ (4-16) 综上所述，当V 1≠V 2时，才形成透射波。因此，透射波发生在速度不同的分界面上，而反射波发生在波阻抗差异的分界面上。以后我们将波阻抗分界面，称为反射界面，速度分界面称为速度界面。另外，透射波的振幅取决于反射系数R ，这是很显然的事，在入射波能量不变的情况下，反射波振幅越强，透射波振幅就越弱；反射波振幅越弱，透射波振幅就越强。

3. 转换波

根据平面波在弹性固体分界面上的传播理论可知，如果入射波为纵波，入射角较大时，在介质分界面上，除产生反射纵波和透射纵波(用PP 表示)之外，还会产生反射横波和透射横波，用PS 表示(图4-20)。各种波的传播方向和波速之间满足反射透射定律

2

2111sin sin sin sin sin S S P P S S P P P P V V V V V ββααα=='='= (4-17) 式中 αp ——为纵波的入射角；

α

1 p ——I 为纵波的反射角； α1

S ——Il 为横波的反射角；

βp ——为纵波的透射角；

βS ——为横波的透射角；

V p ——为纵波的速度；

V S ——为横波的速度。

同样，当入射波为垂直偏振横波(SV 波)时，入射角较大。在不同介放分界面上，除产生反射横波和透射横波(用SS 表示)外，也会产生反射纵波和透射纵波，这种转换波称为SP 波。各种波的传播方向和波速的关系满足反射、透射定律。

图4-20 纵波在分界面上产生的转换波

4．折射波

由上面分析可知，当V 2＞V 1时，透射角大于入射角，当入射角不断增大时，透射角也随之增加，当入射角增大到一定角度i 时，透射角β增加到90°，即

2

1sin V V i = (4-18) 这时透射波就以V 2的速度沿界面滑行，如图4-21所示。我们称这时的透射波为滑行波。入射角i 为临界角，A 为临界点。

图4-21 在分界面上产生的滑行折射波

过了临界点A 以后，由于滑行波的速度比入射波的速度大，所以滑行波比入射波首先到达分界面上的各点。这样介质Ⅱ中的质点就要先发生振动。由于界面两侧的介质质点之间存在着弹性联系，所以介质Ⅱ表面上的质点振动，必然要引起介质I 中的质点振动。于是在介质I 中产生了一种新波，这种新波在地震勘探中称为折射波。

当滑行波沿界面滑行时，它所经过的任何一点，都自波到达时刻起，作为一个新的点震源开始振动，并向第1介质发出半圆形子波。同一时刻的各半圆形子波的包络线，就是折射波的波前。如滑行波自A 点以V 2速度滑行了一段时间Δt ，波前到达B 点，则AB= V 2Δt ，同时A 点向第1介质发出半圆形子波，其半径为AC= V 1Δt ，从B 点作A 点发出半圆形子波的切线BC ，即为该时刻折射波的波前。

下面证明，当界面R 为平面时，折射波波前的形状是与界面R 成临界角i 的直线。因为ΔABC 为直角三角形，则

i V V t V t V AB AC ABC sin sin 2

121==??==

∠ 所以，i ABC =∠。 由于折射波的射线是垂直于波前面的一簇平行线，所以它与界面法线的夹角为临界角。射线AM 是折射波的第一条射线，在地面上从M 点开始，才能观测到折射波，因此M 点叫做折射波的始点。自震源O 到M 点的范围内，不存在折射波。这个范围叫做折射波的盲区，盲区的大小x M 为，

htgi x M 2= (4-19)

式中，h 为界面深度。

由公式(4-18)和(4-19)看出，折射波盲区的大小，既与界面埋藏深度有关；又与上下介质中地震波的速度的比值有关。例如深度为1000m 的水平折射界面，当上下介质中地震波的速度分别为2000m/s 和2320m/s 时，折射波的盲区达到3400m 。如果下面介质中的速度由2320m/s 增加到4000m/s ，则盲区由3400m 减小到1160m 。

5．全反射波

当地震波的入射角大于临界角i 时，入射波的全部能量，都转换为反射波，即在临界点A 以外的分界面上，没有透射波产生，这种现象叫做波的全反射。如果V 2》V 1,这样临界角i 就很小，临界点紧靠震源点的下面，所以能产生透射波的范围很小。由震源激发出的地震波的能量，绝大部分都被界面反射回来，所以地震波的能量不能向深部传播，这就是在地震勘探的实际工作中遇到的所谓“地层屏蔽”现象。

地层屏蔽作用的存在，给地震勘探工作带来巨大的困难。例如在浅层出现有高速的玄武岩(速度为6000m/s)时，当它的埋藏深度为500m ，玄武岩以上的速度为2000m/s ，则产生透射波的范围只有177m 。如果炮检距大于354m ，就接收不到深层的反射波。

三、地震勘探的地质基础

在自然界中，不同类型的岩石往往具有不同的物质成份、不同的结构等差异，而且即是同一类型的岩石由于存在环境条件的不同也会呈现出不同的弹性特征。这些都会引起地

《应用地球物理学》前言报告

《应用地球物理学》前言报告 岩石物理技术在石油应用： 岩石物理学就只一门以岩石为研究对象，以物理学位研究手段的新学科。岩石是构成地球的最重要的材料，地球的结构和运动学性质必然与岩石的各种物理性质密切相关。岩石物理学是研究岩石在地球内部特殊环境下的各种行为及其物理性质的，针对油气勘探和储藏的岩石物理性质的研究是岩石物理学研究中较为成功的例子。 岩石或地质体中流体的运移，涉及到成岩作用、石油天然气开采等一系列问题，各国科学家都对这些问题给予了高度重视。 例:1：研究岩石中流体运移过程中由不同尺度研究问题组成的研究框架，是岩石物理学中正问题研究的典型例子。先从矿物尺度研究矿物及其晶粒的输运特性，从微观角度研究矿物的微结构和渗透性、矿物之间的孔隙以及矿物变形对这些输运过程的影响；然后研究岩石作为矿物集合体的输运特性，主要研究岩石内部微破裂和孔隙的发展、孔隙的几何情况、密度，以及它们的空间分布；第三则集中研究那些连通的裂纹和孔隙，因为只有形成了连通网络的裂纹和孔隙才对输运过程有较大的影响。最后，将以上三个方面综合，可以得到作为岩体或地质体的输运特性，从而对其流体的流动情况做出估计。 例2：岩石的水压裂或岩石的热开裂。人们通过向地下注水，或者对地下岩石加热，改变矿物晶粒间以及岩石内部的微破裂状态，从而改变岩体或地质体的渗透性。这是将岩石物理学知识应用与实践中的一个典型例子。在石油开采方面曾广泛采取水压致裂技术，水压致裂是通过向岩石注入高压液体来改变岩石中裂纹的状态，但其主要作用是使原来的裂纹扩展长度，对增加裂纹密度所起的作用有限。岩石的热开裂则是岩石受热后，由于组成岩石的各种矿物热膨胀不同，导致矿物边界出现裂纹。热开裂能改变岩石内部的微观结构，既增加裂纹的长度，又能增加裂纹的密度，在一定条件下，可以明显改变岩石整体的输运特性，在石油开采等方面有着潜在的应用前景。 岩石物理学的研究方法： 首先，实验是岩石物理学的最基础的研究方法。其做法主要是：第一，采集各种有地质意义的岩石，在实验室中分别研究各种因素对其物理性质的影响，将大量的实验结果统计归纳得到经验关系式。第二，在建立合理而简化的数学物理模型的基础上，将由实验得到的经验关系外推到实际地球问题中去。因为若没有合适的模型，而只是简单地把实验室小尺度实验得到的结果外推到大尺度的自然界，常常会出现错误的结论。 其次，由于岩石物理学的研究涉及众多诸如地质学、地球物理学、油储地球物理学、地球化学等学科，也涉及众多的基础学科领域，如力学、声学、流体力学和电磁学等。岩石物理学是一门高度跨学科的学科分支，这就决定了岩石物理学中，对于所研究的岩石的不同物理性质，必然要用到上述相应的学科中对应的物理方法和手段。 岩石物理技术在油气勘探领域具有重要作用，随着大数据时代的到来，将计算岩石物理与勘探方法相结合，将会成为一种趋势。主要是基于两个方面的考量：其一，计算机模拟已经成为了物理实验并行的实验方法；其二，岩石各种性质与尺度有关，这在一般的物理学中是根本不会碰到的问题。矿物可以近似地看成是

地球物理学专业

地球物理学专业人才培养方案 教研室主任： 系主任： 教学副院长： 院长：

一、专业代码：070801 二、专业名称：地球物理学 三、标准修业年限：四年 四、授予学位：理学学士 五、培养目标： 本专业培养适应社会主义现代化建设需要，德、智、体、美等方面全面发展，具有良好的思想政治素质、人文素质、创新精神与实践能力，具有扎实的数理基础，掌握基本的地质学原理与方法，系统掌握地球物理学的基本理论、基本知识和基本技能，具有从事地震监测预测，地质矿产、煤田和油气资源勘查，道路桥梁的工程地球物理检测等方面的实际工作和研究工作初步能力的应用型人才。 六、基本要求： （一）知识要求： 1.具有基本的人文社科理论知识和素养，在哲学、经济学、法律等方面具备必要的理论知识，对社会有较强的适应能力； 2.具有扎实的数学、物理基础； 3.掌握基本的地质学原理与方法； 4.掌握地球物理场论、数字信号分析、水文地质学等专业基础知识； 5.系统地掌握固体地球物理学和勘探地球物理学的基本理论和基本知识； 6.掌握地震监测预测的基本理论与方法。 （二）能力要求： 1.具有较强的人际交往意识和初步的人际交往能力； 2.具有良好的自学能力和终身学习的意识； 3.具有独立思考问题、分析问题、解决问题的能力； 4.具有独立设计实验，并能对实验数据进行分析评价的能力； 5.具有独立地利用计算机进行文字和图像信息处理及进行科学计算的能力； 6.具有创新意识和创新精神，对特优学生要求具有质疑和挑战传统的理论、方法、假设的意识和能力； 7.了解全球自然灾害现状及防灾减灾体系研究发展趋势，具备综合防灾减灾意识及防震减灾宣传教育能力； 8.具有一定的提出新的问题和新的方法，分析、推断、解释新问题的能力； 9.得到从事基础研究和应用研究的初步训练。 （三）素质要求： 1．热爱祖国，具有高尚的民族气节、良好的道德品质和中华民族的传统美

大学专业解读系列：地球物理学

学科：理学 一级学科代码：0708 一级学科名称：地球物理学 专业解析 地球物理学是一门融入了物理学、地质学、大气科学、海洋科学和天文学多个学科的交叉学科。 它是运用物理学的基本原理和方法、利用先进的电子和信息技术观测各种地球物理场，探索地球内部奥秘，研究相关的各种自然灾害，从而改善人类生存环境，为预防及减轻自然灾害所带来的损失，也为人类的太空活动提供空间环境保证。比如地球内部的温度分布，地磁场的起源、架构和变化，大陆地壳大尺度的特征诸如断裂、大陆缝合线和大洋中脊等都是该专业所研究的内容。随着科技的发展，地球物理学的研究范围逐渐延伸到地球大气层的外部的现象，例如电离层电机效应、极光放电和磁层顶电流系统，甚至延伸到其他行星及其卫星的物理性质。 北京大学：固体地球物理学是一门从物理学的角度研究地球内部及其周围环境的科学。其研究历史可追溯到牛顿和开尔文等物理学家的研究工作。由于计算机技术、计算数学和地球物理观测及实验技术的飞速发展，固体地球物理学现在成为地球科学研究中的一支生力军。其研究内容涉及地球本体的各种物理场。目的是认识与探索地球内部奥秘（例如其物质组成及演化规律等），发现地球内部的各种物理过程并揭示其规律。在此基础上为优化和改善人类生存环境，为预防及减轻自然灾害，为探测和开发国民经济建设中急需的能源及资源提供新理论、新方法和新技术。 本专业创建于1956年，在全国同类专业中历史最悠久。四十年来培养了大批从事地球物理学及相关学科研究工作的高级科技人才及管理人才。他们中有些已经成为科学院院士，有些在国家的重要科研与行政部门担任高级领导职务，还有相当一部分在国外著名大学与研究机构从事科研和教学。 本专业是国家固体地球物理学的硕士与博士培养基地，师资力量雄厚。教授、副教授9名，高级工程师2名，教师队伍年轻、精干，并与国外著名大学和研究机构有着密切的联系及良好的合作关系。本专业注重培养大学生具有坚实的数学、物理基础，深厚的外语与计算机知识，了解并掌握现在地球物理学的基础知识。固体地球物理学的学科特点决定了本专业毕业的学生不仅具有很强的从事现代地球物理科学研究的能力，而且能适应现代社会多方面工作的需要，能够成为一代新型的科技与管理人才。

固体地球物理学

固体地球物理学 （学科代码：070801） 一、培养目标 本学科培养德、智、体全面发展，具有坚实的地球物理理论基础和系统的专业知识，了解固体地球物理学和与其相关学科发展的前沿和动态，能够适应二十一世 纪我国经济、科技和教育发展的需要，并具有较熟练的实验技能和较强的动手能力，具有较全面的计算机知识，具有独立从事该学科领域研究和教学能力的高层次人 才。 二、研究方向 1. 地震学、 2. 地球动力学、 3. 岩石物理、 4. 应用地球物理学、 5. 城市地球物理学 三、学制及学分 按照研究生院有关规定。 四、课程设置 英语、政治等公共必修课和必修环节按研究生院统一要求。 学科基础课和专业课如下所列。 基础课: GP15201★地球内部物理学★（4） GP15202★ 地球动力学★（4） GP15203★地球物理反演★（4） 专业课：

GP14201 计算地震学（3） GP14202 地球物理学进展（4） GP14203 地震学原理（4） GP15210 地震勘探（3） GP15211 定量地震学（4） GP15212 地震偏移与成像（4） GP15213 工程地震学（4） GP15214 岩石本构理论（4） GP15215 应用地球物理学（3） GP15216 地球内部电性与探测（4） GP15218 现代计算机与网络应用（3） GP15219 固体力学（4） GP15220 城市地球物理学（3） GP15701 地球物理高级实验（2） PI05204 工程中的有限元法（3） GP16201 固体地球物理理论（4） GP16202 地球科学中的近代数学（4） GP16203 地球科学前沿讲座（4） 备注：带★号课程为博士生资格考试科目。 五、科研能力要求 按照研究生院有关规定。 六、学位论文要求 按照研究生院有关规定。

一级学科与二级学科区别

一级学科，特指高等院校里的学科分类。一级学科是学科大类,二级学科是其下的学科小类.比如,传统的中国语言与文学/中文是一级学科,而具体到下面的中国古代文学,中国现当代文学,比较文学,文艺学以及语言方面的专业都是二级学科. 概述: 我国高等学校本科教育专业设置按“学科门类”、“学科大类（一级学科）”、“专业”（二级学科）三个层次来设置。 按照国家1997年颁布《授予博士、硕士学位和培养研究生的的学科、专业目录》，分为哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学和管理学12大门类，每大门类下设若干一级学科，如理学门类下设数学、物理、化学等12个一级学科。 一级学科再下设若干二级学科，如数学下设基础数学、计算数学等5个二级学科。博士、硕士学位就授至二级学科，一般意义上的博硕士点数指的就是可以授予博士和硕士学位的二级学科的数目。 所谓获得一级学科博士学位授权，即是指在这个一级学科下的所有二级学科都有博士学位授予权，也就意味着，一个学生只要选择了这个学科中的任何一个专业，进了校门就可以从本科一直念到博士。这能反映出一个大学或科研院所在这个学科的实力和水平。但要看这个学科是否全国领先，就要看它里面的二级学科有没有国家重点学科以及重点学科的多少。 一级学科是学科大类,用四位码表示，例如：0101哲学。 二级学科是其下的学科小类，用六位码表示，例如：010103外国哲学。 【注】二级学科无法申请成为一级学科，但是可以申请成为硕士和博士学位授予点，而一级学科一旦申请成功，其下的所有二级学科都可申请成为博士学位授予点。 【注】2011年，国务院学位委员会决定，在文学门类下“蛰伏”多年的艺术学独立门户，升级为门类，成为哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学、管理学之后的第13大类学科。 学科门类及所设一级学科、二级学科 01 哲学 0101一级学科：哲学 010101 马克思主义哲学 010102 中国哲学 010103 外国哲学 010104 逻辑学 010105 伦理学 010106 美学 010107 宗教学 010108 科学技术哲学 02 经济学 0201 一级学科：理论经济学 020101 政治经济学 020102 经济思想史 020103 经济史 020104 西方经济学

地球物理学基础复习资料(白永利)

地球物理学基础复习资料 绪论 一．地球物理学的概念，研究特点和研究内容 它是以地球为研究对象的一门应用物理学，是天文学，物理学与地质学之间的 边缘学科。 地球物理学应用物理学的原理和方法研究地球形状，内部构造，物质组成及其 运动规律，探讨地球起源，形成以及演化过程，为维护生态环境，预测和减轻地球 自然灾害，勘探与开发能源和资源做出贡献。包扩地震学，地磁学，地电学，重力 学，地热学，大地测量学，大地构造物理学，地球动力学等。 研究特点：1.交叉学科地球物理学由地质学和物理学发展而来，随着学科 本身的发展，它不断产生新的分支学科，同时促进了各分支学科的相互交叉，加 强了它与地球科学各学科之间的联系。2.间接性都是通过观测和研究物理场的 信息内容实现地质勘查目标，研究的不是地质体本身，而是其物理性质。3 多解 性正演是唯一的，而反演存在多解。不同的地质体具有不同的物理性质，但产 生的物理场可能相同。不同的地质体具有相近的物理性质，由于观测误差，物理 场的观测不完整以及物理场特点研究不够，产生多解。不同的地质体具有相同的 物理性质，即使知道了地质体的物性分布，也无法确定其地质属性。 地球物理学的总趋势：多学科综合和科学的国际合作。 二．地球物理学各分支所依据的物理学原理和研究的物性参数。 地震学：波在弹性介质中的传播。地震体波走时，面波频散，自由振荡的本征 谱特征 重力学：牛顿万有引力定律。地球的重力场和重力位 地磁学：麦克斯韦电磁理论。地磁场和地磁势。 古地磁学：铁磁学。岩石的剩余磁性。 地电学：电磁场理论。天然电场和大地电场 地热学：热学规律，热传导方程。地球热场，热源。 第一章太阳系和地球 一．地球的转动方式。 1.自转地球绕地轴的一种旋转运动，方向自西向东，转速并非完全均匀，有微小变化。 2.公转地球绕太阳以接近正圆的椭圆轨道旋转的运动。 3.平动地球随整个太阳系在宇宙太空中不停地向前运动。 4.进动地球由于旋转，赤道附近向外凸出，日月对此凸出部分的吸引力使地 轴绕黄轴转动，方向自东向西。这种在地球运动过程中，地轴方向发生的运动即 为地球的进动。 5.章动。地轴在空间的运动不仅仅是沿一平滑圆锥面上的转动，地轴还以很小 的振幅在锥面内,外摆动，地球的这种运动叫章动。 二．地球的形状及影响因素。 地球为一梨形不规则回转椭球体。 影响因素：1.地球的自引力---正球体；2.地球的自转----标准扁球体；3.地球内 部物质分布不均匀--不规则回转椭球体

《应用地球物理学》主要知识点要点

一、名词 正演（问题）：已知地质体求其引起的异常。（给定地球物理模型，通过数值计算或物理模拟，得出相应的地球物理场） 反演（问题）：已知异常反推地质体的形状和产状。（已知异常的分布特征和变化规律，求场源的赋存状态（如产状、形状和剩余密度等） 重力勘探：重力勘探是观测地球表面重力场的变化，借以查明地质体构造和矿产分布的物探方法。 零长弹簧 零点漂移：在相对重力测量中，由于重力仪灵敏系统的弹性疲劳、温度补偿不完全等因素，仪器读数的零点值随时间而不断变化。 重力场强度：单位质量的物体在场中某一点所受的重力作用。 大地水准面：以平静海平面的趋势延伸到各大陆之下所构成的封闭曲面，作为地球的基本形状。 重力异常：由地下岩矿石密度分布不均匀所引起的重力变化，或地质体与围岩密度的差异引起的重力变化。 自由空间重力异常：对实测重力值只做正常场与高度校正。 布格重力异常：观测重力差值经过正常场校正、地形校正和布格校正之后得到异常称为布格重力异常。 均衡重力异常：布格重力异常再进行均衡校正。 重力梯级带：重力异常等值线分布密集，异常值向某个方向单调上升或下降。 三度体：x,z,y,三个方向都有限的物体。 二度体：地质体沿走向方向无限延伸。 特征点法：根据异常曲线上的一些点或特征点（如极大值点、零值点、拐点）的异常值及相应的坐标求取场源体的几何或物性参数 磁法勘探：利用地壳内各种岩矿石间的磁性差异所引起的磁异常来寻找有用矿产或查明地下地质构造的一种地球物理勘探方法 磁异常：通常把研究对象引起的磁场部分叫做磁异常，而周围环境和围岩引起的磁场同归为正常场。 磁场强度：单位正磁荷在磁场中所受的力。 磁感应强度：磁感应强度为场源在观测点的磁场强度与磁化物体所形成的附加磁场强度的和。

学科门类一级学科

教育部学科门类分类、一级学科、二级学科目录二位码为学科门类四位码为一级学科六位码为二级学科 01 哲学 0101 一级学科：哲学 010101 马克思主义哲学 010102 中国哲学 010103 外国哲学 010104 逻辑学 010105 伦理学 010106 美学 010107 宗教学 010108 科学技术哲学 02 经济学 0201 一级学科：理论经济学 020101 政治经济学020102 经济思想史 020103 经济史020104 西方经济学 020105 世界经济020106 人口、资源与环境经济学 0202 一级学科：应用经济学 020201 国民经济学020202 区域经济学 020203 财政学020204 金融学 020205 产业经济学☆020206 国际贸易学 020207 劳动经济学020208 统计学 020209 数量经济学020210 国防经济 03 法学 0301 一级学科：法学 030101 法学理论030102 法律史 030103 宪法学与行政法学030104 刑法学 030105 民商法学（含：劳动法学、社会保障法学）

030106 诉讼法学030107 经济法学 030108 环境与资源保护法学030108 环境与资源保护法学030110 军事法学 0302 一级学科：政治学 030201 政治学理论030202 中外政治制度 030203 科学社会主义与国际共产主义运动 030204 中共党史（党的学说与党的建设） 030205 马克思主义理论与思想政治教育 030206 国际政治030207 国际关系 030208 外交学 注：0300206 行政学（部分）调至公共管理 0303 一级学科：社会学 030301 社会学030302 人口学 030303 人类学030304 民俗学（含：中国民间文学）0304 一级学科：民族学 030401 民族学030402 马克思主义民族理论与政策030403 中国少数民族经济030404 中国少数民族史030405 中国少数民族艺术 04 教育学 0401 一级学科：教育学 040101 教育学原理040102 课程与教学论 040103 教育史040104 比较教育学 040105 学前教育学040106 高等教育学 040107 成人教育学040108 职业技术教育学 040109 特殊教育学040110 教育技术学 0402 心理学 040201 基础心理学040202 发展与教育心理学 040203 应用心理学 0403 体育学 040301 体育人文社会学040302 运动人体科学 （可授教育学、理学、医学学位） 040303 体育教育训练学040304 民族传统体育学 05 文学 0501 一级学科：中国语言文学 050101 文艺学050102 语言学及应用语言学 050103 汉语言文字学050104 中国古典文献学

北京大学空间物理与应用技术研究所-北京大学地球物理学系

北京大学空间物理与应用技术研究所 空间物理学是人类进入太空时代以来迅速发展起来的新兴学科。它主要研究太阳系特别是日地空间中的物理现象与规律，研究空间环境及其对人大空间活动和生态环境的影响。空间物理学主要包括太阳大气物理学，日球层（即行星际）物理学、磁层物理学、电离层物理学及电波传播及应用、高层人气（热层和中层）物理学、空间探测实验与技术。空间环境学，空间等离子体物理学及日地关系学等分支，是一门应用性强的交叉性的基础学科。 当前，人类已进入开发太空资源，开创空间产业的新时期，空间通讯和导航已广泛应用。空间对地观测正在迅速发展。空间材料和制药工程已开始诞生，空间发电系统也将运行。月球基地和行星开发将在下一世纪上半叶出现。我国是一个空间技术大国，空间应用的一些领域已进入实用阶段。人类的航天活动必须以对太空环境的认识为基础。目前日地系统整体过程的研究和地球空间环境预报已在全球范围内广泛开展。21世纪将是空间技术和科学蓬勃发展的新世纪，空间物理学人才大有作为。 北京大学空间物理与应用技术研究所2002年刚刚成立，其前身是成立于1960年的空间物理学专业。四十年来已培养出一大批日地空间物理、空间环境和空间应用等领域内的杰出的科学家和工程技术人才，其中有中国科学院、国防科工委、航天部门和高等院校等诸多系统的各级领导、技术骨干，有国际影响的空间物理学家和空间环境专家等，有的还被评选中国科学院院士；他们为发展我国的空间科学事业做出了巨大的贡献。 本研究所是国家空间物理学博士点和硕士点，现有中国科学院院士1人，教授7人（其中博士生导师3名），副教授、高级工程师和高级实验师4人，博士后1人。此外还有博士研究生和硕士研究生近20人。 本专业教师知识面广，教学水平高，科研成果出色。先后承担了22项国家自然科学基金项目和国家基金委“日地系统能量传输研究”重大项目两项课题及“863”高科技项目，还参与了国家科委攀登计划。多次获得国内外重大科学奖励，（仅2001年就获得两项国家自然科学二等奖，且均为第一获奖人），有的被选为中国科学院院士、有的被选为国际宇航科学院院士、有的被聘为欧空局卫星星座计划国际合作科学家。 在实验条件方面，本专业现已建成“电离层和电波传播实验室”，“等离子体探测实验室”和“高层大气探测实验室”。本专业教师利用这些实验条件承担过航天部的“无线与等离子体相互作用”，“返回卫星等离子体鞘套”及中美合作科学卫星项目等研究工作，还承担了航天部关于卫星表面电位和星内粒子辐射方面的重要任务。此外，本专业还进行“电离层多普勒效应”和“宇宙噪声”的日常观测，具有电离层垂直和斜向探测的能力。并已开始向美国地球物理中心交换观测资料。 本专业同国际一些知名的空间物理研究单位，如美国加州大学洛杉矶分校地球与行星物理研究所、德国马克斯普朗克高空物理研究所等，以及国内空间和科学研

学科(百度百科)

学科 学科 第一种含义是：学术的分类。指一定科学领域或一门科学的分支。如自然科学中的化学、生物学、物理学；社会科学中的法学、社会学等。学科是与知识相联系的一个学术概念，是自然科学、社会科学两大知识系统（也有自然、社会、人文之三分说）内知识子系统的集合概念，学科是分化的科学领域，是自然科学、社会科学概念的下位概念。学科的第二种含义：指高校教学、科研等的功能单位，是对高校人才培养、教师教学、科研业务隶属范围的相对界定。学科建设中“学科”的含义侧重后者，但与第一个含义也有关联。 目录 基本信息 释义 学科分类 英文解释 专业与学科 学科与专业的关系 历史上的学科解释 科目以及比喻 基本信息 释义 学科分类 英文解释 专业与学科 学科与专业的关系 历史上的学科解释 科目以及比喻 ?分类 ?我国学科 ?

基本信息 【词语】：学科 【注音】：xué kē 释义 国家标准GB-T13735-92依据学科研究对象、研究特征、研究方法、学科的派生来源、研究目的、目标等五个方面对学科进行分类，分成A自然科学、B农业科学、C 医药科学、D工程与技术科学、F人文与社会科学五个门类，下设一、二、三级学科，共有58个一级学科。据统计，当今自然科学学科种类总计约近万种。 另一种统计(到20世纪80年代)，在中观层次上已发展出约5500门学科，其中非交叉学科为2969门，交叉科学学科总量达2581门，占全部学科总数的46.58%。学科分类 高校的学科分类有多种。 我国目前普通高校的研究生教育和本科教育的学科划分均为11大门类（哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学）。 按1997年颁布的《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》，我国高校一级学科由原来的72个增加到88个，二级学科（学科、专业）由原来的654种减少到381种。 根据1998年国家教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录》，高校本科教育学科专业包括哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学等11大学科门类，72个二级学科，249个专业。学科是高校的细胞组织。世界上不存在没有学科的高校，高校的各种功能活动都是在学科中展开的，离开了学科，不可能有人才培养，不可能有科学研究，也不可能有社会服务。 英文解释 [branch of learning；course；subject] 知识或学习的一门分科,尤指在学习制度中,为了教学将之作为一个完整的部分进行安排 专业与学科 专业，一般指高校或中等专业学校根据社会分工需要而划分的学业门类。实际上，专业有广义、狭义和特指三种解释。 广义的专业是指某种职业不同于其他职业的一些特定的劳动特点。

地球物理学应用中的人工智能和动力系统

地球物理学应用中的人工智能和动力系统 Alexei Gvishiani, Schmidt United Institute of Physics of the Earth RAS, Russia Jacques Octave Dubois, Institut de Physique du Globe de Paris, France Artificial Intelligence and Dynamic Systems for Geophysical Applications 2002, 347pp. Hardcover EUR 119.00 ISBN 3-540-43258-2 Springer-Verlag 本书是一套两卷的丛书，作者用新的人工智能和动力系统技术采集、管理和研究地球物理学数据。第1卷《地球物理学应用中的动力系统和动力学分类》已于1998年发表，本书为该丛书的第2卷，介绍地球物理学、地球动力学和自然灾害中应用新的几何分类归并方案、动力系统和模式识别算法等论题。原来的数学技术是建立在经典和模糊系模型上的，而应用本书描述的人工智能技术大大超越地球科学应用的界限。

全书分成两部分，共有6章。第一部分用人工智能分析地球物理数据(有3章)，涉及用几何分类归并和模糊逻辑解决地球物理数据分类问题的新概念和新方法。第1章动力学和模糊逻辑群集和分类；第2章地物理学、地震学和工程地震学中的应用；第3章地震易发区的识别和地震风险评估。第二部分分形和动力系统(有3章)，讨论不同的理论工具及它们在用大的地球物理数据集的自然系统模化中的应用，用分形和动力系统分析地貌(大陆和海洋)、水文、深海探测、重力、地震、地磁和火山所生成等的数据。第4章分形和多分形；第5章动力系统的特性和长时间系；第6章结论和远景。 本书可供从事地球物理学研究和实际工作的科学家、工程师，以及大学教师和高年级学生参考。 罗银芳，研究员(中国科学院计算技术研究所) Luo Yinfang, Professor (Institute of Computing Technology, the Chinese Academy of Sciences)

地震学原理与应用Chapter5b(1)

二、地震波辐射源的理论模式 1.集中力系点源 (1)集中力 弹性力学中为了分析连续体的运动，引入： Δm为ΔV中之质量；ΔF 为 Δm所受之合力。 1)r点上单位质量所受的体力(密度)： 2)r点上单位体积所含质量受到的体力(密度)： V r , m Δ F Δ lim )t,r ( X V Δ ∈ = → Δ V Δ r t), ,r ( X t),r (ρ m Δ F Δ V Δ m Δ lim V Δ F Δ lim t),r ( F V V ∈ = = = → Δ → Δ 即运动方程中的体力项。

*如果：???? ?Δ?=Δ∈≠V r 0,V r 0,t),r ( F *如果：(t) g t)dV', r'( F lim V V =∫ Δ→Δ当ΔV 趋于r 点时，积分有限。则称g(t)为作用在r 点上的集中力。 用Dirac δ函数表示： F(r, t)＝g(t)δ(r) (2)力场的势函数(用Φ和Ψ表示) *据场论分析，矢量场作Stokes 变换(分解)： 0,t),r ( F =Ψ??Ψ×?+Φ?=① *对①式两边分布求散或求旋： Ψ ??=Ψ??Ψ???=Ψ×?×?=×?Φ?=??2 2 2 )(F ;F ②

它们都是泊松方程(非奇次的拉普拉斯方程)，有定解 ∫∫ ∞ ∞ ×?= Ψ???=dV' ) r' -r (π 4 t) , r' (F ') t ,r (;dV') r' -r (π 4 t), r' (F ' t),r (Φ③ *求③式的积分：

第二式也可类似导出。力势可由给定的力场表示： ?? ? ? ?? ?×?=Ψ???=Φ∫∫∞∞dV'r t), r' (F 4π1 t),r (dV'r t) , r' (F 4π1 t),r (** ④ (3)几种基本的集中力系点源的弹性波辐射场 (均匀各向同性弹性全空间) 1)单个集中力引起的位移场(基本解)*运动方程： F u μ)u ()μ2(λt u ρ22+×?×?????+=??⑤ *位移矢量场的Stokes 分解(用小写字符?和ψ表示)： ψ;ψu =??×?+??=⑥

地球物理学

地球物理学 科技名词定义 中文名称： 地球物理学 英文名称： geophysics 定义： 研究地球大气圈、水圈及固体部分物理性质和变化过程的科学。 应用学科： 大气科学（一级学科）；应用气象学（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 求助编辑百科名片 地球物理学（geophysics）是地球科学的主要学科，用物理学的方法和原理研究地球的形成和动力，研究范围包括地球的水圈和大气层。地球物理学研究广泛系列的地质现象，包括地球内部的温度分布；地磁场的起源、架构和变化；大陆地壳大尺度的特征，诸如断裂、大陆缝合线和大洋中脊。现代地球物理学研究延伸到地球大气层外部的现象(例如，电离层电机效应〔ionospheric dynamo〕、极光放电〔auroral electrojets〕和磁层顶电流系统〔magnetopause current system〕)，甚至延伸到其他行星及其卫星的物理性质。 目录 简介 专业概况 培养目标 培养要求 专业特色 与各个学科关系 分类 研究内容 应用 学科历史及发展 简介 专业概况 培养目标 培养要求 专业特色 与各个学科关系 分类 研究内容 应用 学科历史及发展 展开

编辑本段简介 地球物理学的很多问题与天文学的相似，因为研究对象很少能直接观察，结论应当说主要是根据物理测量的数学解释而得出的。这包括地球重力场测量，在陆地和海上用重力测量仪，在空间则用人造卫星；还包括行星磁场的磁力测量；又包括地下地质构造的地震测量，这用地震或人工方法产生的弹性反射波和弹性折射波来进行(参阅seismic survey)。 用地球物理技术来进行的研究，证明在为支持板块构造学(plate tectonics)理论提供证据方面是极其有用的。例如，地震学资料表明，世界地震带标示出了组成地球外壳 地球物理学研究范畴 的巨大刚性板块的边界，而古地磁学研究的发现，又使得追索地质历史时期大陆的漂移成为可能。 编辑本段专业概况 主干学科：地质学、物理学、数学、计算机技术 主要课程：地球物理学(地震学、重力学、地磁学、地电学)、地球物理观测、地球物理数据处理、地球物理正反演、地球物理资料解释、地质学、连续介质力学、计算机及信息处理等 主要实践性教学环节：包括主要课程的实验和实习、野外地质实习、毕业实习等，一般安排6周～12周。 修业年限：四年 授予学位：理学学士 相近专业：地质学、勘查技术与工程、资源勘查工程 地球物理学研究范畴 开设院校：云南大学吉林大学中国地质大学长江大学中国石油大学中国科学技术大学(五年) 北京大学同济大学成都理工大学武汉大学

第七章 地震预测1

地震学原理与应用
第七章 地震预测

一、概说
当今世界，各种自然灾害频频发生，全世界每年大约发生20起严 重的自然灾害，年平均死亡8万余人，经济损失80余亿美元。自然灾害 是对现代科学的挑战。 地震灾害的猝发性和惨重性给人类以极大威胁，地震所造成的巨 大灾害和损失，遥居各种自然灾害之首。 1995年1月17日，日本兵库县南部地震(MW＝7.2)，发生在工业发 达、人口密集的现代化大都市大阪－神户地区。这个地震造成人员死 亡5413人、受伤2.7万人；直接经济损失超过1000亿美元。 2011年3月11日，发生在日本东北部海域的MW 9.0地震及诱发的 海啸，已确认造成14435人死亡、11601人失踪；造成了重大人员伤亡 和财产损失 。
2013-5-27 地震学原理与应用第七章 2

大陆是人类主要活动地区，发生在大陆的地震虽只占全球 地震的15％，但大地震给人类造成的损失却占全球地震损失的 85％。中国是世界大陆区地震分布最广的国家，据1970-1980年 的统计，地震造成的伤亡和损失超过了其他国家和地区的总 和，地震预报的紧迫性明显地摆在中国地震工作者面前。 2008年5月12日下午14:28发生在四川汶川地区的MS8.0级地 震，截至8月25日统计，确认死亡69226人，失踪17823人，受伤 374643人，累计受灾人数4624.9048万人。直接经济损失估计超 过8451亿元人民币。 党和国家领导人多次到灾区视察、指导抗震救援工作。
2013-5-27 地震学原理与应用第七章 3

一级学科及分类

《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》(1997年颁布) 一、《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》(1997年颁布)，是国务院学位委员会学科评议组审核授予学位的学科、专业范围划分的依据。同时，学位授予单位按本目录中各学科、专业所归属的学科门类，授予相应的学位。培养研究生的高等学校和科研机构以及各有关主管部门，可以参照本目录制订培养研究生的规划，进行招生和培养工作。 二、本目录是在1990年10月国务院学位委员会和国家教育委员会联合下发的《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》(以下简称原目录)的基础上经过多次征求意见、反复论证修订的。修订的主要原则是∶科学、规范、拓宽；修订的目标是:逐步规范和理顺一级学科，拓宽和调整二级学科。 本目录与原目录相比，有如下变化∶增加了管理学学科门类，授予学位的学科门类增加到12个；一级学科由原来的72个增加到89个，二级学科(学科、专业)由原来的654种调整为386种。各学科门类的学科、专业设置情况是∶哲学，1个一级学科，8种学科、专业；经济学，2个一级学科，16种学科、专业；法学，5个一级学科，31种学科、专业；教育学，3个一级学科，17种学科、专业；文学，4个一级学科，29种学科、专业；历史学，1个一级学科，8种学科、专业；理学，12个一级学科，50种学科、专业；工学，32个一级学科，113种学科、专业；农学，8个一级学科，27种学科、专业；医学，8个一级学科，54种学科、专业；军事学，8个一级学科，19种学科、专业；管理学，5个一级学科，1 4种学科、专业。 三、本目录中有16个二级学科带"(含∶)"，括号中的内容是对二级学科所包含内容的强调或补充，其学位授权和研究生培养除医学门类中有关学科按括号中的内容进行外，其它学科均按二级学科进行。"科学技术史(分学科)"、"中国少数民族语言文学(分语族)"，其学位授权点的审核、授权和研究生培养按括号中限定的学科范围进行。 四、本目录中部分学科、专业注明可授不同学科门类的学位，此类学科、专业授予学位的学科门类由学位授予单位的学位评定委员会决定。 五、本目录中学科门类、一级学科和二级学科(学科、专业)的代码分别为二位、四位和六位阿拉伯数字。 01 哲学 0101 哲学 010101 马克思主义哲学 010102 中国哲学 010103 外国哲学 010104 逻辑学 010105 伦理学 010106 美学 010107 宗教学 010108 科学技术哲学

地球物理学基础复习资料.docx

绪论 一.地球物理学的概念，研究特点和研究内容 它是以地球为研究对象的一门应用物理学，是天文学，物理学与地质学Z间的边缘学科。 地球物理学应用物理学的原理和方法研究地球形状，内部构造，物质组成及其运动规律，探讨地球起源，形成以及演化过程，为维护生态环境，预测和减轻地球自然灾害，勘探与开发能源和资源做出贡献。包扩地震学，地磁学，地电学，重力学，地热学，大地测量学，大地构造物理学，地球动力学等。 研究特点：1?交叉学科地球物理学由地质学和物理学发展而来，随着学科本身的发展，它不断产生新的分支学科，同时促进了各分支学科的相互交叉，加强了它与地球科学各学科之间的联系。2.间接性都是通过观测和研究物理场的信息内容实现地质勘查目标，研究的不是地质体本身，而是其物理性质。3多解性止演是唯一的，而反演存在多解。不同的地质体具有不同的物理性质，但产生的物理场可能相同。不同的地质体具有相近的物理性质，由于观测误差，物理场的观测不完整以及物理场特点研究不够，产生多解。不同的地质体具有相同的物理性质，即使知道了地质体的物性分布，也无法确定其地质属性。地球物理学的总趋势：多学科综合和科学的国际合作。二?地球物理学各分支所依据的物理学原理和研究的物性参数。 地震学：波在弹性介质屮的传播。地震体波走时，而波频散，自由振荡的本征谱特征重力学：牛顿万有引力定律。地球的重力场和重力位 地磁学：麦克斯韦电磁理论。地磁场和地磁势。 占地磁学：铁磁学。岩石的剩余磁性。 地电学：电磁场理论。天然电场和大地电场 地热学：热学规律，热传导方程。地球热场，热源。 第一章太阳系和地球 一?地球的转动方式。 1?自转地球绕地轴的一种旋转运动，方向自西向东，转速并非完全均匀，冇微小变化。 2.公转地球绕太阳以接近正圆的椭圆轨道旋转的运动。 3?平动地球随整个太阳系在宇宙太空屮不停地向前运动。 4?进动地球曲于旋转，赤道附近向外凸出，口月对此凸出部分的吸引力使地轴绕黄轴转动，方向门东向曲。这种在地球运动过程中，地轴方向发生的运动即为地球的进动。 5. 章动。地轴在空间的运动不仅仅是沿一平滑圆锥面上的转动，地轴还以很小的振幅在锥面内,外摆动，地球的这种运动叫章动。 二.地球的形状及影响因索。 地球为一梨形不规则回转椭球体。 影响因素：1?地球的自引力…正球体；2?地球的自转■…标准扁球体；3.地球内部物质分布不均匀-不规则冋转椭球体

应用地球物理学

中科院研究生院硕士研究生入学考试 《应用地球物理》考试大纲 本《应用地球物理》考试大纲适用于中国科学院研究生院地球物理学各专业的研究生入学考试。应用地球物理学是研究地球物理场空间与时间分布规律以实现地质勘查和找矿目标的一门应用科学。通过观测和研究不同岩、矿石间物理性质的差异，利用物理学原理分析和解释各种地球物理场的特点和意义。要求考生准确掌握应用地球物理基本概念和基本原理，了解主要的六种（重、磁、电、震、放射性和地热）勘探方法。考试内容包括三部分：（1）重力勘探与磁法勘探；（2）电法勘探、放射性测量与地热测量；（3）地震勘探。试题内容包括名词解释（50分）、简答题（50分）、综合计算证明题（50分）。 一、考试内容 （一）应用地球物理基础知识 1.基本概念和基础理论 2.常见岩石的物性差异 3.地球物理场基本知识 4.地球物理勘探方法特点 （二）重力勘探 1.地球重力场的组成 2.正常重力场与重力异常 3.重力测量与重力观测资料改正的基本方法 4.重力异常数据处理与解释的基本方法 （三）磁法勘探 1.地球磁场的组成及基本特征 2.岩石的磁性 3.磁测工作和资料改正的基本方法 4.磁异常数据处理和解释的基本方法 （四）电法勘探 1.电阻率法 2.充电法和自然电场法 3.激发极化法 4.电磁感应法 （五）放射性和地热勘探 —1—

1.放射性的基本知识 2.放射性测量原理及野外工作方法 3.地热学基本知识 4.地温梯度与岩石热物理参数的常用测量方法 （六）地震勘探 1.地震波的动力学 2.地震波的运动学 3.地震勘探的野外工作方法 4.地震资料的数据处理与解释 二、考试要求 （一）应用地球物理基础知识 1.掌握地球物理勘探方法的基本分类、理论基础及应用范围 2.熟悉常见岩石的形态特征、物性特点及其差异 3.了解不同矿藏的地球物理异常特点 （二）重力勘探 1.熟悉地球重力场模型 2.了解重力测量野外工作方法 3.熟悉常见岩（矿）石密度 4.掌握重力异常数据处理方法 5.熟悉重力资料解释的基本步骤和方法 （三）磁法勘探 1.熟悉地磁要素及地磁场的解析表示 2.了解磁法勘探野外工作方法 3.熟悉常见岩石磁性特征 4.掌握磁异常各分量转换方法及简单形体磁异常解释方法 （四）电法勘探 1.掌握岩石电阻率的测定方法，熟悉电阻率剖面法、测深法基本装置类型 2.了解岩石的自然极化特性，熟悉常见自然极化电场特点及自然电场法的应用 3.了解岩石的激发极化机理，熟悉激发极化的频率特性、时间特性及其应用 4.掌握电磁法的理论基础，熟悉电磁测量剖面法、测深法的分类特点及应用（五）放射性和地热勘探 1.熟悉放射性现象及α射线、β射线、γ射线的基本特点 2.了解放射性测量方法原理 3.熟悉地热学中的常见物理量含义及岩石热物理性质 4.了解地球热结构特点，掌握大地热流密度的含义和测量方法 （六）地震勘探 —2—

应用地球物理学习题答案

一、名词解释 1地震勘探：是以不同岩石、矿石间的弹性差异为基础，通过观测和研究地震波在地下岩石中的传播特性，以实现地质勘查目标的一种研究方法。 2震动图：用μ～t坐标系统表示的质点振动位移随时间变化的图形称为地震波的震动图。 3波剖面图：某一时刻t质点振动位移μ随距离x变化的图形称之为波剖面图。4时间场：时空函数所确定的时间t的空间分布称为时间场。 5等时面：在时间场中，如果将时间值相同的各点连接起来，在空间构成一个面，在面中任意点地震波到达的时间相等，称之为等时面。 6横波：弹性介质在发生切变时所产生的波称之为横波，即剪切形变在介质中传播又称之为剪切波或S波。 7纵波：弹性介质发生体积形变（即拉伸或压缩形变）所产生的波称为纵波，又称压缩波或P波。 8频谱分析：对任一非周期地震阻波进行傅氏变换求域的过程。 9波前面：惠更斯原理也称波前原理，假设在弹性介质中，已知某时刻t1波前面上的各点，则可把这些点看做是新的震动源，从t1时刻开始产生子波向外传播，经过Δt时间后，这些子波波前所构成的包拢面就是t1＋Δt时刻的新的波前面。10视速度：沿观测方向，观测点之间的距离和实际传播时间的比值，称之为视速度。V* 11观测系统:在地震勘探现场采集中，为了压制干扰波和确保对有效波进行√×追踪，激发点和接收点之间的排列和各排列的位置都应保持一定的相对关系，这种激发点和接收点之间以及排列和排列之间的位置关系，称之为观测系统。

12水平叠加：又称共反射点叠加或共中心点叠加，就是把不同激发点不同接收点上接收到的来自同一反射点的地震记录进行叠加。 13时距曲线：一种表示接收点距离和地震波走时的关系曲线，通常以接收点到激发点的距离为横坐标，地震波到达该接收点的走时为纵坐标。 14同向轴：在地震记录上相同相位的连线。 15波前扩散：已知在均匀介质中，点震源的波前为求面，随着传播距离的增大，球面逐渐扩展，但是总能量保持不变，而使单位面积上的能量减少，震动的振幅将随之减小，这称之为球面扩散或波前扩散。 二、判断题 1．视速度小于等于真速度。× 2．平均速度大于等于均方根速度。× 3.仅在均匀介质时，射线与波前面正交。× 4.纵波和横波都是线性极化波。× 5.地震子波的延续时间长度同它的频带宽度成正比。× 6.倾斜界面情况下，折射波上倾方向接收时的视速度等于下倾方向的视速度。× 7.折射波时距曲线是通过原点的直线，视速度等于界面速度。× 12．瑞雷面波是线性极化波。× 8.折射波的形成条件是地下存在波阻抗界面。× 9.对水平多层介质，叠加速度是均方根速度。√ 10.从各个方向的测线观测到的时距曲线极小点位置，一般可以确定反射界面的大致倾向。√ 11. 相遇观测系统属于折射波法的观测系统√