《定量地震学》课程教学大纲

《定量地震学》教学大纲一、课程基本信息课程名称定量地震学CourseName课程编码GEO225521020开课院部地球科学与技术学院课程团队原理解释类课程教学团队学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时0适用专业本研一体化班（油气地学类）授课语言中文先修课程数学分析（2-1）、数学物理方法、弹性波动力学课程简介（限选）（课程简介...）《定量地震学》是一门理论性很强的专业基础课程。根据培养研究型人才的需要，本课程目标是使学生通过本课程的学习，掌握定量地震学的弹性动力学基本方程、位移表示定理、震源表示定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、均匀无限空间格林函数、弹性间断面处平面波传播特征、在震源定量描述的基础上建立地震波传播方程定解问题。通过本课程的系统学习，旨在使学生掌握定量地震学基本原理方法，建立起求解地震学正、反演问题的基本思路，熟悉定量地震学的具体内容和基本流程，培养学生应用数学方法、地球物理方法原理、开展综合应用定量地震学理论提出问题、分析问题、研究问题和解决问题的抽象思维方法和定量表征的能力，为综合应用定量地震学解决地球科学问题和今后从事地球物理学方面的研究工作打下坚实的专业基础。(Courseintroduction...)"QuantitativeSeismology"isahighlytheoreticalprofessionalbasiccourse.Accordingtotheneedsoftrainingresearchtalents,theobjectiveofthiscourseistoenablestudentstomasterthebasicequationsofelasticdynamicsofquantitativeseismology,displacementrepresentationtheorem,sourcerepresentationtheorem,Greenfunctionconceptandsolutionmethod,seismicwavescatteringproblem,uniforminfinitespaceGreen'sfunction,planewavepropagationcharacteristicsatelasticdiscontinuities,andestablishingadefinitesolutiontotheseismicwavepropagationequationbasedonthequantitativedescriptionofthesource.Throughthesystematicstudyofthiscourse,theaimistoenablestudentstomasterthebasicprinciplesandmethodsofquantitativeseismology,establishthebasicideasforsolvingtheproblemofseismologyforwardandinversion,familiarizewiththespecificcontentandbasicprocessesofquantitativeseismology.Andtrainstudentstoapplymathematicalmethods,theprinciplesofgeophysicalmethods,theabilitytocarryoutcomprehensiveapplicationofquantitativeseismictheorytoraisequestions,analyzeproblems,researchproblems,andsolveabstractproblemthinkingmethodsandquantitativerepresentation,forthecomprehensiveapplicationofquantitativeseismologytosolvegeoscienceproblemsandtoengageingeophysicsinthefuturetheresearchworklaysasolidprofessionalfoundation.审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：针对地球物理领域的科学问题，能够运用数学、自然科学、定量地震学理论知识抽象、定量表征，并理解其局限性。是2M2目标2：能理解和掌握定量地震学基本方程、基本概念是3M3目标3：能理解地震图数据、地震波场数据分析处理方法。是4M4目标4：针对地球物理专业领域的复杂地震工程问题，能够基于方法原理、数据采集和资料处理专业理论，设计可行的理论方案；是5M5目标5：能够理解并掌握勘探地震学中的数据采集、处理和解释工具，并理解其局限性是6M6目标6：能与小组成员开展讨论、拥有一定答辩能力是7M7目标7：能够正确理解和评价地震学理论学习对复杂工程计算问题的工程实践的影响否三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章引论本章重点：定量地震学概念、定量地震学研究内容、定量地震学发展M12讲授//21.11.1定量地震学概念地震图、地震学、经典地震学、非经典地震学、定量地震学M30.5讲授//31.21.2定量地震学研究内容震源描述、地震波传播、波动方程求解M20.5讲授//41.31.3定量地震学发展张衡地动仪、胡克定律、Navier方程、Lamb问题、智利地震M61讲授2讨论5第2章第2章弹性动力学基本原理张量、坐标系变换、位移增量方程、运动微分方程、互易定理M24讲授//62.12.1张量定义及运算约定张量、Einstein求和约定、克罗内克尔符号、epsilon-delta等式M11讲授2作业72.22.2笛卡尔坐标系变换坐标变换矩阵、张量运算规则、张量分析算子M21讲授2作业82.32.3弹性力学基本概念位移增量方程、位移梯度张量、应变张量、应力张量、斜面上的应力公式M11讲授2作业92.42.4弹性动力学基本方程运动微分方程、本构方程、几何方程、Betti互易定理M21讲授2作业10第3章第3章定量地震学中的格林函数地震正演问题、格林函数、位移表示定理M14讲授//113.13.1地震正演问题描述地震波动方程、地震正演问题、地震波场、地震记录、地震反演问题M61讲授2讨论123.23.2什么是Green函数？震源项描述、简单震源、格林函数、格林函数性质M41讲授2作业133.33.3位移表示定理地震学定解问题、位移表示定理、位移场物理解释M52讲授2作业14第4章第4章震源表示理论震源表示理论、等效体力、地震矩张量M54讲授//154.14.1震源概述内部震源、外部震源、断裂源、体积源M61讲授2讨论164.24.2震源表示理论框架断层面滑动函数、断裂源表示框架、震源动力学、位移间断、等效体力M21讲授2作业174.34.3等效体力位移间断、集中力偶、双力偶M31讲授2作业184.44.4地震矩张量剪切破裂、矩密度张量、地震矩张量M31讲授2作业19第5章第5章地震散射原理（格林函数应用）矢量场解耦、标量波方程、Born近似方程、Rytove近似方程M24讲授//205.15.1波动方程解耦平面波方程、标量波方程、相速度、群速度M11讲授2作业215.25.2标量场散射积分方程非均匀介质、背景波场、散射波场M21讲授2作业225.35.3Born近似方程场弱散射近似条件、格林函数、一阶Born近似方程、多级Born近似方程M31讲授2作业235.45.4Rytove近似方程场弱变化近似条件、Rytove近似方程、远场方程M41讲授2作业24第6章第6章无限介质中的格林函数矢量场的Helmholtz势、标量格林函数、位错点源、双力偶解M14讲授//256.16.1Lame定理Helmholtz势、标量势、矢量势、Lame定理、M11讲授2作业266.26.2波动方程的解法波动方程解法、分离变量法、积分变换法、基数展开法、波动方程试验解M21讲授2作业276.36.3求解非齐次标量波方程拉氏变化、标量格林函数、推迟势、求解波动方程M31讲授2作业286.46.4求解Green函数张量Green函数张量、传播单位矢量、近源场、远源场、双力偶解、位错点源M41讲授2作业29第7章第7章球面波的反射特征几何地震学、波动地震学、Weyl积分、Sommerfeld积分、球面波反射系数M12讲授//307.17.1概述波动理论、几何地震学、波动地震学、Lamb问题M60讲授2讨论317.27.2球面波合成与分解留数定理、平面波叠加Weyl积分、球面波叠加Sommerfeld积分M21讲授2作业327.37.3球面波反射特征平面波基、柱面波基、Bessel函数、球面波反射系数、透射系数M31讲授2作业33第8章第8章弹性间断面平面波传播特征平面波方程、弹性间断面、散射矩阵、弹性阻抗M44讲授//348.18.1弹性介质中的平面波平面波方程、慢度矢量、平面波势描述M31讲授2作业358.28.2弹性间断面处平面波反射透射特征弹性间断面、散射矩阵、代数余子式、克莱姆法则、散射矩阵解析M41讲授2作业368.38.3反射和透射近似方程介质分解理论、背景矩阵、散射矩阵、Aki-Richards近似M51讲授2作业378.48.4弹性阻抗方程波阻抗方程、零角度入射反射系数、角度反射系数、弹性阻抗、弹性参数M71讲授2作业38第9章定量地震学中的反演问题地震学反演、最优化、全波形反演M44讲授//399.19.1地震学反演问题概述适定性问题、映射算子、地震反演问题M61讲授2讨论409.29.2地震反演目标函数目标函数、约束条件、正则化、贝叶斯框架M51讲授2作业419.39.3反演问题求解方法最优优化、最小二乘解、局部寻优解、全局寻优解M71讲授2作业429.49.4全波形反演方法实例地震波形反演流程、全波形反演、梯度矩阵、海森矩阵M71讲授2作业四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.每周布置2-3道题目，平均每次课1道题以上。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生对定量地震学基本原理方法的了解与应用，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。30%2课后讨论组成课程组讨论，由老师设定讨论主题，学生课后讨论，讨论情况由学生自己总结文字材料，以文字形式和作业一起交上，包括讨论问题情况、概念理解等。10%3考勤随机点名、刷卡点名等10%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对定量地震学基本原理方法的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有名词解释、填空题、简答题、公式推导、分析题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业30%A-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解无误。B-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解存在少量错误。2M1课后讨论10%A-针对讨论主题，积极讨论，总结材料系统条理，结论无误。B-针对讨论主题，按时讨论，总结材料基本满足规范，结论基本正确。C-讨论过程参与度低，总结材料存在问题。3M1考勤10%A-缺勤2次以内。B-缺勤3次及以上且很少参加课堂讨论。4M1期末考试50%（见试卷评分标准）5M2平时作业30%A-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解无误。B-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解存在少量错误。6M2课后讨论10%A-针对讨论主题，积极讨论，总结材料系统条理，结论无误。B-针对讨论主题，按时讨论，总结材料基本满足规范，结论基本正确。C-讨论过程参与度低，总结材料存在问题。7M2考勤10%A-缺勤2次以内。B-缺勤3次及以上且很少参加课堂讨论。8M2期末考试50%（见试卷评分标准）9M3平时作业30%A-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解无误。B-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解存在少量错误。10M3课后讨论10%A-针对讨论主题，积极讨论，总结材料系统条理，结论无误。B-针对讨论主题，按时讨论，总结材料基本满足规范，结论基本正确。C-讨论过程参与度低，总结材料存在问题。11M3考勤10%A-缺勤2次以内。B-缺勤3次及以上且很少参加课堂讨论。12M3期末考试50%（见试卷评分标准）13M4平时作业30%A-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解无误。B-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解存在少量错误。14M4课后讨论10%A-针对讨论主题，积极讨论，总结材料系统条理，结论无误。B-针对讨论主题，按时讨论，总结材料基本满足规范，结论基本正确。C-讨论过程参与度低，总结材料存在问题。15M4考勤10%A-缺勤2次以内。B-缺勤3次及以上且很少参加课堂讨论。16M4期末考试50%（见试卷评分标准）17M5平时作业30%A-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解无误。B-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解存在少量错误。18M5课后讨论10%A-针对讨论主题，积极讨论，总结材料系统条理，结论无误。B-针对讨论主题，按时讨论，总结材料基本满足规范，结论基本正确。C-讨论过程参与度低，总结材料存在问题。19M5考勤10%A-缺勤2次以内。B-缺勤3次及以上且很少参加课堂讨论。20M5期末考试50%（见试卷评分标准）21M6平时作业30%A-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林函数概念及求解方法、地震波散射问题求解、弹性间断面处平面波传播特征及传播方程求定解等基本知识点理解无误。B-按时提交作业，弹性动力学基本方程及定理、格林