2025年大学《地球物理学》专业题库- 地震波特性与地质构造研究进展

2025年大学《地球物理学》专业题库——地震波特性与地质构造研究进展考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题干后的括号内）1.在均质、各向同性、无限大介质中，P波的波速（Vp）与S波的波速（Vs）之比VP/VS等于？A.√3B.√2C.1.732D.1.4142.当地震波从波速较高的介质入射到波速较低的介质界面时，以下哪种现象是必然发生的？A.只有反射波B.只有折射波C.反射波和折射波D.非反射非折射，能量完全透射3.在斯通利（Stonyhurst）定则中，描述的是哪种波的反射？A.P波转换成S波B.S波转换成P波C.P波在垂直入射情况下的反射D.S波在斜入射情况下的反射4.地震反射系数（ρ）主要由界面的哪些参数决定？A.上下介质的质量密度B.上下介质的泊松比C.上下介质的波阻抗D.上下介质的孔隙度5.地震勘探中，利用波的（）现象可以探测到地下隐伏的断裂构造。A.反射B.折射C.绕射D.透射6.增加地震勘探的偏移距，主要目的是？A.提高地震记录的信噪比B.增大地震波的传播距离C.提高地震成像的分辨率D.改善对近地表地质结构的成像7.全波形反演（FullWaveformInversion,FWI）相比射线追踪反演，其主要优势在于？A.计算速度更快B.对初始模型要求更低C.能够提供更丰富的地下结构信息D.不受波动方程约束8.在地震资料解释中，识别层序地层学中的“削蚀接触”通常依据哪种地震反射特征？A.平行且连续的反射界面B.不整合面之上的削蚀现象C.陡倾斜的反射同相轴D.顶部弯曲的反射同相轴9.地震属性分析中，利用振幅属性可以较好地预测哪种地质参数？A.地层年代B.介质的孔隙度C.地层的产状D.断裂的走向10.地下介质存在各向异性时，地震波的传播速度会表现出？A.仅垂直方向不同B.仅水平方向不同C.在不同方向上可能不同D.速度始终恒定不变二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.地震波根据其振动方向与传播方向的关系，可分为______波和______波。2.当P波以某一角度入射到两种介质的界面时，反射波和折射波的传播方向都位于______面内。3.地震波在介质中传播时，其振幅会随传播距离的增加而衰减，这种现象称为______。4.利用地震波的______现象，可以探测到绕过障碍物传播的波，对于识别小断层和复杂构造有利。5.断裂构造在地震剖面上可能表现为反射同相轴的______、______或______等现象。6.层序地层学理论认为，沉积盆地中的沉积层序主要由______和______两种沉积体系控制。7.地震反演是将地震数据转换为______的过程，其中全波形反演利用整个地震波的波形信息。8.岩石物理联系研究的是岩石的______性质与其内部结构和成分之间的关系。9.地震勘探中，为了提高分辨率，常采用______偏移距、______震源/检波器密度以及______记录时间的采集方法。10.随着计算机技术和信号处理技术的发展，地震资料处理和解释的水平不断提高，例如______技术的应用使得高分辨率地震成像成为可能。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述地震波通过一个介质界面时发生反射和折射的条件。2.简述地震勘探中识别断裂构造的主要地震标志。3.简述全波形反演（FWI）的基本原理及其主要优势。4.简述地震属性分析在地质构造解释中的基本作用。四、计算题（共10分）设一均质、各向同性介质，P波速度Vp=3000m/s。一水平界面将介质分为上下两部分，上层密度ρ1=2200kg/m³，下层密度ρ2=2600kg/m³，且已知下层P波速度Vp2=3500m/s。一P波以入射角θi=30°从上层射向界面。请计算：（1）反射角θr和折射角θt的大小（结果用度表示，保留一位小数）。（2）P波反射系数Rp和折射系数Rs的大小（结果用小数表示，保留三位小数）。五、综合分析题（共30分）假设你获得了一条简化的地震剖面（未提供），该剖面显示在一个沉积盆地中，存在一套连续的、平行且略有起伏的反射层，层间夹有薄互层。在剖面的中段，一条近于水平延伸的强反射同相轴突然中断，并在其两侧形成对称的、小规模的绕射体。同相轴的连续性在绕射体后方恢复，但形态发生改变，变得更加复杂。剖面还显示，该区域存在明显的区域性倾斜。请基于以上描述，回答以下问题：（1）分析剖面中连续平行反射层可能代表的地质意义。（2）解释剖面中出现的强反射同相轴中断现象，并推测其可能的原因。（3）分析对称绕射体的形成机制，并说明它对解释该区域地质构造的重要性。（4）结合区域倾斜背景，讨论该区可能存在的构造样式（如断陷、盐丘等），并说明地震反射特征如何支持你的推断。（5）如果你是解释人员，下一步你会建议采用哪些地震资料处理或解释技术来进一步研究该区的地质构造细节？试卷答案一、选择题1.C解析：在均质、各向同性介质中，VP/VS=√(3(1-ν)/(1-2ν))，对于岩石常用介质，该比值约为1.732。A(√3≈1.732)、B(√2≈1.414)、C(1.732)、D(1.414)中，C最符合常见介质的比值。2.C解析：当波从波速高的介质入射到波速低的介质界面时，根据斯通利定则或几何关系，既会发生波能量的反射，也会发生波能量的折射，只要入射角不为0或90度。3.C解析：斯通利定则描述的是P波在垂直入射（θi=0）时，反射P波与入射P波同相，且反射S波与入射S波同相的现象。4.C解析：地震反射系数ρ是上下两种介质波阻抗（Z=ρV）之差的绝对值与之和的比值，即ρ=|Z2-Z1|/(Z2+Z1)，因此主要由上下介质的波阻抗决定。A(ρ=√(μ/(μ+κ)))涉及弹性模量，B(泊松比)也影响波阻抗，但C(波阻抗)是直接决定因素。5.C解析：当地下存在断层或陡倾角界面时，会形成高陡异常体，在其上方或两侧产生绕射波。通过追踪和分析绕射波的位置、形态等信息，可以识别和定位隐伏的断裂构造。6.C解析：增加偏移距可以增大炮检距，使得反射波在记录上具有更大的视倾角，从而减小几何扩散和鬼波的影响，提高浅层和复杂构造成像的分辨率。7.C解析：FWI利用整个地震波的波形信息，通过非线性优化将模型参数与波场进行匹配，能够提供比基于射线理论更丰富的地下信息，如对低速带、薄层等细节的刻画能力更强。8.B解析：削蚀接触是指上层沉积物被后期构造运动或侵蚀作用抬起，导致其覆盖在下伏地层之上，在地震剖面上表现为下伏地层的反射同相轴在削蚀区中断或向斜上方弯曲。9.B解析：地震振幅与岩石的孔隙度、流体性质、饱和度等岩性参数密切相关，因此振幅属性分析常被用于预测地下的储层参数，特别是油气储层。10.C解析：各向异性是指介质在不同方向上物理性质的差异，地震波在介质中传播的速度在不同方向上可能不同，例如水平层状介质中的纵波速度随入射角变化（AVO）。二、填空题1.横向；纵向解析：地震波根据振动方向与传播方向的关系，分为振动方向垂直于传播方向的横波（S波）和振动方向平行于传播方向的纵波（P波）。2.入射解析：根据反射定律和折射定律，反射波和折射波的传播方向都位于入射ray的平面内，该平面也称为入射面。3.衰减解析：地震波在介质中传播时，由于介质吸收能量、散射能量以及与周围介质耦合等原因，其振幅会随传播距离的增加而呈指数规律或幂律规律衰减。4.绕射解析：当地震波遇到尺寸与波长相当的障碍物（如断层、盐丘顶、不整合面等）时，会绕过障碍物继续传播，形成绕射波。5.中断；弯曲；错断解析：断裂构造在地震剖面上常见的标志包括：反射同相轴的突然中断或错断，同相轴的弯曲或平直化，地震反射强度或频率的变化等。6.海侵；陆相解析：层序地层学理论认为，沉积盆地的沉积层序主要由海侵（Transgressive）和陆相（Fluvial）两种沉积体系叠置或交互形成。7.地质模型解析：地震反演的目标是将采集到的地震数据（波场信息）转换为反映地下地质特征的模型参数，如速度、密度、孔隙度等，即地质模型。8.声学解析：岩石物理联系研究的是岩石的声学性质（如波速、密度、衰减等）与其内部结构（孔隙、流体、矿物成分等）和力学性质之间的关系。9.大；高；长解析：为了提高地震成像的分辨率，需要减小记录点之间的距离（即增加震源/检波器密度）和增加记录时间（或记录道数），这通常对应于采用大偏移距的采集方式。10.全波形反演解析：全波形反演（FWI）技术利用整个地震波的波形信息进行反演，能够提供比基于射线理论的常规反演更丰富的地下信息，是近年来实现高分辨率地震成像的重要技术手段。三、简答题1.解析：地震波通过介质界面发生反射和折射的条件主要依赖于界面两侧介质的物理性质差异以及波的入射角度。（1）反射发生条件：只要存在两种不同物理性质（如波阻抗不同）的介质界面，当波到达界面时，总会有部分能量被反射回来。（2）折射发生条件：当入射角不为0°或90°时，如果界面两侧介质是不同的，并且波的入射角满足斯通利定则（对于P波入射到P-S波界面，反射角等于入射角；对于P波入射到P波界面，折射角由斯涅尔定律确定），则会有部分能量进入下层介质发生折射。斯涅尔定律（Snell'sLaw）描述了折射角与入射角之间的关系：n1sinθi=n2sinθt，其中n1、n2是上下介质的波数或相对折射率，与波速有关。2.解析：地震勘探中识别断裂构造的主要标志包括：（1）反射同相轴的几何异常：如同相轴的突然中断、错断、位移、弯曲、平直化等。（2）地震反射能量的变化：如同相轴强度显著减弱或增强。（3）地震频率成分的变化：如同相轴频率降低或出现高频碎屑。（4）绕射体：在断层附近或高陡构造上空常形成绕射同相轴。（5）地震属性异常：如振幅、频率、相位、斜率等地震属性在断层附近出现突变。（6）同相轴轴迹的拐点或弯曲：指示构造变形。3.解析：全波形反演（FWI）的基本原理是：通过建立地下地质模型，正演计算该模型产生的地震波场，然后将计算得到的理论波场与实际观测到的地震记录进行比较，计算两者之间的差异（残差或误差），并利用优化算法（如梯度下降法）迭代调整模型参数，使得正演波场逐渐逼近观测记录，直到达到收敛标准，从而得到与实际地下结构更匹配的地质模型。FWI的主要优势在于：（1）利用了完整的波形信息，包含振幅、相位和频率等多种地震属性，能够提供比基于振幅或初至信息的反演更丰富的地下信息。（2）能够更有效地刻画薄层、低速带等细节构造。（3）对于复杂的地下结构，FWI通常比基于射线理论的反演方法能提供更准确的成像结果。缺点在于计算量巨大、对初始模型敏感、收敛性可能受影响等。4.解析：地震属性分析在地质构造解释中的基本作用是将地震数据转化为各种数值型或物理型参数（属性），然后利用这些属性来识别地质体、检测地质现象、进行定量分析，从而辅助和深化构造解释工作。具体作用包括：（1）识别和追踪地质体：利用振幅、频率、相位、斜率等属性可以识别断层、盐丘、背斜、向斜等构造要素，并追踪其空间展布。（2）检测隐伏构造：某些属性（如曲率、能量、分形维数）对微小的构造变形更敏感，有助于发现常规属性难以识别的隐伏断裂或小型构造。（3）辅助岩性识别和储层预测：利用与岩性相关的属性（如振幅、频率、全波列属性）可以辅助识别不同岩性单元，预测储层分布。（4）构造应力分析：利用属性变化分析构造应力场方向和强度。（5）提高解释的客观性和定量性：将定性的解释工作部分量化和标准化，减少主观性。四、计算题解析：本题考查斯涅尔定律和反射/折射系数的计算。（1）根据斯涅尔定律：n1sinθi=n2sinθt。对于P波，波数n≈V/VP，所以有V1sinθi=V2sinθt。V1=3000m/s,θi=30°,V2=3500m/s。sinθt=(V1/V2)sinθi=(3000/3500)sin30°=(6/7)(1/2)=3/7。θt=arcsin(3/7)≈25.8°。根据反射定律，反射角θr=θi=30°。答：反射角θr=30.0°，折射角θt=25.8°。（2）反射系数Rp和折射系数Rs的计算公式分别为：Rp=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)Rs=(ρ2Vp2-ρ1Vp1)/(ρ2Vp2+ρ1Vp1)（注意：参考答案中Rs公式可能应为基于波阻抗，此处按题目给出的形式计算）Z1=ρ1Vp1=2200*3000=6.6*10^6kg/(m·s)。Z2=ρ2Vp2=2600*3500=9.1*10^6kg/(m·s)。Rp=(9.1*10^6-6.6*10^6)/(9.1*10^6+6.6*10^6)=2.5*10^6/15.7*10^6=2.5/15.7≈0.159。Rs=(2600*3500-2200*3000)/(2600*3500+2200*3000)=(9.1*10^6-6.6*10^6)/(9.1*10^6+6.6*10^6)=2.5*10^6/15.7*10^6=2.5/15.7≈0.159。答：反射系数Rp≈0.159，折射系数Rs≈0.159。五、综合分析题解析：本题要求基于地震剖面描述，综合运用地震波理论和地质知识进行地质构造分析。（1）连续平行反射层可能代表的地质意义：解：剖面中显示的这套连续、平行且略有起伏的反射层，通常反映了沉积盆地在某一时期相对稳定的沉积环境。其连续性表明沉积物持续堆积，平行性可能指示了盆地的整体沉降或均一的海平面变化，起伏则可能代表了小型构造运动或沉积基准面的波动。根据层序地层学，这类地层可能代表了海退或陆相环境下的沉积序列，如退积三角洲、远海泥岩等，反映了盆地在特定沉积体系控制下的充填过程。（2）强反射同相轴中断现象的解释及原因：解：剖面中段出现的强反射同相轴突然中断，是典型的构造断裂或高陡界面地震反射标志。其可能的原因是地下存在断层，导致该断层切割了上覆的连续沉积层。当地震波遇到断层面时，一部分能量被反射回来，形成中断点处的强反射；另一部分能量则发生绕射，可能形成小的绕射体。此外，该反射层的中断也可能是由于后期构造抬升或侵蚀作用造成的削蚀接触，但结合后面出现的绕射体，断层引起的位移或断失是更直接的解释。（3）对称绕射体形成机制及其重要性：解：对称绕射体的形成机制是地震波遇到地下高陡的、具有一定规模的空间异常体（如断块、盐丘顶、不整合面等）时，波绕过异常体边缘产生。其特点是绕射点的中心位于异常体顶部的垂线上，且两侧的绕射波到达检波器的时差关于中心对称。该绕射体对解释该区域地质构造非常重要，因为它直接揭示了地下存在不连续的、高陡的构造界面或异常体，是识别隐伏断层、盐丘等地质现象的关键依据，也为确定断层的位置、产状和活动性提供了重要信息。（4）区域倾斜背景下的构造样式推断及依据：解：结合区域存在明显的区域性倾斜背景，剖面中描述的现象暗示该区可能经历了显著