2025年大学《地球物理学》专业题库- 地震波传播路径在地下介质中的反射和折射

2025年大学《地球物理学》专业题库——地震波传播路径在地下介质中的反射和折射考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在题后括号内）1.当入射P波以角度θi从波速为v1的介质入射到波速为v2的介质界面时，发生全内反射的条件是（）。A.θi<arcsin(v1/v2)B.θi=arcsin(v1/v2)C.θi>arcsin(v1/v2)且v1>v2D.θi>arcsin(v1/v2)且v1<v22.在一个水平、均匀的介质中，一束直射P波的走时仅取决于（）。A.界面深度B.界面倾角C.介质波速D.A和B3.当P波入射到介质界面时，反射波和透射波的振动方向（）。A.垂直于界面B.平行于界面C.反射波垂直，透射波平行D.反射波平行，透射波垂直4.在临界角入射时，透射S波的波速方向与界面（）。A.平行B.垂直C.成锐角D.成钝角5.对于倾斜界面，反射波的时间（）。A.仅与界面深度有关，与倾角无关B.仅与界面倾角有关，与深度无关C.与界面深度和倾角均有关D.与震源位置有关，与界面几何无关二、填空题（请将答案填在题后横线上）6.斯涅尔定律描述了入射角（θi）和反射角（θr）之间的关系：__________。7.当P波入射到密度和波速均不同的介质界面时，反射系数不仅与__________有关，还与__________有关。8.在全内反射条件下，入射角等于__________。9.对于水平界面，反射波的走时（t）与震源到界面的垂直距离（h）和P波在第一层介质中的速度（v1）的关系为：t=_________。10.折射波是指波从低速介质进入高速介质时，传播方向发生改变，沿界面掠过的波，也称为__________。三、简答题11.简述惠更斯原理，并说明其如何解释波的反射和折射现象。12.什么是转换波？在什么条件下会产生P波到S波的转换波或S波到P波的转换波？13.解释什么是“静校正”。它与反射和折射现象有何关系？四、计算题14.设地表存在一个水平界面，界面下方介质的速度为第一层介质速度的两倍（v2=2v1）。一束P波从地表以30°的入射角入射。求反射角和折射角（假设满足折射条件）。若v1=1500m/s，震源距界面水平距离为1000m，求反射波到达接收点的旅行时。15.在一个倾斜界面（倾角α=20°）上方进行地震勘探，第一层介质速度v1=2000m/s，第二层介质速度v2=3000m/s。一束P波以30°的入射角（相对于界面法线）入射。求反射角（相对于界面法线）和透射角（相对于界面法线）。简要说明为什么反射角不等于入射角。五、综合应用题16.在实际地震资料处理中，为什么需要进行反射波旅行时拾取和叠加？这个过程与理解地震波在地下介质中的反射和折射原理有何关联？试卷答案一、选择题1.D2.C3.A4.A5.C二、填空题6.θi=θr7.入射角，两种介质的密度8.临界角9.2h/v110.折射波三、简答题11.解析思路：惠更斯原理的核心思想是：波前上的每一点都可以看作是新的子波源，这些子波的包络面构成了下一时刻的波前。对于反射，作入射波前上各点关于界面的垂足，这些垂足的连线（法线）上的点构成了新的波前，其形状和传播方向符合反射定律。对于折射，考虑波前上各点进入第二介质后的传播，作垂直于新波前方向的线（新法线），新波前上各点在新法线上的投影连线符合折射定律。12.解析思路：转换波是在介质分界面处，入射波（P波或S波）的能量部分转化为另一种类型的波（P波转换为S波，或S波转换为P波）而形成的波。产生条件是：入射波必须以一定的角度入射到密度和波速均不同的介质界面，并且该入射角大于或等于临界角（对于P波入射到P-S分界面）。此时，一部分能量会转换为横波（S波），形成转换波，同时通常也会产生反射的P波和S波。13.解析思路：静校正的目的是消除或补偿由于地表地形起伏、覆盖层厚度变化等因素引起的共中心点（CMP）处反射波旅行时的差异。这些差异主要不是由地下反射界面的深度变化引起的，而是地表几何形状的影响。反射和折射现象描述的是波在地下介质中传播的物理规律，而静校正正是应用这些规律（特别是反射波旅行时与深度、速度的关系）来校正地表因素引入的误差，使得来自同一反射界面的子波能够叠加。四、计算题14.解析思路：*反射角：根据反射定律，θr=θi=30°。*折射角：根据斯涅尔定律，v1/sin(θi)=v2/sin(θt)。代入v2=2v1，θi=30°，得sin(θt)=v1/(2v1)*sin(30°)=0.5*0.5=0.25。所以θt=arcsin(0.25)≈14.5°。*旅行时：反射波走时包括到界面的垂直距离和从界面到接收点的水平距离。垂直距离h=v1*t1/sin(θi)=1500*t1/0.5=3000*t1。接收点水平距离为1000m。反射波总走时t=t1+t2=t1+1000/v1。反射波到达界面时，沿界面传播的距离为1000*cos(θi)=1000*cos(30°)≈866.0m。此段折射波走时t2=866.0/v2=866.0/(2*1500)=866.0/3000≈0.289s。所以t=t1+0.289s。又因为h=3000*t1，且h=v1*t1*sin(θi)=1500*t1*0.5=750*t1。联立3000*t1=750*t1，解得t1=750/3000=0.25s。因此总走时t=0.25+0.289≈0.539s。15.解析思路：*入射角（相对于界面法线）：θi'=90°-30°=60°。*反射角（相对于界面法线）：根据反射定律，反射角等于入射角，所以θr'=60°。反射角（相对于界面）为θr=90°-θr'=90°-60°=30°。*折射角（相对于界面法线）：根据斯涅尔定律，v1/sin(θi')=v2/sin(θt')。sin(θt')=(v2/v1)*sin(θi')=(3000/2000)*sin(60°)=1.5*(√3/2)=3√3/4≈0.6495。θt'=arcsin(0.6495)≈40.5°。折射角（相对于界面）为θt=90°-θt'=90°-40.5°=49.5°。*关系：由于界面是倾斜的，入射波、反射波和折射波的传播方向不再都在同一平面内。此时，我们通常使用相对于界面法线的角度（θ'）来描述。在斜界面上，反射角（相对法线）等于入射角（相对法线）。斯涅尔定律仍然成立，但描述的是入射角、反射角（相对法线）和折射角（相对法线）之间的关系。由于几何关系的变化，反射波（相对地表）的传播方向与入射波（相对地表）的传播方向一般不一致，其偏移量与界面倾角、入射角和速度有关。五、综合应用题16.解析思路：地震勘探通过激发人工震源，记录地下反射或折射的地震波来探测地下结构。由于地下介质速度分布不均，地震波传播路径会发生复杂的反射和折射，导致来自同一地下反射界面的子波到达接收点的旅行时不同。为了能够将来自同一界面的子波进行叠加（相干叠加）以增强信号、压制噪声，必须知道每个共中心点处子波到