2025年大学《地球物理学》专业题库- 地震波在地球内部介质中的反射与折射

2025年大学《地球物理学》专业题库——地震波在地球内部介质中的反射与折射考试时间：______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入括号内）1.当一束P波从波速为v1的介质入射到波速为v2（v2>v1）的介质界面时，发生全内反射的条件是（）。A.入射角大于等于临界角B.入射角小于等于临界角C.P波转换为S波D.界面为水平面2.在P波和S波分界面上，入射P波产生反射P波和转换S波。下列说法正确的是（）。A.反射P波和入射P波振动方向相同B.转换S波（SH分量）的振动方向垂直于入射波传播方向和分界面C.转换S波（SV分量）的振动方向在入射波传播方向和分界面构成的平面内D.透射P波的强度总是大于反射P波的强度3.根据斯涅尔定律，当P波从介质1（波速v1）入射到介质2（波速v2）时，入射角θi、反射角θr、折射角θt之间存在关系（）。A.sin(θi)/sin(θr)=v1/v2B.sin(θi)/sin(θt)=v2/v1C.sin(θr)/sin(θt)=v1/v2D.sin(θi)=sin(θr)=sin(θt)4.对于水平界面，当P波以45度角入射时，反射P波和透射P波之间的夹角为（）。A.90度B.45度C.0度D.22.5度5.在一个水平界面（v1<v2）上，P波入射时产生的转换S波（SV分量）的能量（）。A.总是等于反射P波的能量B.总是小于反射P波的能量C.可能大于也可能小于反射P波的能量，取决于入射角D.为零6.勃姆斯坦定律（或等效深度概念）主要描述的是（）。A.垂直界面上的反射/折射B.水平界面上的反射/折射C.射线通过介质时速度的变化D.界面两侧介质波速差异对反射系数的影响7.地震反射系数是描述（）的物理量。A.波在介质中传播的速度B.波在分界面处能量损失的多少C.分界面两侧介质密度之比D.分界面两侧介质泊松比之差8.当一束S波（SV分量）从波速为v1的介质入射到波速为v2（v2>v1）的介质界面时，发生全内反射的条件是（）。A.入射角大于等于临界角B.入射角小于等于临界角C.S波转换为P波D.界面为垂直面9.对于垂直界面，入射P波只会产生（）。A.反射P波B.透射P波C.反射P波和透射P波D.反射P波和转换S波10.地震勘探中利用的反射波主要是指（）。A.在地壳深处形成的波B.从地下深处向上传播的P波C.在分界面处发生反射的P波或S波D.转换波二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填入横线内）1.入射波、反射波和透射波的振动方向总是处在同一平面内，这个规律称为________定律。2.横波的振动方向总是垂直于波的传播方向，其中垂直于入射面且垂直于传播方向的横波称为________波，平行于入射面且垂直于传播方向的横波称为________波。3.当P波从波速为v1的介质垂直入射到波速为v2的介质时，反射系数的值为________（用v1,v2表示）。4.在P波和S波分界面上，入射P波可以产生________波和________波。5.全内反射只发生在________波从波速较高的介质向波速较低的介质入射，并且入射角大于________角的情况下。6.对于水平界面，入射P波的反射波和透射P波的传播方向________；反射S波和透射S波的传播方向________。7.斯涅尔定律描述了入射角、反射角和折射角之间的关系，其数学表达式为________。8.地震射线近似为________，它代表了地震波能量的主要传播路径。9.界面处的反射波和透射波的强度不仅取决于界面两侧介质的波速，还取决于界面的________和入射波的________。10.角反射是指当入射角接近________角时，透射波能量很小，几乎全部能量被反射回原介质的现象。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述全反射现象发生的条件，并说明为什么地震勘探中很少利用全反射波来探测地下深处？2.解释什么是转换波？产生转换波的条件是什么？3.当P波从介质1（v1=3km/s）斜向入射到介质2（v2=4km/s）的水平界面时，如果入射角θi=30度，请利用斯涅尔定律计算反射角θr和折射角θt（要求写出公式和计算过程）。四、计算题（共25分）1.（10分）一束P波从波速为v1=2km/s的介质（介质A）入射到波速为v2=3km/s的介质（介质B）的垂直分界面上。入射P波的振幅为A0。请计算反射P波和透射P波的振幅（用A0表示）。2.（15分）一束P波从介质A（vA=3km/s）以入射角θi=30度斜向入射到与介质B（vB=4km/s）相接触的水平分界面上。请计算：a.反射P波的反射角θr（要求写出公式和计算过程）。b.透射P波的折射角θt（要求写出公式和计算过程）。c.产生的转换S波（SV分量）的传播方向与入射P波传播方向的夹角（要求写出公式和计算过程）。试卷答案一、选择题1.A2.B3.B4.A5.B6.B7.B8.A9.A10.C二、填空题1.折射2.SV,SH3.(v2-v1)/(v2+v1)4.反射P,透射P5.P,临界6.相同,相反7.n*sin(θi)=n'*sin(θr)=n''*sin(θt)（n为介质1的折射率，n'为介质2的折射率，n''为介质3的折射率，通常简化为v1*sin(θi)=v2*sin(θt)等）8.直线9.倾角,强度10.90三、简答题1.解析思路：首先要说明全反射发生的条件是光从光密介质（波速低）射向光疏介质（波速高），且入射角大于临界角。其次要解释地震勘探中主要利用的是从浅部地层向深部传播再反射回地面的波，即透射波能量较强，而全内反射发生在波从深部向上传播进入浅部介质时，此时入射角通常不大，不易发生全内反射，且能量主要在深部损失，难以有效利用。2.解析思路：首先要定义转换波是入射波在分界面处一部分能量转换为另一种类型的波（P波转S波或S波转P波）。其次要说明产生条件：必须是存在两种不同物理性质的介质（如P波和S波速度不同的介质）的分界面，并且入射角不为零（斜入射）。3.解析思路：首先要写出斯涅尔定律的适用形式，如v1*sin(θi)=v2*sin(θr)和v1*sin(θi)=v2*sin(θt)（对于P波入射到水平界面）。然后代入已知数值v1=3km/s,θi=30度，v2=4km/s。分别求解sin(θr)=(v1*sin(θi))/v2和sin(θt)=(v1*sin(θi))/v2。计算出sin(θi)的值，然后求出θr和θt的角度值（使用反三角函数arcsin或arctan，注意区分P波和S波的折射角）。四、计算题1.解析思路：计算垂直界面上的反射P波和透射P波振幅比需要用到反射系数R_P。对于P-P波垂直入射，反射系数R_P=(v1-v2)/(v1+v2)。振幅比等于反射系数的平方，即A_reflect/A0=R_P^2=[(v1-v2)/(v1+v2)]^2。透射系数T_P=1+R_P，透射振幅A_transmit=T_P*A0=(1+R_P)*A0。将v1和v2的值代入公式即可计算结果。2.解析思路：a.计算反射角θr：直接应用斯涅尔定律v1*sin(θi)=v2*sin(θr)。代入数值计算sin(θr)=(v1/v2)*sin(θi)，然后求θr=arcsin[(v1/v2)*sin(θi)]。b.计算折射角θt：同样应用斯涅尔定律v1*si