《地震波動力學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE - 6 -本科生課程大綱課程名稱地震波動力學(xué)(Seismic Wave dynamics)課程代碼081502201289課程屬性 學(xué)科基礎(chǔ)課時(shí)/學(xué)分48/3課程性質(zhì)必 修實(shí)踐學(xué)時(shí)0責(zé)任教師 課外學(xué)時(shí)4課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修課程介紹1.課程描述：地震波動力學(xué)課程是勘查技術(shù)與工程專業(yè)和地球信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課。本課程的內(nèi)容主要分為兩大部分，第一部分是彈性力學(xué)內(nèi)容，主要是應(yīng)用微積分、泰勒展式、場論分析等數(shù)學(xué)工具以及各種力學(xué)基礎(chǔ)定律研究微觀條件下的弾性動力學(xué)問題，得出描述位移與應(yīng)力、應(yīng)變與位移以及應(yīng)力與應(yīng)變之

2、間關(guān)系的基本方程；第二部分是波動力學(xué)內(nèi)容，其研究任務(wù)為應(yīng)用數(shù)值解、達(dá)朗貝爾解、克?；舴蚍e分、格林函數(shù)等數(shù)學(xué)工具求解波動方程，并基于波動方程的解探討地震波的傳播規(guī)律。通過本課程學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握描述位移與應(yīng)力、應(yīng)變與位移以及應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系的基本方程，掌握應(yīng)用基本方程推導(dǎo)波動方程，掌握應(yīng)用波動方程描述地震波的傳播規(guī)律。2.設(shè)計(jì)思路：本課程理論性較強(qiáng)，第一部分彈性力學(xué)內(nèi)容，對于基礎(chǔ)數(shù)學(xué)工具應(yīng)用較為廣泛；第二部分波動力學(xué)內(nèi)容其理論公式推導(dǎo)更為復(fù)雜，且部分內(nèi)容較為抽象（如涉及地震波的傳播規(guī)律的相關(guān)內(nèi)容），理解難度較大。在講授本課程時(shí)，應(yīng)針對不同的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行針對性的教學(xué)設(shè)計(jì)，采用不同的教學(xué)方式，力求

3、達(dá)到理想的教學(xué)效果。（1）彈性力學(xué)內(nèi)容本部分主要包括應(yīng)力分析、應(yīng)變分析以及應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系等內(nèi)容，其主要研究任務(wù)為應(yīng)用微積分、泰勒展式、場論分析等數(shù)學(xué)工具以及各種力學(xué)基礎(chǔ)定律研究微觀條件下的弾性動力學(xué)問題，得出描述位移與應(yīng)力、應(yīng)變與位移以及應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系的基本方程，為此，授課前應(yīng)對每堂課內(nèi)容所涉及的數(shù)學(xué)工具進(jìn)行系統(tǒng)地梳理，在實(shí)際講授時(shí)，每堂課結(jié)束前都應(yīng)明確提出下一堂課所涉及的數(shù)學(xué)工具，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)；針對一些常用的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)工具，還應(yīng)在課堂上進(jìn)行系統(tǒng)推導(dǎo)加深學(xué)生對于數(shù)學(xué)工具的理解。在具體講授時(shí)，采用PPT為主，板書講授為輔的教學(xué)方式。大部分教學(xué)內(nèi)容涉及的簡單數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程通過PPT的動畫形式一步

4、步展示，而對于某些關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程、重要的定理或常用數(shù)學(xué)工具的講解則通過板書的形式重點(diǎn)展開討論。此外，一些特殊情況下，也可靈活采用課堂討論和總結(jié)的方式引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）波動力學(xué)內(nèi)容本部分主要包括彈性動力學(xué)問題的建立、無限彈性介質(zhì)中的彈性波、波動方程解的積分表達(dá)以及分層介質(zhì)中彈性波的傳播等內(nèi)容，其研究任務(wù)為建立波動方程，并應(yīng)用數(shù)值解、達(dá)朗貝爾解、克?；舴蚍e分、格林函數(shù)等方法求解波動方程，并基于波動方程的解探討地震波的傳播規(guī)律。在具體講授時(shí)，采用PPT為主，板書講授為輔的教學(xué)方式。大部分教學(xué)內(nèi)容涉及的簡單數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程通過PPT的動畫形式一步步展示，而對于某些關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)學(xué)推

5、導(dǎo)過程、重要的定理或常用數(shù)學(xué)工具的講解則通過板書的形式重點(diǎn)展開討論。此外，涉及地震波傳播規(guī)律內(nèi)容的講授過程中，應(yīng)利用有限差分?jǐn)?shù)值模擬方法來對理論公式推導(dǎo)出的地震波各種傳播規(guī)律（如地震波傳播過程中的反射、透射、轉(zhuǎn)換、幾何擴(kuò)散、波形變化等）進(jìn)行模擬驗(yàn)證，使得學(xué)生對于各種地震波及其傳播規(guī)律都有較深的感性認(rèn)識，提升教學(xué)效果。3.課程與其他課程的關(guān)系：本課程的先修課程數(shù)學(xué)物理方法，同時(shí)該課程是地震勘探原理的先修課程，是地震勘探原理、地震勘探數(shù)據(jù)處理和地震數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)與應(yīng)用實(shí)習(xí)課程的理論基礎(chǔ)課程，這四門課程構(gòu)成了整個(gè)地震勘探技術(shù)的課程群，而本門課程是整個(gè)課程群的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)本課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生

6、應(yīng)用微積分、泰勒展式、場論分析等數(shù)學(xué)工具以及各種力學(xué)基礎(chǔ)定律研究微觀條件下的弾性動力學(xué)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用波動方程研究地震波傳播規(guī)律的能力，為學(xué)生建立學(xué)習(xí)地震勘探原理以及地震勘探數(shù)據(jù)處理等課程的理論基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本門課程，學(xué)生具體應(yīng)：（1）掌握應(yīng)用微積分、泰勒展式、場論分析等數(shù)學(xué)工具以及各種力學(xué)基礎(chǔ)定律進(jìn)行應(yīng)力分析、應(yīng)變分析以及應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系分析的方法，并能建立十五個(gè)基本方程；（2）掌握應(yīng)用十五個(gè)基本方程構(gòu)建波動方程的方法；（3）掌握應(yīng)用數(shù)值解、達(dá)朗貝爾解、克?；舴蚍e分、格林函數(shù)等方法求解波動方程，并基于波動方程的解探討地震波的傳播規(guī)律的能力。三、學(xué)習(xí)要求要求學(xué)生掌握描述位移與應(yīng)力、應(yīng)變與位移

7、以及應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系的基本方程，掌握應(yīng)用基本方程推導(dǎo)波動方程，掌握應(yīng)用波動方程描述地震波的傳播規(guī)律,為學(xué)生建立學(xué)習(xí)地震勘探原理以及地震勘探數(shù)據(jù)處理等課程的理論基礎(chǔ)。要達(dá)到以上學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生必須：（1）課前認(rèn)真完成老師提出的預(yù)習(xí)任務(wù)，充分理解相關(guān)數(shù)學(xué)工具的推導(dǎo)過程，并掌握其應(yīng)用方法。（2）按時(shí)上課,不遲到，不早退；上課認(rèn)真聽講，跟緊老師的授課節(jié)奏，認(rèn)真思考，積極參與課堂討論和課堂總結(jié)。（3）課下認(rèn)真完成復(fù)習(xí)任務(wù)，并認(rèn)真完成老師布置的相關(guān)作業(yè)，有問題要及時(shí)是通過電子郵件或微信群與老師溝通交流。四、教學(xué)進(jìn)度序號專題或主題計(jì)劃課時(shí)主要內(nèi)容概述實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容或課外練習(xí)等1緒論2天然地震和勘探地震概述；地

8、震勘探原理、研究內(nèi)容及其與地震波動力學(xué)的關(guān)系；地震波動力學(xué)的具體研究內(nèi)容及其基本假設(shè)；動畫演示：地震勘探視頻及正演模擬動畫演示2應(yīng)力分析6外力、內(nèi)力和截面法；應(yīng)力與應(yīng)力分量；物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)；主應(yīng)力和主方向；最大與最小應(yīng)力；平衡和運(yùn)動微分方程；課堂討論：應(yīng)力分量的影響因素和物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)影響因素3應(yīng)變分析8位移分量和旋轉(zhuǎn)分量；應(yīng)變與應(yīng)變分量；應(yīng)變分量和位移分量的關(guān)系；旋轉(zhuǎn)分量和位移分量的關(guān)系；物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)；主應(yīng)變和主方向；體積應(yīng)變；無旋變形和等體積變形、位移矢量公式；應(yīng)變協(xié)調(diào)方程；課堂討論：物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)影響因素；物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)影響因素4應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系4廣義虎克定

9、律；工程彈性常數(shù)及相互關(guān)系；簡單和復(fù)雜狀態(tài)下彈性應(yīng)變能和應(yīng)變能密度工程彈性常數(shù)及相互關(guān)系；能量密度和能通量密度；5彈性動力學(xué)問題的建立2彈性動力學(xué)的基本方程；彈性動力學(xué)問題的提法；以位移表示的運(yùn)動微分方程拉梅（Lame）方程；6無限彈性介質(zhì)中的彈性波10彈性波控制方程；聲波方程的建立；均勻各向同性無限彈性介質(zhì)中的平面波；一般波前面與彈性介質(zhì)中波的傳播速度；均勻各向同性無限彈性介質(zhì)中的球面波；無限彈性介質(zhì)中柱面波；諧波；平面波的能量；動畫演示：地震波在復(fù)雜構(gòu)造介質(zhì)中的正演模擬課下作業(yè)：聲波方程正演模擬7波動方程解的積分表示6克?；舴蚍e分；格林函數(shù)法；8分層介質(zhì)中彈性波的傳播8平面諧波在自由界面的

10、傳播規(guī)律；平面諧波在兩種介質(zhì)分界面的傳播規(guī)律；勒夫（Love）面波；斯通萊（Stonely）面波；頻散時(shí)相速度和群速度；動畫演示：地震波在自由界面的傳播規(guī)律；地震波在兩種介質(zhì)分界面的傳播規(guī)律；面波傳播規(guī)律9地震波動力學(xué)的發(fā)展方向及其在勘探地震學(xué)中的應(yīng)用；期末復(fù)習(xí)2地震波動力學(xué)的發(fā)展方向；地震波動力學(xué)在勘探地震學(xué)中的應(yīng)用；大作業(yè)講解；復(fù)習(xí)；答疑。動畫演示：逆時(shí)偏移、全波形反演以及SRME等當(dāng)前先進(jìn)地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)五、參考教材與主要參考書1、推薦使用教材：彈性波場論基礎(chǔ)編 者：劉喜武出版社：出版社 出版時(shí)間及版次：2008年4月 第1版2、主要參考書：1）杜世通，地震波動力學(xué)，石油大學(xué)出版社， 1996年第1版；2）鄭仙種，崔力科，波動理論在地震勘探中的應(yīng)用，石油工業(yè)出版社3）牛濱華等，各向同性固體連續(xù)介質(zhì)與地震波傳播，石油工業(yè)出版社，2002年第1版4）謝樹藝，矢量分析與場論，高等教育出版社，1985年第2版5）朱廣生等，勘探地震學(xué)教程，武漢大學(xué)出版社，2005年12月。六、成績評定（一）考核方式A ：A.閉卷考試 B.開卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績綜合評