《地震波动力学》课程教学大纲

1、PAGE PAGE - 6 -本科生课程大纲课程名称地震波动力学(Seismic Wave dynamics)课程代码081502201289课程属性 学科基础课时/学分48/3课程性质必 修实践学时0责任教师 课外学时4课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修课程介绍1.课程描述：地震波动力学课程是勘查技术与工程专业和地球信息科学与技术专业的学科基础必修课。本课程的内容主要分为两大部分，第一部分是弹性力学内容，主要是应用微积分、泰勒展式、场论分析等数学工具以及各种力学基础定律研究微观条件下的弾性动力学问题，得出描述位移与应力、应变与位移以及应力与应变之

2、间关系的基本方程；第二部分是波动力学内容，其研究任务为应用数值解、达朗贝尔解、克希霍夫积分、格林函数等数学工具求解波动方程，并基于波动方程的解探讨地震波的传播规律。通过本课程学习，要求学生掌握描述位移与应力、应变与位移以及应力与应变之间关系的基本方程，掌握应用基本方程推导波动方程，掌握应用波动方程描述地震波的传播规律。2.设计思路：本课程理论性较强，第一部分弹性力学内容，对于基础数学工具应用较为广泛；第二部分波动力学内容其理论公式推导更为复杂，且部分内容较为抽象（如涉及地震波的传播规律的相关内容），理解难度较大。在讲授本课程时，应针对不同的教学内容进行针对性的教学设计，采用不同的教学方式，力求

3、达到理想的教学效果。（1）弹性力学内容本部分主要包括应力分析、应变分析以及应力与应变关系等内容，其主要研究任务为应用微积分、泰勒展式、场论分析等数学工具以及各种力学基础定律研究微观条件下的弾性动力学问题，得出描述位移与应力、应变与位移以及应力与应变之间关系的基本方程，为此，授课前应对每堂课内容所涉及的数学工具进行系统地梳理，在实际讲授时，每堂课结束前都应明确提出下一堂课所涉及的数学工具，让学生提前预习；针对一些常用的基础数学工具，还应在课堂上进行系统推导加深学生对于数学工具的理解。在具体讲授时，采用PPT为主，板书讲授为辅的教学方式。大部分教学内容涉及的简单数学推导过程通过PPT的动画形式一步

4、步展示，而对于某些关键点的数学推导过程、重要的定理或常用数学工具的讲解则通过板书的形式重点展开讨论。此外，一些特殊情况下，也可灵活采用课堂讨论和总结的方式引发学生思考，激发学生的学习兴趣。（2）波动力学内容本部分主要包括弹性动力学问题的建立、无限弹性介质中的弹性波、波动方程解的积分表达以及分层介质中弹性波的传播等内容，其研究任务为建立波动方程，并应用数值解、达朗贝尔解、克希霍夫积分、格林函数等方法求解波动方程，并基于波动方程的解探讨地震波的传播规律。在具体讲授时，采用PPT为主，板书讲授为辅的教学方式。大部分教学内容涉及的简单数学推导过程通过PPT的动画形式一步步展示，而对于某些关键点的数学推

5、导过程、重要的定理或常用数学工具的讲解则通过板书的形式重点展开讨论。此外，涉及地震波传播规律内容的讲授过程中，应利用有限差分数值模拟方法来对理论公式推导出的地震波各种传播规律（如地震波传播过程中的反射、透射、转换、几何扩散、波形变化等）进行模拟验证，使得学生对于各种地震波及其传播规律都有较深的感性认识，提升教学效果。3.课程与其他课程的关系：本课程的先修课程数学物理方法，同时该课程是地震勘探原理的先修课程，是地震勘探原理、地震勘探数据处理和地震数据处理软件系统与应用实习课程的理论基础课程，这四门课程构成了整个地震勘探技术的课程群，而本门课程是整个课程群的基础。二、课程目标本课程的目标是培养学生

6、应用微积分、泰勒展式、场论分析等数学工具以及各种力学基础定律研究微观条件下的弾性动力学问题的能力，培养学生应用波动方程研究地震波传播规律的能力，为学生建立学习地震勘探原理以及地震勘探数据处理等课程的理论基础。学习本门课程，学生具体应：（1）掌握应用微积分、泰勒展式、场论分析等数学工具以及各种力学基础定律进行应力分析、应变分析以及应力和应变关系分析的方法，并能建立十五个基本方程；（2）掌握应用十五个基本方程构建波动方程的方法；（3）掌握应用数值解、达朗贝尔解、克希霍夫积分、格林函数等方法求解波动方程，并基于波动方程的解探讨地震波的传播规律的能力。三、学习要求要求学生掌握描述位移与应力、应变与位移

7、以及应力与应变之间关系的基本方程，掌握应用基本方程推导波动方程，掌握应用波动方程描述地震波的传播规律,为学生建立学习地震勘探原理以及地震勘探数据处理等课程的理论基础。要达到以上学习任务，学生必须：（1）课前认真完成老师提出的预习任务，充分理解相关数学工具的推导过程，并掌握其应用方法。（2）按时上课,不迟到，不早退；上课认真听讲，跟紧老师的授课节奏，认真思考，积极参与课堂讨论和课堂总结。（3）课下认真完成复习任务，并认真完成老师布置的相关作业，有问题要及时是通过电子邮件或微信群与老师沟通交流。四、教学进度序号专题或主题计划课时主要内容概述实验实践内容或课外练习等1绪论2天然地震和勘探地震概述；地

8、震勘探原理、研究内容及其与地震波动力学的关系；地震波动力学的具体研究内容及其基本假设；动画演示：地震勘探视频及正演模拟动画演示2应力分析6外力、内力和截面法；应力与应力分量；物体内一点的应力状态；主应力和主方向；最大与最小应力；平衡和运动微分方程；课堂讨论：应力分量的影响因素和物体内一点的应力状态影响因素3应变分析8位移分量和旋转分量；应变与应变分量；应变分量和位移分量的关系；旋转分量和位移分量的关系；物体内一点的应变状态；主应变和主方向；体积应变；无旋变形和等体积变形、位移矢量公式；应变协调方程；课堂讨论：物体内一点的应变状态影响因素；物体内一点的应变状态影响因素4应力与应变关系4广义虎克定

9、律；工程弹性常数及相互关系；简单和复杂状态下弹性应变能和应变能密度工程弹性常数及相互关系；能量密度和能通量密度；5弹性动力学问题的建立2弹性动力学的基本方程；弹性动力学问题的提法；以位移表示的运动微分方程拉梅（Lame）方程；6无限弹性介质中的弹性波10弹性波控制方程；声波方程的建立；均匀各向同性无限弹性介质中的平面波；一般波前面与弹性介质中波的传播速度；均匀各向同性无限弹性介质中的球面波；无限弹性介质中柱面波；谐波；平面波的能量；动画演示：地震波在复杂构造介质中的正演模拟课下作业：声波方程正演模拟7波动方程解的积分表示6克希霍夫积分；格林函数法；8分层介质中弹性波的传播8平面谐波在自由界面的

10、传播规律；平面谐波在两种介质分界面的传播规律；勒夫（Love）面波；斯通莱（Stonely）面波；频散时相速度和群速度；动画演示：地震波在自由界面的传播规律；地震波在两种介质分界面的传播规律；面波传播规律9地震波动力学的发展方向及其在勘探地震学中的应用；期末复习2地震波动力学的发展方向；地震波动力学在勘探地震学中的应用；大作业讲解；复习；答疑。动画演示：逆时偏移、全波形反演以及SRME等当前先进地震数据处理技术五、参考教材与主要参考书1、推荐使用教材：弹性波场论基础编 者：刘喜武出版社：出版社 出版时间及版次：2008年4月 第1版2、主要参考书：1）杜世通，地震波动力学，石油大学出版社， 1996年第1版；2）郑仙种，崔力科，波动理论在地震勘探中的应用，石油工业出版社3）牛滨华等，各向同性固体连续介质与地震波传播，石油工业出版社，2002年第1版4）谢树艺，矢量分析与场论，高等教育出版社，1985年第2版5）朱广生等，勘探地震学教程，武汉大学出版社，2005年12月。六、成绩评定（一）考核方式A ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他（二）成绩综合评