固体地球物理学研究生培养方案(长江大学)

固体地球物理学硕士研究生专业教学大纲地球物理与石油资源学院2004年9月5日《地震波理论》教学大纲一．课程名称：地震波理论1．学时：60学分:32．课程应用范围：固体地球物理专业及相关专业的硕士研究生3．学生应在学习过《数学物理方程》、《积分变换》《复变函数》等课程的基础上学习本课程。4．任课教师：刘瑞林、章成广二．教学目的使学生掌握弹性波动方程的建立，弹性波传播的基本原理与基本解，震源的基本表示，波在界面处的反射、折射与转化，面波与体波，多层介质中波的传播等内容，以使学生对地震波理论有较好的理解。三．基本教材和参考书1．[美]安艺敬一，P.G.里查兹，定量地震学（理论和方法），第一卷，北京：地震出版社，1981。2．[美]阿肯巴赫，弹性固体中的波，上海：同济大学出版社，1992。3．郭自强，固体中的波，北京：地震出版社，1982。四．教学内容及学时分配第一章．结论。2小时第二章．弹性波动方程及基本解12小时第一节．方程的建立第二节．应力应变关系及对称性化简第三节．唯一性定理及互易性定理第四节．Green函数第三章．震源的表示方法4小时第一节．内表面的表示定理：等效表示第二节．体积源第四章．点源产生的弹性波8小时第一节．问题的提出第二节．各向同性均匀无限介质弹性力学Green函数解及渐近解第三节．无限均匀介质中的双力耦解第四节．点源产生的远场P波与S波的射线近似第五章．均匀介质中的平面波及在界面上的反射透射12小时第一节．弹性介质中的平面波的基本性质第二节．反射、转换和透射的基本方式第三节．非均匀波、相移和界面波第四节．分析平面波的矩阵方法第五节．波在介质中的衰减第六章．球面波的反射与折射4小时第一节．球面波分解第二节．球面波在平面上的反射第三节．弹性半空间中的球面波第七章．垂向非均匀介质中的面波10小时第一节．面波的基本性质第二节．传播矩阵方法第三节．Love波和Rayleigh波性质第四节．非均匀介质Green函数中的面波项第八章．多层介质中的体波10小时第一节．广义射线分析第二节．多层介质的反射率法第三节．射线理论第四节．不同方法的讨论五．教学安排课堂讲授：46小时讨论：10小时其它：4小时六．考核办法理论考试与读书报告相结合编写人:刘瑞林《偏微分方程数值解法》教学大纲一、课程名称：偏微分方程数值解法1、学时：40学时2、课程应用范围：地球探测与信息技术专业硕士研究生3、学生在修完《数值分析》和《数学物理方程》等课程的基础上学习本课程。二、教学目的使学生了解各种类型偏微分方程的特点、离散方程组的通用计算机求解算法以及通用的偏微分方程的离散方法，包括有限差分法、有限元素法、边界元素法等。结合地球物理的应用，介绍几种常用的数学物理方程（波动方程和扩散方程）的数值解法及编程实现，为地球物理探测技术中不同方法的正演模拟研究和资料处理方法研究打下基础。三、基本教材及参考书基本教材《偏微分方程数值解法》，南京大学编著，科学出版社，1979年版参考书1、数学物理方程及其数值解法，高应才编，高等教育出版社，1983年版；2、偏微分方程的有限差分方法，G.E.福雪斯等，上海科学技术出版社，1979年版；3、电磁场数值计算，倪光正等编著，高等教育出版社，1996年版；4、NumericalSolutionofPartialDifferentialEquations.J.G.Gram,1973年版。四、教学内容及学时分配第一章数学物理中的偏微分方程第一节基本概念（2学时）第二节典型方程一、弦振动方程二、波动方程三、热传导方程四、扩散方程五、势方程第三节定解问题（2学时）一、初始条件和初值问题二、边界条件和边值问题三、混合问题四、适定性问题五、广义解六、叠加原理七、齐次化原理第二章离散方程组的计算机解法第一节概述（2学时）第二节直接解法（2学时）一、高斯消去法二、列主元素消去法三、平方根法四、分块算法五、特征值法第三节迭代法（2学时）一、超松弛法二、共轭梯度法三、迭代收敛性第三章有限差分法第一节概述（2学时）第二节差分格式的建立（2学时）一、基本公式二、边界条件第三节典型算例（4学时）一、热传导方程二、双曲型方程三、Laplace方程四、Helmholtz方程五、椭圆型方程第四节编程实习（2学时）第四章有限元法第一节概述（2学时）第二节变分原理第三节有限元方程的建立（4学时）一、剖分方法二、有限元方程三、后处理四、对称性第四节典型算例（2学时）一、常微分方程二、双曲型方程三、抛物型方程四、椭圆型方程第五节编程实习（4学时）第五章边界元法第一节概述（2学时）第二节基础知识第三节边界积分方程（2学时）第四节典型算例（2学时）第五节编程实习（2学时）五、教学安排1、课堂讲授：32学时2、计算机编程实习：8学时六、考核办法考查编写人：严良俊《地球物理反演》教学大纲一、课程名称：地球动力学1、学时：40～502、适用专业：地球探测与信息技术、固体地球物理专业硕士研究生3、先修课程：《线性代数》、《矩阵理论》、《地球物理学》二、教学目的使学生掌握地球物理反演的基本理论和基本方法，掌握参数化模型的最小长度解，掌握广义反演常用方法，掌握B—G反演理论，了解常用的非线性反演方法。为学生今后的工作和科研打下良好的基础。三、基本教材和参考书基本教材：《地球物理反演理论》，王家映编著，高等教育出版社，2002参考书：1、《地球物理反演的理论和方法》，杨文采著，地质出版社，19972、《地球物理反演》，傅淑芳著，北京大学出版社，1998四、教学内容及学时分配第一章线性反演理论概述（4～6学时）1、反演理论的目的和任务2、数学物理模型和响应函数的正演问题3、非线性问题的线性化和连续模型的离散化4、解的评价第二章参数化模型的最小长度解（8学时）1、线性反演问题的最小方差解2、欠定问题的解法3、混定问题的解法4、先验信息在模型构制中的应用5、线性规划—L1范数解6、L∞范数解第三章广义反演法（8学时）1、广义逆矩阵的概念2、奇异值分解和自然逆3、广义反演法4、分辨率矩阵5、特征值的应用6、最佳折中解第四章Backus-Gilbert反演理论（10～12学时）1、连续介质的反演理论2、BG线性评价3、BG反演理论在反褶积中的应用第五章非线性反演理论（10～16学时）1、共轭梯度法2、变尺度法3、蒙特卡洛法4、模拟腿火法5、遗传算法6、人工神经网络法7、多尺度反演五、教学安排理论教学：40～50学时六、考核方式根据所学内容写一篇小论文或读书报告。编写人：陈传仁《地球动力学》教学大纲一、课程名称：地球动力学4、学时：40～505、适用专业：固体地球物理专业硕士研究生6、先修课程：《理论力学》、《地球物理学》二、教学目的使学生掌握地球动力学的基本理论和基本方法，掌握地应力起因、种类及特点，掌握造山运动、潮汐等自然现象的产生原因，掌握用天体坐标系描述天体运动的方法。为学生今后的工作和科研打下良好的基础。三、基本教材和参考书基本教材：《地球原动力》，刘全稳著，地质出版社，2002参考书：1、D.L.特科特等《地球动力学》韩贝传等译，地震出版社，19822、L.利布特里，大地构造物理学和地球动力学，孙坦译，地质出版社，19863、陈永生，李自安，地球形成与演化的一种新说法，石油工业出版社，1998四、教学内容及学时分配第一章动力分析体系（6学时）第一节平面质点受力运动第二节空间质点受力情况第三节物理特性第四节作用力定义第五节球面质点受力分布第二章地球的强中纬力（6学时）第一节地球的受力作用分带第二节强中纬力的一般特点第三节强中纬力的表现特征第四节强中纬力的作用效果第五节应用前景第三章地球的潮汐力（6学时）第一节潮汐概况第二节潮汐力的理论特征第三节海潮的描述第四节潮汐力在地球上的表现第四章地球的胀缩力（8学时）第一节椭圆的运动学特征第二节地球受力分析第三节地球的膨胀与收缩运动第四节地球膨胀运动的参数第五节地球收缩运动的参数第六节地球胀缩的正演算法第五章强中纬力的地球响应（6学时）第一节大气的强中纬力作用第二节海水的强中纬力作用第三节强中纬力的地质作用第六章潮汐（8学时）第一节潮汐运动第二节潮汐的干涉第三节潮汐的衍射第四节潮汐的分类第五节地幔潮汐与岩浆侵入、火山喷发第六节井潮第七章胀缩力的表现（4学时）第一节地球的膨胀运动第二节地球的收缩运动第三节地球的胀缩运动第四节洋中脊、磁异常与海沟五、教学安排理论教学：40～50学时六、考核方式根据所学内容写一篇小论文或读书报告。编写人：陈传仁《重力场理论》教学大纲一、课程名称：重力场理论适用专业：固体地球物理学总学时：40学分2二、课程的性质与任务本课程是固体地球物理专业研究生重要的专业基础课，在地学和空间科学领域有广泛的应用。主要讲授重力场的知识和理论、以及利用重力场研究固体地球的基本方法，使学生基本掌握重力场的理论和知识，并具有初步利用重力场的理论解决实际问题的基本知识。为利用重力场理论于固体地球的探测和研究工作打下良好的基础。本课程是固体地球物理专业必修课程，在实现培养合格的固体地球物理专业的人才上将起着极为重要的作用。三、课程内容与学时分配第一章牛顿位理论授课8学时第二章球函数及其在重力学中的应用授课8学时第三章地球外部重力场和地球的形状授课6学时第四章重力测量在地壳构造和地震预报中的应用授课4学时第五章静力潮汐理论授课4学时第六章弹性地球潮汐授课4学时第七章重力测量仪器授课2学时第八章重力仪器的标定授课2学时第九章地球重力场的观测方法授课2学时四、基本要求通过理论教学，使学生掌握重力场的理论和方法，初步具备利用重力场理论研究固体地球的知识和技能。五、主要参考书1、陆仲连，地球重力场的理论与方法，北京：解放军出版社。2、李瑞浩，重力学引论，地震出版社，1988.3、曾华霖，石油重力勘探的进展，内部材料，1998.4、黄仲良，石油重、磁、电法勘探，石油大学出版社，2003.六、教学安排理论教学：40学时六、考核方式考试编写人：陈清礼YJS032《电磁场论》教学大纲一、课程名称：电磁场论1.学时：402.课程应用范围：地球探测与信息技术专业硕士研究生。3.学生应在修过本科《矢量分析与场论》和《电磁场》等课程的基础上学习本课程。二、教学目的通过该课程的学习，使学生在已具备电磁场基本理论知识的基础上，学习电磁场的理论和求解电磁场问题的数学方法。熟悉有损介质中电磁场响应的特征和物理原理，掌握复杂条件下电磁场问题的求解方法。特别是针对地球物理应用中的平面波、人工源、层状介质、二维介质和三维异常体的电磁响应问题，不仅要掌握分析方法，还要能编程计算。三、基本教材和参考书教材：《电磁理论》楼仁海、符果行、袁敬闳编，电子科技大学出版社，1996年出版。参考书：1.《勘查地球物理电磁法—理论篇》，米萨克N.纳比吉安主编，赵经祥译，地质出版社，1992年出版。2.Lorrain,P.andCorson,D.R.ElectromagneticFieldsandW.H.FreemanandCom-pany,SanFrancisco,1970.3.《电磁理论》。J.A.斯特莱顿著，何国瑜译，北京航空学院出版社，1986年。四、教学内容及学时分配第一章电磁场的基本方程（4学时）第一节麦克斯韦方程组第二节边界条件第三节波动方程及其通解第四节极化矢量第二章无限介质中的源（4学时）第一节标量格林函数第二节时间域格林函数第三节谐和电偶极源第四节谐和磁偶极源第五节瞬态电偶极源第六节瞬态磁偶极源第七节谐和线源第八节瞬态线源第九节张量格林函数第三章平面电磁波（6学时）第一节平面波的极化第二节波速第三节斯涅尔定律第四节导电媒质中的平面波第五节分层媒质平面电磁波的反射与折射第四章电磁波的重要定理和原理（4学时）第一节亥姆霍兹定理第二节对偶性原理第三节唯一性定理第四节镜像原理第五节等效原理第六节互易定理第七节惠更斯定理第五章电磁波的辅助函数（2学时）第一节电磁位函数第二节德拜位函数第三节独立矢量函数第六章电磁波的辐射（6学时）第一节电磁波解的积分表达式第二节基尔霍夫公式第三节辐