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题名: 反射地震学理论纲要
作者: 杨文采
发布日期: 2014-五月-1
出版者: Institute of Geology Chinese Academy of Geological Sciences
摘要: 作为应用地球物理学一个分支的反射地震学,有没有自身 的理论体系?这是笔者一直在思索的问题。如果反射地震学理 论只是照抄弹性力学或连续介质物理学的公式,而不是针对应 用目标去发展自身特有的理论,那么反射地震便只是一门应用 技术,而不是一门应用科学。直至今日,许多人仍然把应用地 球物理学视为地球探测的工程技术,这不能怪他们无知,只能 怪我们自己没有把反射地震学的理论体系研究完善。 诚然,反射地震一开始只是一门油气勘查的应用技术。 1926 年,在美国俄克拉荷马洲根据反射地震探测发现了油田, 这证明反射地震的确是一门有巨大经济价值的实用技术。此 后,经过几十年的努力,尤其是在计算机发明之后,反射地震 学的理论迅速发展,在 20 世纪 70 年代开始出现了反射地震学 (reflection seismology)的多部专著。但是,由于地震勘探方法 的更新速度太快,这些专著都不可能涵盖反射地震学理论发展 的新内容,而大学的教材却大多停留在引用弹性力学公式的基 础上,没有突现反射地震学自身的理论发展。30 年来,笔者写 过几本地球物理反演理论与方法方面的专著,深知反演的基础 在正演,希望能够抽出时间把地震学正演理论系统分析整理一 番,使正、反演理论融为一体,相得益彰。由于找不到一本基 于连续介质力学总结反射地震学方程家族体系的教材或专著, 于是萌生了自己来试写一本的想法,这个愿望终于在白发之年 得以实现。 本书是作为应用地球物理专业研究生教材来编写的,不可 能涵盖反射地震学理论发展的所有内容,只是以连续介质波动 力学理论把反射地震学中的方程家族体系和应用条件尽量讲清 楚,这就是本书称为“纲要”的含义。笔者并不强调方程和数 学公式的抽象之美,但本书的确是以方程和数学公式为骨架搭 起来的体系,体现的是古典物理学的精神和价值观。在后现代 的社会,仍然遵循古典物理学的精神和价值观,是不是唐吉珂 德精神可笑的复活?笔者认为,方程和数学公式乃是人和计算 机交流必需的通用语言,不见得要求地质学家通晓这种语言, 但是不通晓这种语言一定不能称为地震学家。 作为讲义时本教材的授课时间约为 50 课时。写讲义好像给 学生盖砖房,砖大多数是买来的,房子是否结实功力全在结构、 地基、房柱和黏合剂上。作为讲义,切忌以下三种误导。第一 是把讲义写成研究报告,大谈枝节,不见主干,误导学生陷入 局域而又不见全局。第二是把讲义写成技术汇编,大谈不久就 会被更新换代的实用技术,不深入探讨科学问题的理论根基, 学生听得兴高采烈,以为能学到许多有用知识,但忽视了研究 生应有的知识文明时代的学术涵养,尤其是从自然规律感悟到 的普适的精髓。第三是把讲义写成百科全书,大抄有关专著及 论文,面面俱到,不成体系。书写的又全又厚,显得知识渊博, 学生也学到许多知识碎片,但上完课程就忘光,不利于培养研 究生应用系统知识解决实际问题的思维能力。因此,这本书的 写作原则是 :只讨论主干,不讲枝节 ;只讨论理论,不讲已市 场化的技术 ;不怕写少,只怕讲多,主干一定讲清讲透,枝节 点到为止。不仅让学生了解一个个知识的碎片,还要向他们示 范把一个个知识碎片串通起来解决问题的本领。 本书用前两章来引述反射地震学的物理学根基 :第 1 章概 述普通物理学中的波动理论 ;第 2 章概述连续介质力学中的波 动理论。过去有的论著中引用质点动力学讲述地震波传播,笔 者认为是不合适的,有关概念在文中尽量用连续介质力学予以 纠正。第 3 章重点讲地震波与固体物理中的弹性波有何不同的 传播特征。第 4 章讲地震资料处理流程中所代表的波动方程及 相关边界条件,是如何转换的。第 5 章讨论波动方程的积分解 与格林函数法 ;第 6 章讨论地震波场分解与延拓问题,强调了 变系数波动算子的特点与展开的方法,并在本章最后完成了反 射地震学方程家族体系的定量表述。第 7 章扼要介绍地震勘探 反问题及其求解范例。 古今中外的名画,显露自然的色彩与形象之美,令人神往 (参见附录 B)。数学家导出的公式,显露自然抽象之美,令人 感到神妙莫测。本书正文没有图画,罗列了三百余条有关波动 的方程,是使你欣赏,还是使你厌烦呢?笔者以为,公式是一 种极端抽象的图画,工科研究生不一定要去创作这种图画,但 要懂得欣赏这种抽象图画之美。授课就是讲解抽象派图画的整 体造型与局部细节美在何处。如果把公式推导讲得像图画欣赏 那样有味道,便体现了教授的水准。笔者希望有一天能修炼到 这个境界。
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所属集合:Scientific and technological achievements

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