1
课程详述
COURSE SPECIFICATION
以下课程信息可能根据实际授课需要或在课程检讨之后产生变动。如对课程有任何疑问，请
联系授课教师。
The course information as follows may be subject to change, either during the session because of unforeseen
circumstances, or following review of the course at the end of the session. Queries about the course should be
directed to the course instructor.
1.
课程名称 Course Title
地球物理反演理论基础 Fundamentals of Inverse Theory in Geophysics
2.
授课院系
Originating Department
地球与空间科学系 Department of Earth and Space Sciences
3.
课程编号
Course Code
ESS317
4.
课程学分 Credit Value
3
5.
课程类别
Course Type
专业选修课 Major Elective Courses
6.
授课学期
Semester
秋季 Fall
7.
授课语言
Teaching Language
中英双语 English & Chinese
8.
授课教师、所属学系、联系方
式（如属团队授课，请列明其
他授课教师）
Instructor(s), Affiliation&
Contact
（For team teaching, please list
all instructors）
包雪阳，地球与空间科学系
邮箱：baoxy@sustech.edu.cn
电话：0755-88018643
办公室：创园 9 栋 310
Xueyang Bao, Department of Earth and Space Sciences
Email: baoxy@sustech.edu.cn
Tel: 0755-88018643
Office: Innovation Park #9-310
9.
实验员/助教、所属学系、联系
方式
Tutor/TA(s), Contact
待公布 To be announced
10.
选课人数限额(可不填)
Maximum Enrolment
（Optional）
授课方式
Delivery Method
习题/辅导/讨论
Tutorials
实验/实习
Lab/Practical
其它(请具体注明)
Other（Please specify）
总学时
Total
11.
学时数
Credit Hours
4
48
2
12.
先修课程、其它学习要求
Pre-requisites or Other
Academic Requirements
MA212 概率论与数理统计、ESS201 地球与空间科学导论
MA212 Probability and Statistics and ESS201 Introduction to Earth and space sciences
13.
后续课程、其它学习规划
Courses for which this course
is a pre-requisite
14.
其它要求修读本课程的学系
Cross-listing Dept.
教学大纲及教学日历 SYLLABUS
15.
教学目标 Course Objectives
本课程为地球物理学等相关专业的选修课。主要讲述地球物理反演的基本理论和应用，使学生能够认识地球物理反演
问题的基本概念，初步了解地球物理反演问题的原理和思路，初步运用理论追踪地球物理反演理论和应用的最新进展。
This course is specialized for students in geophysics and related areas. Upon completing the course, students are
expected to know the concept of the geophysical inverse problem, preliminarily understand the philosophy and
methodology of the theory, and track the recent studies on the theory or applications of geophysical inverse problem.
16.
预达学习成果 Learning Outcomes
学生将能够认识地球物理反演问题的基本概念，初步了解地球物理反演问题的原理和思路，初步运用理论追踪地球物
理反演理论和应用的最新进展，初步掌握将反演的理论知识应用到各自的学习兴趣中。
Upon completing the course, students are expected to know the concept of the geophysical inverse problem,
preliminarily understand the philosophy and methodology of the theory, track the recent studies on the theory or
applications of geophysical inverse problem, and apply the knowledge gained from this course to particular geophysical
problems of their own study interests.
17.
课程内容及教学日历 （如授课语言以英文为主，则课程内容介绍可以用英文；如团队教学或模块教学，教学日历须注明
主讲人）
Course Contents (in Parts/Chapters/Sections/Weeks. Please notify name of instructor for course section(s), if
this is a team teaching or module course.)
3
第一章：引论（4 学时）
介绍反演问题的基本概念。存在性、唯一性、稳定性。
第二章：预备知识：线性代数（4 学时）
回顾本课程中需要了解的线性代数的先修内容。如矩阵运算、线性变换、特征值等。
第三章：线性反演基础（6 学时）
介绍线性回归、最小二乘解。
第四章：线性反演问题解的性质（8 学时）
介绍广义逆、奇异值分解、正则化。
第五章：反演问题举例：第一部分（4 学时）
介绍反演在反卷积、地震层析成像中的应用。
期中考试（2 学时）
第六章：非线性反演的线性化（4 学时）
介绍最速下降法、共轭梯度法、牛顿法。
第七章：反演问题举例：第二部分（4 学时）
介绍反演在地震定位、重力勘探中的应用。
第八章：最大似然估计（4 学时）
回顾本课程中需要了解的概率统计的先修内容。介绍从概率分布角度理解反演问题。
第九章：完全非线性反演（4 学时）
介绍蒙特卡洛法、模拟退火法。
第十章：人工神经网络（4 学时）
介绍人工神经网络和机器学习的基本思路。
Chapter 1: Introduction (4 hours)
The basic concept of inverse problems, data, model, and theory, existence, uniqueness, and stability
Chapter 2: Pre-requisites: linear algebra (4 hours)
An overview of the prior knowledge of linear algebra, such as matrix, linear transform, eigen values.
Chapter 3: Basis of linear inverse problem (6 hours)
4
Define linear inverse problem. Introduce linear regression and least square solution.
Chapter 4: The characteristics of solutions of linear inverse problem (8 hours)
Introduce generalized inverse, singular value decomposition, and regularization.
Chapter 5: Examples (I) (4 hours)
Deconvolution, seismic tomography.
Mid-term (2 hours)
Chapter 6: Linearization of nonlinear inverse problem (4 hours)
Introduce steepest descent, conjugate gradient, and Newton method.
Chapter 7: Examples (II) (4 hours)
Earthquake location, gravity inversion.
Chapter 8: Maximum likelihood (4 hours)
An overview of the prior knowledge of the probability and statistics. Introduce the viewpoint of probability in solve
inverse problem.
Chapter 9: Complete inverse problem (4 hours)
Introduce the fundamental concepts of the grid-search, Monte Carlo, simulate annealing, genetic algorithm.
Chapter 10: Artificial Neural Network (4 hours)
Introduce the basis of artificial neural network and machine learning.
18.
教材及其它参考资料 Textbook and Supplementary Readings
1. Geophysical Data Analysis: Discrete Inverse Theory, Third or Fourth Edition. William Menke, Elsevier Inc.
2. 地球物理反演基本理论与应用方法，姚姚，中国地质大学出版社
课程评估 ASSESSMENT
19.
评估形式
Type of
Assessment
评估时间
Time
占考试总成绩百分比
% of final
score
违纪处罚
Penalty
备注
Notes
出勤 Attendance
10
课堂表现
Class
Performance
20
鼓励学生上课主动提问和回答问题。
小测验
Quiz
课程项目 Projects
5
平时作业
Assignments
20
共四次作业，每次五分。
期中考试
Mid-Term Test
25
考查学生对上半学期所学的线性反演
问题的了解和理解。
期末考试
Final Exam
25
期末报告
Final
Presentation
其它（可根据需要
改写以上评估方
式）
Others (The
above may be
modified as
necessary)
20.
记分方式 GRADING SYSTEM
√ A. 十三级等级制 Letter Grading
B. 二级记分制（通过/不通过） Pass/Fail Grading
课程审批 REVIEW AND APPROVAL
21.
本课程设置已经过以下责任人/委员会审议通过
This Course has been approved by the following person or committee of authority
地球与空间科学系本科教学指导委员会