地球物理學(xué)專業(yè)地電學(xué)野外教學(xué)實習(xí)探索

張文波

摘要：本文在分析原有野外教學(xué)實習(xí)不足的基礎(chǔ)上，結(jié)合我院地球物理學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)特色，探索了“大地電磁測深法”作為地球物理學(xué)專業(yè)地電學(xué)的主要實習(xí)內(nèi)容，并分析了大地電磁野外教學(xué)實習(xí)的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：地球物理學(xué)；野外教學(xué)實習(xí)；大地電磁測深

中圖分類號：G646 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0115-02

“地電學(xué)”是地球物理學(xué)專業(yè)的一門主要分支學(xué)科，主要以巖礦石的導(dǎo)電性、電化學(xué)學(xué)性、介電性和導(dǎo)磁性的差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，使用專用的儀器設(shè)備，觀測和研究大氣、海洋和固體地球內(nèi)部的電場變化和分布規(guī)律，來揭示地球內(nèi)部巖石物性分布和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科。經(jīng)過幾十年的飛速發(fā)展，地電學(xué)在地球深部結(jié)構(gòu)及動力學(xué)研究、礦產(chǎn)勘察、環(huán)境與工程勘探中都發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。這種發(fā)展帶來的社會需求對地電學(xué)的本科生教學(xué)提出了更高的要求。野外教學(xué)實習(xí)是“地電學(xué)”課程教學(xué)的重要組成部分，是課堂教學(xué)的延伸與補充。野外教學(xué)實習(xí)，將課堂理論知識與野外實際工作相結(jié)合，鞏固和加深學(xué)生對理論知識的理解，使他們能更加熟悉儀器原理、性能和操作規(guī)程，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集工作的各個環(huán)節(jié)，掌握野外實測資料的整理、數(shù)據(jù)處理、反演解釋、以及報告編寫等，培養(yǎng)學(xué)生刻苦求實的工作作風(fēng)和野外實際動手能力。

一、“地電學(xué)”原有野外教學(xué)實習(xí)的不足

以前，我院地球物理學(xué)專業(yè)的地電學(xué)本科野外教學(xué)實習(xí)與地球探測與信息技術(shù)專業(yè)的實習(xí)內(nèi)容一樣，主要為直流電測深、電剖面法、高密度電阻率法等傳統(tǒng)的電法勘探方法[2]。這種以電法勘探為主的野外教學(xué)實習(xí)，取得了較好的效果，培養(yǎng)的學(xué)生受到了社會的好評，但也暴露出一些問題。（1）實習(xí)內(nèi)容簡單陳舊。近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，地電學(xué)方法理論、儀器設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理方法有了很大的進步，應(yīng)用范圍更加廣泛[3]。原來的地電學(xué)野外實習(xí)方法和內(nèi)容已經(jīng)不能適應(yīng)本學(xué)科的發(fā)展需要，也不能滿足社會對本專業(yè)人才的需求。（2）專業(yè)特色不明顯。以前，地球物理學(xué)專業(yè)野外教學(xué)實習(xí)與地球探測與信息技術(shù)專業(yè)野外教學(xué)實習(xí)同時進行，兩個專業(yè)的學(xué)生同組實習(xí)。這種培養(yǎng)方式忽視了地球物理學(xué)專業(yè)特色，也與我院地球物理專業(yè)發(fā)展方向不符。

二、精選實習(xí)內(nèi)容

為了適應(yīng)“地電學(xué)”的發(fā)展，凸顯我院“地球物理學(xué)”專業(yè)特色，建設(shè)國際一流的“地球物理學(xué)”專業(yè)，從今年開始，我院“地球物理學(xué)”專業(yè)摒棄傳統(tǒng)的“以淺層勘探為目的”的實習(xí)內(nèi)容，探索以大地電磁測深為“地電學(xué)”專業(yè)的主要實習(xí)內(nèi)容。（1）在柳江盆地及其周邊地區(qū)布設(shè)5—8個大地電磁測深臺站，要求學(xué)生熟悉和掌握野外大地電磁測深臺站布設(shè)的工作要點和技術(shù)。（2）通過實地的野外觀測過程，培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決野外問題的能力。（3）鞏固校內(nèi)“地電學(xué)”教學(xué)成果，練習(xí)使用大地電磁測深資料處理相關(guān)軟件，將基礎(chǔ)的理論應(yīng)用到實際的大地電磁測深數(shù)據(jù)處理中。學(xué)習(xí)使用軟件完成大地電磁測深資料處理流程。對實測的時間序列通過處理獲得視電阻率和相位曲線，對視電阻率和相位資料進行圓滑、一維反演等處理，并進行地質(zhì)推斷解釋。（4）訓(xùn)練學(xué)生的獨立思考能力，要求能從觀測到的數(shù)據(jù)推出地下電性結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造特征。（5）獨立撰寫實習(xí)報告。

三、合理組織實習(xí)

本次大地電磁野外教學(xué)實習(xí)的實施過程分為六個步驟。（1）學(xué)生分組：整個實習(xí)過程以小組為單位進行。參與本次實習(xí)的學(xué)生共42人，我們將學(xué)生分為4個小組，每個小組10—11人，每組推選一名學(xué)生當組長，負責(zé)管理本組的相關(guān)事務(wù)。（2）野外前的準備：野外準備工作分四項內(nèi)容進行。首先是儀器設(shè)備的準備。與常規(guī)直流電法相比，大地電磁測深法需要的儀器及工具比較繁雜，有主機、電池、磁棒、不極化電極、電纜、森林羅盤、萬用表、剝線鉗、測繩、GPS、腳架、鐵鍬等，這就要求每位組長列出野外儀器、物品的詳細清單，具體分配人手攜帶，以免遺漏。此外，還得檢查每臺儀器設(shè)備是否正常工作，檢查每根電纜是否漏電。其次是不極化電極的配對。在本次實習(xí)中，我們準備了20個不極化電極，每個小組都要從中挑選出兩對不極化電極為本組數(shù)據(jù)采集使用，每對不極化電極間極差小于2mV。第三是森林羅盤、GPS的練習(xí)。教師指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)使用GPS測定大地電磁測深點位，練習(xí)使用腳架和森林羅盤測量方位，方位誤差小于1度，配合測繩確定極距，練習(xí)不極化電極和磁棒的埋設(shè)。最后是儀器設(shè)備操作練習(xí)。要求學(xué)生熟悉大地電磁儀器面板、接口等，讓學(xué)生練習(xí)連接儀器、設(shè)置工作任務(wù)、采集參數(shù)等。（3）野外數(shù)據(jù)采集。每次出野外前，要求每組學(xué)生檢查各自組的儀器設(shè)備是否齊全，電池是否充電。到野外后，要求根據(jù)野外實際情況決定采用“十”型布極、“L”型布極或者“T”型布極，以及選擇合適的極距。選擇合適的位置架設(shè)森林羅盤，布設(shè)電道和磁場，埋設(shè)不極化電極和磁棒，將不極化電極和磁棒連接到儀器上，連接GPS天線和電源。完成大地電磁測深臺站的布設(shè)后，檢查電纜是否連接正確，電纜敷設(shè)是否符合規(guī)范要求。然后，根據(jù)任務(wù)要求和現(xiàn)場條件，設(shè)置合理的采集參數(shù)。在儀器采集數(shù)據(jù)期間，采用手持GPS準確定位測點位置，認真填寫野外記錄表格，并繪制測點周圍地形、地貌草圖，標出可能的干擾源位置及大致距離。針對學(xué)生在野外大地電磁測深臺站布設(shè)過程發(fā)現(xiàn)的問題，組織小組成員現(xiàn)場討論。采集時間截止后，檢查數(shù)據(jù)采集是否完成，數(shù)據(jù)質(zhì)量是否達到要求。最后收站，清理儀器設(shè)備。整個實習(xí)過程中，要求每組完成4個點的大地電磁測深數(shù)據(jù)采集。小組各成員輪換完成操作儀器、森林羅盤、GPS、布設(shè)電極、埋設(shè)磁棒等工作。（4）室內(nèi)數(shù)據(jù)處理：從儀器中導(dǎo)出野外采集的原始時間序列數(shù)據(jù)，采用儀器配套的處理軟件，對時間序列進行處理，得到大地電磁張量阻抗文件。經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，在軟件上對視電阻率曲線進行去除飛點、圓滑、靜校正等處理，然后對視電阻率數(shù)據(jù)進行一維Bostick反演和Occam反演，得到一維地下電性結(jié)構(gòu)。要求每位學(xué)生獨立完成數(shù)據(jù)處理工作。每組學(xué)生在本組采集數(shù)據(jù)的處理完成后，結(jié)合其他組的反演結(jié)果，合成二維地下電性結(jié)構(gòu)剖面。（5）報告編寫：報告內(nèi)容要求包括區(qū)域地質(zhì)概況、大地電磁測深方法原理、野外數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理流程和詳細的處理參數(shù)，繪制主要圖件，并進行地質(zhì)推斷解釋。（6）學(xué)生匯報及教師評分：每輪實習(xí)結(jié)束之前，組織小組同學(xué)進行匯報。主要匯報實習(xí)過程中野外數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理過程與結(jié)果、以及地質(zhì)推斷解釋成果，并分享實習(xí)的心得與體會。每位學(xué)生的實習(xí)成績由野外表現(xiàn)（50%）和報告內(nèi)容（50%）兩部分組成。

四、野外教學(xué)效果分析

本次大地電磁測深野外教學(xué)實習(xí)，開拓了學(xué)生的視野，讓學(xué)生熟悉了大地電磁測深數(shù)據(jù)采集技術(shù)、以及資料處理方法，同時，也鍛煉了學(xué)生的實踐能力、組織管理能力和團隊合作精神。（1）實踐能力的培養(yǎng)。在教學(xué)實習(xí)中，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力是本次實習(xí)的主要目的之一。在本次大地電磁野外教學(xué)實習(xí)過程中，學(xué)生們輪換操作，熟悉數(shù)據(jù)采集的各個環(huán)節(jié)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的儀器操作、數(shù)據(jù)采集能力，也鍛煉了學(xué)生解決野外突發(fā)狀況的工作能力。（2）組織管理能力的培養(yǎng)。在實習(xí)過程中，采用小組負責(zé)模式。每個小組長根據(jù)實習(xí)任務(wù)組織安排小組成員，合理分工，并負責(zé)管理本組儀器裝備的使用。（3）團隊合作精神的培養(yǎng)。野外數(shù)據(jù)采集前，組長組織小組成員討論第二天的實習(xí)內(nèi)容，讓每位小組成員都明白本小組的實習(xí)任務(wù)，同時清楚各自的分工。儀器操作輪換時，小組同學(xué)之間互相幫助，分享自己的操作經(jīng)驗。小組成員之間的互動合作也加深了學(xué)生對野外工作的了解。

五、存在的不足之處

本次大地電磁野外教學(xué)實習(xí)取得了很好的教學(xué)效果，但是也存在著一些不足之處。由于教學(xué)實習(xí)時間有限、儀器數(shù)量有限，本次實習(xí)過程中，每組布設(shè)的大地電磁測深點較少，導(dǎo)致剖面上點距較大，使資料處理無法達到高精度處理解釋。

提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)社會需要的地球物理專業(yè)人才，是我們野外教學(xué)實習(xí)的主要目的。這就要求我們在教學(xué)中，適應(yīng)地球物理學(xué)專業(yè)的發(fā)展，不斷深化課程建設(shè)與改革，繼續(xù)改進和加強野外教學(xué)實習(xí)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[2]王傳雷.地球物理學(xué)北戴河教學(xué)實習(xí)指導(dǎo)書[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2012.

[3]趙國澤，陳小斌，湯吉.中國地球電磁法新進展和發(fā)展趨勢[A].紀念中國地球物理學(xué)會成立60周年專輯[C].2007，（22）4：1171-1180.

The Exploration on the Geo-electromagnetics Field Practice Teaching of Geophysics

ZHANG Wen-bo

（China University of Geosciences（Wuhan），Institute of Geophysics & Geomatics，Wuhan，Hubei 430074，China）

Abstract：Based on analyzing the deficiency of the previous Geo-electromagnetics field practice teaching，combining the education characteristics of the geophysics of our institute，we explored to adopt the magnetotelluric sounding method as the main content of Geo-electromagnetics field practice teaching，and analyzed the field practice teaching effect of magnetotelluric.

Key words：geophysics；field practice teaching；magnetotelluric sounding