煤炭高?？碧降卣饘W課程教學方案探討

馮磊　楊雙安　李曉斌　趙秋芳

[摘 要]勘探地震學是煤炭類高校地質專業必修的一門專業課程，現行教學方案基本照搬石油類高校地震勘探課程內容，并不完全適應煤炭行業地震勘探生產現狀。為適應煤炭高?？碧降卣饘W的課程教學，從課堂理論教學、實驗教學和課程實踐三個環節進行討論，對教學方案進行優化設計，補充傳統地震勘探課程內容，增加煤炭行業特有的礦井巷道中槽波地震勘探內容，探索更適應煤巖行業地震勘探的本科教學模式和方法。

[關鍵詞]煤炭；地震勘探；教學；實驗；實踐

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）07-0145-02

一、引言

勘探地震學是煤炭高校地質工程等專業必修的一門專業課。該課程綜合性強，包含了地質學、計算機、高等數學和大學物理等學科基礎知識，具有概念抽象化、公式復雜化、應用具體化的特點，學習該課程具有一定難度。目前地震勘探教學，不管是教材還是輔導書，內容主要是針對石油系統。石油行業地震勘探只能在地面布置檢波器，利用地震反射波或折射波進行構造探測，而煤炭行業地震數據采集方式有多種選擇，既可以在地面進行地震勘探，也可以在煤礦井下巷道中布置檢波器，利用地震槽波進行煤層厚度或者構造探測?？梢?，煤炭類高校不能完全照搬石油高校地震勘探教學模式。結合本校實際情況，我們將勘探地震學課程設定為三個部分：一是理論教學，二是實驗教學，三是實踐教學，三個環節緊密相連，綜合培養學生的理論水平和動手能力。

二、課堂理論教學內容設定

（一）課程教學安排及授課方式

勘探地震學主要講授利用震源激發地震波，通過地震波傳播特征進行構造探測的原理和相關概念。該課程實踐性強，在油氣、煤炭等礦產資源勘查領域應用廣泛。由于本課程涉及多門基礎學科，一般安排到基礎課都講授完的大三階段來開設，否則很多理論概念學生理解起來相對困難。此外，該課程最好放到野外地質填圖實習之后，學生經過野外露頭考察地層及構造，認識到要想研究地下地質構造，必須借助其他專業知識。這樣他們就有興趣去學習如何對地下地質構造進行探測。

勘探地震學研究地震波在巖層中的傳播規律和特征。由于地震波傳播看不見、摸不著，概念比較抽象，學生理解起來困難大。這就需要充分利用好現代化的多媒體教學設備，通過聲音、圖像、動畫、視頻等方式，讓學生能夠更容易理解地震波的傳播特征。或者通過類比的方式，用一些身邊的例子來幫助學生理解，提高學生學習的興趣。在課間可以播放生產單位野外數據采集工作錄像，讓學生獲得更直接的現場感官認識。在理論課講授的同時，要隨時結合生產上面臨的實際問題，擴充教學內容，讓學生明白學了這門課，到底能解決什么生產上的問題，以此提高他們學習的主動性。

（二）理論教學章節的內容安排

地震勘探工作內容分為三個階段，分別是野外數據采集、地震數據處理和地震資料解釋。理論課程共分為八個部分。首先是緒論，主要講授勘探地震學的相關概念，以及在生產單位的作用，目的是讓學生明白這門課的重要性。第一章講授地震波幾何運動學。由于課時有限，課堂上只講授地震波幾何運動學，地震波動力學作為課下自學內容。第二章地震信號頻譜分析。主要講授信號頻譜的相關概念，以及進行頻譜分析的方法。第三章地震勘探數據采集。內容包括觀測系統的設計、數據采集的方式、地震組合原理等。第四章共中心點疊加原理。本章是地震勘探的核心，重點是讓學生明白進行共中心點疊加的目的及原理。第五章地震波的傳播速度。速度是地震波的核心參數，可以從地震波速度概念、速度影響因素和速度之間的轉換關系三個方面進行講解。第六章地震勘探資料解釋，主要講授地震資料解釋的相關概念和方法，包括層位的解釋，構造的識別，構造圖的制作等。第七章礦井地震勘探方法。主要講解煤礦行業特有的槽波地震勘探技術，該方法只有煤炭行業井下巷道中進行地震勘探才有。

（三）煤炭與石油系統勘探地震學的差異

煤炭行業地震勘探既能夠在地面進行數據采集，也可以到井下巷道中進行數據采集，也就是槽波地震勘探，這個技術在煤礦應用多年，效果良好。目前，國內多家煤炭企業都已購置相關儀器設備，并應用到實際生產中。對于礦井巷道中的采集方式，國內規劃教材中都沒有涉及，學生到了生產單位，還得重新學習為適應煤炭行業快速發展的井下地震勘探技術，在課堂理論學時中單獨拿出四個學時講解這種只有煤礦行業才有的數據采集方式，重點講解和地面數據采集方式的區別，強調這種方式利用的不是地震縱波，而是煤礦中特有的“頂板-煤層-底板”組合條件下，在煤層中相互干涉形成的一種特殊波，既槽波。槽波地震數據采集方式分為反射法和透射法。反射法將炮點和檢波器布置在礦井同一巷道內，接收來自工作面內的反射槽波信號，適用于對煤層內地質構造（斷層、陷落柱等）進行探測；透射法將炮點和檢波器布置在工作面不同巷道內，接收工作面內的透射槽波信號，適合煤層厚度和煤巖類型的探測。

（四）緊跟學科技術前沿重視軟件操作

由于國內外石油公司眾多，開展地震勘探技術服務研究的公司發展迅猛，很多新技術不斷涌現，并很快應用到企業實際生產中。授課教師必須緊跟學科技術發展，以適應地震勘探領域信息快速發展的需求。在課堂中，教師可以穿插介紹國外最新地震勘探進展情況，把每年美國地球物理年會和中國地球物理年會上的研究進展和科研動態介紹給學生，以擴展學生的知識面。同時，這也有利于大四階段的畢業設計選題。目前地震勘探許多技術都已經商業化，都有成熟的商業軟件，在企業實際工作中，基本上都離不開專業軟件的使用，如地震數據采集中進行觀測系統設計的KLseis、Mesa，用于靜校正的TomoPlus等。地震數據處理相關軟件有Promax、CGG、Omega、Focus等，地震解釋軟件有GeoFrame、LandMark、Epos等。因此，在課堂上除了講授相關專業理論知識外，還應該重點介紹相關的軟件。如有條件，最好能夠讓學生都能動手操作，使學生能夠快速上手，利用相關軟件解決實際生產問題。

三、課內實驗教學項目設計

教學安排理論課時與實驗課時的比例約為7∶1或者8∶1，實驗室課時相對較少，主要安排地震數據采集和地震資料處理兩個項目實驗。地震數據采集實驗，包括地震波的激發和接收。由于實驗室模擬礦井巷道中煤層槽波傳播難以實現，所以仍以地面數據采集方式為主，利用實驗室擁有的重慶奔騰儀器廠產的BTW24道工程地震儀，采用錘擊震源進行激發，產生地震波，接收地震波。實驗采用分組的方式，每組學生各自設計觀測系統，布置檢波器，并操作主機進行數據采集。這可以鍛煉學生野外地震勘探數據采集水平，培養學生地震儀操作、觀測系統設計、檢波器布設、線纜連接、組織施工協調等能力。

地震數據處理內容龐雜，從抽道集、去噪、靜校正、動校正、水平疊加到偏移成像，每一個環節實現起來都相當復雜?，F有的商業地震處理軟件基本上都運行在Unix或者Linux平臺，需要有工作站硬件支持，而建設工作站機房成本高、維護困難，學校尚不具備條件。因此，地震數據處理實驗項目可以利用現有的普通計算機機房，讓學生動手編程實現地震勘探涉及的基本原理。為適應不同學生的編程能力，可自由選擇C、C++、Fortran及matlab等程序語言，學生可以根據自身對編程語言的掌握程度隨意選擇。對于編程能力較強的學生，一般建議他們選擇C、C++等編譯性語言進行編寫。如果編程能力一般，那么可以利用matlab這種相對簡單的解釋化語言進行編程。

四、課程設計實踐環節設置

地質類專業的學生具有較強的地質理論基礎，走上生產崗位后，更適合從事地震資料解釋工作。為此，可以專門安排兩周的課程實踐環節，進行地震資料解釋課程實習。選擇某礦區典型地震資料，最好是構造相對簡單，斷層、陷落柱、采空區等有明顯特征。學生自己動手，通過對煤層和斷層的解釋，可以讓他們充分理解地震勘探資料解釋工作的相關流程及方法。如有條件，可在工作站上進行，或者讓學生采用手工方式進行地震剖面的構造解釋，并完成兩張構造圖?？刹捎梅纸M制，四五個學生為一組，每個學生負責不同的環節，每組分為組長，解釋員和制圖員等。組長總體負責地震資料解釋工作，解釋員1到2名，負責解釋地震層位和斷層。制圖員負責將數據落實到圖紙，并完成構造成圖。這樣既可以鍛煉學生的專業知識，也可以培養學生的團隊協助能力。由于地震資料解釋多解性強，因此指導教師在實踐環節只講地震解釋的基本流程和方法，剩下的完全交給學生，以培養學生的自我學習能力和創造性。構造圖完成后，讓每個學生寫實習報告，并要求每個學生寫本次實習的心得體會，以及地震資料解釋中出現的問題和處理方法。

五、結語

勘探地震學是一門理論與實踐相結合的學科，應充分利用現有的教學資源，從理論、實驗和實踐三個環節加強對學生專業能力的培養，以提高學生對地震勘探的理解，讓學生適應快速發展的煤炭行業，為將來學生畢業后進入生產崗位能夠直接將學校所學知識應用到實際工作奠定良好的基礎。

[ 注 釋 ]

[1] 云美厚.“應用地球物理學”課程整合教學嘗試[J].中國地質教育，2013（87）：44-46.

[2] 楊雙安.基于“卓越計劃”的煤田地震勘探教學模式[J].大學教育，2015（8）：146-147.

[3] 馮磊.《應用地球物理》礦業類高校課程教學內容探討[J].教育聚焦，2011（11）：22-23.

[責任編輯：陳 明]