地球物理學專業地電學野外教學實習探索

張文波

摘要：本文在分析原有野外教學實習不足的基礎上，結合我院地球物理學專業的培養特色，探索了“大地電磁測深法”作為地球物理學專業地電學的主要實習內容，并分析了大地電磁野外教學實習的教學效果。

關鍵詞：地球物理學；野外教學實習；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”是地球物理學專業的一門主要分支學科，主要以巖礦石的導電性、電化學學性、介電性和導磁性的差異為物質基礎，使用專用的儀器設備，觀測和研究大氣、海洋和固體地球內部的電場變化和分布規律，來揭示地球內部巖石物性分布和物質結構的一門學科。經過幾十年的飛速發展，地電學在地球深部結構及動力學研究、礦產勘察、環境與工程勘探中都發揮著越來越重要的作用[1]。這種發展帶來的社會需求對地電學的本科生教學提出了更高的要求。野外教學實習是“地電學”課程教學的重要組成部分，是課堂教學的延伸與補充。野外教學實習，將課堂理論知識與野外實際工作相結合，鞏固和加深學生對理論知識的理解，使他們能更加熟悉儀器原理、性能和操作規程，學習數據采集工作的各個環節，掌握野外實測資料的整理、數據處理、反演解釋、以及報告編寫等，培養學生刻苦求實的工作作風和野外實際動手能力。

一、“地電學”原有野外教學實習的不足

以前，我院地球物理學專業的地電學本科野外教學實習與地球探測與信息技術專業的實習內容一樣，主要為直流電測深、電剖面法、高密度電阻率法等傳統的電法勘探方法[2]。這種以電法勘探為主的野外教學實習，取得了較好的效果，培養的學生受到了社會的好評，但也暴露出一些問題。（1）實習內容簡單陳舊。近些年，隨著科學技術的進步，地電學方法理論、儀器設備以及數據處理方法有了很大的進步，應用范圍更加廣泛[3]。原來的地電學野外實習方法和內容已經不能適應本學科的發展需要，也不能滿足社會對本專業人才的需求。（2）專業特色不明顯。以前，地球物理學專業野外教學實習與地球探測與信息技術專業野外教學實習同時進行，兩個專業的學生同組實習。這種培養方式忽視了地球物理學專業特色，也與我院地球物理專業發展方向不符。

二、精選實習內容

為了適應“地電學”的發展，凸顯我院“地球物理學”專業特色，建設國際一流的“地球物理學”專業，從今年開始，我院“地球物理學”專業摒棄傳統的“以淺層勘探為目的”的實習內容，探索以大地電磁測深為“地電學”專業的主要實習內容。（1）在柳江盆地及其周邊地區布設5—8個大地電磁測深臺站，要求學生熟悉和掌握野外大地電磁測深臺站布設的工作要點和技術。（2）通過實地的野外觀測過程，培養學生的分析和解決野外問題的能力。（3）鞏固校內“地電學”教學成果，練習使用大地電磁測深資料處理相關軟件，將基礎的理論應用到實際的大地電磁測深數據處理中。學習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，并進行地質推斷解釋。（4）訓練學生的獨立思考能力，要求能從觀測到的數據推出地下電性結構及其構造特征。（5）獨立撰寫實習報告。

三、合理組織實習

本次大地電磁野外教學實習的實施過程分為六個步驟。（1）學生分組：整個實習過程以小組為單位進行。參與本次實習的學生共42人，我們將學生分為4個小組，每個小組10—11人，每組推選一名學生當組長，負責管理本組的相關事務。（2）野外前的準備：野外準備工作分四項內容進行。首先是儀器設備的準備。與常規直流電法相比，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據采集使用，每對不極化電極間極差小于2mV。第三是森林羅盤、GPS的練習。教師指導學生練習使用GPS測定大地電磁測深點位，練習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，練習不極化電極和磁棒的埋設。最后是儀器設備操作練習。要求學生熟悉大地電磁儀器面板、接口等，讓學生練習連接儀器、設置工作任務、采集參數等。（3）野外數據采集。每次出野外前，要求每組學生檢查各自組的儀器設備是否齊全，電池是否充電。到野外后，要求根據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森林羅盤，布設電道和磁場，埋設不極化電極和磁棒，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后，檢查電纜是否連接正確，電纜敷設是否符合規范要求。然后，根據任務要求和現場條件，設置合理的采集參數。在儀器采集數據期間，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。針對學生在野外大地電磁測深臺站布設過程發現的問題，組織小組成員現場討論。采集時間截止后，檢查數據采集是否完成，數據質量是否達到要求。最后收站，清理儀器設備。整個實習過程中，要求每組完成4個點的大地電磁測深數據采集。小組各成員輪換完成操作儀器、森林羅盤、GPS、布設電極、埋設磁棒等工作。（4）室內數據處理：從儀器中導出野外采集的原始時間序列數據，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。經過數據格式轉換，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，然后對視電阻率數據進行一維Bostick反演和Occam反演，得到一維地下電性結構。要求每位學生獨立完成數據處理工作。每組學生在本組采集數據的處理完成后，結合其他組的反演結果，合成二維地下電性結構剖面。（5）報告編寫：報告內容要求包括區域地質概況、大地電磁測深方法原理、野外數據采集技術、數據處理流程和詳細的處理參數，繪制主要圖件，并進行地質推斷解釋。（6）學生匯報及教師評分：每輪實習結束之前，組織小組同學進行匯報。主要匯報實習過程中野外數據采集、數據處理過程與結果、以及地質推斷解釋成果，并分享實習的心得與體會。每位學生的實習成績由野外表現（50%）和報告內容（50%）兩部分組成。

四、野外教學效果分析

本次大地電磁測深野外教學實習，開拓了學生的視野，讓學生熟悉了大地電磁測深數據采集技術、以及資料處理方法，同時，也鍛煉了學生的實踐能力、組織管理能力和團隊合作精神。（1）實踐能力的培養。在教學實習中，培養學生的實際動手能力是本次實習的主要目的之一。在本次大地電磁野外教學實習過程中，學生們輪換操作，熟悉數據采集的各個環節，不僅培養了學生的儀器操作、數據采集能力，也鍛煉了學生解決野外突發狀況的工作能力。（2）組織管理能力的培養。在實習過程中，采用小組負責模式。每個小組長根據實習任務組織安排小組成員，合理分工，并負責管理本組儀器裝備的使用。（3）團隊合作精神的培養。野外數據采集前，組長組織小組成員討論第二天的實習內容，讓每位小組成員都明白本小組的實習任務，同時清楚各自的分工。儀器操作輪換時，小組同學之間互相幫助，分享自己的操作經驗。小組成員之間的互動合作也加深了學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實習取得了很好的教學效果，但是也存在著一些不足之處。由于教學實習時間有限、儀器數量有限，本次實習過程中，每組布設的大地電磁測深點較少，導致剖面上點距較大，使資料處理無法達到高精度處理解釋。

提高教學質量、培養社會需要的地球物理專業人才，是我們野外教學實習的主要目的。這就要求我們在教學中，適應地球物理學專業的發展，不斷深化課程建設與改革，繼續改進和加強野外教學實習，提高人才培養質量。

參考文獻：

[1]李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質出版社，2005.

[2]王傳雷.地球物理學北戴河教學實習指導書[M].武漢：中國地質大學出版社，2012.

[3]趙國澤，陳小斌，湯吉.中國地球電磁法新進展和發展趨勢[A].紀念中國地球物理學會成立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