地球物理實驗模塊化設計探討

張雅晨　勾福巖

摘 要：所謂地球物理學，主要是指遵循相關的物理理論對地學問題進行處理，結合地球內部圈層結構、重力場形態等建立對地球本體的認識，采取科學合理的勘探方式。與此同時，地球物理學科還被稱之為定量學科，方法有著較強的數學邏輯和物理定量，從實質上來看，要想獲取準確的地球內部結構數據，就應當引進物理方程方式，此種方式效果極高，有利于為動力學模型的制定提供一定的幫助，而且數理邏輯性極強。在當前地球物理課程開展期間，最為關鍵的一方面是必須確保學生對地球物理知識點有個全面的掌握，深入探究地學模型基本參數，科學合理的設計教學模塊化，以此幫助學生掌握更加充足的知識點。

關鍵詞：地球物理試驗教學;模塊化設計;探討

中圖分類號：P3-4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）06-0253-02

0 引言

地球物理學屬于集物理理論與數學分析方式為一體解決地學問題的交叉性學科，基于此，在設置專業課程的過程中，必須注重理論和實踐為一體。而實驗教學是地球物理專業課程的主要教學內容，將巖石物性測試和現場資料相互聯系起來，可以形成完善的教學體系。除此之外，實驗工作必須與課程教學框架結構相互聯系到一起，創建地學問題與物理過程的關聯，從而加深學生對理論知識點的掌握，以此提高教學質量。

1 教學實驗模塊設計方案的制定和設計思路的落實

基本的操作原理表現為全面探究地表地球物理場情況，在分析的同時掌握各項數據，這些數據涉及到的環節有很多，具體表現為地球內部結構、運動情況等使用數學物理的方式解決各項難題。也就是說，引進物理方程方式，應用此種類型的方式來明確具體的內部結構定量參數，制定相關的動力學模型。現階段全面實行地球物理學專業工作的實質性目的是為了讓學生進一步了解到地球物理學和內部結構組成情況，將物理參數模型和物理過程模型相互聯系到一起，然后從信息中獲取地球內包含的內部信息，進而結合實際情況制定完善的地球內部各項參數模型，依照以上思路開展教學工作，從中看出，學生只有認真探究教學實驗設計模塊中的各項操作原理以及相關內容，樹立正確的思維理念，才能夠更好的進行學習，實現學習水平和質量的提升，最終掌握諸多的知識點[1]。

依照地球物理課程內容以及實驗教學設計要求來看，針對于地球物理基礎課程教學實驗工作開展情況進行合理的劃分，可以將其分成多個方面，分別是：第一，巖石參數的測試模塊;這種類型的模塊能夠明確地球物理層的特點，使其和介質物性有效結合。第二，實驗模塊;該項模塊可以對地理學問題進行判斷和探究，然后也能夠和地球物理產特征相結合，第三，觀測資料處理分析模塊;有利于為地球物理參數模塊的制定提供良好的依據，從中掌握到地學問題。在這一階段中，第一種測試模塊在后兩項模塊中占據著主要的位置，有助于將地表地理物理場和地球內部結構相結合。模塊三對資料處理分析期間是以模塊二中的物理場信息為主的，結合地球內部空間分布現象來構建規范性的參數模型，以此實現相應的目的。本文結合具體情況，簡單對這三項模塊的設計情況進行了探究：

1.1巖石物性參數測試

對于巖石物性參數中的測試試驗模塊來講，大體上包含了多個方面，復雜性極高。當前階段，開展實驗工作是加大學生對地表地球物理場的認識程度，掌握到地表觀測物理場空間產生變化的主要原因是因為不同物質和物理結構組合形成了地球內部巖石，因此具備的性質不一樣，處于地下空間內有著不相同的分布形態，所以發生了變化，此種現象被稱之為地球物理場的異常場分布。

在該項實驗環節中，觀察巖石樣品為主要的內容，主要是從巖石樣品結構和差異性等方面入手，進行詳細的觀察，學生通過測試不同類型的巖石樣品能夠掌握到不同巖石之間的數量差別以及結構差別，還有對物性參數產生的一系列影響等，從而創建地學模型參數化理念。

1.2地球物理場觀測實驗

實施實驗的主要目的是為了將地表物理特征量以及地下介質物理特征相互聯系起來，依照具體的操作原理以及規范性的方式進行實驗，明確認識到進行地球物理探測的主要目標，從而更好地應用地球物理。本文以在課堂中開展的全極化探地雷達實驗舉例說明，由學生在室內物理模擬測試，取得交叉和共極化響應信息，隨后在室外通過目標金屬板和角反射器的正演模擬，將正演模擬與室內物理模擬測試結果作對比得到其一致性信息。此項實驗能夠通過探地雷達將淺層地震探測實驗的操作原理和應用更為清楚的表達出來，學生采取該實驗能夠了解到地球物理場觀測實驗的具體方式。全極化探地雷達實驗，如圖1所示。

現階段，當實施物理場觀測實驗工作的過程中，首先需要依照具體情況來制定合理的方案，加大室外測量力度，這是非常重要的，等到制定了有關的野外測量目標計劃以后，學生按照野外測量環境以及具體的測量效果等合理優化方案，將該項方案落實于具體實踐環節中，采取室外測量的模式來優化工作流程，歸納相關知識點，讓學生根據自身掌握的理論知識解決各項難題。此種類型的實驗有利于激發學生的學習積極性。

1.3觀測資料處理實驗工作的開展

對于地球物理來講，本身有著極高的復雜性和觀測性，具體的觀測要點涉及到了多方面，比如地震資料，相關人員應當將相關資料整合到一起，確保完善性，全面掌握物理場中的各項要點，借助該項實驗工作幫助學生更加全面的掌握物理場觀測資料中的諸多知識點，認識到參數物理模型和地學問題之間存在的差別，幫助學生結合自身所需的知識點來解決各項問題。此項環節具體分為對數據進行觀測，然后采取預處理的方式，整合觀測的資料，進一步研究。

（1）進行觀測數據的預處理實驗部分訓練，能夠幫助學生判斷以及認識到觀測資料中包含的物理場信息，具體涉及到了引起的噪聲等，依照實際情況選取最佳的設備，全面處理數據，比如天然地震內的頻譜特征，數字濾波的運行原理等，在實驗期間，學生還應當借助工具軟件來分析時間信號。