重力勘探生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)實(shí)踐與改革

王輝 朱國(guó)維

摘 要：重力勘探是地球物理勘探的主要方法之一，生產(chǎn)實(shí)習(xí)是聯(lián)系理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐技能的重要橋梁，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，使學(xué)生能夠按照行業(yè)技術(shù)規(guī)范，掌握測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)、儀器性能測(cè)試、野外數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及反演解釋所有環(huán)節(jié)的工作方法，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力與綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：地球物理學(xué)；重力勘探；生產(chǎn)實(shí)習(xí)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）10-0078-03

Abstract： Gravity exploration is one of the main methods of geophysical exploration， gravity exploration and production practice is an important bridge between the theoretical study and practical skills， through production practice， so that students can be in accordance with technical specifications， complete measuring network instrument design， performance testing， field data collection， data processing and inversion of all links， improve the ability of professional practice with the comprehensive quality of students.

Keywords： geophysics； gravity exploration； production practice； teaching reform

目前全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)設(shè)地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的高校已達(dá)10余所，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)于2010年開(kāi)始招生，是由中國(guó)工程院彭蘇萍院士倡導(dǎo)，以我國(guó)能源泰斗孫越琦先生名字命名為“越崎班”，是實(shí)踐能源工業(yè)精英教育教學(xué)體系的試點(diǎn)班，由地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院、煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同建設(shè)，充分利用我?！澳茉磁c安全”學(xué)科齊全的優(yōu)勢(shì)和良好的教學(xué)資源，構(gòu)建研究型本科教育環(huán)境，培養(yǎng)地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)高素質(zhì)創(chuàng)新人才。

從2013年開(kāi)始對(duì)本科生進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)，首次生產(chǎn)實(shí)習(xí)是在吉林大學(xué)老師們的幫助下完成的，之后便開(kāi)始由本校老師單獨(dú)指導(dǎo)。經(jīng)過(guò)幾年生產(chǎn)實(shí)習(xí)的教學(xué)與改革，逐漸形成了具有我校特色的教學(xué)。本文以重力勘探生產(chǎn)實(shí)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐與改革，進(jìn)行闡述。

一、根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，明確實(shí)習(xí)內(nèi)容

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)中對(duì)學(xué)生“實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)”的培養(yǎng)要求，安排合理、豐富的實(shí)習(xí)內(nèi)容。對(duì)重力實(shí)習(xí)而言，要求根據(jù)國(guó)家行業(yè)規(guī)范，完成測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)、儀器性能測(cè)試、野外數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及反演解釋所有環(huán)節(jié)實(shí)習(xí)內(nèi)容，掌握各項(xiàng)實(shí)習(xí)內(nèi)容的具體細(xì)節(jié)。具體包括：

（1）測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)任務(wù)、測(cè)區(qū)面積大小，設(shè)計(jì)測(cè)網(wǎng)密度，在實(shí)習(xí)的第一天，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，并設(shè)計(jì)測(cè)網(wǎng)，要求掌握GPS的使用，以及航點(diǎn)的導(dǎo)入和導(dǎo)出。

（2）測(cè)地工作，在近區(qū)利用森林羅盤(pán)和三腳架，進(jìn)行近區(qū)高程測(cè)量。

（3）儀器操作，熟練掌握美國(guó)進(jìn)口的Burris重力儀的使用與維護(hù)。

（4）按照規(guī)范要求，進(jìn)行儀器性能測(cè)試，包括靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，并計(jì)算儀器的零點(diǎn)漂移率。

（5）基點(diǎn)網(wǎng)聯(lián)測(cè)，掌握三程循環(huán)法和往返重復(fù)觀測(cè)法，并進(jìn)行平差計(jì)算，對(duì)比兩種方法的效率和精度。

（6）進(jìn)行普通點(diǎn)、檢查點(diǎn)觀測(cè)，并適當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)充點(diǎn)測(cè)量，計(jì)算測(cè)量誤差。

（7）數(shù)據(jù)整理，進(jìn)行混合零點(diǎn)校正、地形改正、正常場(chǎng)改正和布格改正。

（8）數(shù)據(jù)處理，包括空間域與波數(shù)域的延拓、求導(dǎo)等處理。

（9）最后，反演并進(jìn)行地質(zhì)解釋。

通過(guò)設(shè)置豐富的實(shí)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生能夠意識(shí)到實(shí)習(xí)的任務(wù)較重（重力勘探實(shí)習(xí)通常為一個(gè)星期），增加學(xué)習(xí)壓力，同時(shí)又能按照實(shí)習(xí)內(nèi)容，逐步進(jìn)行，將壓力轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，最終使學(xué)生通過(guò)一次生產(chǎn)實(shí)習(xí)，對(duì)重力勘探的方法原理和實(shí)踐有全面而深刻的認(rèn)識(shí)。

二、嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范，提高重力測(cè)量精度

重力勘探方法是基于礦體或構(gòu)造與圍巖密度上的差異，通過(guò)測(cè)量重力場(chǎng)來(lái)獲取重力異常，從觀測(cè)重力值中去掉與研究對(duì)象無(wú)關(guān)的各種因素的影響，獲得單純由礦體或構(gòu)造等密度不均勻體產(chǎn)生的重力異常，進(jìn)而達(dá)到找礦和研究地質(zhì)構(gòu)造的目的[1]。

與磁法、電法和地震等地球物理方法相比，重力勘探最重要的一個(gè)特點(diǎn)是重力場(chǎng)的測(cè)量是弱力測(cè)量，而且重力場(chǎng)是由多種因素共同影響的疊加場(chǎng)[2]，不僅受固體潮因素和零點(diǎn)漂移的影響，還與該測(cè)點(diǎn)所處的緯度、高度、地形因素以及地下礦體或構(gòu)造的密度分布有關(guān)[3]。地下密度不均勻體產(chǎn)生的重力異常通常不超過(guò)幾百g.u.，而僅地形因素影響的重力值就高達(dá)3～4萬(wàn)g.u.[2]。因此，重力勘探實(shí)習(xí)教學(xué)中一個(gè)重要的任務(wù)是提高學(xué)生嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度。在實(shí)習(xí)開(kāi)始時(shí)，教師向?qū)W生下達(dá)實(shí)習(xí)任務(wù)書(shū)和實(shí)習(xí)規(guī)范，要求學(xué)生嚴(yán)格按照國(guó)家行業(yè)規(guī)范《1：5萬(wàn)重力規(guī)范DZ2004-2011》進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)。如重力儀的靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，要求學(xué)生將重力儀放在一層樓房，連續(xù)觀測(cè)時(shí)間應(yīng)不少于24小時(shí)，重力儀讀數(shù)間隔時(shí)間不少于10分鐘。如在巖石密度的測(cè)量時(shí)，要求學(xué)生采集標(biāo)本不少于30塊，測(cè)量密度后做頻率分析，確保密度測(cè)量的精度。

三、設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)記錄表，督促學(xué)生

生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)，學(xué)生一般以小組為單位，每小組8-10人，要求團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同完成各項(xiàng)實(shí)習(xí)內(nèi)容，但其中有些同學(xué)學(xué)習(xí)積極性不強(qiáng)，態(tài)度不夠認(rèn)真。為了進(jìn)一步規(guī)范實(shí)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生的積極性，將實(shí)習(xí)內(nèi)容細(xì)化，細(xì)化至每天，并讓學(xué)生填寫(xiě)實(shí)習(xí)記錄，每天實(shí)習(xí)結(jié)束后，由老師檢查并評(píng)價(jià)打分，與此同時(shí)，提高考核時(shí)的平時(shí)成績(jī)比例，每天考核平時(shí)成績(jī)，最終成績(jī)由每天的平時(shí)成績(jī)累計(jì)獲得。有了每天的督促與評(píng)價(jià)，不僅有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也有利于學(xué)生與教師的交流討論，讓教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題。

四、以問(wèn)題為導(dǎo)向，提高學(xué)生實(shí)習(xí)主動(dòng)性

實(shí)踐教學(xué)中經(jīng)常會(huì)遇到各種實(shí)際問(wèn)題，而問(wèn)題恰好是啟發(fā)同學(xué)思考的好機(jī)會(huì)，如重力資料整理時(shí)的地形校正[4]，地形校正需要地形圖[5-6]，而高精度的地形圖屬于國(guó)家機(jī)密，即使允許使用，大比例尺的地形圖也需要購(gòu)買(mǎi)，費(fèi)用較高，本科實(shí)習(xí)教學(xué)經(jīng)費(fèi)難以支持，導(dǎo)致在重力實(shí)習(xí)教學(xué)工作中無(wú)法開(kāi)展地形改正。針對(duì)該問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生利用DEM遙感影像數(shù)據(jù)中獲取地形，以小組為單位，編程實(shí)現(xiàn)對(duì)DEM遙感影像數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取，并完成地形改正的計(jì)算。該問(wèn)題快速激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，各小組開(kāi)始從網(wǎng)上下載高精度的DEM數(shù)據(jù)，利用MATLAB語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)地形改正。從實(shí)驗(yàn)報(bào)告中來(lái)看，各組學(xué)生即使采用的計(jì)算方法不相同，如有的采用扇形的圓柱體進(jìn)行地形剖分，還有的利用錐形體和立方體進(jìn)行剖分。但都能夠獨(dú)立完成地形改正的工作，再通過(guò)各組之間的對(duì)比，比較多種地形改正計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)。如圖1是其中一組學(xué)生的地形改正計(jì)算方法，采用扇形域進(jìn)行八個(gè)方位的剖分，計(jì)算扇形區(qū)域坐標(biāo)后，投影到DEM影像中，從而獲得扇形域各個(gè)頂點(diǎn)（圖中白點(diǎn)）的高程。最后求和，得到地形改正值，地形改正后，在進(jìn)行緯度改正和布格改正，獲得測(cè)區(qū)內(nèi)的布格重力異常。

五、改革考核指標(biāo)，全面評(píng)價(jià)

某種程度上，成績(jī)的考核指標(biāo)決定了學(xué)生的重視與認(rèn)真程度。實(shí)踐教學(xué)重在實(shí)踐，重在平時(shí)，而最終的實(shí)習(xí)報(bào)告，乃至反演解釋?zhuān)c個(gè)人的專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。因此，將平時(shí)成績(jī)提升為60%，實(shí)習(xí)報(bào)告只占20%，實(shí)習(xí)日志占10%，引導(dǎo)每位學(xué)生，自己動(dòng)手完成各項(xiàng)試驗(yàn)。另外在實(shí)習(xí)最后一天，讓每位同學(xué)根據(jù)自己的實(shí)習(xí)情況，向全體師生作報(bào)告，根據(jù)報(bào)告情況，教師打分（占10%）并給予現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，更有利于避免有些學(xué)生，不動(dòng)手而直接抄襲他人實(shí)習(xí)報(bào)告的現(xiàn)象。最終促使每個(gè)同學(xué)能積極認(rèn)真對(duì)待實(shí)習(xí)，順利完成實(shí)習(xí)任務(wù)，達(dá)到實(shí)習(xí)預(yù)期目標(biāo)。

六、結(jié)束語(yǔ)

地球物理是一門(mén)對(duì)理論要求較高，且實(shí)踐性又非常強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，使學(xué)生全面復(fù)習(xí)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，提升實(shí)踐能力水平。通過(guò)不斷的探索與努力，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）始終堅(jiān)持培養(yǎng)“實(shí)踐能力強(qiáng)，創(chuàng)新能力突出”的地球物理專(zhuān)業(yè)本科生，從近兩年的畢業(yè)生就業(yè)情況以及全國(guó)大學(xué)生地球物理競(jìng)賽成績(jī)來(lái)看，我校本科生的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力并不亞于地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的傳統(tǒng)院校。

參考文獻(xiàn)

[1]焦新華，吳燕岡.重力與磁法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2009.

[2]曾華霖.重力場(chǎng)與重力勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[3]肖鋒，杜曉娟.重力與磁法勘探生產(chǎn)教學(xué)實(shí)習(xí)的思考與實(shí)踐[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2016（10）：20-23.

[4]郭良輝，孟小紅，石磊，等.“應(yīng)用重力學(xué)”課程教學(xué)與改革[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2010，73（1）：36-39.

[5]崔燕麗.《重磁勘探》課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，11（1）：161-162.

[6]李建平.地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)《重力學(xué)》課程教學(xué)體會(huì)與探索[J].教育教學(xué)論壇，2011（21）：117-118.