地球物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K化設(shè)計(jì)探討

張雅晨　勾福巖

摘 要：所謂地球物理學(xué)，主要是指遵循相關(guān)的物理理論對地學(xué)問題進(jìn)行處理，結(jié)合地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)、重力場形態(tài)等建立對地球本體的認(rèn)識，采取科學(xué)合理的勘探方式。與此同時(shí)，地球物理學(xué)科還被稱之為定量學(xué)科，方法有著較強(qiáng)的數(shù)學(xué)邏輯和物理定量，從實(shí)質(zhì)上來看，要想獲取準(zhǔn)確的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，就應(yīng)當(dāng)引進(jìn)物理方程方式，此種方式效果極高，有利于為動力學(xué)模型的制定提供一定的幫助，而且數(shù)理邏輯性極強(qiáng)。在當(dāng)前地球物理課程開展期間，最為關(guān)鍵的一方面是必須確保學(xué)生對地球物理知識點(diǎn)有個(gè)全面的掌握，深入探究地學(xué)模型基本參數(shù)，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)教學(xué)模塊化，以此幫助學(xué)生掌握更加充足的知識點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：地球物理試驗(yàn)教學(xué);模塊化設(shè)計(jì);探討

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

0 引言

地球物理學(xué)屬于集物理理論與數(shù)學(xué)分析方式為一體解決地學(xué)問題的交叉性學(xué)科，基于此，在設(shè)置專業(yè)課程的過程中，必須注重理論和實(shí)踐為一體。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是地球物理專業(yè)課程的主要教學(xué)內(nèi)容，將巖石物性測試和現(xiàn)場資料相互聯(lián)系起來，可以形成完善的教學(xué)體系。除此之外，實(shí)驗(yàn)工作必須與課程教學(xué)框架結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系到一起，創(chuàng)建地學(xué)問題與物理過程的關(guān)聯(lián)，從而加深學(xué)生對理論知識點(diǎn)的掌握，以此提高教學(xué)質(zhì)量。

1 教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)方案的制定和設(shè)計(jì)思路的落實(shí)

基本的操作原理表現(xiàn)為全面探究地表地球物理場情況，在分析的同時(shí)掌握各項(xiàng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涉及到的環(huán)節(jié)有很多，具體表現(xiàn)為地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)動情況等使用數(shù)學(xué)物理的方式解決各項(xiàng)難題。也就是說，引進(jìn)物理方程方式，應(yīng)用此種類型的方式來明確具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)定量參數(shù)，制定相關(guān)的動力學(xué)模型?，F(xiàn)階段全面實(shí)行地球物理學(xué)專業(yè)工作的實(shí)質(zhì)性目的是為了讓學(xué)生進(jìn)一步了解到地球物理學(xué)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成情況，將物理參數(shù)模型和物理過程模型相互聯(lián)系到一起，然后從信息中獲取地球內(nèi)包含的內(nèi)部信息，進(jìn)而結(jié)合實(shí)際情況制定完善的地球內(nèi)部各項(xiàng)參數(shù)模型，依照以上思路開展教學(xué)工作，從中看出，學(xué)生只有認(rèn)真探究教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊中的各項(xiàng)操作原理以及相關(guān)內(nèi)容，樹立正確的思維理念，才能夠更好的進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)水平和質(zhì)量的提升，最終掌握諸多的知識點(diǎn)[1]。

依照地球物理課程內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)要求來看，針對于地球物理基礎(chǔ)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)工作開展情況進(jìn)行合理的劃分，可以將其分成多個(gè)方面，分別是：第一，巖石參數(shù)的測試模塊;這種類型的模塊能夠明確地球物理層的特點(diǎn)，使其和介質(zhì)物性有效結(jié)合。第二，實(shí)驗(yàn)?zāi)K;該項(xiàng)模塊可以對地理學(xué)問題進(jìn)行判斷和探究，然后也能夠和地球物理產(chǎn)特征相結(jié)合，第三，觀測資料處理分析模塊;有利于為地球物理參數(shù)模塊的制定提供良好的依據(jù)，從中掌握到地學(xué)問題。在這一階段中，第一種測試模塊在后兩項(xiàng)模塊中占據(jù)著主要的位置，有助于將地表地理物理場和地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)相結(jié)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(jié)合地球內(nèi)部空間分布現(xiàn)象來構(gòu)建規(guī)范性的參數(shù)模型，以此實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的目的。本文結(jié)合具體情況，簡單對這三項(xiàng)模塊的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行了探究：

1.1巖石物性參數(shù)測試

對于巖石物性參數(shù)中的測試試驗(yàn)?zāi)K來講，大體上包含了多個(gè)方面，復(fù)雜性極高。當(dāng)前階段，開展實(shí)驗(yàn)工作是加大學(xué)生對地表地球物理場的認(rèn)識程度，掌握到地表觀測物理場空間產(chǎn)生變化的主要原因是因?yàn)椴煌镔|(zhì)和物理結(jié)構(gòu)組合形成了地球內(nèi)部巖石，因此具備的性質(zhì)不一樣，處于地下空間內(nèi)有著不相同的分布形態(tài)，所以發(fā)生了變化，此種現(xiàn)象被稱之為地球物理場的異常場分布。

在該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，觀察巖石樣品為主要的內(nèi)容，主要是從巖石樣品結(jié)構(gòu)和差異性等方面入手，進(jìn)行詳細(xì)的觀察，學(xué)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(shù)量差別以及結(jié)構(gòu)差別，還有對物性參數(shù)產(chǎn)生的一系列影響等，從而創(chuàng)建地學(xué)模型參數(shù)化理念。

1.2地球物理場觀測實(shí)驗(yàn)

實(shí)施實(shí)驗(yàn)的主要目的是為了將地表物理特征量以及地下介質(zhì)物理特征相互聯(lián)系起來，依照具體的操作原理以及規(guī)范性的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，明確認(rèn)識到進(jìn)行地球物理探測的主要目標(biāo)，從而更好地應(yīng)用地球物理。本文以在課堂中開展的全極化探地雷達(dá)實(shí)驗(yàn)舉例說明，由學(xué)生在室內(nèi)物理模擬測試，取得交叉和共極化響應(yīng)信息，隨后在室外通過目標(biāo)金屬板和角反射器的正演模擬，將正演模擬與室內(nèi)物理模擬測試結(jié)果作對比得到其一致性信息。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^探地雷達(dá)將淺層地震探測實(shí)驗(yàn)的操作原理和應(yīng)用更為清楚的表達(dá)出來，學(xué)生采取該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛄私獾降厍蛭锢韴鲇^測實(shí)驗(yàn)的具體方式。全極化探地雷達(dá)實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。

現(xiàn)階段，當(dāng)實(shí)施物理場觀測實(shí)驗(yàn)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(guān)的野外測量目標(biāo)計(jì)劃以后，學(xué)生按照野外測量環(huán)境以及具體的測量效果等合理優(yōu)化方案，將該項(xiàng)方案落實(shí)于具體實(shí)踐環(huán)節(jié)中，采取室外測量的模式來優(yōu)化工作流程，歸納相關(guān)知識點(diǎn)，讓學(xué)生根據(jù)自身掌握的理論知識解決各項(xiàng)難題。此種類型的實(shí)驗(yàn)有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1.3觀測資料處理實(shí)驗(yàn)工作的開展

對于地球物理來講，本身有著極高的復(fù)雜性和觀測性，具體的觀測要點(diǎn)涉及到了多方面，比如地震資料，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)將相關(guān)資料整合到一起，確保完善性，全面掌握物理場中的各項(xiàng)要點(diǎn)，借助該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作幫助學(xué)生更加全面的掌握物理場觀測資料中的諸多知識點(diǎn)，認(rèn)識到參數(shù)物理模型和地學(xué)問題之間存在的差別，幫助學(xué)生結(jié)合自身所需的知識點(diǎn)來解決各項(xiàng)問題。此項(xiàng)環(huán)節(jié)具體分為對數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測，然后采取預(yù)處理的方式，整合觀測的資料，進(jìn)一步研究。

（1）進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處理實(shí)驗(yàn)部分訓(xùn)練，能夠幫助學(xué)生判斷以及認(rèn)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(shí)際情況選取最佳的設(shè)備，全面處理數(shù)據(jù)，比如天然地震內(nèi)的頻譜特征，數(shù)字濾波的運(yùn)行原理等，在實(shí)驗(yàn)期間，學(xué)生還應(yīng)當(dāng)借助工具軟件來分析時(shí)間信號。