時(shí)間：2023-03-22 17:43:56
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中圖分類(lèi)號(hào)：P336文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引 言
物探是地球物理勘探的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是根據(jù)各種巖石之間的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異，利用地球物理的原理，采用不同的物探儀器和物理方法，對(duì)工程區(qū)的地球物理場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，以解決地質(zhì)問(wèn)題的一種物理勘探方法。 當(dāng)?shù)叵聠卧械叵滤?，它的含水量將與電導(dǎo)率、滲透率、地層孔隙度、礦化度等諸多因素相關(guān)。 此外放射異常、彈性波阻抗異常、磁異常等均可以運(yùn)用在水文地質(zhì)實(shí)際工作中去。 在實(shí)際中，水文地質(zhì)工作可以采用很多種類(lèi)的地球物理勘探方法。 本文將對(duì)其中幾種主要方法進(jìn)行介紹，如高密度電阻率法、激發(fā)極化法、CSAMT、瞬變電磁法和地面核磁共振法等。
1 高密度電阻率法
巖石電阻率是由多種因素共同決定的。 這些因素包括含水量及水的礦化度、孔隙度、顆粒結(jié)構(gòu)、礦物成分等。 在同一層巖石中有沒(méi)有含水，會(huì)在很大的限度上決定電阻率的數(shù)值。 運(yùn)用電阻率物探方法進(jìn)行水文地質(zhì)勘查，其實(shí)就是通過(guò)測(cè)定含水層的電阻率在其空間的分布規(guī)律，探查和發(fā)現(xiàn)含水巖層的儲(chǔ)水條件、空間展布，最終進(jìn)行水文地質(zhì)勘查，這種方法是一種間接找水的方法。高密度電法實(shí)際上是電剖面法和電測(cè)深法相結(jié)合的產(chǎn)物。其基本原理與普通電阻率法相同， 通過(guò) A、B 電極向地下供電流，然后在 M、N 極間測(cè)量電位差，從而可求得該點(diǎn)（M、N 之間）的視電阻率值。 高密度電阻率法原理如圖 1 所示。
圖1 高密度電阻率法原理圖
由于在觀實(shí)際測(cè)中布置了高密度的觀測(cè)點(diǎn)，所以高密度電阻率法是陣列思想應(yīng)用于電阻率法的產(chǎn)物。 高密度電阻率法為地下水資源勘查提供了有效、快捷的工具。 它不但可以運(yùn)用非含水地層和含水介質(zhì)之間的電性差異，來(lái)直觀的獲取水循環(huán)條件、富水特性和含水層位置等方面的信息；還可以通過(guò)建立含鹽量與電阻率之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)含鹽量的動(dòng)態(tài)原位監(jiān)測(cè)。 除此之外，因?yàn)楹橘|(zhì)導(dǎo)電特性和導(dǎo)水性之間非常相似，高密度電阻率法便為水文地質(zhì)參數(shù)的校正、確定提供了一種有效的手段。
2 激發(fā)極化法
激發(fā)極化法（或激電法）就是以巖、礦石激發(fā)極化效應(yīng)的差異為基礎(chǔ)來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題的一類(lèi)勘探方法。 當(dāng)對(duì)地下地質(zhì)體供入一直流脈沖 ΔV1，在供電電流不變的情況下，可觀測(cè)到如下現(xiàn)象：地面上兩個(gè)測(cè)量電極的地位差 ΔV（t）隨時(shí)間增加而趨于飽和值。 在供電電流斷開(kāi)之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)電極間電位差將快速的衰減，在衰減帶一定的數(shù)值后，衰減的速度將開(kāi)始變慢，經(jīng)過(guò)一點(diǎn)時(shí)間后，其可衰減為零。 這種在放電和充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)現(xiàn)象，被稱(chēng)為激發(fā)極化效應(yīng)。在實(shí)際地質(zhì)應(yīng)用方面，初期的激電法主要用于勘查硫化金
屬礦床，后來(lái)發(fā)展到諸多領(lǐng)域，如氧化礦床、非金屬礦床、工程地質(zhì)問(wèn)題等。 近年來(lái)，激電法找水效果十分顯著，被譽(yù)為“找水新法”。 利用激電法確定地層的含水性，這種方法最好與高密度電阻率法相結(jié)合，這樣就可以提高找水的成功率，降低地球物理解釋的多解性。
3 （CSAMT）可控源音頻大地電磁法
CSAMT 是在（AMT）音頻大地電磁和（MT）大地電磁法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種可控源頻率測(cè)深方法。 可控源音頻大地電磁法運(yùn)用可控制的人工場(chǎng)源來(lái)測(cè)量從電偶極源到地下的電磁場(chǎng)分量，兩個(gè)電極的電源距離在 1~2km，測(cè)量是在距離場(chǎng)源5~10km 之外的地方進(jìn)行 。 CSAMT 方法的工作頻率一般從10kHz~0.125Hz，因此，勘探深度一般可從地表到地下幾千米 。由于該方法運(yùn)用巨大的人工信號(hào)源，能夠壓制干擾，所以可以采集到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。 CSAMT 方法的基本理論是基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組， 導(dǎo)出電場(chǎng) Hy、ρs磁場(chǎng)與視電阻率的關(guān)系式為:
可控源音頻大地電磁法的出現(xiàn)展示出了較好的應(yīng)用前景，其作為激發(fā)極化法和普通電阻率法的補(bǔ)充，可以深層次的解決地質(zhì)問(wèn)題。 例如地?zé)峥辈楹退墓こ痰刭|(zhì)勘查、推覆體或火山巖下找煤、油氣構(gòu)造勘查等方面，都取得了良好的地質(zhì)效果。 在地下水資源中，可控源音頻大地電磁法適合尋找深部的基巖裂隙水。
4 （TEM）瞬變電磁法
TEM 是運(yùn)用接地線或者不接地線源向地下發(fā)送一次場(chǎng) ，在一次場(chǎng)的間歇期間，測(cè)量出電磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化，依據(jù)二次場(chǎng)的曲線衰弱特征判斷出地下不同深度地質(zhì)體的規(guī)模大小及電性特征等。 因?yàn)樗沧冸姶欧ㄊ怯^測(cè)純二次場(chǎng)，消除了由一次場(chǎng)而產(chǎn)生的裝置偶合噪音，其有著受旁側(cè)地質(zhì)體影響小、與探測(cè)地質(zhì)體有最佳偶合、對(duì)低阻反映靈敏、探測(cè)深度深、橫向分辨率高、體積效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。TEM 與其他測(cè)深方法進(jìn)行比較，它具有探測(cè)深度大、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)。 近年來(lái)，該方法得到迅速發(fā)展，特別是對(duì)探測(cè)低阻覆蓋層下的良導(dǎo)電地質(zhì)體取得了顯著的地質(zhì)效果。 由于上述特點(diǎn)，針對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題，TEM 不僅僅可以確定水文地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型和在沖積層地區(qū)估算基巖的埋深和地下水位；還可以在濱海含水層中查明繪制人為和自然發(fā)生的海水入侵分布圖以及咸淡水界面、監(jiān)測(cè)和圈定地下水污染通道。
5 （SNMR）地面核磁共振法
地面核磁共振（SNMR）是近年發(fā)展起來(lái)的找水方法也是目前世界上唯一的直接找水的地球物理新方法。 通過(guò)運(yùn)用了不同物質(zhì)原子核弛豫的性質(zhì)，從而產(chǎn)生了 SNMR 效應(yīng)。SNMR 效應(yīng)利用地面核磁共振找到水儀器，研究并觀測(cè)在地層中水質(zhì)子產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的變化的規(guī)律，進(jìn)而探測(cè)地下水的時(shí)空賦存和存在性的特征。
地面核磁共振法找水的原理決定了可以找多少水，尤其是淡水。 在 SNMR 方法的探測(cè)范圍之內(nèi)，只要有自由水存在，就可以感應(yīng)到核磁共振信號(hào)響應(yīng)，反之就沒(méi)有響應(yīng)。 另外地面核磁共振方法受到地質(zhì)因素的影響比較小，這樣就可以用來(lái)區(qū)別電磁測(cè)深法的電阻率和間接找水法的電阻率的異常地質(zhì)。 當(dāng)前， 地面核磁共振法不足之處在于不能用來(lái)探測(cè)埋藏深度在150m 以下的地下水，并且易受電磁噪聲的干擾。
6 結(jié) 語(yǔ)
從發(fā)展的角度看，從高密度電阻率法、激發(fā)極化法到可控源音頻大地電磁法（CSAMT）、瞬變電磁法（TEM），再到地面核磁共振法，地球物理勘探方法總體上在不斷進(jìn)步。 盡管如此，在復(fù)雜的地質(zhì)背景下，沒(méi)有一種方法是萬(wàn)能的，只有根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工作要求，針對(duì)性地采取某種方法或幾種方法的組合，才能提高成果的解譯程度，更加精確地完成地球物理勘探工作。 多種方法的結(jié)合使用已經(jīng)開(kāi)始普遍用于地下水的勘探研究，也取得好的結(jié)果。 隨著勘探難度的加大，還有更多的問(wèn)題需要探索和研究。 相信隨著人們認(rèn)識(shí)程度的提高，物探在地下水勘察中的作用會(huì)越來(lái)越明顯， 水資源勘察也將進(jìn)入一個(gè)新階段。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 韋衛(wèi)明. 高密度電法在工程勘察應(yīng)用中的體會(huì)［J］. 煤炭技術(shù)，2011（2）.
這種“管理即控制”模式還會(huì)營(yíng)造一種過(guò)火的政治環(huán)境。在這種環(huán)境下，勢(shì)力范圍之爭(zhēng)、勞工爭(zhēng)端、高壓統(tǒng)冶等一些現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。這不僅會(huì)給公司帶來(lái)不良后果，而且最終還會(huì)削弱公司實(shí)力，從而使公司無(wú)法達(dá)到為用戶服務(wù)的目的，甚至還會(huì)產(chǎn)生“過(guò)分控制”的現(xiàn)象。比如把產(chǎn)品引入市場(chǎng)這種最簡(jiǎn)單的事情也要經(jīng)過(guò)各級(jí)簽字，多方協(xié)商，達(dá)成協(xié)議才得以批準(zhǔn)。由于機(jī)構(gòu)的復(fù)雜，做一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作也會(huì)不知不覺(jué)地卷入政治漩渦中。
很多人認(rèn)為：大企業(yè)應(yīng)該建立起龐大的管理機(jī)構(gòu)對(duì)企業(yè)實(shí)施管理，也就是說(shuō)：企業(yè)越大，行政機(jī)構(gòu)就應(yīng)該越多，企業(yè)因此才能發(fā)展。但是事實(shí)并非如此，即使是小企業(yè)，在經(jīng)理們事無(wú)巨細(xì)的干預(yù)下也不會(huì)繁榮，反而會(huì)每況愈下。但惠普公司的經(jīng)驗(yàn)卻告訴我們，管理機(jī)構(gòu)是可以做到又大、又富于靈活性的。為了更好地解釋這兩種管理模式所帶來(lái)的不同后果，還是讓我們看看惠普是怎樣超過(guò)Digital而成為美國(guó)第二大計(jì)算機(jī)公司的吧！
在所有的70年代繁榮一時(shí)的計(jì)算機(jī)廠商中，歷經(jīng)了15年的風(fēng)風(fēng)雨雨，艱難險(xiǎn)阻，卻能轉(zhuǎn)危為安，而沒(méi)有面臨停工、破產(chǎn)和失去市場(chǎng)威脅的企業(yè)，也只有惠普公司一家了。
許多企業(yè)的經(jīng)理們要靠“數(shù)量”取勝。歸根到底就是要通過(guò)克扣員工工資來(lái)增加企業(yè)利潤(rùn)。比爾·休略特和戴維·帕卡德（惠普公司的創(chuàng)立者）卻認(rèn)為只有員工們受益，企業(yè)才會(huì)繁榮，企業(yè)應(yīng)該給員工們提供一個(gè)穩(wěn)定的工作環(huán)境，幫助他們擺脫隨時(shí)被解雇的不安心理。隨時(shí)解雇員工的做法在當(dāng)時(shí)的電腦界是很正常的。但比爾和戴維卻認(rèn)為，強(qiáng)大的企業(yè)應(yīng)該是一個(gè)團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)體，應(yīng)創(chuàng)立一種不拘禮節(jié)的公司作風(fēng)。在經(jīng)營(yíng)和管理惠普公司的過(guò)程中，比爾和戴維創(chuàng)立了一種為員工服務(wù)的企業(yè)文化。在這種新型管理模式的指導(dǎo)下，惠普公司不斷繁榮發(fā)展。
當(dāng)時(shí)惠普公司的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是總部設(shè)在馬薩諸塞州的Digital公司（1957年由畢業(yè)于麻省理工學(xué)院的電子工程師肯·奧爾森創(chuàng)立）。奧爾森認(rèn)為Digital公司的一切行動(dòng)都要以他的意志為轉(zhuǎn)移，他甚至創(chuàng)造了企業(yè)座右銘：“一個(gè)公司，一個(gè)策略，一個(gè)思想?！盌igital公司的管理方法是“管理即控制”管理模式走向極端的一個(gè)例子。
奧爾森的命令就是圣旨，沒(méi)有他的命令任何工作都不能啟動(dòng)。專(zhuān)斷是Digital公司走下坡路的主要原因。雖然現(xiàn)今的許多公司都存在這種情況，但在當(dāng)今的形勢(shì)下，這種做法必然會(huì)使企業(yè)走向滅亡。
從表面上看起來(lái)，惠普公司的經(jīng)營(yíng)方式與Digital 極其相似，兩個(gè)公司都向同類(lèi)用戶出售小型計(jì)算機(jī)，但惠普公司權(quán)力下放，企業(yè)文化輕松靈活，員工們有決策權(quán)。而在Digital公司，獨(dú)斷專(zhuān)行的管理思想滲透到了Digital公司企業(yè)文化的各個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)時(shí)的Digital 公司是個(gè)成功的企業(yè)，是世界最大的小型機(jī)廠商，同時(shí)也是北美洲第二大計(jì)算機(jī)生產(chǎn)企業(yè)（僅次于IBM公司）。就是到了1988年，Digital公司在小型計(jì)算機(jī)銷(xiāo)售方面也仍處于領(lǐng)先地位，年收入達(dá)到124億美元，幾乎是惠普公司年收入的兩倍。
1994年，情況發(fā)生了變化。由于管理得法，惠普公司年銷(xiāo)售額增至240億美元，公司以每年銷(xiāo)售額增長(zhǎng)24%的速度迅速發(fā)展。而Digital公司的年收入?yún)s只有135億美元，如果把通貨膨脹的因素考慮進(jìn)來(lái)，它的銷(xiāo)售額同1988年相比還有所下降。
權(quán)力下放幫助惠普公司及時(shí)對(duì)用戶需求做出反應(yīng)。因此，惠普公司很早就進(jìn)入了個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)。目前，惠普的各個(gè)分公司不僅向市場(chǎng)上銷(xiāo)售桌面計(jì)算機(jī)，他們還設(shè)計(jì)出一種便攜式超小型計(jì)算機(jī)并投放市場(chǎng)?；萜盏拇蛴C(jī)分公司還占領(lǐng)了桌面打印機(jī)市場(chǎng)?；萜展驹谟?jì)算機(jī)領(lǐng)域因勇于改革，大膽創(chuàng)新而聞名。他們經(jīng)常主持研制和開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品，和英特爾公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的P7型超速微型數(shù)字機(jī)就是他們革新的成果。
90年代的計(jì)算機(jī)工業(yè)已發(fā)生了巨大的變化?；萜展疽裁媾R低盈利、日益強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和要求苛刻的用戶群體等一系列實(shí)際問(wèn)題。令世人關(guān)心的是，惠普公司如何對(duì)這些挑戰(zhàn)做出反應(yīng)呢？惠普沒(méi)像其他公司那樣加強(qiáng)和鞏固高層管理部門(mén)的權(quán)力，而是更進(jìn)一步地下放權(quán)力。
與惠普公司不同的是，Digital公司龐大的官僚機(jī)構(gòu)決定了他們很難生產(chǎn)出令用戶滿意的產(chǎn)品。創(chuàng)始人肯·奧爾森對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)不感興趣，當(dāng)然對(duì)用戶的需求只能置若罔聞了。把持Digital公司決策權(quán)的總部的領(lǐng)導(dǎo)者也都持有這種偏見(jiàn)。結(jié)果Digital公司在IBM推出IBM PC機(jī)后又白白耽誤了10年。
惠普公司是通過(guò)權(quán)力下放的管理方法來(lái)解決財(cái)務(wù)危機(jī)的。而Digital公司在銷(xiāo)售額下降，公司陷入困境之時(shí)卻堅(jiān)持遵循管理即控制的企業(yè)思想模式，自上而下實(shí)行財(cái)務(wù)控制，并加強(qiáng)和鞏固了公司內(nèi)部的官僚機(jī)構(gòu)。
Digital公司從IBM那樣的傳統(tǒng)公司雇來(lái)了“鐵腕”經(jīng)理，以此加強(qiáng)公司的凝聚力。不久，裁員開(kāi)始了。最初被迫下崗的是那些有實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)的“現(xiàn)場(chǎng)”銷(xiāo)售人員。Digital公司把能傾聽(tīng)用戶呼聲，能為用戶服務(wù)的人員都當(dāng)作了裁員對(duì)象，Digital公司因此失去了用戶，自然也失去了市場(chǎng)。所以當(dāng)1994年5月《商業(yè)周刊》感嘆Digital公司處境每況愈下時(shí)也就不足為奇了。
二、教師在論文編寫(xiě)過(guò)程中的指導(dǎo)作用
“勘查技術(shù)與工程”專(zhuān)業(yè)需要具有綜合素質(zhì)和先進(jìn)技術(shù)的人才，畢業(yè)論文寫(xiě)作期間，要注重培養(yǎng)學(xué)生收集信息、應(yīng)用英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)編程和解釋軟件使用等能力。①查閱文獻(xiàn)的指導(dǎo)。論文題目選定之后，學(xué)生需要了解相關(guān)地球物理方法的發(fā)展、研究現(xiàn)狀及應(yīng)用情況。在查閱科技文獻(xiàn)過(guò)程中，教師對(duì)相關(guān)方向的現(xiàn)狀及學(xué)生存在的疑問(wèn)進(jìn)行講解和指導(dǎo)。②計(jì)算機(jī)應(yīng)用的指導(dǎo)。在“勘查技術(shù)與工程”專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文撰寫(xiě)過(guò)程中，教師要安排一定的計(jì)算機(jī)編程和學(xué)習(xí)使用最新地球物理資料解釋軟件的工作量。將這部分內(nèi)容和畢業(yè)論文有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。對(duì)于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)好、能力強(qiáng)的學(xué)生，鼓勵(lì)他們獨(dú)立編程，激發(fā)他們的創(chuàng)新精神。對(duì)于計(jì)算機(jī)能力弱的學(xué)生，則重點(diǎn)學(xué)習(xí)現(xiàn)有軟件的使用方法和技巧。指導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用廣泛應(yīng)用的辦公軟件對(duì)資料進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，比如運(yùn)用Grapher、Surfer、Excel等的電子表格計(jì)算視電阻率等一些簡(jiǎn)單的處理。③地球物理資料解釋和繪圖技術(shù)的指導(dǎo)。在“勘查技術(shù)與工程”專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文撰寫(xiě)過(guò)程中，資料解釋和繪制成果圖示是論文的核心內(nèi)容。指導(dǎo)教師要對(duì)這部分進(jìn)行重點(diǎn)指導(dǎo)。指導(dǎo)學(xué)生寫(xiě)出明確的解釋依據(jù)、解釋思路、解釋結(jié)果，并繪制出規(guī)范、符合要求并美觀的圖件。規(guī)范的插圖和附圖是“勘查技術(shù)與工程”專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文的重要組成部分，在論文寫(xiě)作過(guò)程中，教師要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)必要的專(zhuān)業(yè)繪圖軟件，能夠熟練地掌握繪圖技巧，做出能為畢業(yè)論文提供有效證據(jù)和支撐的圖件。④論文寫(xiě)作的指導(dǎo)。在畢業(yè)論文的撰寫(xiě)過(guò)程中，指導(dǎo)教師要將資料解釋部分作為論文的重點(diǎn)部分。不僅要有解釋思路、解釋依據(jù)，解釋理論和解釋結(jié)果的討論，還要有規(guī)范的寫(xiě)作格式、規(guī)范用語(yǔ)、規(guī)范地引用圖件，以明確各部分的邏輯關(guān)系。在論文的寫(xiě)作過(guò)程中，提高學(xué)生的科技寫(xiě)作能力。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）03-0098-04
地球物理學(xué)誕生與發(fā)展歷程，是人類(lèi)對(duì)自然現(xiàn)象不斷觀測(cè)、推演和歸納的過(guò)程，其中科學(xué)實(shí)踐是最主要的推動(dòng)力。自上世紀(jì)后半葉以來(lái)，地球物理越來(lái)越明顯地發(fā)展成為一門(mén)以高新技術(shù)和定量化觀測(cè)實(shí)驗(yàn)為主要支撐條件的“硬科學(xué)”。隨著地球物理觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)概念的大大拓展，對(duì)多尺度、多系統(tǒng)、多物理機(jī)制的地球系統(tǒng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)日趨具體化，特別是當(dāng)代地球物理科技發(fā)展所帶來(lái)的對(duì)地探測(cè)能力的空前提高，使地球物理探測(cè)開(kāi)始成為地球和行星科學(xué)中幾乎所有分支學(xué)科的基礎(chǔ)[1，2]。因此，新時(shí)期地球物理學(xué)科的發(fā)展，對(duì)該領(lǐng)域的人才培養(yǎng)提出了更高的要求?，F(xiàn)代“地球物理學(xué)”的教學(xué)既要涉及具有工科屬性的觀測(cè)系統(tǒng)與儀器、觀測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析與處理方法等方面技能的培養(yǎng)內(nèi)容，也要涉及具有理科屬性的理論證明、歸納推演、現(xiàn)象揭示等能力的培養(yǎng)內(nèi)容。
縱觀國(guó)內(nèi)外大學(xué)的本科教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，幾乎都涵蓋了品格情操、專(zhuān)業(yè)知識(shí)、綜合能力等幾個(gè)方面。在本科教學(xué)過(guò)程中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵步驟之一。而對(duì)于不同學(xué)科的門(mén)類(lèi)，在不同教學(xué)環(huán)境和教學(xué)體系下如何有效實(shí)施實(shí)踐教學(xué)則是千差萬(wàn)別的。就地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)而言，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)通常包括：觀測(cè)儀器及裝置操練（室內(nèi)）、課程或案例設(shè)計(jì)（室內(nèi)）、野外觀測(cè)與觀摩（戶外）、參加科學(xué)實(shí)驗(yàn)或研究（室內(nèi)或戶外）等幾個(gè)方面，其目的是期望通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)與課堂理論教學(xué)的結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和綜合素養(yǎng)。本文結(jié)合地球物理學(xué)的特點(diǎn)和筆者多年的教學(xué)體會(huì)，就實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)和教學(xué)方法進(jìn)行討論。
一、背景
隨著1998年教育部《普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)目錄》的正式頒布與實(shí)施，我校開(kāi)設(shè)近50年的工科“應(yīng)用地球物理（地球物理探礦）”專(zhuān)業(yè)被合并為“勘查技術(shù)與工程”專(zhuān)業(yè)。為了延續(xù)我校多年來(lái)為國(guó)內(nèi)地礦、石油以及工程勘察等行業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用地球物理方面人才的傳統(tǒng)和優(yōu)勢(shì)，并且保持與國(guó)際同行的學(xué)術(shù)聯(lián)系，我校在1998年設(shè)置了“地球物理學(xué)（理科）”本科專(zhuān)業(yè)并且開(kāi)始招生，并按照工科模式培養(yǎng)，但是在2013年招生專(zhuān)業(yè)已改為“勘查技術(shù)與工程”。2004年，我院申辦了“地質(zhì)―地球物理”實(shí)驗(yàn)班，按照“地球物理學(xué)”理科模式培養(yǎng)固體地球物理方面的拔尖人才。至2016年，實(shí)驗(yàn)班已有8屆畢業(yè)生。事實(shí)上，我校十多年來(lái)“地球物理學(xué)”專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)計(jì)劃仍然是延續(xù)“應(yīng)用地球物理”專(zhuān)業(yè)的工科模式，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)也大體相似。例如，在地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃中設(shè)置的“地球物理觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)”課程，以及地球物理方法教學(xué)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)或畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，這與我國(guó)大多數(shù)工程教育實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容是類(lèi)似的。這種模式通常包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)（理論課程的實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程）和集中實(shí)踐教學(xué)（認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)或畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)）兩大部分。此外，部分學(xué)生參加的科技活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，則是在教學(xué)體制之外運(yùn)行。實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)仍然以驗(yàn)證理論知識(shí)和掌握實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)技能為主，而對(duì)專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)、責(zé)任感、表達(dá)與溝通能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作精神沒(méi)有硬性要求，加之一些實(shí)踐過(guò)程管理和監(jiān)督缺位，實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)流于形式，致使實(shí)踐能力培養(yǎng)的力度與效果遠(yuǎn)未到位[3]。
二、地球物理學(xué)本科實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)
在我國(guó)本科教學(xué)體系中，存在重知識(shí)學(xué)習(xí)、輕能力培養(yǎng)的軟化現(xiàn)象，主要特征是側(cè)重學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的傳授，而學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練不足。從實(shí)踐教學(xué)體系看，教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐活動(dòng)缺乏層次性。隨著對(duì)高等教育實(shí)踐與探索的不斷深入，目前許多高校本科教育實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所占比例已有明顯的增長(zhǎng)，例如我校新編2015版“地球物理本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃”中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分已占20.7%，實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)累計(jì)達(dá)到了37周，但如何落實(shí)實(shí)踐教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容及要求，以確保教學(xué)計(jì)劃能夠有效實(shí)施并且取得顯著的效果，還需要認(rèn)真考慮。2011年，華中科技大學(xué)就實(shí)踐教學(xué)問(wèn)題組織了對(duì)多所高校教師和高年級(jí)學(xué)生的調(diào)研訪談，證實(shí)目前實(shí)踐教學(xué)中的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)之間沒(méi)有明顯的梯度和層次[3]。顯然，簡(jiǎn)單地增加實(shí)踐教學(xué)課時(shí)并不能完全解決實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多高校在專(zhuān)業(yè)課程設(shè)置中已開(kāi)始考慮分層次教學(xué)。從著重于能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系看，實(shí)踐教學(xué)方案更需要考慮層次性，不同的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)立不同的教學(xué)要求。以我院地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)為例，在以往的實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)要求學(xué)生掌握各種地球物理觀測(cè)儀器的基本原理、操作技術(shù)以及觀測(cè)方法等基礎(chǔ)技能，而在教學(xué)實(shí)習(xí)中儀器操作又被看作是重點(diǎn)內(nèi)容之一。隨著地球物理觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代地球物理儀器的使用與操作都已十分簡(jiǎn)便，如此簡(jiǎn)單的重復(fù)性工作很難通過(guò)實(shí)習(xí)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，也無(wú)法有效啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
根據(jù)地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，實(shí)踐教學(xué)體系應(yīng)涵蓋以下幾個(gè)層次或階段。
1.專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)。觀測(cè)地球是地球物理學(xué)的重要組成環(huán)節(jié)?！皩?zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)”是通過(guò)地球物理儀器及觀測(cè)課程教學(xué)在課堂上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這類(lèi)課程一般都伴隨有儀器認(rèn)識(shí)與實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)認(rèn)識(shí)儀器及其觀測(cè)技術(shù)，逐漸領(lǐng)悟地球物理學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)及研究方法。教學(xué)單位可根據(jù)現(xiàn)有的儀器設(shè)備開(kāi)展地球物理專(zhuān)業(yè)教學(xué)，并要求學(xué)生掌握重力儀、磁力儀、地震儀、電法儀等儀器的工作原理、使用方法以及觀測(cè)技術(shù)等基礎(chǔ)技能，考核可以采用口試和實(shí)際操作表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
2.方案設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)是訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，面對(duì)一個(gè)課題（或問(wèn)題）去設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案并驗(yàn)證其可行性的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程。方案設(shè)計(jì)可結(jié)合實(shí)際工作的某個(gè)階段，從中提取問(wèn)題，通過(guò)給定條件和要求，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的技術(shù)方案并付諸實(shí)施，類(lèi)似于課程設(shè)計(jì)。例如，假定問(wèn)題：研究某地區(qū)構(gòu)造帶特征，并提供該區(qū)域已有的重、磁、電、震之中任何一種或幾種數(shù)據(jù)，以及地質(zhì)構(gòu)造、巖性等方面的資料，由學(xué)生自主選擇數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理方法來(lái)解決問(wèn)題?？梢园颜麄€(gè)過(guò)程分為方案設(shè)計(jì)和實(shí)施兩個(gè)階段，由3―5名學(xué)生組成小組，明確分工，并以口頭報(bào)告和書(shū)面報(bào)告形式，分階段考核學(xué)生的時(shí)間投入、完成的工作量、方案的合理性、實(shí)施效果等，由此可歷練學(xué)生獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。本階段需要在地質(zhì)學(xué)、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)以及地球物理專(zhuān)業(yè)課程完成之后實(shí)施。
3.案例分析。案例分析是針對(duì)如何解決實(shí)際問(wèn)題而開(kāi)展的綜合能力訓(xùn)練。實(shí)際問(wèn)題通常十分復(fù)雜，且涉及野外觀測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)、觀測(cè)工作的實(shí)施、數(shù)據(jù)采集及其質(zhì)量評(píng)價(jià)、人員安排等許多環(huán)節(jié)。這項(xiàng)訓(xùn)練可以結(jié)合現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行。例如，我校地球物理專(zhuān)業(yè)設(shè)有的野外教學(xué)實(shí)習(xí)，學(xué)生可以結(jié)合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行野外實(shí)地觀測(cè)，并將所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和解釋?zhuān)詈笸瓿蓪?shí)習(xí)報(bào)告。因此，教學(xué)實(shí)習(xí)可作為案例分析階段來(lái)實(shí)施，但考核評(píng)價(jià)體系需進(jìn)一步細(xì)化和加強(qiáng)。此外，一些針對(duì)實(shí)際工作的生產(chǎn)實(shí)習(xí)也可納入這個(gè)范疇。這項(xiàng)訓(xùn)練既可以檢驗(yàn)課堂理論教學(xué)的效果，也可以使學(xué)生得到全方位的訓(xùn)練。多年的教學(xué)實(shí)踐表明，通過(guò)這個(gè)階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本確定了自己的專(zhuān)業(yè)興趣和方向。畢業(yè)生情況調(diào)查結(jié)果表明，我校地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)生的實(shí)踐能力普遍得到了用人單位的好評(píng)。
4.科學(xué)實(shí)踐。本科生參加科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)是培養(yǎng)優(yōu)秀人才的重要舉措。本科生參與研究課題等科研活動(dòng)是我國(guó)高校教學(xué)體系中普遍存在的“軟肋”，與西方大學(xué)有明顯的差距。例如，美國(guó)斯坦福大學(xué)和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院是地球物理學(xué)領(lǐng)域國(guó)際上最著名的學(xué)府，它們都為本科生參與科研活動(dòng)制定了詳細(xì)的規(guī)則，學(xué)生可選擇參與實(shí)驗(yàn)室或教師課題組進(jìn)行科研活動(dòng)，學(xué)校給予考核通過(guò)者一定的修課學(xué)分，從制度上保護(hù)了學(xué)生參加科學(xué)實(shí)踐的積極性，并使學(xué)生有機(jī)會(huì)與教授們一起工作，從而獲得科學(xué)素養(yǎng)訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。本階段的實(shí)施可結(jié)合“導(dǎo)師制”計(jì)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也可以結(jié)合本科生畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計(jì)階段來(lái)完成。
上述四個(gè)階段的設(shè)置，主要突出了實(shí)踐教學(xué)的層次性，其中案例分析和科學(xué)實(shí)踐階段可結(jié)合不同的教學(xué)環(huán)節(jié)選擇實(shí)施，具有靈活易行的特點(diǎn)。不同層次的實(shí)踐教學(xué)需要建立不同階段的考核評(píng)價(jià)體系。例如，評(píng)價(jià)體系可分為理論研究能力、數(shù)據(jù)分析能力、野外實(shí)施執(zhí)行能力、領(lǐng)導(dǎo)能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、表達(dá)與溝通能力等，這種指標(biāo)有利于綜合評(píng)判本科生的能力和潛質(zhì)，避免僅憑考分評(píng)判所帶來(lái)的弊端。
三、實(shí)踐教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)
培養(yǎng)方案、教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)條件是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的基礎(chǔ)，教學(xué)方法則是保障實(shí)踐教學(xué)有效實(shí)施的關(guān)鍵。
地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的課堂教學(xué)以理論為主，立足數(shù)學(xué)、物理和地質(zhì)邏輯，講授理論基礎(chǔ)、方法原理、信號(hào)分析、數(shù)值模擬和邏輯推演。但這些內(nèi)容或概念和方法無(wú)不與真實(shí)的世界有關(guān)，因而在教學(xué)過(guò)程中也應(yīng)考慮理論聯(lián)系實(shí)際。自然界的物理現(xiàn)象可能具有很多起因，不是一個(gè)簡(jiǎn)單的理想模型可以模擬的。例如，在課堂上討論“如何利用簡(jiǎn)單模型去模擬現(xiàn)實(shí)異常體問(wèn)題”，讓學(xué)生分析可能產(chǎn)生的誤差及其緣由，學(xué)生可以更好地理解理論方法的應(yīng)用條件和應(yīng)用價(jià)值。因此，在理論教學(xué)中應(yīng)適時(shí)、適量地引入真實(shí)條件下的話題加以討論，把抽象問(wèn)題具體化，有助于啟迪學(xué)生如何利用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。
方案設(shè)計(jì)是訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能的一個(gè)有效環(huán)節(jié)。問(wèn)題可以是虛擬的，也可以是真實(shí)的，而解決問(wèn)題的途徑不是唯一的，最好的答案或結(jié)論也不是唯一的。因此，訓(xùn)練的目的在于檢驗(yàn)學(xué)生完成的過(guò)程是否具有科學(xué)性和邏輯性。例如，提供一個(gè)重力異常數(shù)據(jù)，學(xué)生可以用不同的方法去求解異常體的深度；給定一個(gè)疊加信號(hào)，學(xué)生可以用不同的信號(hào)分析方法去分離。而不同的方法得到的結(jié)果可能具有一定的差異，但不能依此評(píng)定學(xué)生的成績(jī)。若能結(jié)合不同方法的特點(diǎn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，學(xué)生的受益就不僅限于得到一個(gè)“正確”的答案了。
野外開(kāi)展教學(xué)實(shí)習(xí)或生產(chǎn)實(shí)習(xí)，可被視為真正的職業(yè)訓(xùn)練。專(zhuān)業(yè)技能訓(xùn)練是主要的目的，而在實(shí)習(xí)過(guò)程中必然要涉及人員調(diào)配、分工協(xié)作、資源（包括儀器設(shè)備和材料以及經(jīng)費(fèi)）的管理與使用等，有時(shí)還需要面向社會(huì)，獲得社會(huì)資源。地球物理野外工作需要多人協(xié)作才能完成，這是最適合訓(xùn)練學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)能力、組織管理能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的階段。在實(shí)習(xí)中，教員不應(yīng)包攬一切，而是應(yīng)該讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)、管理，并組織實(shí)施野外工作。為了讓更多的學(xué)生得到鍛煉的機(jī)會(huì)，可采用定期輪崗制。例如，2000年我院在河北秦皇島開(kāi)展的教學(xué)實(shí)習(xí)就采用了“輪值經(jīng)理制”方式組織學(xué)生開(kāi)展野外實(shí)習(xí)。許多學(xué)生通過(guò)實(shí)習(xí)，在項(xiàng)目組織、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面得到了鍛煉。對(duì)這種新穎的舉措，學(xué)生反響強(qiáng)烈。
實(shí)踐教學(xué)方法并沒(méi)有固定的模式，不同的專(zhuān)業(yè)有不同的要求。新時(shí)期的教學(xué)主體――學(xué)生有別于以往，其思維方式、學(xué)習(xí)方法和與他人相處等方面都有顯著不同，如何開(kāi)展好實(shí)踐教學(xué)，需要教師在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索，不懈努力。
中國(guó)高等教育始于時(shí)期，經(jīng)過(guò)了近150年的發(fā)展，可以說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)成為世界上在校大學(xué)生規(guī)模最大的國(guó)家。誠(chéng)然，高等教育為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步造就了大批科技人才，取得了巨大的成就。但與此同時(shí)，高等教育也存在不少問(wèn)題。而加強(qiáng)高等教育的實(shí)踐性教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，以此來(lái)滿足我國(guó)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，建立創(chuàng)新型國(guó)家和參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的需要。
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Thoughts about Practice Teaching Methods for Undergraduate Major of Geophysics in New Era
CHEN Chao
（Department of Solid-Earth Geophysics，Institute of Geophysics and Geomatics，
隨著找礦勘探難度的不斷增大，在大比例尺構(gòu)造控礦特征研究以及隱伏礦體定位預(yù)測(cè)方面,開(kāi)展新技術(shù)、新方法攻關(guān)已成共識(shí)。針對(duì)南方復(fù)雜地形地質(zhì)條件下的深部礦和隱伏礦勘探，如何有效地利用當(dāng)代地球物理探測(cè)技術(shù)進(jìn)行大比例尺構(gòu)造控礦特征研究，并指導(dǎo)找礦預(yù)測(cè)工作,具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
本課題與生產(chǎn)實(shí)際需求緊密結(jié)合，針對(duì)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域、頗有發(fā)展前景的可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT)進(jìn)行應(yīng)用研究，尤其對(duì)于熱液型等構(gòu)造控礦明顯的礦床，此技術(shù)方法在開(kāi)展隱伏構(gòu)造—礦化帶的空間定位、控礦構(gòu)造基本格局分析和找礦有利部位定位預(yù)測(cè)等方面，應(yīng)用效果明顯，值得進(jìn)一步推廣。
關(guān)鍵詞
CSAMT；花崗巖型鈾礦；低阻體；構(gòu)造控礦
1. 引言
中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局制定了《鈾礦地質(zhì)科研“十五”計(jì)劃實(shí)施意見(jiàn)》，提出實(shí)施“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合，運(yùn)用新理論、新技術(shù)、新方法創(chuàng)新性地開(kāi)展鈾礦地質(zhì)科研工作，努力開(kāi)展攻深找盲的系列物探技術(shù)方法研究。要求開(kāi)展對(duì)不同地區(qū)和不同鈾礦類(lèi)型，因地制宜并有選擇性的開(kāi)展復(fù)雜地形條件下非常規(guī)地震勘探技術(shù)、非線性區(qū)域物(化)探成礦信息提取技術(shù)、鈾成礦深部定位的高精度磁法探測(cè)技術(shù)和電磁勘探技術(shù)、大深度的井中地球物理探測(cè)技術(shù)、航空放射性測(cè)量定量解釋方法技術(shù)以及車(chē)載伽瑪全能譜測(cè)量方法技術(shù)等方面的研究。
近年來(lái)，隨著找礦勘探深度的不斷增大，地-物-化-遙聯(lián)合攻關(guān)，已經(jīng)成為地質(zhì)研究的基本技術(shù)途徑。在中小比例尺構(gòu)造控礦規(guī)律研究方面，航磁、重力資料及遙感技術(shù)方法已在區(qū)域性控礦構(gòu)造格局研究方面得以廣泛的應(yīng)用。然而，針對(duì)具體的礦區(qū)和礦床而言，尤其是針對(duì)南方山區(qū)（復(fù)雜地形地質(zhì)條件），大比例尺控礦構(gòu)造格局研究的難度很大，一般地球物理和遙感資料分辨率偏低。因此，在南方山區(qū)探索控礦構(gòu)造格局研究的方法，有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
可控源音頻大地電磁法(CSAMT法)是以有限長(zhǎng)接地導(dǎo)線為場(chǎng)源，在距偶極中心一定距離r處同時(shí)觀測(cè)電、磁場(chǎng)參數(shù)的一種電磁測(cè)深方法。
2.工區(qū)地質(zhì)與地球物理特征
工區(qū)位于貴東巖體的東部,在區(qū)域構(gòu)造上處于華夏古陸西緣、加里東隆起西南緣與湘、桂、粵北海西—印支坳陷的結(jié)合部，南嶺緯向構(gòu)造帶中帶，是地殼淺部地質(zhì)構(gòu)造急劇變化的地帶。區(qū)內(nèi)燕山晚期細(xì)?；◢徺|(zhì)小巖體及中基性巖脈(墻)極為發(fā)育,并有火山巖、次火山巖出露,巖性較復(fù)雜，是我國(guó)南方重要的鈾礦成礦集中區(qū)。
區(qū)內(nèi)鈾成礦活動(dòng)有早晚兩期,都發(fā)生于晚期巖漿演化過(guò)程之中。早期鈾礦化主要賦存于NWW向斷裂帶與NE(含NNE、NEE)向斷裂帶的交匯部位和次火山花崗巖內(nèi)外接觸帶及其產(chǎn)狀變異且向內(nèi)凹陷的部位;晚期鈾礦化則與NNE 向斷裂帶關(guān)系密切。論文參考網(wǎng)。通常富鈾礦的形成多為早晚兩期鈾礦化活動(dòng)疊加的結(jié)果。
工區(qū)巖礦石物性參數(shù)經(jīng)測(cè)定統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2-1。論文參考網(wǎng)。論文參考網(wǎng)。
表2-1 工區(qū)物性參數(shù)特征表
巖石名稱(chēng) 取樣位置 密度g/cm3 電阻率Ω.m 細(xì)粒白云母花崗巖 帽峰巖體
2.56 59960 中粒斑狀黑云母花崗巖 貴東巖體
中圖分類(lèi)號(hào)：P331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
一、前言
伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日新月異，水文地質(zhì)勘察人員在工作中需繼承和發(fā)展傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上，也要關(guān)注并結(jié)合新技術(shù)、新理論，這樣才更有利于進(jìn)行找水工作，才可以使找水技術(shù)不斷的更新發(fā)展。目前，我國(guó)人均淡水資料擁有量不足2 200m3，世界排名109位，而30年后，人均淡水資源擁有量將不足1 700 m3。因此用現(xiàn)代的水文地質(zhì)勘查方法來(lái)找水減緩各區(qū)域供水壓力已成為當(dāng)務(wù)之急。以下分別詳細(xì)介紹了遙感技術(shù)勘察法、地球物理測(cè)井勘察法、地面核磁共振勘察法的工作原理及在水文地質(zhì)勘察工作中的具體應(yīng)用。
二、現(xiàn)代水文地質(zhì)勘察方法在找水中的應(yīng)用
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)總體而言，水資源的利用形式逐漸嚴(yán)峻，以許昌市為例，許昌市水資源嚴(yán)重短缺,人均水資源量?jī)H204立方米,相當(dāng)于全國(guó)人均水平的1/10。市區(qū)由于過(guò)量開(kāi)采地下水,已形成面積達(dá)67 平方千米的水位下降漏斗漏斗中心水位埋深24.0m,且仍以每年1.5~2.0 m的速度下降,地面最大沉降量超過(guò)277 mm。為了滿足城市居民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求,在許昌麥嶺水源地綜合運(yùn)用現(xiàn)代水文地質(zhì)勘察方法找水勘察,取得了多種地質(zhì)信息,基本查清了供水目的層的埋藏條件、邊界條件以及地下水動(dòng)態(tài)特征。筆者將從下面幾個(gè)方面簡(jiǎn)述現(xiàn)代水文地質(zhì)勘察方法在找水中的應(yīng)用。
1.物探和鉆探
(一)物探。在水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)的水文地質(zhì)情況,采用對(duì)稱(chēng)四極電測(cè)深法對(duì)勘察區(qū)西部的補(bǔ)給斷面進(jìn)行探測(cè),共做電測(cè)深點(diǎn)203個(gè),電測(cè)深剖面8條;利用EH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng),對(duì)勘察區(qū)西部、南部邊界和北汝河河道進(jìn)行了探測(cè),共完成9條物探剖面, 96個(gè)物理點(diǎn),剖面長(zhǎng)度54.55km;對(duì)18眼探采結(jié)合井和4眼勘探井進(jìn)行視電阻率和自然電位物探測(cè)井,劃分地層,進(jìn)行排管。通過(guò)這些工作,基本查明了西、南邊界和北汝河河床的地層結(jié)構(gòu)和含水層的分布規(guī)律,為擬建水源地的供水孔和布置鉆探工程量提供了科學(xué)依據(jù)。
(二)鉆探。根據(jù)遙感水文地質(zhì)調(diào)查、物探資料,結(jié)合以往地質(zhì)、水文地質(zhì)資料,在補(bǔ)充分析勘察階段成果的基礎(chǔ)上布置鉆探工作量?？碧绞┕た碧匠樗?眼,進(jìn)尺291.4 m;地質(zhì)孔4眼,進(jìn)尺362 m;觀測(cè)孔12眼,進(jìn)尺1 071.55 m;探采結(jié)合井18眼,進(jìn)尺2 242.2 m。共施工勘探孔和探采結(jié)合井38眼,總進(jìn)尺為3 967.15 m。根據(jù)物探、鉆探工作分析,麥嶺水源地第四系孔
隙含水層的形成和分布受北西向的茨溝—姜莊凹陷和襄城大斷裂等構(gòu)造控制。同時(shí)根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件及水源地地層時(shí)代、巖性、成因及富水性,新近系湖積層及第四系下更新統(tǒng)冰水沉積層的富水性差,集中供水意義不大;中更新統(tǒng)埋藏型沖洪積卵礫石層顆粒粗,厚度大,富水性強(qiáng),不易污染,是城市集中供水的理想水源地。
2.遙感技術(shù)在地下水資源勘察中應(yīng)用
遙感技術(shù)即從遠(yuǎn)處探測(cè)、感知特體各事物的技術(shù)，它技術(shù)先進(jìn)、探測(cè)范圍大、信息量大，并可實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。遙感勘察方法就是在勘察區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行的航空遙感勘察,它是一種采用展片和航片目視解釋,結(jié)合野外驗(yàn)證與水文地質(zhì)補(bǔ)充調(diào)查的水文地質(zhì)勘察方法。遙感勘察方法可分為4種：熱戲外監(jiān)測(cè)法、水文地質(zhì)遙感信息法、環(huán)境遙感信息分析法和遙感模型法。
（一）熱紅外監(jiān)測(cè)法。熱紅外監(jiān)測(cè)法主要就是用熱紅外波段的遙感圖像資料，通過(guò)測(cè)定地面溫度來(lái)確定地下水的存在。特別適應(yīng)于干旱、半干旱地區(qū)的水資源的尋找。其工作原理是：地下水可在過(guò)毛細(xì)管作用、熱傳導(dǎo)作用及地表強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下可導(dǎo)致干旱或半干旱地區(qū)的地表濕度和溫度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致冷熱異常的現(xiàn)象，此現(xiàn)象便可在熱紅外遙感圖像上顯示出
來(lái)。利用紅外遙感數(shù)據(jù)再配合一定的航片作為基本的遙感資料便可實(shí)施地下水資源的探測(cè)工作。
（二）水文地質(zhì)遙感信息分析法。水文地質(zhì)遙感信息分析法就是運(yùn)用水文地質(zhì)理論對(duì)從遙感圖像獲取的地層巖性、構(gòu)造、水文等水文地質(zhì)信息進(jìn)行分析，從而確定有利的蓄水構(gòu)造，判斷地下水的貯存情況。
（三）環(huán)境遙感信息分析法。環(huán)境遙感信息分析法就是根據(jù)遙感圖像上提取的與地下水有關(guān)的植被、湖泊、水系等環(huán)境因子與地下水的依存、制約關(guān)系來(lái)判斷地下水系統(tǒng)的貯存情況。其工作原理是：在干旱區(qū)域，植被的生長(zhǎng)狀態(tài)因受到氣候、性、地貌、水文地質(zhì)條件等因素的制約，其中區(qū)域淺層地下水對(duì)植被的影響最大。地下水水水位埋深、礦化度、水化學(xué)類(lèi)型控制著被群、植被覆蓋度?？赏ㄟ^(guò)這些信息來(lái)判斷地下水的排泄點(diǎn)(區(qū))的水位埋深、礦化度和水化的學(xué)類(lèi)型等相關(guān)信息。
（四）遙感模型法。
通過(guò)分析遙感圖像得知與地下水密切關(guān)系的水文因素狀況，并建立監(jiān)測(cè)地下水位的定量評(píng)價(jià)模型，對(duì)地下水資源進(jìn)行估測(cè)的方法叫遙感模型法，它是遙感與數(shù)學(xué)、模型學(xué)相結(jié)合的一種新的研究方法。此種方法主要用于評(píng)價(jià)地下水位分布狀況。
3.地球物理測(cè)井方法
地球物理測(cè)井是物探方法的一種，主要是配合地質(zhì)鉆探對(duì)鉆孔內(nèi)的水文地質(zhì)狀況進(jìn)行精確探測(cè)。地球物理測(cè)井方法是以嚴(yán)密的物理數(shù)學(xué)原理為基礎(chǔ)，主要用于分析地下水的分布，判斷地下水質(zhì)量，探測(cè)巖溶洞，分析地層構(gòu)造等。地球物理測(cè)井主要工作內(nèi)容及工作原理如
下：
（一）正確地劃分含水層并確定層位及厚度，研究它們之間的相互關(guān)系。
（二）對(duì)地下水進(jìn)行地下水礦化度進(jìn)行測(cè)量。地層水的礦化度越高，地層電阻率值越低
（三）判斷裂隙及其泥質(zhì)含量。裂隙存在的判斷標(biāo)準(zhǔn)：聲波時(shí)差較大，電阻率較小，密度偏低。如果裂隙存在，那么裂隙中填充的泥質(zhì)越多，自然伽馬測(cè)井值就越大。
（四）巖溶水勘察。裂隙層位可由聲波曲線直接反映；當(dāng)溶洞中含水時(shí)，自然伽馬曲線幅值略低，以此來(lái)可判斷其富水性；在巖溶、裂隙發(fā)育處，會(huì)出現(xiàn)井徑擴(kuò)大的現(xiàn)象，因此，巖溶裂隙發(fā)育程度也可用井徑曲線來(lái)判斷。
（五）劃分鉆孔地層巖性。根據(jù)不同巖石的密度，電阻率，波阻抗，孔隙度等參數(shù)的差異，并綜合電阻率測(cè)井、聲波測(cè)井、密度測(cè)井、中子孔隙度測(cè)井等資料就可以劃分鉆孔的巖性剖面。
4.地面核磁共振法
地面核磁共振法就是利用不同物質(zhì)原子核特性差異產(chǎn)生的核磁共振效應(yīng)，通過(guò)觀測(cè)、研究地層中水質(zhì)子產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的變化規(guī)律，來(lái)判斷探測(cè)區(qū)地下水的分布情況。它是目前世界上唯一可直接找水的地球物理方法,可量化含水層信息，勘探的深度?。壳白畲罂碧缴疃刃∮?50m），適合北方地表較干燥地區(qū)使用。其工作原理就是水中的氫核質(zhì)子在地磁場(chǎng)的作用下，處在一定的能級(jí)上，再以具有拉摩爾頻率的交變磁場(chǎng)對(duì)地下水中的質(zhì)子進(jìn)行激發(fā)，這樣原子核能級(jí)間就會(huì)產(chǎn)生躍遷即產(chǎn)生核磁共振。核磁共振信號(hào)的強(qiáng)弱或衰減的快慢直接與含水層中氫質(zhì)子的數(shù)量、含水層孔隙大小相關(guān)，核磁共振信號(hào)的幅值越大，所探測(cè)區(qū)域內(nèi)水含量就越豐富。從而，可以根據(jù)由小到大的核改變激發(fā)脈沖矩來(lái)推斷由淺到深含水層的貯存狀況，達(dá)到實(shí)現(xiàn)直接尋找地下水的目的。
地面核磁共振法屬于直接找水法，在有效的勘探深度范圍內(nèi)，有水就有核磁共振信號(hào)顯示，以此來(lái)探測(cè)各類(lèi)型的地下水。主要用于探測(cè)其他物探方法難以尋找的地下水，主要應(yīng)用在以下4個(gè)方面：黃土孔隙、裂隙水探測(cè)；尋找碎屑巖類(lèi)淺層風(fēng)化裂水和層間承壓裂隙水；確定基巖裂隙帶的富水性；判斷灰?guī)r區(qū)溶洞、裂隙含水或是泥質(zhì)充填。
三、結(jié)束語(yǔ)
隨著近年來(lái)科技的不斷發(fā)展，以及勘探技術(shù)的不斷提升，在繼承了老一輩水文勘探人員的技術(shù)和知識(shí)后，新一代的工作者更要與時(shí)俱進(jìn)，不斷的研究并熟悉新的理論和技術(shù)，從而將新老結(jié)合，挖掘開(kāi)拓出更加優(yōu)良的勘探方法，從而方便找水工作，使得找水的相關(guān)技術(shù)得到不斷的提升和發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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[2]-鄒慧峰 找水中現(xiàn)代水文地質(zhì)勘察方法的綜合應(yīng)用[期刊論文] 《黑龍江科技信息》 -2011年12期
[3]-賢世榮 水文地質(zhì)勘察方法在找水中的應(yīng)用[期刊論文] 《城市建設(shè)理論研究（電子版）》 -2011年20期
前言
地球物理測(cè)井，廣泛應(yīng)用于工程勘探的各個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)測(cè)井地層得到鉆孔信息豐富，巖石鉆孔記錄的物理性質(zhì)，地球物理信息的采集，處理和解釋?zhuān)瑸榈刭|(zhì)信息，信息工程和地質(zhì)災(zāi)害，生態(tài)環(huán)境等信息，在推斷地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)環(huán)境，在解決水文地質(zhì)問(wèn)題中發(fā)揮作用。我國(guó)首家煤炭行業(yè)運(yùn)用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行隧道施工在新疆某煤礦投入生產(chǎn)。盾構(gòu)隧道地質(zhì)條件將不利于施工過(guò)程，可能引起周邊建筑物沉降表面變形或沖突，特別是巖石風(fēng)化、水文等因素直接影響盾構(gòu)隧道施工安全。所以我們必須利用經(jīng)驗(yàn)做好預(yù)測(cè)，基于地質(zhì)隧道預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)普遍采用地質(zhì)雷達(dá)、鉆孔、地質(zhì)分析三種方法進(jìn)行處理。
1 綜合地球物理測(cè)井技術(shù)和應(yīng)用
地球物理測(cè)井方法：自然伽瑪、聲波測(cè)井、電阻率測(cè)井、自然電位測(cè)井、井溫、井斜測(cè)井、井中電視、鹽化等。儀器設(shè)備：測(cè)井儀器采用北京中地英捷物探研究所生產(chǎn)的PSJ-2型數(shù)字測(cè)井儀。該系統(tǒng)由主機(jī)、電纜絞車(chē)、筆記本電腦、發(fā)電機(jī)，密度、井溫、井斜、聲波及電極系探管組成。井下電視采用武漢長(zhǎng)勝工程檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)公司JL-IDOI（A）智能鉆孔電視成像儀。
中國(guó)地調(diào)局地科院物化探在完成綜合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集、資料解釋、統(tǒng)計(jì)分析和綜合研究工作基礎(chǔ)上，獲得重要發(fā)現(xiàn)，取得了系列進(jìn)展和成果。完成了廬樅ZK01及銅陵TLZK01兩個(gè)2000多米鉆孔的6次綜合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作，測(cè)量總深度達(dá)4126.43米。取得了視電阻率、自然電位、極化率、磁化率、聲波速度、超聲成像、自然伽馬、巖性密度、井斜、井徑、井溫、泥漿電阻率測(cè)井及井中磁測(cè)等13種測(cè)井參數(shù)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和圖像。
在XX鉆孔1500米以下井段連續(xù)發(fā)現(xiàn)21處強(qiáng)放射性異常（一級(jí)表外含量），異常段累計(jì)厚度達(dá)93.02米，為廬樅地區(qū)深部找鈾礦提供了重大線索。通過(guò)對(duì)TLZK01鉆孔巖心編錄及測(cè)井資料對(duì)比分析，采用有效的礦化帶識(shí)別技術(shù)，推斷金屬硫化物礦化段異常12處，累計(jì)厚度400余米。利用ZK01、TLZK01鉆孔的常規(guī)測(cè)井資料，研究了巖性測(cè)井響應(yīng)特征，完成了鉆孔主要巖性的測(cè)井響應(yīng)分析和巖性識(shí)別分層。利用ZK01、TLZK01鉆孔的超聲成像測(cè)井資料，統(tǒng)計(jì)分析了鉆孔壁裂隙發(fā)育和破碎狀況。對(duì)多參數(shù)地球物理測(cè)井結(jié)果進(jìn)行了綜合研究，分析了鉆遇地層主要巖性的測(cè)井響應(yīng)特征，初步建立了相應(yīng)的物性模型。
通過(guò)深部地球物理鉆孔和地球物理勘探工作的發(fā)展?fàn)顩r，地殼淺層的垂直變化，深化金屬和地面地球物理數(shù)據(jù)提供解釋?zhuān)姨峁┝素S富的地球物理信息，也為工作區(qū)尋找深部隱伏礦提供了豐富的地球物理信息。目前最新的脈沖中子飽和度測(cè)井、同位素示蹤測(cè)井及配套裝備等研究，創(chuàng)立了脈沖中子雙譜飽和度測(cè)井及致密氣藏脈沖中子測(cè)井理論，發(fā)明了放射性同位素示蹤劑載體的制備工藝及放射性同位素示蹤劑評(píng)價(jià)手段，形成了滿足不同地層條件下注水、產(chǎn)出剖面監(jiān)測(cè)的同位素示蹤技術(shù)體系，創(chuàng)建了以中子壽命譜技術(shù)為核心的套后放射性組合測(cè)井解釋方法，達(dá)到了截面雙參數(shù)同時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)技術(shù)的安全、可靠和高效。
2 綜合測(cè)井在盾構(gòu)隧道工程主要數(shù)據(jù)
（1）不同的地質(zhì)構(gòu)造，巖石層的特征曲線不同，我們可以利用綜合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)曲線來(lái)觀察比較各種巖層，通過(guò)比較可以得到不同的特征，針對(duì)不同地理特征實(shí)施鉆孔方案和具體的工作面方案。（如圖所示）上述綜合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)曲線分析了電阻率、聲波速度曲線和電位情況，根據(jù)具體的數(shù)據(jù)曲線解釋原則，與實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比，可以確定工作面的巖層屬性，對(duì)后續(xù)的開(kāi)采工作非常有利。（2）聲波速度測(cè)井曲線的解釋?zhuān)暡ㄔ诓煌瑤r層結(jié)構(gòu)其波速會(huì)有不同的變化，通過(guò)不同層面其物理指標(biāo)將有明顯差異，我們根據(jù)聲波速度可以確定巖孔破碎程度，進(jìn)而分析巖石的破碎情況和裂縫的發(fā)展趨勢(shì)。（3）電阻率、自然電位以及溫度曲線的變化和異常解釋?zhuān)话闱闆r下巖石周?chē)畬拥碾娮杪识紩?huì)呈現(xiàn)較明顯的異常狀況，自然電位會(huì)明顯偏離基準(zhǔn)線，有明顯的上升變化趨勢(shì)，溫度呈現(xiàn)不規(guī)律的變化，一般情況溫度的梯度變化比完整的井孔溫度梯度小，隨著深度的變化并不明顯，因此我們結(jié)合電阻率和溫度曲線，再結(jié)合自然電位變化的解釋分析確定其分類(lèi)，定位含水豐富區(qū)域。（4）井液電阻率測(cè)井（鹽擴(kuò)散法）：在含水層（段），鹽化后井液電阻率隨時(shí)間有明顯增加和位移，根據(jù)鹽化后井液電阻率隨時(shí)間的變化和鹽水柱的運(yùn)動(dòng)方向，劃分含水層（段）并確定其補(bǔ)給關(guān)系。根據(jù)井徑測(cè)井實(shí)測(cè)數(shù)圈定井徑擴(kuò)大段。（5）智能鉆孔三維可視化成像：三維地質(zhì)建模是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用測(cè)井資料、錄井資料和鉆井資料，形成工程參數(shù)和地質(zhì)參數(shù)的三維數(shù)據(jù)體，定量分析鉆孔的破碎情況、裂隙的發(fā)育及長(zhǎng)度、寬度、裂隙的產(chǎn)狀，計(jì)算鉆孔中破碎帶的面積，繪制相應(yīng)的三維井眼軌跡，逐漸成為隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)。利用VC++與OpenGL混合編程實(shí)現(xiàn)井眼軌跡和地層三維可視化。
3 測(cè)井曲線綜合解釋
綜合測(cè)井的成果解釋?zhuān)嚎梢越Y(jié)合聲波速度曲線變化來(lái)確定巖層的破碎程度，進(jìn)行較準(zhǔn)確的評(píng)估，結(jié)合電阻率、井溫度變化、電阻率變化可以對(duì)巖層井下的含水狀況進(jìn)行評(píng)估，利用井下電視對(duì)工作面異常區(qū)進(jìn)行綜合的分析。利用現(xiàn)代化的成像測(cè)井能夠準(zhǔn)確經(jīng)行地層結(jié)構(gòu)分析，得到較準(zhǔn)確的量化分析報(bào)告，結(jié)合聲波速度和地質(zhì)特征進(jìn)行交互式的信息對(duì)比，得到裂縫參數(shù)、巖體頻譜分析等等。
4 結(jié)束語(yǔ)
在鉆井超前勘探盾構(gòu)隧道時(shí)地質(zhì)預(yù)報(bào)綜合錄井取得了一些進(jìn)展。特別是軟巖、硬巖，在破碎帶巖體風(fēng)化程度、不良水文地質(zhì)等提供了一種科學(xué)地球物理測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，減少技術(shù)引起的屏蔽導(dǎo)體和盾構(gòu)施工變形和損傷的影響，以便采取相應(yīng)的措施，以確保隧道施工安全。建議：如果地質(zhì)雷達(dá)在隧道的頂部，位于高密度勘探地面上，盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)體在施工過(guò)程中對(duì)地表擾動(dòng)的形成，可能引起周?chē)ㄖ锖驼{(diào)查監(jiān)測(cè)變形或沉降，將更有現(xiàn)實(shí)意義。
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（①Wuhan Institute of Geology and Mineral Resources，Wuhan 430205，China；②College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China）
摘要： 為了給城市工程建設(shè)規(guī)劃提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料,需查明區(qū)內(nèi)斷裂的準(zhǔn)確位置、產(chǎn)狀以及覆蓋層厚度。利用CSAMT方法進(jìn)行了勘察工作,為避免區(qū)內(nèi)人文干擾和電磁的嚴(yán)重干擾,野外施工時(shí)采用了多種手段以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的可信度;數(shù)據(jù)處理時(shí)首先利用五點(diǎn)平滑進(jìn)行去噪處理,然后利用空間濾波消除靜態(tài)效應(yīng),最后采用基于遺傳算法的CSAMT全資料反演程序?qū)σ巴鈹?shù)據(jù)進(jìn)行反演。分析反演結(jié)果并結(jié)合已知地質(zhì)資料,給出了區(qū)內(nèi)斷裂的準(zhǔn)確位置等信息。
Abstract: In order to provide basic geological information for a city construction plan, it is necessary to identify the precise location of the faults, the thickness of the overburden, and estimate the activity of the faults. We used CSAMT method for survey work. As there was strong electromagnetic interference in the survey area, we took many means to ensure the data obtained credible. By employing genetic algorithms full data inversion program for data inverse, we achieved a good result. With comprehensive analysis of the geophysics and geological data, we have determined the precise locations of faults.
關(guān)鍵詞： 可控源音頻大地電磁測(cè)深 空間濾波 遺傳算法 全資料反演
Key words: CSAMT；spatial filtering；genetic algorithm；full data inversion
中圖分類(lèi)號(hào)：G31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）29-0295-03
0引言
隱伏斷層是在地表無(wú)顯示或出露不明顯，而潛伏在地表以下的斷層。這種斷層可以是切穿基巖的斷層被新沉積物覆蓋，或者是斷層被侵位巖體占據(jù)，也可以形成于地下深處沒(méi)有切穿至地表的盲斷層。
用可控源音頻大地電磁法研究隱伏斷層是近幾年來(lái)才逐漸開(kāi)始的。根據(jù)大量學(xué)者的研究可得出結(jié)論：采用可控源音頻大地電磁法對(duì)低阻非常敏感，可有效地劃分?jǐn)鄬悠扑閹?，可有效避免高阻屏蔽，解決常規(guī)電法以及地震折射法不能解決的地質(zhì)問(wèn)題[1、2、3、4、5]。
根據(jù)前人研究工作，珠三角地區(qū)發(fā)育兩條NW向斷裂及它們的次生斷裂，由于工作程度不夠，斷裂的位置、產(chǎn)狀、活動(dòng)性等信息不清楚。為了更好地進(jìn)行區(qū)域建設(shè)規(guī)劃，在區(qū)域內(nèi)開(kāi)展了可控源音頻大地電磁測(cè)深工作，力求查明區(qū)內(nèi)斷裂的具置和產(chǎn)狀及覆蓋層厚度，為區(qū)域建設(shè)規(guī)劃提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。
1測(cè)區(qū)地質(zhì)地球物理概況
珠江三角洲地區(qū)地層隸屬華南地層大區(qū)中的東南地層區(qū)，主體為東江地層分區(qū)。地層出露齊全，從震旦系至第四系均有出露，在工作區(qū)范圍內(nèi)以中酸性巖漿巖為主，第四系廣泛分布于珠江三角洲平原（見(jiàn)圖1）。
因隱伏斷層潛伏地表以下，因此單憑通過(guò)野外的地質(zhì)調(diào)查難以發(fā)現(xiàn)線索。但由于斷層切斷了巖層的水平連續(xù)性，上下盤(pán)的錯(cuò)動(dòng)和斷層滑動(dòng)面的破碎導(dǎo)致巖層中地震波的傳播特征和電性特征發(fā)生明顯變化，當(dāng)這種地震波的傳播異常和電性異常突出到一定程度就能夠通過(guò)地面的地球物理探測(cè)而反映出來(lái)。一般而言，相對(duì)于圍巖介質(zhì)的電阻率，斷層可表現(xiàn)為低阻斷層或高阻斷層，取決于斷層的性質(zhì)、破碎帶寬度、膠結(jié)程度、含水特征、巖脈侵入等特性及圍巖電阻率特性。根據(jù)斷層的發(fā)育情況及其與兩側(cè)巖層的電性差異，斷層的電性特征主要有以下幾種表現(xiàn)：當(dāng)斷層破碎帶寬、斷層電阻率與兩側(cè)巖層電阻率差異明顯時(shí)，斷層表現(xiàn)為高阻或低阻板狀體；當(dāng)斷層帶不發(fā)育或斷層電阻率與兩側(cè)巖層電阻率差異不明顯時(shí)，如果斷層兩側(cè)巖性不同，斷層將表現(xiàn)為巖性分界面[6、7]。根據(jù)以上特征我們?cè)跍y(cè)區(qū)開(kāi)展了可控源音頻大地電磁測(cè)深工作。
2方法原理
可控源音頻大地電磁法[8、9、10]簡(jiǎn)稱(chēng)CSAMT法。20世紀(jì)70年代Goldstein和Strangway引入該方法，是20世紀(jì)80年代末開(kāi)始興起的一種地球物理新技術(shù)，其勘探深度較大和分辨率較高，使得它在油氣勘查、礦產(chǎn)資源探測(cè)、地下水以及工程地質(zhì)研究中應(yīng)用頗多[11、12、13]。
該法基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組，推導(dǎo)出電場(chǎng)（E）、磁場(chǎng)（H）與電阻率（ρs）的關(guān)系式：ρ■=■■（1）
式中f代表頻率。式（1）說(shuō)明：在地面上測(cè)定的電場(chǎng)與磁場(chǎng)之比具有阻抗概念，可獲得地電阻率，稱(chēng)之為卡尼亞電阻率。
又根據(jù)電磁波的趨膚效應(yīng)理論，導(dǎo)出了趨膚深度公式：
H≈356■（2）
式中H代表探測(cè)深度，ρ代表地表電阻率，f代表頻率。
由（2）式可見(jiàn)，當(dāng)?shù)乇黼娮杪使潭〞r(shí)，電磁波的傳播深度（探測(cè)深度）與頻率成反比：高頻時(shí)，探測(cè)深度淺；低頻時(shí)，探測(cè)深度深。因此人們可以通過(guò)改變發(fā)射頻率來(lái)改變探測(cè)深度，從而達(dá)到變頻測(cè)深的目的。
3野外工作方法
勘探采用儀器為驕鵬公司E60系統(tǒng)，根據(jù)探測(cè)任務(wù)，采集頻率選擇為10000~0.325Hz，共計(jì)59個(gè)頻點(diǎn)。發(fā)射極供電采用30Kw大功率發(fā)電機(jī)，最大發(fā)射電流30A。
根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料以及前人工作，在區(qū)內(nèi)布置了兩條測(cè)線：1號(hào)線長(zhǎng)1400m，點(diǎn)距100m；2號(hào)線長(zhǎng)度800m，點(diǎn)距50m。
CSAMT法在開(kāi)展大面積工作之前，進(jìn)行方法試驗(yàn)和參數(shù)選擇是必要的，尤其是對(duì)發(fā)射和接收的頻率以及對(duì)發(fā)射與接收距離R進(jìn)行選擇[14、15]。在本區(qū)由于探測(cè)目標(biāo)較深，因此利用中低頻段，選擇的頻率為10000~0.325Hz，此頻段可實(shí)現(xiàn)從地表探測(cè)到地下2000m的深度。CSAMT法的探測(cè)深度既受到頻率的控制，又受到收發(fā)距R的限制[10]，選取R為7000m，AB長(zhǎng)為1000m，可保證地表到地下1000m的深度范圍內(nèi)探測(cè)結(jié)果的可靠性。
為接收保證接收信號(hào)的可靠性，在每次觀測(cè)前，要測(cè)量接地電阻，接地電阻小于1000Ω時(shí)可獲得較強(qiáng)的電場(chǎng)信號(hào)和較高的信噪比。對(duì)于磁探頭的埋設(shè)，使其與供電電極AB方向垂直，并保證其水平放置，同時(shí)將其埋實(shí),以避免環(huán)境干擾。
4數(shù)據(jù)處理與資料解釋
在獲得了可信的原始數(shù)據(jù)后,首先對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理。工作中雖采取各種措施，但還是受到比較嚴(yán)重的電磁干擾，數(shù)據(jù)出現(xiàn)飛點(diǎn)，因此數(shù)據(jù)預(yù)處理首先是去噪和靜態(tài)校正。對(duì)于五點(diǎn)三次、五點(diǎn)二次平滑及三點(diǎn)、五點(diǎn)漢寧窗濾波等去噪方法，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)采用五點(diǎn)二次平滑在忠于原始曲線趨勢(shì)的情況下能最大限度的平滑飛點(diǎn)，取得較好的效果。
靜態(tài)效應(yīng)[16~18]嚴(yán)重影響著處理解釋的結(jié)果，為此需要對(duì)CSAMT資料進(jìn)行靜態(tài)校正來(lái)提高處理解釋質(zhì)量?？臻g濾波法做靜態(tài)校正認(rèn)為地下電性異常體或地質(zhì)構(gòu)造引起的視電阻率沿測(cè)線的變化是平緩的，而地表局部不均勻體或局部地形不水平則會(huì)引起視電阻率沿測(cè)線急劇變化，采用此種濾波方式，可壓制“高頻”的靜態(tài)效應(yīng)[19]。結(jié)合本次勘探深度范圍為地下50m-1000m，所以采用空間濾波法做靜態(tài)校正。
經(jīng)過(guò)上述處理步驟以后，還需要對(duì)CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一些地球物理學(xué)家開(kāi)始尋求不考慮近場(chǎng)校正的全場(chǎng)資料的數(shù)值模擬和反演方法，并成功開(kāi)發(fā)出基于遺傳算法[20~26]的CSAMT全資料反演程序。本次將基于遺傳算法的CSAMT全場(chǎng)資料反演程序應(yīng)用到本次數(shù)據(jù)處理。
5資料解釋
圖2、圖3是綜合剖面解釋圖,圖中橫軸為測(cè)點(diǎn)位置，縱軸為探測(cè)深度。電阻率從小到大的變化用不同的顏色變化規(guī)律來(lái)表示。
1號(hào)線綜合解釋結(jié)果如圖2所示。從CSAMT反演剖面的電性特征來(lái)看，該測(cè)線的淺部為低阻層，這一電性層判定為第四系沉積物。該層上下電性層細(xì)分不明顯，在500m-650m之間出現(xiàn)淺部局部高阻，是由于該段測(cè)線在馬路旁邊，來(lái)往車(chē)輛對(duì)高頻信號(hào)造成的干擾。在本區(qū)，我們推斷斷裂的依據(jù)為：當(dāng)基巖中有斷裂破碎帶時(shí)，往往由于充水，電阻率顯著降低；當(dāng)縱向地層存在電阻率差異時(shí)，斷層上下盤(pán)的錯(cuò)動(dòng)，也可以形成電性界面。
結(jié)合以上討論從剖面圖可以看出：600m-800m、1000m-1200m之間有明顯的斷裂顯示，分別定為F1、F2，斷層產(chǎn)狀較陡。
2號(hào)線綜合解釋結(jié)果如圖3所示，橫軸代表點(diǎn)位，縱軸代表深度。從CSAMT反演剖面的電性特征來(lái)看，該測(cè)線的淺部為低阻層，從左側(cè)到右側(cè)低阻層逐漸加厚，厚度由200m逐漸變?yōu)?00m，在300m-500m之間淺部出現(xiàn)2個(gè)局部的高阻，該段穿過(guò)馬路，判定為來(lái)往車(chē)輛所形成的高頻干擾造成的。從剖面圖看出，在深度500m以下，0m-300m范圍的電性明顯變化，推斷為F3斷裂。
結(jié)合地質(zhì)資料分析，F(xiàn)1斷裂對(duì)第四系的沉積厚度影響較明顯，F(xiàn)2斷裂應(yīng)該為F1斷裂的次生斷裂。F3斷裂對(duì)第四系沉積物的沉積厚度影響不明顯，故F1斷裂較F3斷裂活動(dòng)性更強(qiáng)一些。
6結(jié)論
6.1 CSAMT法是電阻率頻率測(cè)深法，采用人工場(chǎng)源，信號(hào)強(qiáng)度大，信噪比高，在工業(yè)電磁干擾、人文干擾因素較大的地區(qū)進(jìn)行隱伏斷裂的探測(cè)發(fā)揮了重要作用，取得了較好的地質(zhì)成果。說(shuō)明該方法具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在高噪聲地區(qū)仍能較好的開(kāi)展工作。
6.2 由于干擾的存在，數(shù)據(jù)預(yù)處理是有必要的。采用基于遺傳算法的CSAMT全場(chǎng)資料反演程序進(jìn)行數(shù)據(jù)反演，不但具有對(duì)初始值依賴(lài)小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，而且不用進(jìn)行近場(chǎng)校正，能最大限度的利用數(shù)據(jù)。并能夠定量反映地下電性參數(shù)，給地質(zhì)解釋帶來(lái)更大的實(shí)用價(jià)值。
6.3 經(jīng)過(guò)本次工作，準(zhǔn)確的定位了區(qū)內(nèi)斷裂的位置、產(chǎn)狀及其覆蓋層厚度。后期鉆探工程施工中，在推斷斷裂F1、F3處發(fā)現(xiàn)破碎帶進(jìn)一步證明了CSAMT法具有準(zhǔn)確探測(cè)隱伏斷層的能力。
6.4 通過(guò)本項(xiàng)目的隱伏斷裂的探測(cè)工作證明，CSAMT法成本低、效率高、成果可靠。在地形起伏較大的工作區(qū)或山區(qū)等不易開(kāi)展常規(guī)物探方法的地區(qū)較適合開(kāi)展此工作。此方法在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等工程物探領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
6.5 CSAMT法探測(cè)深度大、準(zhǔn)確度高，不僅能夠推測(cè)斷裂構(gòu)造或破碎帶，而且能夠電性分層，圈出低阻區(qū)等，如果能與工區(qū)地質(zhì)相結(jié)合，在尋找隱伏礦床和地下水資源方面可有廣泛的應(yīng)用。
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中圖分類(lèi)號(hào)：C39
一、前言
科學(xué)的發(fā)展，對(duì)于金礦進(jìn)行勘查的過(guò)程中，采用綜合物探的方法，對(duì)于水文地質(zhì)條件進(jìn)行有效的勘測(cè)，進(jìn)而能有效的了解礦井的地理結(jié)構(gòu)。而礦產(chǎn)勘查的主要目在于通過(guò)少量的經(jīng)費(fèi)投入獲取較好的地質(zhì)效果，獲取較大的經(jīng)濟(jì)效益。在過(guò)去多年的礦產(chǎn)勘查工作中，找礦實(shí)例表明在目前的工作中只有將地質(zhì)、物勘、化探和鉆探等多種方法綜合起來(lái)，并且合理的運(yùn)用和配合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的配合效果和最佳處理途徑。
二、金礦成礦的必要條件
據(jù)了解，地殼中金的豐度為0.5×10―9，與地幔中的豐度相比，地殼中的豐度更低，地幔和地殼中富集著許多的金礦的成礦物質(zhì)。從當(dāng)下的開(kāi)采和回收水平來(lái)看，從3×10―6的工業(yè)品位出發(fā)，當(dāng)金在地殼中的濃集系數(shù)達(dá)到≥6×103時(shí)才可以成礦。所以，經(jīng)過(guò)了地質(zhì)作用的不少回富集之后才可以形成金礦；又因?yàn)榻鹁哂杏H硫性，自然界中的金通常都是金的硫化物，與硫化礦物共生，相關(guān)資料顯示，造巖金難被活化，而金的硫化物不難被活化。所以，對(duì)于金的富集有決定作用的關(guān)鍵取決于硫化物作用。構(gòu)造巖漿作用和在構(gòu)造巖漿作用背景上的金屬硫化物富集作用是歸納金礦成礦的兩個(gè)主要條件控制。所以，我們可以從硫化物的強(qiáng)度、碎裂狀來(lái)看，也可以從其被角礫化的巖石及其在巖石中的賦存特征來(lái)分析原生金礦存在的位置。
三、金屬礦綜合物探勘查技術(shù)的應(yīng)用范圍
1、在成礦帶、礦田預(yù)測(cè)研究中的應(yīng)用
綜合物探技術(shù)在康古爾塔格成礦帶找礦取得了重大突破，先后發(fā)現(xiàn)了石英脈型金礦、淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V、以銅為主的多金屬礦及銅硫化物礦等類(lèi)型礦床。
2、在礦產(chǎn)普查與勘探中的應(yīng)用
在礦床普查、勘探中，應(yīng)用較多的地球物理勘查技術(shù)主要有：各種地面磁法、布格重力、電阻率法、自電、激發(fā)極化法、電磁法、地震法和各種地下物探方法等。例如，天湖鐵礦的發(fā)現(xiàn)和勘查過(guò)程中，地面磁法發(fā)揮了重要的作用；可可塔勒鉛鋅礦的找礦勘探史可歸納為：1/20萬(wàn)化探掃面發(fā)現(xiàn)異常―1/5萬(wàn)化探異常檢查―1/2萬(wàn)地質(zhì)、磁法和激電掃面圈定異常范圍―1/2萬(wàn)TEM圈定礦體―TEM測(cè)深隱伏礦定位。該礦床的儲(chǔ)量由小型變成大型，物探方法起了關(guān)鍵性的作用。
四、綜合物探概述
在礦產(chǎn)勘查工作中將地質(zhì)、化探、物探、鉆探等方法綜合一起，進(jìn)行恰當(dāng)合理的分配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采礦目標(biāo)和最佳效果要求，這就是綜合物探。礦產(chǎn)勘查的主要目的在于多快好省地發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)存位置和儲(chǔ)存規(guī)律，是通過(guò)少量的經(jīng)費(fèi)投入獲取較好的地質(zhì)效果，獲取較大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于現(xiàn)階段的礦產(chǎn)勘查工作而言，除了采用必要的地質(zhì)勘查的前提，要確?？辈楣ぷ鞯目茖W(xué)性與合理性，保證勘查能夠準(zhǔn)確、完善的描述出礦產(chǎn)分布規(guī)律，以提高礦產(chǎn)開(kāi)采要求。
在這種工作基礎(chǔ)上，很到成都上取決于勘查方法與技術(shù)選擇是否合理、科學(xué)。在工作中我們?cè)趶?qiáng)調(diào)具體地址問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)效益、有效的原則和選擇適當(dāng)?shù)姆椒夹g(shù)，要在工作中盡可能的發(fā)回綜合物探方法的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而因地適宜的解決現(xiàn)有問(wèn)題。
五、綜合物探的原理
所謂的物探技術(shù)就是根據(jù)各種巖石之間存在密度、電性放射性以及磁性等物理性質(zhì)的差異，利用地球物理的原理，選用不同是物理方法和物探設(shè)備，進(jìn)行工程區(qū)地球物理場(chǎng)的變化測(cè)量，以此來(lái)了解其水文地質(zhì)以及工程地質(zhì)條件的一種勘測(cè)方法。目前，由于單一的物探方法具有自身的局限性以及地質(zhì)勘查具有復(fù)雜性，因此，我們?cè)诘刭|(zhì)勘查中常常采用多種物探方法進(jìn)行勘探和測(cè)試，這就形成了綜合物探技術(shù)。綜合物探技術(shù)是基于先進(jìn)電子信息技術(shù)而逐漸發(fā)展起來(lái)的。由于不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有不同的物理特性，采用精密的電子器對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，然后根據(jù)儀器反的信息數(shù)據(jù)和圖像，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)作出準(zhǔn)確的定量分析，從而對(duì)勘探地質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖石密度和輻射進(jìn)行判斷。通過(guò)綜合物探技術(shù)可以很好的了解各個(gè)巖石層的巖石結(jié)構(gòu)和巖石種類(lèi)進(jìn)而有效地完成地質(zhì)勘查工作，為各種地下礦石能源的開(kāi)采進(jìn)行安全的指導(dǎo)。由于地質(zhì)勘查工作的復(fù)雜性，針對(duì)不同的環(huán)境往往采用不同的物探技術(shù)，因此進(jìn)行地質(zhì)勘查的綜合物探技術(shù)的方法有很多。例電磁法、電流法、天然磁場(chǎng)法、無(wú)線電波法。
六、金屬礦綜合物探勘查技術(shù)的應(yīng)用范圍
1、在成礦帶、礦田預(yù)測(cè)研究中的應(yīng)用
綜合物探技術(shù)在康古爾塔格成礦帶找礦取得了重大突破，先后發(fā)現(xiàn)了石英脈型金礦、淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V、以銅為主的多金屬礦及銅硫化物礦等類(lèi)型礦床。
2、在礦產(chǎn)普查與勘探中的應(yīng)用
在礦床普查、勘探中，應(yīng)用較多的地球物理勘查技術(shù)主要有：各種地面磁法、布格重力、電阻率法、自電、激發(fā)極化法、電磁法、地震法和各種地下物探方法等。例如，天湖鐵礦的發(fā)現(xiàn)和勘查過(guò)程中，地面磁法發(fā)揮了重要的作用；可可塔勒鉛鋅礦的找礦勘探史可歸納為：1/20萬(wàn)化探掃面發(fā)現(xiàn)異常―1/5萬(wàn)化探異常檢查―1/2萬(wàn)地質(zhì)、磁法和激電掃面圈定異常范圍―1/2萬(wàn)TEM圈定礦體―TEM測(cè)深隱伏礦定位。該礦床的儲(chǔ)量由小型變成大型，物探方法起了關(guān)鍵性的作用。
七、物探方法的選擇與應(yīng)用
首先，應(yīng)對(duì)工作地區(qū)的研究程度進(jìn)行系統(tǒng)地了解，充分認(rèn)識(shí)工作地區(qū)待找礦床的地質(zhì)、地球物理及地球化學(xué)特點(diǎn)，對(duì)收集的資料進(jìn)行分析、歸納、整理及成礦背景研究。其次，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有物探技術(shù)水平及地質(zhì)找礦過(guò)程中要解決的實(shí)際問(wèn)題，選擇經(jīng)濟(jì)有效的地球物理探查方法。應(yīng)根據(jù)工作區(qū)的具體地質(zhì)條件確定物探目標(biāo)物―與欲尋找礦產(chǎn)有某種關(guān)系，從而確定物探調(diào)查的目標(biāo)物。要保證現(xiàn)有地球物理方法技術(shù)能找到該目標(biāo)物，且工作方法在經(jīng)濟(jì)上是合理的，同時(shí)還要注意獲取系統(tǒng)、完整的地球物理調(diào)查資料，這對(duì)全面認(rèn)識(shí)礦區(qū)地質(zhì)體地球物理場(chǎng)特征和后續(xù)找礦工作十分重要。
物探方法技術(shù)選擇的基本原則是：方法技術(shù)的選擇不僅要重視其先進(jìn)性，更要重視其針對(duì)性、適用性和經(jīng)濟(jì)性；不僅要重視各種方法技術(shù)的組合，更要重視其有效配置；不僅要重視方法技術(shù)實(shí)施的時(shí)序，更要重視其時(shí)效。
八、結(jié)束語(yǔ)
綜合物探法在礦產(chǎn)勘查中具有著間接找礦效果，尤其是在金礦勘查中效果最佳。在采礦過(guò)程中，運(yùn)用各種物探方法來(lái)指導(dǎo)施工是很重要的并且也很必要，很大程度上消除了找礦過(guò)程中的盲目性。
參考文獻(xiàn)：
1、王卓，綜合物探方法在金礦勘察中的應(yīng)用[J]，科技與企業(yè)，2013年第3期
主管單位：國(guó)土資源部
主辦單位：青島海洋地質(zhì)研究所
出版周期：月刊
出版地址：山東省青島市
語(yǔ)
種：中文
開(kāi)
本：大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào)：1009-2722
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：37-1118/P
郵發(fā)代號(hào)：
發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：1982
期刊收錄：
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
期刊榮譽(yù)：
Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
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期刊簡(jiǎn)介
《海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài)》創(chuàng)刊于1982年，由青島海洋地質(zhì)研究所主辦，海洋出版社出版。本刊是海洋地質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的一份綜合性指導(dǎo)類(lèi)刊物，主要刊登反映當(dāng)今國(guó)內(nèi)外海洋地質(zhì)、海洋石油地質(zhì)、海洋礦產(chǎn)資源、海洋地球物理、海洋地球化學(xué)、環(huán)境地質(zhì)和災(zāi)害地質(zhì)等學(xué)科的科技進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)的學(xué)術(shù)論文；報(bào)道相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的最新研究成果、新技術(shù)方法、海洋地質(zhì)調(diào)查研究和學(xué)術(shù)活動(dòng)等信息。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）03-0110-02
一、地球重力場(chǎng)
地球是一個(gè)具有明顯圈層結(jié)構(gòu)特征的非均勻質(zhì)體。總體上說(shuō)，地球圈層分為地球外圈和地球內(nèi)圈兩大部分。其中，地球內(nèi)圈分為地幔圈、液態(tài)外核圈和固態(tài)內(nèi)核圈。各圈層可根據(jù)密度結(jié)構(gòu)劃分成更細(xì)的層，各圈層的密度結(jié)構(gòu)各不相同，同時(shí)，各圈層之間存在著極為復(fù)雜的耦合作用。地球表面靜止物體所受的作用力為引力和地球自轉(zhuǎn)離心力的合力，通常稱(chēng)為重力，它的物理量是重力加速度。地球重力場(chǎng)是表征地球介質(zhì)密度變化和各種環(huán)境下（如固體潮汐、內(nèi)部熱流、固體和液體之間的質(zhì)量交換、表面負(fù)荷和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等）動(dòng)力學(xué)特征的最基本和最直接的物理量[1]。因此，地球重力場(chǎng)不僅存在著空間變化而且存在著時(shí)間變化，地球表面重力觀測(cè)隨時(shí)間的變化，形成時(shí)變重力信號(hào)。時(shí)變重力信號(hào)有很寬的頻譜范圍，周期變化范圍可從幾秒到一年以上，其中大部分理論上已知的地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象都可通過(guò)高精度連續(xù)重力測(cè)量，所獲得的不同時(shí)間尺度的重力變化，可用于揭示地殼均衡、地殼形變、冰后回彈、自由振蕩等地球的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以及與人類(lèi)活動(dòng)相關(guān)的重力場(chǎng)時(shí)變成因。
二、地球重力場(chǎng)的觀測(cè)與應(yīng)用
準(zhǔn)確的地球重力值可通過(guò)絕對(duì)重力測(cè)量獲得，它不僅是大地測(cè)量、區(qū)域性乃至全球性地球重力場(chǎng)標(biāo)定的基礎(chǔ)，也被廣泛應(yīng)用于地殼非潮汐形變監(jiān)測(cè)、海平面變化、地震及震后效應(yīng)、火山活動(dòng)等現(xiàn)象的研究領(lǐng)域。隨著資源開(kāi)發(fā)和環(huán)境監(jiān)測(cè)日益增長(zhǎng)，高精度絕對(duì)重力測(cè)量也逐步延伸到這些領(lǐng)域[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高精度連續(xù)重力儀器已經(jīng)取得在小型化、自動(dòng)化及智能化等方面的發(fā)展。利用全球重力觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)獲得的重力場(chǎng)時(shí)間變化資料能夠用以研究地球物理學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)中的熱點(diǎn)問(wèn)題[3]。與此同時(shí)，GRACE衛(wèi)星時(shí)變重力模型的，使得利用衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)研究地球全球性乃至區(qū)域性物質(zhì)質(zhì)量變遷成為可能。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，地面與衛(wèi)星時(shí)變重力觀測(cè)逐漸受到重視，在很大程度上促進(jìn)了地球重力場(chǎng)的研究進(jìn)展，其中，與人類(lèi)活動(dòng)及生活息息相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括三個(gè)方面：（1）解決行星間系統(tǒng)下的地球動(dòng)力學(xué)變化特征及地球內(nèi)部參數(shù)的確定問(wèn)題，例如，地球本身的固有運(yùn)動(dòng)，地球重力潮汐（固體潮）、地球自轉(zhuǎn)及同震重力響應(yīng)時(shí)變重力觀測(cè)等。（2）解決非唯一性的地球內(nèi)部物質(zhì)遷移與結(jié)構(gòu)問(wèn)題，例如，地球相對(duì)穩(wěn)定重力場(chǎng)的應(yīng)用，圈層結(jié)構(gòu)及資源勘探。（3）解決人類(lèi)活動(dòng)時(shí)間尺度下的地表物質(zhì)遷移與環(huán)境問(wèn)題，例如，地表及以上物質(zhì)遷移的監(jiān)測(cè)，以及地表負(fù)荷激發(fā)的地球動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。
三、高校開(kāi)設(shè)相關(guān)領(lǐng)域課程的現(xiàn)狀
“重力學(xué)/重力勘探”等課程是目前國(guó)內(nèi)外高校在地球科學(xué)領(lǐng)域中開(kāi)設(shè)的主要專(zhuān)業(yè)骨干課，通過(guò)重力測(cè)量技術(shù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)解譯技術(shù)以及相關(guān)的理論的講授，為進(jìn)一步從事地球物理基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究打下基礎(chǔ)[1]。重力學(xué)（重力勘探）是地球物理學(xué)（地球物理勘探）的一個(gè)分支[4]，由于專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)，因此，少有高校開(kāi)設(shè)與其內(nèi)容相關(guān)的公選課程，對(duì)于“地球物理學(xué)”及“大地測(cè)量學(xué)”專(zhuān)業(yè)外的學(xué)生而言，很難接觸并了解跟我們?nèi)祟?lèi)活動(dòng)與生活息息相關(guān)的地球重力場(chǎng)及其相關(guān)的地球科學(xué)問(wèn)題。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）自建校以來(lái)，始終大力構(gòu)建“以地球系統(tǒng)科學(xué)為主導(dǎo)”的學(xué)科體系，積極發(fā)展應(yīng)用科學(xué)、前沿科學(xué)，以及與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)的信息等新興交叉學(xué)科。通過(guò)開(kāi)設(shè)該公選課程，為其他學(xué)科專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供認(rèn)知地球重力場(chǎng)的學(xué)習(xí)與交流平臺(tái)，了解與熟悉相關(guān)重力測(cè)量理論與方法，結(jié)合目前地球重力場(chǎng)研究領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，加深對(duì)地球重力場(chǎng)探測(cè)及其相關(guān)地學(xué)應(yīng)用與人類(lèi)生活之間關(guān)系的理解。
四、“地球重力場(chǎng)與人類(lèi)生活”公選課程設(shè)計(jì)
在國(guó)內(nèi)，關(guān)于“重力學(xué)”及“重力勘探”等方面的教材較多，主要面向的對(duì)象為地球物理學(xué)及大地測(cè)量學(xué)等專(zhuān)業(yè)學(xué)生，教材涉及的內(nèi)容主要涵蓋了概念、基本理論公式、處理方法及實(shí)際應(yīng)用解釋等，但是還沒(méi)有地球重力場(chǎng)直接與人類(lèi)活動(dòng)等科學(xué)問(wèn)題配套的教材。其原因一方面是此類(lèi)內(nèi)容多是近年來(lái)地球科學(xué)領(lǐng)域與社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，通常以科學(xué)研究的通訊新聞或科技論文的形式發(fā)表，體現(xiàn)了課程所設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)時(shí)性與重要性。因此，課程以認(rèn)識(shí)地球重力場(chǎng)為主線，結(jié)合最新的科技文獻(xiàn)等熱點(diǎn)信息資料，以講授故事、分享實(shí)例及相互交流等形式，增加學(xué)生對(duì)地球科學(xué)學(xué)科的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以上課程內(nèi)容按24個(gè)學(xué)時(shí)設(shè)置，主要涵蓋了4個(gè)方面的內(nèi)容。
1.地球重力場(chǎng)介紹。主要介紹地球重力的組成、引力及慣性離心力分布特征、人類(lèi)對(duì)于重力現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)過(guò)程經(jīng)歷了幾次大飛躍；重力的單位、重力位、引力位、水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面等基本概念；分析直角坐標(biāo)系中地球重力場(chǎng)（包括各個(gè)分量）的基本表達(dá)式、重力位與重力的關(guān)系等基本關(guān)系，著重講解地球重力場(chǎng)、重力位、及大地水準(zhǔn)面等問(wèn)題。
2.重力觀測(cè)方式介紹。主要介紹重力測(cè)量?jī)x器以及觀測(cè)的主要方式等，重點(diǎn)介紹衛(wèi)星重力觀測(cè)的基本原理與觀測(cè)方式。通過(guò)簡(jiǎn)單地講解“重力測(cè)量?jī)x器”或“衛(wèi)星傳感器”的基本原理，使學(xué)生了解用于測(cè)量的重力儀技術(shù)要求等功能原理，其中主要以發(fā)展歷史、圖片展示的過(guò)程進(jìn)行針對(duì)性講授。
3.人類(lèi)活動(dòng)與生活相關(guān)的地球重力場(chǎng)應(yīng)用。地球表面的任何物體都受到地球重力的作用，地表重力不僅隨不同的時(shí)間與地點(diǎn)而變化，并且與地下物質(zhì)密度分布不均勻以及物質(zhì)遷移有關(guān)。因此，研究地上、地表與地下物質(zhì)密度分布不均勻及遷移引起的重力變化，可以了解和推斷地球的結(jié)構(gòu)、地殼的構(gòu)造，以及地球動(dòng)力學(xué)等課題。在這些研究領(lǐng)域中，人類(lèi)活動(dòng)無(wú)疑存在于甚至影響這些地球系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
4.由地球重力場(chǎng)的變化帶給我們的啟示。主要介紹地球重力場(chǎng)的變化可能帶來(lái)的地球活動(dòng)的前因與后效等問(wèn)題，例如，地震前兆等與人類(lèi)緊密相關(guān)的事件。同時(shí)，重點(diǎn)介紹由于人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致的質(zhì)量遷移所引起的重力變化，例如，冰雪融化、地下水流失等社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)結(jié)合科學(xué)研究成果詳細(xì)介紹，并與學(xué)生廣泛地交流，以期達(dá)到從各類(lèi)事件中給予學(xué)生對(duì)資源保護(hù)災(zāi)害認(rèn)知的啟示。
地球是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。人類(lèi)在這顆星球上世世代代生息繁衍，并在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐中不斷地研究和深化對(duì)地球的認(rèn)識(shí)。對(duì)于地球物理學(xué)中的重力場(chǎng)而言，許多自然現(xiàn)象引起的重力場(chǎng)微弱變化現(xiàn)如今都已可以檢測(cè)，如冰后回彈、地球自由振蕩、陸地地下水儲(chǔ)量變化等，因此，推動(dòng)了重力場(chǎng)理論模擬和重力觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，并為“重力學(xué)理論”研究提供基礎(chǔ)和動(dòng)力。作為面對(duì)地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)以外學(xué)生開(kāi)設(shè)的“地球重力場(chǎng)與人類(lèi)生活”公選課程，能夠使學(xué)生更好地了解我們賴(lài)以生存的地球，對(duì)“地球科學(xué)學(xué)科”產(chǎn)生興趣。因此，作為以地球科學(xué)類(lèi)特色的中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），應(yīng)該開(kāi)設(shè)相關(guān)科普性公選課程，培養(yǎng)具備一定的地學(xué)知識(shí)的綜合型人才，這是我校地球科學(xué)學(xué)科為主導(dǎo)的學(xué)科體系發(fā)展不可忽視的教學(xué)環(huán)節(jié)。
參考文獻(xiàn)：
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Exploration on Offering the Public Elective Course of "Earth Gravity Field and Human Life"
WANG Lin-song
（Hubei Subsurface Multi-scale Imaging Key Laboratory，Institute of Geophysics and Geomatics，
