地球物理学专业地电学野外教学实习探索

摘要：本文在分析原有野外教学实习不足的基础上，结合我院地球物理学专业的培养特色，探索了“大地电磁测深法”作为地球物理学专业地电学的主要实习内容，并分析了大地电磁野外教学实习的教学效果。

关键词：地球物理学；野外教学实习；大地电磁测深

中图分类号：G646 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0115-02

“地电学”是地球物理学专业的一门主要分支学科，主要以岩矿石的导电性、电化学学性、介电性和导磁性的差异为物质基础，使用专用的仪器设备，观测和研究大气、海洋和固体地球内部的电场变化和分布规律，来揭示地球内部岩石物性分布和物质结构的一门学科。经过几十年的飞速发展，地电学在地球深部结构及动力学研究、矿产勘察、环境与工程勘探中都发挥着越来越重要的作用[1]。这种发展带来的社会需求对地电学的本科生教学提出了更高的要求。野外教学实习是“地电学”课程教学的重要组成部分，是课堂教学的延伸与补充。野外教学实习，将课堂理论知识与野外实际工作相结合，巩固和加深学生对理论知识的理解，使他们能更加熟悉仪器原理、性能和操作规程，学习数据采集工作的各个环节，掌握野外实测资料的整理、数据处理、反演解释、以及报告编写等，培养学生刻苦求实的工作作风和野外实际动手能力。

一、“地电学”原有野外教学实习的不足

以前，我院地球物理学专业的地电学本科野外教学实习与地球探测与信息技术专业的实习内容一样，主要为直流电测深、电剖面法、高密度电阻率法等传统的电法勘探方法[2]。这种以电法勘探为主的野外教学实习，取得了较好的效果，培养的学生受到了社会的好评，但也暴露出一些问题。（1）实习内容简单陈旧。近些年，随着科学技术的进步，地电学方法理论、仪器设备以及数据处理方法有了很大的进步，应用范围更加广泛[3]。原来的地电学野外实习方法和内容已经不能适应本学科的发展需要，也不能满足社会对本专业人才的需求。（2）专业特色不明显。以前，地球物理学专业野外教学实习与地球探测与信息技术专业野外教学实习同时进行，两个专业的学生同组实习。这种培养方式忽视了地球物理学专业特色，也与我院地球物理专业发展方向不符。

二、精选实习内容

为了适应“地电学”的发展，凸显我院“地球物理学”专业特色，建设国际一流的“地球物理学”专业，从今年开始，我院“地球物理学”专业摒弃传统的“以浅层勘探为目的”的实习内容，探索以大地电磁测深为“地电学”专业的主要实习内容。（1）在柳江盆地及其周边地区布设5—8个大地电磁测深台站，要求学生熟悉和掌握野外大地电磁测深台站布设的工作要点和技术。（2）通过实地的野外观测过程，培养学生的分析和解决野外问题的能力。（3）巩固校内“地电学”教学成果，练习使用大地电磁测深资料处理相关软件，将基础的理论应用到实际的大地电磁测深数据处理中。学习使用软件完成大地电磁测深资料处理流程。对实测的时间序列通过处理获得视电阻率和相位曲线，对视电阻率和相位资料进行圆滑、一维反演等处理，并进行地质推断解释。（4）训练学生的独立思考能力，要求能从观测到的数据推出地下电性结构及其构造特征。（5）独立撰写实习报告。

三、合理组织实习

本次大地电磁野外教学实习的实施过程分为六个步骤。（1）学生分组：整个实习过程以小组为单位进行。参与本次实习的学生共42人，我们将学生分为4个小组，每个小组10—11人，每组推选一名学生当组长，负责管理本组的相关事务。（2）野外前的准备：野外准备工作分四项内容进行。首先是仪器设备的准备。与常规直流电法相比，大地电磁测深法需要的仪器及工具比较繁杂，有主机、电池、磁棒、不极化电极、电缆、森林罗盘、万用表、剥线钳、测绳、GPS、脚架、铁锹等，这就要求每位组长列出野外仪器、物品的详细清单，具体分配人手携带，以免遗漏。此外，还得检查每台仪器设备是否正常工作，检查每根电缆是否漏电。其次是不极化电极的配对。在本次实习中，我们准备了20个不极化电极，每个小组都要从中挑选出两对不极化电极为本组数据采集使用，每对不极化电极间极差小于2mV。第三是森林罗盘、GPS的练习。教师指导学生练习使用GPS测定大地电磁测深点位，练习使用脚架和森林罗盘测量方位，方位误差小于1度，配合测绳确定极距，练习不极化电极和磁棒的埋设。最后是仪器设备操作练习。要求学生熟悉大地电磁仪器面板、接口等，让学生练习连接仪器、设置工作任务、采集参数等。（3）野外数据采集。每次出野外前，要求每组学生检查各自组的仪器设备是否齐全，电池是否充电。到野外后，要求根据野外实际情况决定采用“十”型布极、“L”型布极或者“T”型布极，以及选择合适的极距。选择合适的位置架设森林罗盘，布设电道和磁场，埋设不极化电极和磁棒，将不极化电极和磁棒连接到仪器上，连接GPS天线和电源。完成大地电磁测深台站的布设后，检查电缆是否连接正确，电缆敷设是否符合规范要求。然后，根据任务要求和现场条件，设置合理的采集参数。在仪器采集数据期间，采用手持GPS准确定位测点位置，认真填写野外记录表格，并绘制测点周围地形、地貌草图，标出可能的干扰源位置及大致距离。针对学生在野外大地电磁测深台站布设过程发现的问题，组织小组成员现场讨论。采集时间截止后，检查数据采集是否完成，数据质量是否达到要求。最后收站，清理仪器设备。整个实习过程中，要求每组完成4个点的大地电磁测深数据采集。小组各成员轮换完成操作仪器、森林罗盘、GPS、布设电极、埋设磁棒等工作。（4）室内数据处理：从仪器中导出野外采集的原始时间序列数据，采用仪器配套的处理软件，对时间序列进行处理，得到大地电磁张量阻抗文件。经过数据格式转换，在软件上对视电阻率曲线进行去除飞点、圆滑、静校正等处理，然后对视电阻率数据进行一维Bostick反演和Occam反演，得到一维地下电性结构。要求每位学生独立完成数据处理工作。每组学生在本组采集数据的处理完成后，结合其他组的反演结果，合成二维地下电性结构剖面。（5）报告编写：报告内容要求包括区域地质概况、大地电磁测深方法原理、野外数据采集技术、数据处理流程和详细的处理参数，绘制主要图件，并进行地质推断解释。（6）学生汇报及教师评分：每轮实习结束之前，组织小组同学进行汇报。主要汇报实习过程中野外数据采集、数据处理过程与结果、以及地质推断解释成果，并分享实习的心得与体会。每位学生的实习成绩由野外表现（50%）和报告内容（50%）两部分组成。

四、野外教学效果分析

本次大地电磁测深野外教学实习，开拓了学生的视野，让学生熟悉了大地电磁测深数据采集技术、以及资料处理方法，同时，也锻炼了学生的实践能力、组织管理能力和团队合作精神。（1）实践能力的培养。在教学实习中，培养学生的实际动手能力是本次实习的主要目的之一。在本次大地电磁野外教学实习过程中，学生们轮换操作，熟悉数据采集的各个环节，不仅培养了学生的仪器操作、数据采集能力，也锻炼了学生解决野外突发状况的工作能力。（2）组织管理能力的培养。在实习过程中，采用小组负责模式。每个小组长根据实习任务组织安排小组成员，合理分工，并负责管理本组仪器装备的使用。（3）团队合作精神的培养。野外数据采集前，组长组织小组成员讨论第二天的实习内容，让每位小组成员都明白本小组的实习任务，同时清楚各自的分工。仪器操作轮换时，小组同学之间互相帮助，分享自己的操作经验。小组成员之间的互动合作也加深了学生对野外工作的了解。

五、存在的不足之处

本次大地电磁野外教学实习取得了很好的教学效果，但是也存在着一些不足之处。由于教学实习时间有限、仪器数量有限，本次实习过程中，每组布设的大地电磁测深点较少，导致剖面上点距较大，使资料处理无法达到高精度处理解释。

提高教学质量、培养社会需要的地球物理专业人才，是我们野外教学实习的主要目的。这就要求我们在教学中，适应地球物理学专业的发展，不断深化课程建设与改革，继续改进和加强野外教学实习，提高人才培养质量。

参考文献：

[1]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京：地质出版社，2005.

[2]王传雷.地球物理学北戴河教学实习指导书[M].武汉：中国地质大学出版社，2012.

[3]赵国泽，陈小斌，汤吉.中国地球电磁法新进展和发展趋势[A].纪念中国地球物理学会成立60周年专辑[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

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