重力勘探生產實習教學實踐與改革

王輝 朱國維

摘 要：重力勘探是地球物理勘探的主要方法之一，生產實習是聯系理論學習與實踐技能的重要橋梁，通過生產實習，使學生能夠按照行業技術規范，掌握測網設計、儀器性能測試、野外數據采集、數據處理以及反演解釋所有環節的工作方法，提高學生的專業實踐能力與綜合素質。

關鍵詞：地球物理學；重力勘探；生產實習；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：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

目前全國范圍內開設地球物理學專業的高校已達10余所，中國礦業大學（北京）地球物理學專業于2010年開始招生，是由中國工程院彭蘇萍院士倡導，以我國能源泰斗孫越琦先生名字命名為“越崎班”，是實踐能源工業精英教育教學體系的試點班，由地球科學與測繪工程學院、煤炭資源與安全開采國家重點實驗室共同建設，充分利用我校“能源與安全”學科齊全的優勢和良好的教學資源，構建研究型本科教育環境，培養地球物理學專業高素質創新人才。

從2013年開始對本科生進行生產實習的實踐教學，首次生產實習是在吉林大學老師們的幫助下完成的，之后便開始由本校老師單獨指導。經過幾年生產實習的教學與改革，逐漸形成了具有我校特色的教學。本文以重力勘探生產實習的教學實踐與改革，進行闡述。

一、根據培養目標，明確實習內容

根據培養目標中對學生“實踐能力強、創新能力強”的培養要求，安排合理、豐富的實習內容。對重力實習而言，要求根據國家行業規范，完成測網設計、儀器性能測試、野外數據采集、數據處理以及反演解釋所有環節實習內容，掌握各項實習內容的具體細節。具體包括：

（1）測網的設計，根據地質任務、測區面積大小，設計測網密度，在實習的第一天，帶領學生進行現場踏勘，并設計測網，要求掌握GPS的使用，以及航點的導入和導出。

（2）測地工作，在近區利用森林羅盤和三腳架，進行近區高程測量。

（3）儀器操作，熟練掌握美國進口的Burris重力儀的使用與維護。

（4）按照規范要求，進行儀器性能測試，包括靜態試驗、動態試驗，并計算儀器的零點漂移率。

（5）基點網聯測，掌握三程循環法和往返重復觀測法，并進行平差計算，對比兩種方法的效率和精度。

（6）進行普通點、檢查點觀測，并適當進行補充點測量，計算測量誤差。

（7）數據整理，進行混合零點校正、地形改正、正常場改正和布格改正。

（8）數據處理，包括空間域與波數域的延拓、求導等處理。

（9）最后，反演并進行地質解釋。

通過設置豐富的實習內容，使學生能夠意識到實習的任務較重（重力勘探實習通常為一個星期），增加學習壓力，同時又能按照實習內容，逐步進行，將壓力轉化為動力，最終使學生通過一次生產實習，對重力勘探的方法原理和實踐有全面而深刻的認識。

二、嚴格按照行業規范，提高重力測量精度

重力勘探方法是基于礦體或構造與圍巖密度上的差異，通過測量重力場來獲取重力異常，從觀測重力值中去掉與研究對象無關的各種因素的影響，獲得單純由礦體或構造等密度不均勻體產生的重力異常，進而達到找礦和研究地質構造的目的[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特點是重力場的測量是弱力測量，而且重力場是由多種因素共同影響的疊加場[2]，不僅受固體潮因素和零點漂移的影響，還與該測點所處的緯度、高度、地形因素以及地下礦體或構造的密度分布有關[3]。地下密度不均勻體產生的重力異常通常不超過幾百g.u.，而僅地形因素影響的重力值就高達3～4萬g.u.[2]。因此，重力勘探實習教學中一個重要的任務是提高學生嚴格按照行業規范進行各項實驗，以培養其嚴謹認真的學習和工作態度。在實習開始時，教師向學生下達實習任務書和實習規范，要求學生嚴格按照國家行業規范《1：5萬重力規范DZ2004-2011》進行各項試驗。如重力儀的靜態試驗時，要求學生將重力儀放在一層樓房，連續觀測時間應不少于24小時，重力儀讀數間隔時間不少于10分鐘。如在巖石密度的測量時，要求學生采集標本不少于30塊，測量密度后做頻率分析，確保密度測量的精度。

三、設計實習記錄表，督促學生

生產實習時，學生一般以小組為單位，每小組8-10人，要求團結協作，共同完成各項實習內容，但其中有些同學學習積極性不強，態度不夠認真。為了進一步規范實習內容，提高學生的積極性，將實習內容細化，細化至每天，并讓學生填寫實習記錄，每天實習結束后，由老師檢查并評價打分，與此同時，提高考核時的平時成績比例，每天考核平時成績，最終成績由每天的平時成績累計獲得。有了每天的督促與評價，不僅有利于提高學生學習的積極性，也有利于學生與教師的交流討論，讓教師及時發現實習過程中存在的問題。

四、以問題為導向，提高學生實習主動性

實踐教學中經常會遇到各種實際問題，而問題恰好是啟發同學思考的好機會，如重力資料整理時的地形校正[4]，地形校正需要地形圖[5-6]，而高精度的地形圖屬于國家機密，即使允許使用，大比例尺的地形圖也需要購買，費用較高，本科實習教學經費難以支持，導致在重力實習教學工作中無法開展地形改正。針對該問題，啟發學生利用DEM遙感影像數據中獲取地形，以小組為單位，編程實現對DEM遙感影像數據的自動提取，并完成地形改正的計算。該問題快速激發了學生的學習興趣，各小組開始從網上下載高精度的DEM數據，利用MATLAB語言編程實現地形改正。從實驗報告中來看，各組學生即使采用的計算方法不相同，如有的采用扇形的圓柱體進行地形剖分，還有的利用錐形體和立方體進行剖分。但都能夠獨立完成地形改正的工作，再通過各組之間的對比，比較多種地形改正計算方法的優缺點。如圖1是其中一組學生的地形改正計算方法，采用扇形域進行八個方位的剖分，計算扇形區域坐標后，投影到DEM影像中，從而獲得扇形域各個頂點（圖中白點）的高程。最后求和，得到地形改正值，地形改正后，在進行緯度改正和布格改正，獲得測區內的布格重力異常。

五、改革考核指標，全面評價

某種程度上，成績的考核指標決定了學生的重視與認真程度。實踐教學重在實踐，重在平時，而最終的實習報告，乃至反演解釋，與個人的專業知識水平和經驗有關。因此，將平時成績提升為60%，實習報告只占20%，實習日志占10%，引導每位學生，自己動手完成各項試驗。另外在實習最后一天，讓每位同學根據自己的實習情況，向全體師生作報告，根據報告情況，教師打分（占10%）并給予現場指導。不僅有利于培養學生的綜合素質，更有利于避免有些學生，不動手而直接抄襲他人實習報告的現象。最終促使每個同學能積極認真對待實習，順利完成實習任務，達到實習預期目標。

六、結束語

地球物理是一門對理論要求較高，且實踐性又非常強的專業，通過生產實習，使學生全面復習專業理論知識，提升實踐能力水平。通過不斷的探索與努力，中國礦業大學（北京）始終堅持培養“實踐能力強，創新能力突出”的地球物理專業本科生，從近兩年的畢業生就業情況以及全國大學生地球物理競賽成績來看，我校本科生的專業實踐能力并不亞于地球物理學專業的傳統院校。

參考文獻

[1]焦新華，吳燕岡.重力與磁法勘探[M].北京：地質出版社，2009.

[2]曾華霖.重力場與重力勘探[M].北京：地質出版社，2005.

[3]肖鋒，杜曉娟.重力與磁法勘探生產教學實習的思考與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2016（10）：20-23.

[4]郭良輝，孟小紅，石磊，等.“應用重力學”課程教學與改革[J].中國地質教育，2010，73（1）：36-39.

[5]崔燕麗.《重磁勘探》課程教學改革的探索與實踐[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2010，11（1）：161-162.

[6]李建平.地球物理學專業《重力學》課程教學體會與探索[J].教育教學論壇，2011（21）：117-118.