廣東河源地球物理綜合實習的實踐與思考

成谷

[摘 要] 地球物理綜合實習是地球物理相關專業本科教學計劃的重要組成部分。文章著眼于在廣東省河源地區進行的地震、電法、磁法的地球物理綜合實習，就物探測區和測線位置選址的重要性、物探結果分析與地質信息結合的意義、多種物探方法有效綜合分析的必要性和及時進行團隊分析討論的重要性等問題進行了探討及實踐。實踐表明，上述措施可有效提高學生的實習效果。

[關鍵詞] 地球物理綜合實習;教學改革;實踐教學

[作者簡介] 成 谷（1975—），女，黑龍江哈爾濱人，博士，中山大學副教授，研究方向為地球物理學。

[中圖分類號] P631 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）39-0286-02 ? ?[收稿日期] 2019-12-08

一、引言

地球物理綜合實習是地質學專業本科教學計劃的重要組成部分。目的是讓學生在完成地球物理學知識理論課程及地球物理實測數據采集、處理和解譯實驗課程的學習基礎上，通過在廣東省河源地區進行的地球物理綜合實習，將地震、電法、磁法等多種地球物理方法測量的數據結合起來，多角度、多方位綜合解譯地下的地質結構。通過綜合實習的實踐過程，夯實學生的理論基礎，啟發學生針對實際問題中遇到的困難主動思考，培養學生利用理論知識解決實際地質問題的能力。綜合實習使用的物探設備有高密度電法儀、淺層地震儀、探地雷達、大地電磁儀、質子磁力儀、短周期地震儀等。其中短周期地震儀可用于確定天然地震或人工誘發地震（如水庫地震）的震源等信息。高密度電法儀、淺層地震儀、探地雷達、大地電磁儀、質子磁力儀等可對地下的彈性參數、電性參數、磁性參數進行測量。各種地球物理方法探測的參數不同、探測的深度不同，如何綜合解譯各種地球物理方法，并將其應用于解決具體而實際的地質問題，值得實踐和思考。

二、廣東河源地球物理綜合實習的實踐與思考

1.物探測區和測線選址的重要性。物探測線的選址一定要和地區的地質情況緊密結合，優選地下可能切實存在斷層、溶洞、背斜或向斜等明顯地質構造的地表測線，并和區域地質構造背景相結合，盡量做到選取的測線能夠驗證或補充測區地質構造背景。為此，實習組教師多次、多區域實地調研并詳細對比分析，最終將地球物理綜合實習選址在廣東省河源市。河源市位于廣東省東北部，區內有河源-邵武斷裂帶和新豐江水庫。河源—邵武斷裂帶位于東南沿海地震帶的西部，北北東走向，地震活動沿該斷裂走向活躍。該區地熱資源豐富，且其分布與花崗巖侵入體及河源斷裂帶的展布密切相關，可考慮利用淺層地震儀、高密度電法等儀器探測斷層的存在位置和走向等信息。新豐江水庫曾發生最大為6.1級的誘發地震，是世界上僅有的四個誘發超過6級地震的水庫之一，可考慮利用短周期地震儀探測其水庫誘發地震的頻度和幅度。所選的其中一條測線緊鄰斷層破碎帶，破碎帶的一側即為水庫。破碎帶內巖石孔隙為水充填，在電學性質上呈現低阻特征，是進行地球物理電法勘探的絕佳地點。

2.物探結果分析時一定要與地質信息結合。所有的物探方法都存在多解性。因此在對物探方法的測量結果進行分析解譯時一定要考慮測區的背景地質信息，以此作為約束降低物探結果的多解性[1]。廣東省河源市地球物理綜合實習選取的一條測線，在其旁側有非常明顯的斷層破碎帶，實習過程中利用高密度電法在斷層破碎帶位置測到了非常明顯的低阻異常。現場教學過程中，對學生發出如下提問：斷層破碎帶因相對疏松孔隙較大，當孔隙為水充填或空氣充填時對應的視電阻率值應為高值還是低值，并分析為何在該測線斷層破碎帶位置對應低電阻率異常。學生結合地質信息分析發現，該斷層破碎帶緊鄰新豐江水庫，斷層破碎帶中的孔隙主要為水充填，因而呈現低電阻率異常。如換到其它位置測量，斷層破碎帶完全有可能因孔隙為空氣充填而呈現高電阻率異常值。另外，要求學生從斷層破碎帶及兩側巖石處敲取巖石標本，后續在實驗室內測量其電性參數，其數值可與高密度電法的解譯結果相對比和驗證。在利用地震方法進行探測時，由折射波法解譯分析給出了界面位置，由面波法解譯分析給出了地下的分層結果。啟發學生思考：對其進行地質解釋時該界面應對應怎樣的地層分界。在該測線附近恰有一條地表裸露的探槽，從探槽中可清晰見到層界面的厚度及巖性，再結合收集的測區地質信息及采集的巖石樣本，即可得出相對合理、準確的地質結果。

3.多種物探方法的有效綜合對比。不同的物探方法測量的是地下不同的物性參數，而物性參數界面與地質界面不一定對應[2]。這給多種物探方法的綜合對比增加了難度。要將多種物探方法有效地結合起來，給出最合理的地質解譯結果，除了需要學生對不同物探方法的基本原理有非常扎實地掌握之外，還需對研究區的地質情況和巖石的物性參數有基本的了解。地震反射波法、地震折射波法和地震面波法同為地震方法，在綜合對比時，可收集測區巖石樣品的泊松比參數信息，對照不同泊松比參數時縱波和橫波速度的比值系數，驗證折射波解譯的縱波速度參數和面波法解譯的橫波速度參數表征的界面位置的一致性。另外，比較反射波解譯的分層信息和折射波解譯的分層信息，結合面波分層結果還可判斷折射波是否有漏層現象。高密度電法、瞬變電磁法、探地雷達法和大地電磁法同為電法方法，在綜合對比分析時，除要考慮測區條件是否符合每種方法的適用條件進而判定該種方法解譯結果的可信度外，還要將不同方法的分層結果和物性參數結果綜合分析。如探地雷達法給出的主要是地下介質的垂向層界面位置信息和橫向物性突變位置信息，盡管該分層主要依據介電常數的差異，但亦可以與其它電法得出的電阻率參數（數值）信息結合，輔助其進行地電斷面的劃分。不同的物探方法解譯地下介質的深度也不同，雖說不同的方法實現了對測區巖層由淺到深的覆蓋，但深、淺不同的物性參數在綜合分析時亦存在難度。在綜合對比時，應先收集測區的巖石分類及物性參數信息，對由淺入深的巖石種類及其對應的電性、磁性和彈性特征有基本的了解，從而在與物探解譯結果對比時才能做到心中有數、有的放矢。

4.及時進行團隊分析討論的重要性。野外實習的工作相對比較密集，實習時分為兩組，每組每天針對不同的測線進行不同的方法實驗，之后進行輪換。若野外施工操作結束后對學生放任自流，則無疑不利于學生學習效果的鞏固，因此實習團隊教研組高度重視及時的團隊分析討論。在每天收工后及時組織學生對當天的數據采集和處理結果進行整理，以組會的形式進行匯報，帶隊老師和學生對處理結果提出質疑、建議和整改意見，每組學生對另一組學生給出經驗之談。針對每天的解譯結果對實習方案進行實時調整。如在高密度電法實驗中，緊鄰斷層破碎帶的一組實驗中測到了明顯的低阻斷層破碎帶，破碎帶兩側巖石的電學參數也有明顯的差異，該測線的高密度電法測量結果使學生備受鼓舞，但單從一條測線上難以界定斷層的延伸方向和傾向，故另一組學生從區域地質背景出發主動分析斷層的可能展布方向，自告奮勇地要求在離破碎帶位置較遠的地方進行另一條高密度電法測線的補充測量，以期得到更有價值的地質結果。同時，一組學生在施工時所犯的錯誤、走的彎路及時通傳給其他組同學，也可起到警示作用，節約野外施工工期、提高施工效率和質量。

三、結論

本文著眼于在廣東省河源地區進行的地球物理綜合實習，在實習前期注重物探測區和測線位置選址的重要性，在實習過程中注重及時進行團隊分析討論，在對實習結果解譯過程中，注重物探結果分析與地質信息的結合和多種物探方法的有效綜合分析。實踐表明，以上舉措可有效提高學生的實習效果，幫助學生將地震、電法、磁法等多種地球物理方法測量的數據結合起來，多角度、多方位地綜合解譯地下的地質結構，并能夠針對實際問題中遇到的困難主動思考，培養利用理論知識解決實際地質問題的能力。

參考文獻

[1]張勝業，潘玉玲.應用地球物理學原理[M].中國地質大學出版社，2004.

[2]雷宛.工程與環境物探教程[M].地質出版社，2006.