重力勘探生产实习教学实践与改革

王辉 朱国维

摘 要：重力勘探是地球物理勘探的主要方法之一，生产实习是联系理论学习与实践技能的重要桥梁，通过生产实习，使学生能够按照行业技术规范，掌握测网设计、仪器性能测试、野外数据采集、数据处理以及反演解释所有环节的工作方法，提高学生的专业实践能力与综合素质。

关键词：地球物理学；重力勘探；生产实习；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

目前全国范围内开设地球物理学专业的高校已达10余所，中国矿业大学（北京）地球物理学专业于2010年开始招生，是由中国工程院彭苏萍院士倡导，以我国能源泰斗孙越琦先生名字命名为“越崎班”，是实践能源工业精英教育教学体系的试点班，由地球科学与测绘工程学院、煤炭资源与安全开采国家重点实验室共同建设，充分利用我校“能源与安全”学科齐全的优势和良好的教学资源，构建研究型本科教育环境，培养地球物理学专业高素质创新人才。

从2013年开始对本科生进行生产实习的实践教学，首次生产实习是在吉林大学老师们的帮助下完成的，之后便开始由本校老师单独指导。经过几年生产实习的教学与改革，逐渐形成了具有我校特色的教学。本文以重力勘探生产实习的教学实践与改革，进行阐述。

一、根据培养目标，明确实习内容

根据培养目标中对学生“实践能力强、创新能力强”的培养要求，安排合理、丰富的实习内容。对重力实习而言，要求根据国家行业规范，完成测网设计、仪器性能测试、野外数据采集、数据处理以及反演解释所有环节实习内容，掌握各项实习内容的具体细节。具体包括：

（1）测网的设计，根据地质任务、测区面积大小，设计测网密度，在实习的第一天，带领学生进行现场踏勘，并设计测网，要求掌握GPS的使用，以及航点的导入和导出。

（2）测地工作，在近区利用森林罗盘和三脚架，进行近区高程测量。

（3）仪器操作，熟练掌握美国进口的Burris重力仪的使用与维护。

（4）按照规范要求，进行仪器性能测试，包括静态试验、动态试验，并计算仪器的零點漂移率。

（5）基点网联测，掌握三程循环法和往返重复观测法，并进行平差计算，对比两种方法的效率和精度。

（6）进行普通点、检查点观测，并适当进行补充点测量，计算测量误差。

（7）数据整理，进行混合零点校正、地形改正、正常场改正和布格改正。

（8）数据处理，包括空间域与波数域的延拓、求导等处理。

（9）最后，反演并进行地质解释。

通过设置丰富的实习内容，使学生能够意识到实习的任务较重（重力勘探实习通常为一个星期），增加学习压力，同时又能按照实习内容，逐步进行，将压力转化为动力，最终使学生通过一次生产实习，对重力勘探的方法原理和实践有全面而深刻的认识。

二、严格按照行业规范，提高重力测量精度

重力勘探方法是基于矿体或构造与围岩密度上的差异，通过测量重力场来获取重力异常，从观测重力值中去掉与研究对象无关的各种因素的影响，获得单纯由矿体或构造等密度不均匀体产生的重力异常，进而达到找矿和研究地质构造的目的[1]。

与磁法、电法和地震等地球物理方法相比，重力勘探最重要的一个特点是重力场的测量是弱力测量，而且重力场是由多种因素共同影响的叠加场[2]，不仅受固体潮因素和零点漂移的影响，还与该测点所处的纬度、高度、地形因素以及地下矿体或构造的密度分布有关[3]。地下密度不均匀体产生的重力异常通常不超过几百g.u.，而仅地形因素影响的重力值就高达3～4万g.u.[2]。因此，重力勘探实习教学中一个重要的任务是提高学生严格按照行业规范进行各项实验，以培养其严谨认真的学习和工作态度。在实习开始时，教师向学生下达实习任务书和实习规范，要求学生严格按照国家行业规范《1：5万重力规范DZ2004-2011》进行各项试验。如重力仪的静态试验时，要求学生将重力仪放在一层楼房，连续观测时间应不少于24小时，重力仪读数间隔时间不少于10分钟。如在岩石密度的测量时，要求学生采集标本不少于30块，测量密度后做频率分析，确保密度测量的精度。

三、设计实习记录表，督促学生

生产实习时，学生一般以小组为单位，每小组8-10人，要求团结协作，共同完成各项实习内容，但其中有些同学学习积极性不强，态度不够认真。为了进一步规范实习内容，提高学生的积极性，将实习内容细化，细化至每天，并让学生填写实习记录，每天实习结束后，由老师检查并评价打分，与此同时，提高考核时的平时成绩比例，每天考核平时成绩，最终成绩由每天的平时成绩累计获得。有了每天的督促与评价，不仅有利于提高学生学习的积极性，也有利于学生与教师的交流讨论，让教师及时发现实习过程中存在的问题。

四、以问题为导向，提高学生实习主动性

实践教学中经常会遇到各种实际问题，而问题恰好是启发同学思考的好机会，如重力资料整理时的地形校正[4]，地形校正需要地形图[5-6]，而高精度的地形图属于国家机密，即使允许使用，大比例尺的地形图也需要购买，费用较高，本科实习教学经费难以支持，导致在重力实习教学工作中无法开展地形改正。针对该问题，启发学生利用DEM遥感影像数据中获取地形，以小组为单位，编程实现对DEM遥感影像数据的自动提取，并完成地形改正的计算。该问题快速激发了学生的学习兴趣，各小组开始从网上下载高精度的DEM数据，利用MATLAB语言编程实现地形改正。从实验报告中来看，各组学生即使采用的计算方法不相同，如有的采用扇形的圆柱体进行地形剖分，还有的利用锥形体和立方体进行剖分。但都能够独立完成地形改正的工作，再通过各组之间的对比，比较多种地形改正计算方法的优缺点。如图1是其中一组学生的地形改正计算方法，采用扇形域进行八个方位的剖分，计算扇形区域坐标后，投影到DEM影像中，从而获得扇形域各个顶点（图中白点）的高程。最后求和，得到地形改正值，地形改正后，在进行纬度改正和布格改正，获得测区内的布格重力异常。

五、改革考核指标，全面评价

某种程度上，成绩的考核指标决定了学生的重视与认真程度。实践教学重在实践，重在平时，而最终的实习报告，乃至反演解释，与个人的专业知识水平和经验有关。因此，将平时成绩提升为60%，实习报告只占20%，实习日志占10%，引导每位学生，自己动手完成各项试验。另外在实习最后一天，让每位同学根据自己的实习情况，向全体师生作报告，根据报告情况，教师打分（占10%）并给予现场指导。不仅有利于培养学生的综合素质，更有利于避免有些学生，不动手而直接抄袭他人实习报告的现象。最终促使每个同学能积极认真对待實习，顺利完成实习任务，达到实习预期目标。

六、结束语

地球物理是一门对理论要求较高，且实践性又非常强的专业，通过生产实习，使学生全面复习专业理论知识，提升实践能力水平。通过不断的探索与努力，中国矿业大学（北京）始终坚持培养“实践能力强，创新能力突出”的地球物理专业本科生，从近两年的毕业生就业情况以及全国大学生地球物理竞赛成绩来看，我校本科生的专业实践能力并不亚于地球物理学专业的传统院校。

参考文献

[1]焦新华，吴燕冈.重力与磁法勘探[M].北京：地质出版社，2009.

[2]曾华霖.重力场与重力勘探[M].北京：地质出版社，2005.

[3]肖锋，杜晓娟.重力与磁法勘探生产教学实习的思考与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2016（10）：20-23.

[4]郭良辉，孟小红，石磊，等.“应用重力学”课程教学与改革[J].中国地质教育，2010，73（1）：36-39.

[5]崔燕丽.《重磁勘探》课程教学改革的探索与实践[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2010，11（1）：161-162.

[6]李建平.地球物理学专业《重力学》课程教学体会与探索[J].教育教学论坛，2011（21）：117-118.