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《海洋地球物理勘探课程地震方向实验教学》

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摘要：海洋地球物理勘探课程是中国地质大学（武汉）海洋学院两个本科专业的专业课程.本文根据海洋地球物理勘探课程地震方向实验课程要求,利用超声地震物理模拟系统模拟实际海洋地震采集系统,探索了课程讲授过程中相应的实验教学方案设计.教学方案将地球物理方法原理与实际应用相结合,激发学生对专业知识的学习兴趣,帮助学生对专业知识的理解和掌握,提高学生的综合素质,促进我校海洋科学人才的培养.

关键词：海洋地球物理勘探；超声地震物理模拟系统；实验教学

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）39-0262-03

一、引言

根据海洋行业发展人才需求,中国地质大学（武汉）积极响应国家建设“海洋强国”和“21世纪海上丝绸之路”的战略部署,结合学校人才培养特色和学科优势,于2016年8月正式组建海洋学院.学院目前有海洋科学、海洋工程与技术（将于2018年正式招生）两个本科专业.其中,“海洋地球物理勘探”在新修订的培养计划中分别作为海洋科学专业的专业主干课程和海洋工程技术专业的专业选修课,课程旨在让学生系统掌握海洋地球物理勘探方法的原理、数据采集方法、资料处理与结果解释等内容.其中,海洋地震勘探是此课程的重要内容之一,为此学院结合本科生培养及学科发展和科研的需要,专门购置了一套电火花—气泡震源单道地震系统.

海洋地震勘探知识的纯理论学习,对于非地球物理专业的学生来说相对枯燥,而又晦涩难懂,没有实践的验证和巩固,不利于学生对课程知识的掌握.但是受海洋地震勘探的特殊性,实验仪器和实验场地等条件以及实验成本的限制,使得课程的实践部分很难像传统地球物理勘探方法那样进行实际的场地实验,长此以往将不利于专业的发展.为了让学生学好这门课程,需要开展海洋地球物理勘探课程的室内实验课课程改革.本文结合学校现有的教学资源,拟利用地球物理与空间信息学院的三维超声波地震物理模拟实验室进行海洋地球物理勘探课程地震方向的实验教学试验,使学生能对海洋地震勘探方法有较为充分理解,掌握必要的海上工作技能,以适应新形势下海洋科学专业和海洋工程与技术专业本科生综合能力的培养需求.

二、超声波地震物理模拟实验原理

超声波地震物理模拟实验的原理是将野外的地质构造和地质体,按照一定的模拟相似比制作成物理模型,然后采用超声波方法对野外地震勘探方法进行模拟的一种地震模拟方法.该实验是在已知地质—地震模型的条件下,获取相应的地震波观测数据,是一种基于模型介质在其几何参数和物理参数满足相似比原理和对应原则的基础上开展的研究方法.它是根据研究对象的地质—地震参数建立一个物理模型,然后对模型进行模拟地震观测并对观测数据进行处理分析[1-2].本文实验设计的目的是学生能够了解地震波探测海底地形、地层结构等的原理和方法,了解三维空间下典型海底构造的地震波的运动学特点.在实验室中,采用超声波地震物理模拟器代替实际中海上地震的单道或多道系统,水槽中的水代替海水,用制作的典型地质模型来代替海底各类地质构造.实验所采用的超声波地震物理模拟实验系统主要由三维坐标系统和数据采集系统构成,如图1所示.

连续观测就可以得到整个测线的地震波运动学关系,在介质速度已知的情况下,并通过相应的地球物理处理方法,可以较为直观地获得界面的埋深以及几何形态[3-4].

三、地震波场超声模拟实践教学的方案设计

（一）物理模型设计

本文的实验教学设计,主要是针对实际海洋中典型的地质构造来设计.在实验教学中主要设置了海沟（海槽）模型、海底局部凹陷与隆起模型、海岭模型等海洋三维地质模型进行实验,制作的物理模型如图3所示.其中图3（a）是海沟（海槽）模型、图3（b）是海底局部凹陷和海底隆起模型、图3（c）是三维海岭模型.实验中用模拟海洋的水槽尺寸为120cm*100cm*80cm.

（二）实验步骤

首先,选择要探测的物理模型,将模型放置在水槽中的定位台上,并按照超声波地震物理模拟实验系统的操作方法,将炮点位置和接收点位置设置到需要的位置,并用测量工具测量模型的尺寸和特征、模型距离水面深度、炮点和接收点的入水深度和相对位置,以便相互验证.

其次,根据原理和探测的需要,设计合理的观测系统,并设置相应的采集参数,如接收道数、道间距、激发主频、采样长度、采样频率等.

然后,根据设置好的模型和采集参数,利用超声波地震物理模拟实验系统逐个对上述的物理模型分别进行单测线（二维）、多测线（三维）数据采集,获得相应的地震波场数据.

最后,对采集的数据进行格式转换、数据处理与分析,获得相应探测结果的地震波剖面,如图4所示,并分析不同地质结构的地震波特征.

四、结语

海洋强国战略实施首先要有海洋科学方面的人才,因此培养优秀的海洋科学人才刻不容缓.我校由于地处内陆,远离海洋,在进行海洋科学方面的人才方面受一定地理条件限制.虽然目前学院购置了地震单道系统,但实验船只、场所、经费等都存在相应的问题.为了培养好海洋科学的人才,本文结合中国地质大学（武汉）的综合资源,对课程传统的理论教学模式进行改进,开展海洋地球物理勘探课程的室内实验课,能激发学生的学习兴趣、有利于学生对课程的理解和掌握,以提高学生的综合能力.未来,作者还将根据实际教学效果,不断补充和优化实验教学内容.

参考文献：

[1]赵鸿儒.超声地震模型试验技术及应用[M].石油工业出版社,1986.

[2]许顺芳,张兵.地震勘探实验指导书[M].武汉:中国地质大学出版社,2017.

[3]师学明,刘江平,李永涛,等.东湖水上地震的实验与教学改革初探[J].中国地质教育,2006,15(3):39-42.

[4]琼斯金翔龙.海洋地球物理[M].海洋出版社,2010.

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