应用地球物理学地震篇电法篇重磁篇教学大纲.docx

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课程编号：04010372
课程名称：《应用地球物理学》--- 地震篇
学分：3 总学时：48 实验学时： 6 课内上机学时：0
先修课程要求： 高等数学，大学物理，数据处理。
适应专业： 地球探测与信息技术、矿产普查与勘探、油气田开发工程
参考教材：
《工程与环境地震勘探技术》王俊茹编著，地质出版社，2002年。
《浅层地震勘探应用技术》王振东编著，地质出版社，1988年。
《应用地球物理教程》何樵登主编，地质出版社，1991年。
《勘探地震学》[美]R E 谢里夫[加]L P 吉尔达特编，石油工业出版，1999年
一、课程在培养方案中的地位、目的和任务
地震勘探方法是根据地球物理学原理来解决矿产、工程、石油、环境及国防等领域中存在的地质问题的一门学科，是地勘、工程、水文及环境勘查的重要物探方法之一。目的是让学生基本掌握地震勘探方法的基本原理，施工过程中的参数设置，一定的数据处理和资料解释方法。
二、课程的基本要求
通过本课程的学习，要求学生了解本课程的基本原理和野外工作方法技术，特别在解决工程与环境地质问题时的抗干扰、提高分辨率的措施，提高学生应用地震新方法解决相应地质问题的实际能力等方面，要跟上目前工程建设和环境地质灾害探测对人才的要求。
三、课程的基本内容以及重点难点
根据教学计划要求和课程性质，本课程的教学内容主要包括：①物探分类、浅层地震特点及发展史；②弹性波的基本理论；③地震波的时距曲线；④地震勘探野外数据采集技术及方法；⑤地震数据处理技术；⑥地震资料的解释与应用；⑦工程地震新技术。
本课程的重点是地震勘探野外数据采集技术、处理技术、解释技术及工程地震新方法。地震勘探方法始于上世纪40年代处，经过半个多世纪的深入研究和运用，地震勘探技术得到了长足发展和进步。目前，它已成功应用于矿产资源勘探、石油勘察、工程地质调查、水文地质调查、环境地质调查等诸多领域。涉及到矿产、石油、交通、建筑、国防等与国计民生密切相关的各个行业。
通过本课程的系统学习，学生应掌握地震勘探的基本原理、数据处理技术及解释方法，在此基础上进一步拓宽，适当了解近年来发展起来的一些新的相关技术和方法，争取做到学生走出校门后，可以独立从事施工设计并带队从事野外勘探、资料处理和成果解释的水平。为我国国民经济建设输送短缺人才。
本课程的难点在于该学科涉及的范围很广，学生需要有扎实的数理基础和较好的计算机知识来理解和学习该课程。
四、实验要求
地震仪认识与操作：掌握地震仪器参数选择，和各功能键的使用；
折射波勘探方法：折射波识别，时距曲线绘制，资料解释方法了解；
面波勘探方法：瑞雷面波特征认识，波场分离，资料解释及应用。
五、课程学时分配
章节
内容
学时
其中实验（上机学时）
备注
绪论
2
一
弹性波的基本理论
10
二
地震波的时距曲线
4
三
地震勘探野外数据采集技术及方法
10
2
四
地震数据处理
8
五
地震资料的解释与应用
8
2
六
地震新技术
6
2
合 计
48
六、考核方式 采用期末考试和平时作业成绩相结合的办法评定学生的学时作业成绩占总成绩的30％，平时作业将在每一节课程之后布置给学生。
七、制定执笔者：（签字） 朱德兵
审核者（教研室主任或研究所所长）：（签字）
批准者（教学院长）：（签字）
《应用地球物理学》---电法篇
课程编号：04010372
课程名称：《应用地球物理学》--- 电法勘探原理与方法篇（Applied Geophysics II: Pinciple and Method of Electrical Method）
学分： 总学时：24 实验学时： 0 课内上机学时：0
先修课程要求： 高等数学，大学物理，数据处理。
适应专业：地球探测与信息技术、地球信息科学与技术、勘探地球物理、应用地球物理
参考教材：《电法勘探教程》傅良魁主编，地质出版社，1980年。
《应用地球物理教程》何樵登主编，地质出版社，1991年。
一、教学目的和要求
《应用地球物理2：电法勘探原理与方法》课程是地探学院地球物理系，勘查技术与工程专业（应用地球物理方向）学科基础课，是主干专业课之一。本教学大纲适用于该专业的本科教学。
在本课程中，使学生系统学习电磁场理论和电法勘探的理论知识。通过本课程的学习，使学生系统掌握电法勘探的基本理论、基本方法技术及在勘查石油天然气和煤田地质构造，寻找金属非金属矿产，进行水文地质、工程地质调查等方面的实际应用，能进行以上各项地质任务的基本勘查工作。并对国内外正在推广，试用的新方法、新技术有所了解。
二、教学内容
第一章 电阻率法
§1 电阻率法基础
岩、矿石的导电性及影响岩、矿石电阻率的因素
均匀大地电阻率的测定
视电阻率概念、公式及微分表示法
实验一：电法仪器认识、点源场测定、均匀大地电阻率的测定
提示：了解岩、矿石的导电性及影响岩、矿石电阻率的因素，重点掌握电阻率公式的导出、视电阻率概念及视电阻率微分公式。
§2 电阻率剖面法
常用电极排列（装置）及其相互关系
单界面视电阻率公式解析解及异常规律
联合三极、对称四极装置规则形体上的视电阻率异常
偶极装置规则形体上的视电阻率异常
中间梯度法规则形体上的视电阻率异常
电阻率剖面法的实际应用
实验二：联合剖面法模型实验
提示：通过电阻率常用装置了解电法勘探的灵活性，了解各种场源形式在球体上方电阻率解析式的推导方法，重点掌握联合三极装置、对称四极装置、中间梯度装置在不同电性异常体上的异常规律及其应用。
§3电阻率测深法
水平多层上点源场的解
水平多层上对称四极测深视电阻率理论曲线
电测深曲线类型及性质
多层电测深曲线的定性解释、定量解释
多层电测深曲线的数值解释法
电阻率测深法的应用
实验三：电阻率测深法模型实验
提示：重点掌握电测深法的理论基础和资料解释。了解电测深曲线的数值解释法的原理和具体过程，熟悉电阻率测深法在探查石油、金属非金属矿床、水文地质及工程地质中的应用。
§4 电阻率法仪器与设备
一、电阻率法仪器发展过程介绍
二、电阻率法仪器测量原理
三、电阻率法的设备
提示：了解电阻率法仪器测量原理及特点
充电法和自然电场法
§1 充电法
充电法理论基础：均匀介质中理想导体的充电电场。非均匀介质中不等位体的充电电场
充电法的实际应用：应用条件，野外工作方法。在各种地质勘探工作中的应用。
§2 自然电场法
自然电场法的成因及分布规律：岩矿、石自然极化性质，电子导体的自然极化，离子导体的自然极化。
自然电场法的实际应用：油气田普查、金属矿勘查、水文地质、工程地质调查
提示：重点掌握以上两种方法的原理及在特殊地质勘探工作中的应用
激发极化法
§1激发极化法的理论基础
基本理论： 岩、矿石激发极化机理；电子导体激发极化机理、离子导体激发极化机理；岩、矿石直流激发极化特性、交流激发极化特性；时间域、频率域测量参数定义及物理意义；激发极化场的边界条件及解场的等效电阻率法；视极化率的概念。
提示：了解激发极化机理的形成过程及性质，熟悉时间域、频率域测量参数的定义及表达式，明确视极化率的物理意义。
§2 常用装量的激电异常
激发极化中间梯度法：球形矿体上激电中梯的异常，均匀电场中面极化和体极化球体极化场的求解，视极化率异常的规律。
联合剖面装置：有球体存在时点源极化场的解及激电联合剖面法的异常。球体视极化率理论曲线。倾斜脉体上联合剖面法视极化率异常特点。
偶极装置：规则形体上偶极剖面法的异常规律。断面等值线图
激电测深装置：激电测深的特点。球体和板状体上激电测深曲线的性质。
实验四：激电中梯装置模型实验
提示：掌握简单地电条件下极化电流场的分布规律。掌握几种常用的激电方法在各种极化体上的异常曲线的分布规律。
§3 激发极化法仪器设备
时间域激发极化法：仪器设备的特殊要求；发射机设计原理；接收机设计原理；不极化电极
频率域激发极化法：仪器的优点及特殊要求；发射机设计原理；接收机设计原理。
提示：重点掌握激发极化法仪器设备的特殊性，仪器工作原理，不极化电极的作用。双频激电的优势。
§4 激发极化法的实际应用
时间域激电、双频激电法的野外工作方法和技术问题；应用实例。
提示：本节主要了解激发极化法的野外工作方法和技术及在地质找矿工作中的实际应用。
电磁感应法
§1 电磁感应法的理论基础
交变电磁场中的电、磁学参数；电磁场波动方程；电磁场的传播；电磁场空间时间分布规律。
提示：了解电磁法场源类型和一次场的空间分布，频率域与时间域的转换关系。掌握电磁场求解和传播规律。
§2 电磁剖面法
电磁偶极剖面法；磁偶源瞬变电磁法；NANO瞬变电磁法。
实验五：瞬变电磁法实验
提示：本节主要掌握电磁剖面法的工作方式，在导电导磁体上的异常规律和特点，熟悉对电磁剖面法异常的解释方法。
§3 电磁测深法
大地电磁、可控源音频大地电磁测深：基本方法理论；工作方法技术；层状介质上视电阻率曲线的规律和特点；定性、定量解释。
频率测深：基本方法理论；工作方法技术；层状介质上视电阻率曲线的规律和特点；定性、定量解释。
瞬变电磁测深：频率域与时间域的转换方法；瞬变场基本理论；工作方法技术；层状介质上视电阻率曲线的规律和特点；定性、定量解释。
提示：重点掌握电磁测深的原理和基本理论、工作方法以及对资料的定性解释。
§4 电磁感应法的应用
勘查油气田构造；区域构造研究；地热田探查；岩石圈结构研究。
提示：了解电磁测深方法在各领域的应用效果，解释方法及解决问题的进展。
三、教学中应注意的问题
1 电法勘探理论与电磁场论联系密切比较抽象，初学者不容易理解，在教学中应尽量深入浅出，将稳定电流场和电磁感应场的基本概念讲清楚，并以形象化教学手段相配合。使学生真正掌握电法勘探的基本理论。
2 要理论联系实际，通过实验教学消化、验证理论教学内容，从理性认识向
感性认识转化，加强对电法异常的定性分析和解释。
3 要注意对学生实践能力的培养，应用地球物理是一门实践性很强的学科，因此应加强实践能力环节的训练，以提高学生的实践能力，把学生培养成真正的物探工程师。
四、试验要求
见第二款“教学内容”。
五、教学时间分配表
章 次
内 容
学时
绪论
1
第一章
电阻率法
25
第一节
电阻率法基础
6
第二节
电阻率剖面法
8
第三节
电阻率测深法
9
第四节
电阻率法仪器、设备
1
第五节
电阻率法的应用
1
第二章
充电法和自然电场法
4
第一节
充电法
2
第二节
自然电场法
2
第三章
激发极化法
14
第一节
激发极化法的理论基础
6
第二节
常用装量的激电异常
6
第三节
激发极化法仪器设备
1
第四节
激发极化法的实际应用
1
第四章
电磁感应法
20
第一节
电磁感应法的理论基础
6
第二节
电磁剖面法
4
第三节
电磁测深法
8
第四节
电磁感应法的应用
2
合 计
64
六、考核方式
采用期末考试和平时作业成绩相结合的办法评定学生的学时作业成绩占总成绩的30％，平时作业将在每一节课程之后布置给学生。
七、制定执笔者：（签字） 汤井田
审核者（教研室主任或研究所所长）：（签字）
批准者（教学院长）：（签字）
《应用地球物理学》---重磁篇
课程编号：04010372
课程名称：《应用地球物理学》－重磁篇（Applied Geophysics - Gravity and Magnetic Prospecting principle and method）
学 分： 总 学 时：40 实验学时：
先修课程：高等数学、普通物理、概率论与数理统计、地球物理场论、地质学基础、电子学基础、计算机科学与技术基础
适应专业： 地球探测与信息技术、矿产普查与勘探、油气田开发工程
参考教材： 《重磁勘探原理》王俊茹编著，地质出版社，2002年。
一、教学目的与要求
《应用地球物理学3－重磁勘探原理与方法》课程是地球信息科学与技术（应用地球物理）专业的学科基础课程，是该专业本科生的主干必修课之一。本教学大纲适用于地球信息科学与技术专业的本科教学。
重磁勘探是以地质体的密度、磁性差异为物理基础，综合应用多学科的知识对观测得到的位场异常进行推断解释，实现找矿和解决地质问题的。通过本课程教学，使学生掌握重磁勘探的基本理论、原始信息采集、数据处理及资料分析解释的基本方法。通过本课程学习，初步学会运用所学的基础理论知识解决专业中的问题的基本技能，提高分析问题、解决实际问题的能力，训练学生的逻辑思维能力和科学思维方法，渗透学科前沿问题，懂得所学的基本理论的意义及价值。
学生学完本课程后，能为后续的《重磁勘探数据处理与解释》、《非震地球物理方法》、《地球物理新方法新技术》等课程奠定基础；为运用重磁勘探方法从事矿产资源勘查、工程地质勘查，区域与深部构造研究等方面的工作打下初步基础；也为今后进一步深入学习重、磁勘探及科学研究工作奠定必要的基础。
二、教学内容
绪论
1 重力勘探与磁法勘探的表述
2 重磁勘探的发展历史
3 重磁勘探的应用范围
第一章 地球的重力场和磁场
1 地球的形状、内部结构
2 基础知识
3 重力和重力异常
4 地磁场和磁异常
第二章 岩石的密度和磁性
1 决定岩石密度的主要因素及岩石密度的概述
2 影响岩石磁性的主要因素和岩石磁性特征
3 岩石的剩余磁性
4 物体磁化的消磁作用
第三章 重力仪和磁力仪
1 石英弹簧重力仪的原理及基本结构
2 绝对重力仪、悬线重力仪、超导重力仪和重力梯度仪简介
3 质子旋进磁力仪的原理及基本结构
4 光泵磁力仪、超导磁力仪简介
第四章 野外重、磁测量
1 野外重磁测量技术设计
2 野外施工
3 岩矿石的密度、磁性的研究方法
第五章 重、磁观测数据整理及异常计算
1 重力仪观测结果的计算
2 自由空间重力异常、布格重力异常和均衡重力异常的计算方法3 重力异常的计算精度
4 磁异常的计算方法
5 重、磁异常的图示
第六章 地质体的重磁异常
1 简单条件下规则地质体的重、磁异常
2 复杂条件下不规则地质体的重、磁异常的计算方法
第七章 重磁异常的反演方法
1 重、磁异常反演的基本原理和存在的问题
2 地质体的形状和产状的判断
3 几种简单实用的反演方法
4 复杂异常的反演法
第八章 重、磁异常的处理与转换
1 空间域重、磁异常的处理与转换
2 波数域重、磁异常的处理与转换
3 欧拉反褶积的计算与应用
4 重力归一化总梯度的计算与应用
5 统计分析在重、磁异常解释中的应用
第九章 重磁资料的地质解释及重磁勘探的应用
1 重、磁资料地质解释的内容、方法和步骤
2 重、磁勘探的应用
三、教学中应注意的问题及说明
重力勘探和磁法勘探是地球物理勘探的两种重要勘探方法，在整个教学的过程中应自始至终注意突出两种方法的共性和联系，同时强调两者的个性和特征。使学生在对比中理解和掌握重磁勘探的物理基础和正确表述。有关公式推导可删繁就简，讲清推导思路，重要的是让学生掌握公式的物理意义和用途。
在教学中让学生重点掌握重力异常和磁异常要素的定义、基本计算公式和地质－地球物理含义；重点掌握简单条件下几种规则地质体的重磁异常的计算方法和基本特征。在课堂教学中让学生掌握正常重力和地磁要素的基本概念、分布特征、以及地磁场的构成和球谐表达式；掌握简单实用的反演方法；掌握常用异常处理转换方法的基本原理和计算方法。
这里应特别说明，本课程不仅有较系统的理论而且需有一定实践性，只有参加了实践才能掌握其中的有关方法。重磁勘探实验和教学实习是不可缺少的教学环节，其任务是巩固和加深课堂学习的理论知识，培养学生研究和解决问题的能力，使学生树立理论联系实际的学风。
有的章节需要在讲课中穿插实验课。例如第六章地质体的重磁异常、第七章重磁异常的反演方法、以及第八章重磁异常的处理与转换都需要进行适量的上机实验课教学。
有的章节内容不宜在课堂上讲授，需纳入到实习中进行教学。例如第三章中的仪器操作、第四章野外工作方法、以及第九章中的资料地质解释等，都需在教学实习中去学习和掌握。结合现场进行教学，掌握重、磁野外工作方法与技术，学会常用仪器的正确使用、观测数据的校正、整理及图示方法。
本课程教学由三个环节来完成，即课堂理论教学、实验课教学和教学实习。此外在教学中辅以多媒体教学和观看录相片等，还可让学生自己操作进行正反演模拟。在教学中还可选择一定的题目开辟第二课堂，让学生利用课余时间自己搜集资料，编写专题报告或举行讨论会。
本课程期末结束后，进行总考试，考试方式不限。
四、教学时间分配
章 次
内 容
学 时
绪论
重磁勘探的定义、发展历史和应用范围
1
第一章
地球的重力场和磁场
11
第二章
岩(矿)石的密度和磁性
4
第三章
重、磁测量仪器
6
第四章
野外重、磁测量
2
第五章
重、磁异常的计算方法
6
第六章
地质体的重、磁异常
10
第七章
重、磁异常的反演方法
8
第八章
重、磁异常的处理与转换
12
第九章
重、磁资料的地质解释及重、磁勘探的应用
4
五、考核方式：
闭卷考试
六、制定执笔者：（签字）崔燕丽
审核者（教研室主任或研究所所长）：（签字）
批准者（教学院长）：（签字）