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地球物理學

2023-08-14 00:05 作者:羽心縈  | 我要投稿

是普通高等學校本科專業(yè),屬地球物理學類專業(yè),基本修業(yè)年限為四年,授予理學或工學學士學位。

該專業(yè)主要采用物理學的方法研究固體地球各圈層之間的大尺度現(xiàn)象和一般性原理,以及利用地球物理學方法進行礦產資源和能源勘探、工程和環(huán)境探測等。

本科教育培養(yǎng)與其他地球科學類(例如勘查技術與工程、地質學、海洋科學、大氣科學、大地測量學等)的教育培養(yǎng)有聯(lián)系和交叉。

1952年,根據(jù)中華人民共和國經濟建設對礦產資源的需求,北京地質學院(現(xiàn)改為中國地質大學)和長春地質學院(現(xiàn)合并到吉林大學)相繼成立了地球物理系。

1956年,成都地質學院(現(xiàn)改名為成都理工大學)宣告成立,其勘探地球物理系在1958年開始招生。上述3所地質學院當時均隸屬于地質礦產部,其地球物理學課程設置側重于地球物理方法在固體礦產、石油和天然氣勘探及工程勘探中的應用(應用或勘探地球物理)。

中國的綜合性大學和研究機構側重于地球物理學理論的研究與教學。

1956年北京大學設置了地球物理學課程,1958年成立地球物理系;中國科學技術大學在1959年設立地球物理系;云南大學在20世紀60年代初開設地球物理學課程。

在20世紀50年代末和60年代初,隨著固體礦產和碳氫化合物能源勘探任務的增加,國家對應用(勘探)地球物理學人才的需求量也極大地上升了。為了滿足國家的需要,當時隸屬于不同部委的大約10所大學和學院招收地球物理學或應用地球物理學生。

1966年,wenge開始,所有地質(礦業(yè))學院和綜合性大學基本上停止招生,直到1972年復課。

1972年到1976年,地球物理學教育是非學位教育,學制從4年改為3年。

1977年,恢復高考制度至1997年,高等學校的地球物理學教育步入正常軌道?;旧鲜蔷C合性大學側重于理論地球物理學,工科學院側重于勘探地球物理學(通稱應用地球物理學)。

到1997年為止,授予地球物理學學士學位(理、工)的高校有19所。

1998年7月,教育部正式頒布實施新修訂的《普通高等學校本科專業(yè)目錄》后,開設了半個世紀的工科勘探地球物理專業(yè)與勘察工程、水文地質與工程地質(部分)等老專業(yè)合并,統(tǒng)稱為勘查技術與工程專業(yè)。

隨著容易找的礦藏除未開發(fā)的地區(qū)外均已探測清楚,迫使人們向深部和海洋尋找新資源。傳統(tǒng)的物探方法受到挑戰(zhàn),需要加強深部的和海洋的地球物理學研究。

以石油為代表的能源產品價格上漲,需求量又不斷增大,勘探難度越來越大,對勘探地球物理人才提出了更高的要求。以工科為主的石油和煤炭等工科高校培養(yǎng)的應用型人才表現(xiàn)出數(shù)理基礎薄弱、后勵不足的現(xiàn)象。

在這種情況下,本著“理工結合、以工帶理、以理強工”的專業(yè)建設指導思想,各工科高校紛紛開設理學地球物理學專業(yè)。

據(jù)《中國地質教育》2007年第3期發(fā)表的一篇論文顯示,中國國內開設地球物理學專業(yè)的高校有18所。

在教育部1998年、2012年頒布的《普通高等學校本科專業(yè)目錄》中,地球物理學學科門類為理學,專業(yè)代碼為070801,為地球物理學類專業(yè)。

2018年,教育部高等學校教學指導委員會發(fā)布了《本科專業(yè)類教學質量國家標準》,地球物理學授予理學學士或工學學士學位。

培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展,具有從事地球物理觀測和基礎性研究或應用性研究工作能力的高素質專門人才。地球物理學類專業(yè)學生應具有一定的數(shù)理基礎,較好地掌握地球物理學的基礎理論、基本知識和基本技能,同時具有一定的處理技術問題的能力。

培養(yǎng)規(guī)格

學制與學位

學制:四年。

授予學位:理學學士。

參考總學分或學時:建議總學分為140~160學分,畢業(yè)論文(設計)包含在總學分中。

基本業(yè)務要求

(1)具備較好的獲取知識和應用知識的能力,同時具備一定的創(chuàng)新能力;

(2)具備較好的數(shù)理基礎,掌握地球物理學基礎理論和基本知識;

(3)掌握地球物理數(shù)據(jù)觀測、處理和解釋的基本方法技術;

(4)接受基礎研究和應用基礎研究的基本訓練,具有較好的科學素養(yǎng)及初步的教學和研究能力;

(5)具有較好的計算機和信息處理與分析能力;

(6)具有較好的口語與文字表達能力,初步掌握1門外語,具有一定的專業(yè)外語知識的聽說讀寫能力;

(7)具有較強的實踐動手能力和一定的組織、溝通、協(xié)調能力;具有一定的獨立思考、分析和解決問題的能力;具有敬業(yè)精神和責任感。

地球物理學專業(yè)是理論與應用并重的理科專業(yè),學生在較系統(tǒng)地掌握地球物理學基礎理論、基本知識和基本技能的基礎上,還應該掌握利用地球物理觀測數(shù)據(jù)進行科學研究或工程技術應用的基本知識與技能,初步具備能夠結合其他地學研究結果(地質學、地球化學等)對地球系統(tǒng)本身進行解釋的能力。

課程體系

總體框架

地球物理學專業(yè)的知識體系包括通識類知識、學科基礎知識、專業(yè)知識、實踐性教學等。本科教學包括理論教學和實驗教學兩部分。課程的具體名稱、教學內容、教學要求及相應的學時、學分等教學安排,由各高校自主確定,同時設置體現(xiàn)學校、地城或者行業(yè)特色的相關選修課程。

理論課程的設置方式可以是以知識單元設置課程,也可以是幾個知識單元組成一門課程,還可以是不同知識領域的相關知識單元構成-門課程。課程體系應覆蓋知識體系的知識單元。

地球物理學課程體系一般由核心課程和選修課程組成,核心課程應該覆蓋知識體系中的全部核心知識單元。各高??筛鶕?jù)本校的優(yōu)勢設置適當?shù)倪x修課程或方向性選修模塊,選修課程的設置應體現(xiàn)學校特色和反映學科發(fā)展的前沿。

人文社會科學學分約占總學分的10%;數(shù)學和自然科學基礎類學分約占總學分的25%,學科基礎及專業(yè)類課程學分約占總學分的40%,實踐教學學分約占總學分的25%。鼓勵跨專業(yè)選修課程,鼓勵參加學術與科技活動及社會實踐活動獲得綜合教育類學分。畢業(yè)論文(設計)一般應安排在第四學年,原則上為1個學期,建議為8~16個學分,約占總學分的5%~10%。

理論課程

通識類知識

除國家規(guī)定的教學內容外,人文社會科學、自然科學、外語、計算機與電子信息技術基礎、體育、實踐訓練等內容由各高校根據(jù)人才培養(yǎng)目標確定,其中人文社會科學包括文學、歷史學、哲學、思想道德、政治學、經濟學、藝術、法學、社會學、心理學等內容。

自然科學包括數(shù)理基礎、普通化學和地球科學基礎等知識。

學科基礎知識

學科基礎知識視為專業(yè)類基礎知識,主要包括數(shù)學、物理學、計算機與電子信息技術及地球科學領域的基礎內容。

數(shù)學主要包括高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)學物理方法、計算方法等內容;物理學主要包括力學、熱學、光學、電磁學、原子物理學、普通物理實驗等內容;計算機與電子信息技術包括計算機原理、語言與程序設計、模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)字信號處理等內容;地球科學基礎包括地球系統(tǒng)科學概論、普通地質學、地球物理學概論等內容。

專業(yè)知識

應包括彈性力學(或連續(xù)介質力學)、地球物理場論、地震學(或地震勘探)、重力學(或重力勘探)、地磁學(或磁法勘探)、地電學(或電法勘探)、巖石物理學等。

核心課程的名稱、學分、學時和教學要求以及課程順序等由各高校自主確定。以下為核心課程體系示例(括號內為建議學時數(shù)):

示例一.:連續(xù)介質力學(64)、數(shù)字信號分析與數(shù)據(jù)處理(64)、地震學原理與應用(64)、重力與固體潮(64)、地磁學(48)、地球電磁學(48)、巖石物理學(48)、地球物理勘探引論(64)、地球物理基礎實驗(96)

示例二:彈性力學(64)、數(shù)字信號分析與數(shù)據(jù)處理(64)、地球物理場論(64)、重磁勘探原理與應用(64)、電法與電磁法勘探原理與應用(64)、地震勘探原理與應用(64)、地球物理測井(64)、巖石物理學(48)、應用地球物理實驗(128)

實踐教學

具有滿足教學需要的完備的實踐教學體系,主要包括實驗、專業(yè)實習、畢業(yè)論文(設計)等環(huán)節(jié)。

實驗

地球物理學專業(yè)的實驗包括普通地質野外教學實踐和地球物理實驗兩部分。普通地質野外教學實踐主要是通過對典型的地質現(xiàn)象和自然資源的考察、識別、描述等,訓練學生對自然地質現(xiàn)象的認識。地球物理實驗教學的主要目的是使學生學習、掌握地球物理儀器的使用和地球物理場數(shù)據(jù)的觀測、處理與解釋。

專業(yè)實習

通過組織學生參觀地球物理觀測研究單位,如地震臺站、空間觀測中心等,增強學生對地球物理學應用的感性認識;通過專家講座、播放教學視頻等形式,讓學生了解地球物理學的研究領域、應用前景,增強學生對學習地球物理學的興趣。

地球物理學的專業(yè)實習主要是地球物理場觀測方法技術的綜合實習,包括重力場、磁場、電場和電磁場、地震波場等的野外數(shù)據(jù)采集及室內數(shù)據(jù)處理與解釋等。通過實習,應使學生具備進行野外地球物理場觀測的基本能力。

畢業(yè)論文(設計)

在導師的指導下完成地球物理研究工作或實際工作的綜合訓練,包括文獻閱讀、資料收集、技術路線或研究方法的設計、野外數(shù)據(jù)采集或天/地基設備觀測、計算程序的編寫、數(shù)據(jù)處理與解釋、畢業(yè)論文(設計)撰寫等環(huán)節(jié)的綜合訓練。

教學條件

教師隊伍

教師隊伍規(guī)模和結構

專任教師數(shù)量和結構滿足教學需要,生師比應不高于18:1。新開辦專業(yè),至少應有7名專任教師。在60名學生基礎上,每增加10名學生,須增加1名教師。

專任教師中具有碩士、博士學位的比例不低于80%。專任教師中具有高級職稱的比例不低于40%。

教師背景和水平要求

忠實履行教書育人職責,主動承擔教學任務,積極參與教學研究、教學改革和教學建設,積極參與教師專業(yè)發(fā)展,不斷更新教育理念,改進教學方法,按照教育教學規(guī)律開展教學。

具有地球物理學或相關學科的教育背景,熟練掌握課程教學內容,能夠根據(jù)人才培養(yǎng)目標、課程教學的內容與特點、學生的特點和學習情況,結合現(xiàn)代教學理念和教育技術,合理設計教學過程,做到因材施教、注重效果。

關心學生成長,加強與學生的溝通和交流,對學生的學習生涯和職業(yè)生涯規(guī)劃提供必要的指導。

堅持教學和科研相結合,積極參與科學研究,不斷提高學術水平,掌握地球物理學科發(fā)展的最新動態(tài),不斷更新教學內容,指導學生課外學術和實踐活動,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

設備資源

教學設施要求

1、課堂教學設施

各高校應具備基本的普通教室、多媒體教室、視聽窒等各類功能教室,能夠滿足不同形式的教學需要。

2、實驗室

(1)基礎課程實驗室要達到普通高等學?;巨k學條件指標要求,生均實驗教學儀器設備值應不低于5000元或專業(yè)實驗室儀器設備的固定資產總額不低于500萬元。

(2)基礎課程實驗室要能滿足教學要求,根據(jù)課程教學的需要設置若干個實驗平臺,編制實驗教學大綱,并有實驗員管理和輔助實驗教學工作。

(3)地球物理學專業(yè)應能開設重力場、磁場、電磁場、地震波場等地球物理場的觀測、數(shù)據(jù)處理和解釋方面的實驗課程;各高??筛鶕?jù)自己的專業(yè)特色和具體情況有所側重。

(4)空間科學與技術專業(yè)可以不設立實驗室,但應具有一定的空間環(huán)境探測實驗能力或者地基/天基空間環(huán)境觀測數(shù)據(jù)處理的能力;各高校可根據(jù)自己的專業(yè)特色和具體情況有所側重。

(5)實驗室及設備在數(shù)量和功能上滿足教學需要;有良好的管理、維護和更新機制,使學生能夠方便地使用。

3、實習基地

(1)要有相對穩(wěn)定的實習基地。實習基地應符合專業(yè)基本訓練的要求,具有較好的專業(yè)實習條件。

(2)各高??筛鶕?jù)實際情況,通過多種途徑,在校內外建立實習基地。鼓勵高校與科研單位和企業(yè)聯(lián)合,共同指導專業(yè)實習和畢業(yè)論文(設計)。

信息資源要求

通過手冊或者網(wǎng)站等形式,提供本專業(yè)的培養(yǎng)方案,各課程的教學大綱、教學要求、考核要求,畢業(yè)審核要求等基本教學信息。

教材選用應符合專業(yè)規(guī)范和教學大綱,基礎課程的教材應為正式出版教材;專業(yè)課程至少應有符合教學大綱的講義。

配備各種高水平的、充足的教材、參考書和工具書,以及各種專業(yè)圖書資料,閱讀環(huán)境良好,師生能夠方便地利用,且能方便地通過網(wǎng)絡獲取學習資料。

公共圖書館中要有與專業(yè)有關的圖書、學術刊物、參考資料、數(shù)字化資源和具有檢索這些信息資源的工具,以滿足教師和學生的教學和科研需求。

教學經費

專業(yè)生均年教學日常運行支出不低于1500元。

新建專業(yè)應保證一定數(shù)額的不包括固定資產投資在內的專業(yè)開辦經費,特別是要有實驗室建設經費。新建專業(yè)的開辦經費一般不低于50萬元(不包括固定資產),生均年實習經費不低于1000元。

質量保障

教學過程質量監(jiān)控機制要求

各高校應對主要教學環(huán)節(jié)(包括理論課、實驗室課、專業(yè)實習、畢業(yè)論文(設計)等)建立質量監(jiān)控機制,使主要教學環(huán)節(jié)的實施過程處于有效監(jiān)控狀態(tài);各主要教學環(huán)節(jié)應有明確的質量要求;應建立對課程體系設置和主要教學環(huán)節(jié)教學質量的定期評價機制,評價時應重視學生與校內外專家的意見。

畢業(yè)生跟蹤反饋機制要求

各高校應建立畢業(yè)生跟蹤反饋機制,及時掌握畢業(yè)生就業(yè)去向和就業(yè)質量、畢業(yè)生職業(yè)滿意度和工作成就感、用人單位對畢業(yè)生的滿意度等;應采用科學的方法對畢業(yè)生跟蹤反饋信息進行統(tǒng)計分析,形成畢業(yè)生跟蹤分析報告,作為質量改進的主要依據(jù),以便定期對包括培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、課程體系、理論和實踐課程教學等在內的人才培養(yǎng)工作進行評價和改進。

專業(yè)的持續(xù)改進機制要求

各高校應建立持續(xù)改進機制,針對教學質量存在的問題和薄弱環(huán)節(jié),采取有效的糾正與預防措施,進行持續(xù)改進,不斷提升教學質量。同時根據(jù)畢業(yè)生跟蹤反饋結果及用人單位的需求建議,對教學方案進行合理的調整和改進,以保證培養(yǎng)的人才對社會需求的適應性。

培養(yǎng)模式

“1+2+1”人才培養(yǎng)模式

按照時間跨度分段:一年級主要加強數(shù)學、物理、英語、計算機基礎的培養(yǎng);二、三年級開始專業(yè)基礎和專業(yè)知識培養(yǎng);四年級進入校內外實驗實習基地鍛煉和做畢業(yè)設計,重點加強實踐環(huán)節(jié),突出工程能力的培養(yǎng),使學生受到現(xiàn)代工程師的基本訓練,培養(yǎng)具有多種適應能力的地球物理學專業(yè)人才。

在培養(yǎng)內容上,按照創(chuàng)新的三層次、“三元結構”人才培養(yǎng)模式進行人才培養(yǎng)。把課程體系分為基本素質課、專業(yè)素質課和專業(yè)技術課三個層次,增加實踐時間;開設設計性、綜合性實驗課和學術活動等教學環(huán)節(jié);在教學中,設立研討課、演講課;在教學組織形式上,將傳統(tǒng)的“課堂教學一實踐教學”二元結構延伸為“課堂教學實踐教學-科技活動”三元結構。把科技活動作為其中的一個重要環(huán)節(jié),注重科研與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

代表院校:長江大學

東北石油大學探索培養(yǎng)新模式

厚基礎、強實踐;科研教學相結合;分層次教學。

雙模式人才培養(yǎng)方式

地球物理學專業(yè)雙模式人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)基礎研究型、應用研究型復合型人才,同時應具有處理一定層次技術問題的能力。

1、建立科學合理的師資配置,提高師資水平。

2、課程體系設置:在數(shù)理基礎上,著重加強數(shù)學物理類課程;在專業(yè)理論上,相比工科,增設“地震學”“地磁和地電”“重力和固體潮”等專業(yè)課;在實踐能力上,提升使用計算機能力、專業(yè)實踐能力;在就業(yè)面上,由相對單一的石油系統(tǒng)走向地震局系統(tǒng)和相關科研院所等單位。

代表院校:中國石油大學(華東)

“院所臺合作”人才培養(yǎng)模式

一條主線:以教學為主線,院所臺合作協(xié)調推進;一個體制:一個“產教結合,院所合一”的辦學體制;一個平臺:一個真正實現(xiàn)高素質地震監(jiān)測預測應用型專業(yè)人才培養(yǎng)的堅實的合作平臺,將受教育置于其上,傳授知識,培養(yǎng)和訓練能力;一個教學體系:一個以專業(yè)技術應用能力培養(yǎng)為主線的教學體系。

代表院校:防災科技學院

發(fā)展前景

人才需求

地球物理學本科教育培養(yǎng)與其他地球科學類(例如勘查技術與工程、地質學、海洋科學、大氣科學、大地測量學等)的教育培養(yǎng)有聯(lián)系和交叉,為人才培養(yǎng)拓展了空間。

考研方向

可報考中國國內外高校及科研院所攻讀地球物理學及相關學科的碩士、博士學位。

就業(yè)方向

學生畢業(yè)后可從事地球物理學及其他相關學科的科學研究、高等教育、科技開發(fā)、行政管理等工作,就業(yè)于自然資源、地質礦產、能源、環(huán)境、水利、冶金、有色金屬、電力、環(huán)保、信息技術等國民經濟建設各部門和企業(yè),以及相關科研機構和高等院校?。

就業(yè)單位列舉:地震局、地質調查局、海洋局等相關單位,或者科研院所、大專院校等;涉及到煤田、油田、礦井性質的國有大中型企業(yè)(如中國石化、中國石油、中國海洋石油等)。

地球物理學 (geophysics),是地球科學的主要學科之一,是通過定量的物理方法(如:地震彈性波、重力、地磁、地電、地熱和放射能等方法)研究地球以及尋找地球內部礦藏資源的一門綜合性學科,研究范圍包括地球的地殼、地幔、地核和大氣層。

地球物理學有諸多研究分支,包括:固體地球物理學,地球動力學,地震學,大地測量學,地熱學,地磁學 ,水文地理學,海洋學,氣象學,地核構造學,勘探地球物理學,比較行星學,大地構造物理學和大地天文學;研究內容包括地球內部結構,震源理論,地震波傳播理論,大陸地殼大尺度的特征,諸如板塊俯沖帶和大洋中脊。

傳統(tǒng)地球物理學主要指固體地球物理學,現(xiàn)代地球物理學的研究延伸到地球大氣層外部的現(xiàn)象,例如電離層電機效應(ionospheric dynamo)、極光放電(auroral electrojets)和磁層頂電流系統(tǒng)(magnetopause current system),甚至延伸到其他行星及其衛(wèi)星的物理性質。

地球物理學的很多問題與天文學的相似,因為研究對象很少能直接觀察,結論應當說主要是根據(jù)物理測量的數(shù)學解釋而得出的。這包括地球重力場測量,在陸地和海上用重力測量儀,在空間則用人造衛(wèi)星;還包括行星磁場的磁力測量;又包括地下地質構造的地震測量,這用地震或人工方法產生的彈性反射波和彈性折射波來進行(參閱seismic survey)。

用地球物理技術來進行的研究,證明在為支持板塊構造學(plate tectonics)理論提供證據(jù)方面是極其有用的。例如,地震學資料表明,世界地震帶標示出了組成地球外殼的巨大剛性板塊的邊界,而古地磁學研究的發(fā)現(xiàn),又使得追索地質歷史時期大陸的漂移成為可能。

地球物理學是地球科學的主要學科之一。用物理學的原理和方法研究固體地球、海洋、大氣、 近地空間環(huán)境的運動、物理狀態(tài)、物質組成、作用力和各種物理過程的一門綜合性學科。是物理學、數(shù)學、地質學、天文學、化學等諸多學科的交叉學科。廣義的地球物理學包括固體地球物理學、大氣物理學、海洋物理學、空間物理學等分支學科。狹義的地球物理學指固體地球物理學。

歷史發(fā)展

地球物理學學科中的地震學和地磁學兩個領域有著悠久的歷史,在這兩個方面我國均為先驅。我國古書籍中就記載有早至公元前20世紀關于極光的現(xiàn)象。東漢張衡在公元132年設計制造了世界上最早的地震儀——候風地動儀。我國約于10世紀就已將指南針用于航海。唐僧一行(683-727)、宋沈括(1031-1095)均對有關地球物理問題作過研究。地球物理學也是早期經典物理學的重要研究內容。牛頓由研究地球和月球的運動而發(fā)現(xiàn)了萬有引力,由此產生了重力學;牛頓以后的許多數(shù)學家和物理學家都曾對地球物理學的研究作出過重要貢獻,為地球物理學的形成和發(fā)展奠定了基礎。

地球物理學的發(fā)展與科學本身的發(fā)展條件和人類生存需要密切相關。在18、19世紀時地球物理學的一系列問題是物理學中引人注目的領域。20世紀20年代開始利用地震波走時理論研究地球內部的分層結構取得突破性進展。30年代興起的地球物理勘探(特別是地震勘探),對資源的開發(fā)和利用起到了關鍵作用。40年代,特別是第二次世界大戰(zhàn)以后發(fā)展起來的地殼與上地幔的地震探測極大地深化了人類對巖石層(圈)的認識。50年代開始的地震預測研究受到世界各國的關注。另外,人類在本世紀初探測到了電離層,隨后實現(xiàn)了無線電通信。50年代末人造衛(wèi)星發(fā)射成功,發(fā)現(xiàn)了輻射帶、太陽風和磁層頂,空間物理學迅速發(fā)展為一門獨立學科,為人類航天活動提供環(huán)境認識的保證。

50年代的國際地球物理年,艦年代的上地幔計劃,70年代的地球動力學計劃、國際磁層計劃,幼年代、切年代的國際巖石層(圈)計劃、地圈一生物圈計劃、全球電離層和熱層計劃、國際日地物理計劃,使地球物理學研究取得了新的進展。板塊構造學說的提出和新地球觀的形成,日地空間各層次能量耦合作用的發(fā)現(xiàn),改變了一系列傳統(tǒng)觀念。

近代正在發(fā)展的巖石層(圈)地震層析成象,全球與區(qū)域的三維結構,復雜地質構造中地震波理論,地震震源的動力學破裂理論,地球內部介質的不均勻性和非線性特征,熱動力機制與演化,環(huán)境地球物理,地震災害預測,流體在巖石層(圈)介質中的作用,日地系統(tǒng)整體變化和地球空間環(huán)境預報,反演理論與方法等方面的研究,以及大型快速電子計算機、航空、海洋和空間探測技術的應用,將進一步提高地球物理的研究水平,深化人類對地球物理問題的認識。

地球物理學是一門應用性很強的基礎學科,它的研究成果有助于增進人類對所生息的地球及其周圍空間環(huán)境的科學認識,而且支持著眾多的國民經濟建設中具有重要意義的產業(yè)部門或高科技領域。例如,勘探和開發(fā)利用石油與天然氣、地熱資源、金屬與非金屬礦藏,預測與預防(或防治)諸如地震、火山、滑坡及巖爆等自然災害,保護與監(jiān)測地球生態(tài)環(huán)境,保障目地空間環(huán)境中航天飛行安全等。今天,地球物理學已成為地球科學中最具活力的學科之一,并且與地質科學有密切聯(lián)系,其研究成果將對21世紀人類的生存發(fā)展產生重要影響。

當代地球物理學面臨嚴峻的挑戰(zhàn),如自然災害、能源需求急增、資源短缺、環(huán)境惡化、人口增長對土地的壓力等均直接威脅著人類的生存與進步,空間開發(fā)國際競爭則直接關系到國家安全和利益。地球物理學家必須投入研究和解決一系列嚴峻的挑戰(zhàn)性問題,為確保人類社會的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

地球物理學包括固體地球物理學和空間物理學兩個二級學科。

研究內容

地球物理學用物理學的原理和方法,對地球的各種物理場分布及其變化進行觀測,探索地球本體及近地空間的介質結構、物質組成、形成和演化,研究與其相關的各種自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律。在此基礎上為探測地球內部結構與構造、尋找能源、資源和環(huán)境監(jiān)測提供理論、方法和技術,為災害預報提供重要依據(jù)。已故著名地球物理學家趙九章先生是這樣形容地球物理學的——“上窮碧落下黃泉、兩處茫茫都不見”。

地球物理學研究范疇

地球物理學的研究內容總體上可以分為應用和理論地球物理兩大類。應用地球物理(又稱勘探地球物理)的研究范圍比較廣泛,主要包括能源勘探、金屬與非金屬勘探、環(huán)境與工程探測等??碧降厍蛭锢韺W利用地球物理學發(fā)展起來的方法進行找礦、找油、工程和環(huán)境監(jiān)測以及構造研究等,方法手段包括地震勘探、電法勘探、重力勘探、磁法勘探、地球物理測井和放射性勘探等,通過先進的地球物理測量儀器,測量來自地下的地球物理場信息,對測得的信息進行分析、處理、反演、解釋,進而推測地下的結構構造和礦產分布。勘探地球物理學是石油、金屬與非金屬礦床、地下水資源及大型工程基址等的勘察及探測的主要學科。

理論地球物理研究對地球本體認識的理論與方法。如:地球起源、內部圈層結構、地球年齡、地球自轉與形狀等,具體包括地震學、地磁學、地電學、地熱學和重力學等。理論地球物理學通過地震波場和電磁波場探測發(fā)現(xiàn)了位于上地幔的軟流層,為活動論的新的地球觀提供了惟一站得住腳的理論依據(jù);通過全球大地熱流量的測量圈定了熱的洋脊和冷的消減帶,結合古地磁研究結果和大洋中脊的條帶狀磁異常特征,為海底擴張和大陸飄移學說提供了令人信服的佐證;通過全球地震活動性和震源空間分布特征、全球重力、地磁和地熱測量,為板塊邊界的劃分提供了準確的依據(jù);綜合各種全球性的地球物理觀測結果,對地球熱狀態(tài)、巖石圈熱結構和流變性質提供了新的認識,為一直懸而未決的板塊運動驅動機制問題的解決提供了新的依據(jù)。

地球物理學是以地球為研究對象的現(xiàn)代應用物理學,這門學科從20世紀初就自成體系。到了20世紀60年代發(fā)展極為迅速,地球物理學包含許多分之學科,涉及陸、海、空三域,是天文、物理、數(shù)學、化學和地質學之間的一門邊緣學科。隨著時代的發(fā)展,地球物理學的多學科交叉現(xiàn)象越來越明顯,數(shù)學、物理、計算機科學、天文學等眾多學科的發(fā)展大大促進了地球物理學的發(fā)展。在地球物理學天地里,既可以從事地磁場起源、地震發(fā)生機理這樣的極負挑戰(zhàn)性的研究,可以從事油氣勘探、礦產勘探這樣的關系到國家經濟建設的應用性研究工作,也可以從事大氣物理等交叉學科的研究工作。通過地球物理學專業(yè)培養(yǎng)出來的學生要掌握系統(tǒng)的數(shù)學物理基礎理論和基本知識,有較強的計算機應用能力和較高的外語水平,具有扎實的地球物理專業(yè)知識和基本的實驗技能,受過從事基礎研究或應用研究的初步訓練,具有較強的知識更新能力。

學科分類

整體而言,地球物理學是利用物理方法研究地球或其他行星的科學,主要研究地球的各種物理性質,包括地球內部及表面的組成及各種自然作用與變化規(guī)律。其領域又可區(qū)分以下的類別:

地震學(Seismology):

研究地震、地震波及其在地球的內部傳播等與地震有關的科學。地震學是用來研究地球內部結構的一門重要科學。

重力學(Gravity):

地球物理學

研究關于地球重力的科學,研究范圍包括地球上的重力現(xiàn)象、重力分布、重力場及其他相關性質的研究。

地磁學(Geomagnetism):

研究地球和大氣圈之磁性的科學,主要研究有磁性的現(xiàn)象、來源、磁場等方面。

地電學(Geoelectricity):

研究地球電場的科學,藉以推導地球內部介質的物性、組成和分布狀態(tài)。

地熱學(Geothermometry):

研究地球熱的科學,包括地球的溫度、內部的熱流、地表溫度分布的現(xiàn)象及地球熱能的來源等。

地球物理探勘學(GeophysicalProspecting):

此為地球物理技術的運用,包括地震、地電、重力和地熱等方面,可利用在石油、金屬與非金屬礦床、地下水資源及工程基址等的探勘及探測上。

學科關系

地球物理學就是以地球為對象的一門應用物理學。這門學科自20世紀之初就已自成體系。到了20世紀六十年代以后,發(fā)展極為迅速。它包含許多分支學科,涉及海、陸、空三界,是天文、物理、化學、地質學之間的一門邊緣科學。作為一個天體來研究地球,地球物理學和天體物理學是分不開的;研究地球本身的結構和發(fā)展時,地球物理學又和地質學有很密切的聯(lián)系。但地球物理學所探討的范圍遠不止此,它還包括研究地面形狀的大地測量學,研究海洋運動的海洋物理學,研究低空的氣象學和大氣物理學,研究高空以至行星際空間物理學,研究地球本體的固體地球物理學(或叫做地體學),還有一些較小的分支,如火山學、冰川學、大地構造物理學等等。這些學科中,有的又各有獨立的分支。人造衛(wèi)星出現(xiàn)后,地球物理現(xiàn)象的觀測擴展到了行星際空間。行星物理學是地球物理學的一引伸,但它所要解決的問題,離地球越來越遠了。

地球物理學研究范疇

地球物理學,如果狹義的理解,指的就是固體地球物理學。這一般又可分為兩大方面:研究大尺度現(xiàn)象和一般原理的叫做普通地球物理學,利用由此發(fā)展出來的方法來勘探有用礦床和石油的,叫做勘探地球物理學(或物理探礦學)。應用于工程地質勘探、工程檢測的發(fā)展為工程地球物理學,應用于環(huán)境探測和監(jiān)測及環(huán)境保護而形成的環(huán)境地球物理學。地球物理學形成了獨立的分支學科:地震學、重力學、地電學、地磁學,還有正在發(fā)展可能形成地熱學。

學科應用

1. 從事地質類專業(yè)勘查,以科研工作為主要方向,通過各種地球物理方法從事地質研究。包括復雜地質條件下大型巖體工程穩(wěn)定性分析的理論與方法;地震正反演及地震數(shù)據(jù)處理中的熱點問題研究;重大工程建設和城市發(fā)展中的環(huán)境工程地質問題;災害環(huán)境下重大工程安全性問題的基礎研究;滑坡形成機理與預測預報等。可以到地質調查局、海洋局等相關單位就職或科研院所,大專院校做相關的研究,教學工作。

2. 預測自然災害,利用各種數(shù)字地震臺網(wǎng)和臺站觀測數(shù)據(jù)為基礎,結合重力、形變等地球物理觀測手段,通過震源運動學與動力學、近斷層地面運動和重力變化場等方面的研究,為地震發(fā)生機理研究與地震預測提供理論指導。開展工程與城市防震減災基礎理論和應用技術研究;開展地震區(qū)劃理論研究,編制地震區(qū)劃圖;開展強震觀測、震害調查場地勘測與工程結構測試與分析;開展城市災害預警和減災技術、地震緊急救援技術與方法研究。

3. 從事工程探測類,通過地球物理方法,探測工程、建筑進行水文工程地質、城市環(huán)境與建筑基礎以及地下管線鋪設情況的勘查等,通過工程地質、淺層地球物理與巖土力學的理論、實驗研究和工程實踐及其信息綜合集成,認識地球表層物質、結構、狀態(tài)及其在自然和工程作用下變形破壞機理與過程,評價工程巖土體的穩(wěn)定性及其環(huán)境效應,尋求相應的工程技術與處理措施,保證重大工程的安全構筑與運行,實施工程建設與環(huán)境保護、改善相互協(xié)調。

4. 用以勘查石油與天然氣和煤田地質構造,尋找金屬與非金屬礦產,可以到涉及到煤田、油田、礦井性質的國有大中型企業(yè)做相關技術性工作。中國石化,中國石油,中國海洋石油等大型國企都有大量的地球物理學專業(yè)人才。

5. 做相應的地球物理軟件程序設計,地球物理儀器開發(fā)等工作,廣泛應用于環(huán)保、城市給排水、地質、冶金、衛(wèi)生防疫、商檢、農業(yè)、漁業(yè)及教育科研等多個領域,這是在國內較為緊缺的行業(yè)。

6. 其他工程應用。提供區(qū)域地質;礦產地質;工程地質勘查;地球物理勘查;水文鑿井;城市地下管線勘測及系統(tǒng)建設;路、橋、基樁質量無損檢測;地質災害評估與治理;地形測量、工程測量;管道測漏;地理信息系統(tǒng)建設;專題地圖制作;農業(yè)地質;旅游地質;非開挖管線鋪設;巖礦測試;礦產品開發(fā)等服務??傊?,地球物理專業(yè)主要致力于開展戰(zhàn)略性、綜合性、先導性的應用基礎創(chuàng)新研究,以解決國家在進行水電、礦山、油氣勘探、鐵路、交通、國防等部門工程建設中所提出的各種工程地質力學、地表結構、勘探地震資料處理難題。隨著國民經濟的快速發(fā)展,隨著市場需求的不斷增長,地球物理專業(yè)有著越來越廣闊的發(fā)展空間。

地球物理學家

本科專業(yè)

主干學科:(地質學、物理學)、數(shù)學、信號與系統(tǒng)、計算機技術

主要課程:地球物理學(地震學、重力學、地磁學、地電學)、地球物理觀測、地球物理數(shù)據(jù)處理、地球物理正反演、地球物理資料解釋、地質學、電動力學、場理論、連續(xù)介質力學、信號與系統(tǒng)、數(shù)學物理方程、積分變換、復變函數(shù)計算機及信息處理等

主要實踐性教學環(huán)節(jié):包括主要課程的實驗和實習、野外地質實習、畢業(yè)實習等,一般安排6周~12周。

修業(yè)年限:四年

授予學位:理學學士

相近專業(yè):地質學、勘查技術與工程、資源勘查工程

開設院校:中國科學技術大學,北京大學,中國地質大學,吉林大學,防災科技學院,同濟大學,中國石油大學,云南大學,中國礦業(yè)大學(北京),中國礦業(yè)大學,長安大學,長江大學,成都理工大學,武漢大學,山東科技大學,東華理工大學,東北石油大學

地球物理學專業(yè)的主干學科概況

盡管關于地球物理學的研究具有數(shù)百年的悠久歷史(關于地球磁場起源于地球內部的文獻發(fā)表于1600年),但作為一個獨立的學科卻只有100多年 的歷史。1898年,德國哥廷根大學設立了世界上第一個地球物理學教授職位,并成立了世界上第一個地球物理研究所。在這里,著名地球物理學家 Wiechert開設了一系列關于地球物理觀測儀器的課程,培養(yǎng)出了如Gutenberg、Gaiger等一批聞名世界的地球物理學家。

中國的地球物理學是經過了幾代人的艱苦努力而發(fā)展起來的。1952年,根據(jù)新中國經濟建設對礦產資源的需求,北京地質學院(現(xiàn)改為中國地質大 學)和長春地質學院(現(xiàn)合并到吉林大學)相繼成立了地球物理系。從此,一個正規(guī)的地球物理教育體系逐漸地建立了起來。1956年,成都地質學院(現(xiàn)改名為 成都理工大學)宣告成立,其勘探地球物理系在1958年開始招生。上述3所地質學院當時均隸屬于地質礦產部,其地球物理學課程設置側重于地球物理方法在固 體礦產、石油和天然氣勘探及工程勘探中的應用(應用或勘探地球物理)。這3所學校為新中國培養(yǎng)了大約15000名地球物理工程師和應用地球物理學專家。

與上述各地質學院不同,新中國的綜合性大學和研究機構側重于地球物理學理論的研究與教學。1956年北京大學設置了地球物理學課程,1958年成立地球物理系;中國科學技術大學在1959年設立地球物理系;云南大學在20世紀60年代初開設地球物理學課程。綜合性大學40多年來為我國固體地球物 理學、航天、通訊和太空科學領域培養(yǎng)了許多優(yōu)秀的骨干人才,教學科研水平受到國內外同行的肯定,是我國培養(yǎng)固體地球物理學和空間科學人才的重要基地。

在20世紀50年代末和60年代初,隨著固體礦產和碳氫化合物能源勘探任務的增加,國家對應用(勘探)地球物理學人才的需求量也極大地上升了。 為了滿足國家的需要,當時隸屬于不同部委的大約10所大學和學院招收地球物理學或應用地球物理學生,這些學生主要是地球物理專門化的學生。因此,地球物理 學畢業(yè)生急劇增加。

地球物理學是在20世紀發(fā)展起來的重要邊緣學科之一。在碳氫能源與固體礦產資源的勘探與開發(fā)、地質災害的預防與監(jiān)測、地球環(huán)境保護和污染監(jiān)測等 方面發(fā)揮著越來越大的作用。在歷史上,地球物理學的發(fā)展主要體現(xiàn)在三個方面:(1)不斷改進儀器性能和觀測技術,提高數(shù)據(jù)采集精度;(2)不斷改進數(shù)據(jù)處 理和解釋方法,提高信息處理、提取和解釋的精度;(3)不斷提出新的物理參數(shù),擴大信息來源和信息量。

在科教興國和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略框架下,地球物理學面臨著新的挑戰(zhàn)和時代賦予的機遇,在地球內部圈層結構,物質-能量的交換和耦合及深層要素等前沿領域有著艱巨的攻關任務。為了深化對地球本體的認識,為資源、災害、環(huán)境和全球變化提供地球深層物質運動要素,并對其潛在前景進行預測,作為高等學校, 既要參加國內外科研攻關,更重要的是培養(yǎng)高層次的地球物理學人才,為中國地球物理學的發(fā)展提供人才保證。

專家研究認為,"科學技術發(fā)展到今天,越來越顯示出科學技術化、技術科學化的趨勢。當今和未來技術的主體是高度科學化的技術,而當今和未來的科 學是高度技術化的科學[1]。地球物理學的發(fā)展也是如此??碧降厍蛭锢砑夹g的發(fā)展離不開地球物理學理論研究的進步,更需要數(shù)學、物理學、電子科學和計算機 科學的最新成就。同樣,地球物理學理論研究也不可能沒有勘探地球物理學所提供的技術支持。

但作為地球物理學教育,情況并非完全如此。我們刊登本文是,在地球物理學教育中存在著嚴重的理、工科分離問題。能否處理好這方面的關系,既是關系到地球物 理學教育的關鍵問題,也是地球物理學學科建設的一個重要方面。地球物理學教育的發(fā)展趨勢應該是培養(yǎng)基礎研究型、應用研究型復合性人才,同時應具有處理一定 層次技術問題的能力。各高校根據(jù)自己的實際情況選擇側重于地球物理學工科和地球物理學理科,或者是理工結合。

本專業(yè)培養(yǎng)具備堅實的數(shù)理基礎和較系統(tǒng)的地球物理學基本理論、基本知識和基本技能,受到基礎研究和應用基礎研究的基本訓練,具有較好的科學素養(yǎng)及初步教學、研究能力,能在科研機構、高等學?;蛳嚓P的技術和行政部門從事科研、教學、技術開發(fā)和管理工作的高級專門人才。

培養(yǎng)要求

本專業(yè)學生主要學習地球物理學方面的基本理論和基本知識,受到基礎研究和應用基礎研究方面的科學思維和科學實驗訓練,掌握地球深部構造、地震預測、地球物理工程、能源及礦產資源勘察等研究與開發(fā)的基本技能。

專業(yè)特色

地球物理學是一門介于物理學、地質學、大氣科學、海洋科學和天文學之間的邊緣學科。它的主要研究對象是人類生息的地球及其周圍空間。它用物理學的原理和方法,通過利用先進的電子和信息技術、航空航天技術和空間探測技術對各種地球物理場進行觀測,來探索地球內部及其周圍空間、近地太空的介質結構、物質組成、形成和演化,研究與其相關的各種自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律。在此基礎上優(yōu)化和改善人類生存和活動環(huán)境,防御及減輕地球與空間災害對人類的影響,為探測和開發(fā)國民經濟中急需的能源及資源提供新理論、新方法和新技術。而空間物理則以太陽系特別是日地空間物理環(huán)境作為主要研究對象。地球物理學是一門應用性很強的基礎學科,它的研究成果不僅有助于增進人類地球及其空間環(huán)境的科學認識,為太空時代的人類活動提供了必要的基礎。今天,地球物理學已成為地球科學中最具活力的學科之一,其研究成果將對21世紀人類的生存發(fā)展、太空環(huán)境的充分利用產生重要影響。

畢業(yè)生主要到科研機構(如中科院、航天部門),高等院校,能源與資源、災害預測預報、通訊等部門,國家機關,及計算機行業(yè)從事科研、教學、工程技術與業(yè)務管理工作。

學科期刊

地球物理學領域的國內代表性學術期刊有《地球物理學報》等。在美歐日等發(fā)達國家,地球物理學領域的知名國際性學術期刊有美國的《地球物理學研究雜志》(Journal of Geophysical Research)和《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters),歐洲(德國)的《地球物理學年鑒》(Annales Geophysicae),歐洲(英國)的《Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics》和日本的《地球,行星和宇宙空間》(Earth, Planets and Space)等。

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