地球物理论文篇1

表11950-1995年间人口在百万以上的城市数目

Table1Citynumbersofpopulationbeyondonemillionbetween1950to1995

年代195019951995:1950

第三世界城市数342136.3

发达国家城市数491122.3

全世界城市数833253.9

我国的城市化进程与世界同步，近年来呈现出高速发展的趋势。图2给出了我国城市数量增加的数据[2]。

2城市化促进自然科学新领域的产生与发展

我们首先以传统的地理学为例。近几十年来，尤其是第二次世界大战以后城市地理研究发展迅速，内容和影响都超过了传统地理学，成为人文地理学的一门重要分支学科。对城市进行地理学研究始于19世纪。第二次世界大战以后，许多国家的城市需要重建，世界范围内的城市化进程加速，这些都要求对城市进行全面的研究和规划，促使大批地理学家投入城市研究或城市规划工作。新兴的城市地理学的核心问题是研究区域的空间组织与城市内部的空间组织两种地域系统的关系。围绕这两种地域系统，具体的研究内容有：城市化研究、城市分类研究、城市体系研究、城市群和大城市集群区研究、城市综合地理研究等。城市地理学在城市化进程中逐渐形成了独特的研究方法：早期数量方法、系统分析方法、城市信息系统方法、空间抽样调查方法等。此外，地图是地理研究的传统工具。航空像片和卫星像片在城市地理研究中表现出重要作用，是研究城市时空变化关系的基础数据。

附图

图1全世界城市化城市人口百分比[1]

Fig.1Percentageofurbanpopulationamongthetotalpopulationinworldcities

附图

图2中国城市数目随时间的变化[2]

Fig.2NumberofcitiesinChina

以典型的工程科学——建筑学为例，随着城市化现象的迅速推进，建筑学向广度和深度发展。孤立地、狭隘地研究建筑现象已经说明不了问题，满足不了需要。客观实际已经按照系统工程的规律伸展了它固有的领域。城市及其区域已经逐步形成了一个开放的复杂的巨系统。城市化对建筑科学的影响，使得系统的思想进入到传统的建筑科学，进一步突出了新的建筑科学的关系——人与环境的关系[3]。钱学森考虑到中国传统的文化艺术和自然特色等种种因素，形象地提出了山水城市的理念，这一思想对建筑科学的发展，具有深远的意义。

以地球物理学为例，城市化问题使得传统地球物理学的研究方法、研究对象和研究内容面临新的机遇和挑战。20世纪初，地震波证实了地球铁核的存在，证明了2900km深度存在地核与地幔的边界。30年代，地球物理方法发现了地球内核的存在，在此基础上，科学家提出了地球内部分层模型。20世纪中期，各种地球物理勘探方法初步形成。40～50年代，地球物理学的主要研究对象是勘探固体矿产资源，60～70年代在此基础上增加了石油和天然气，80～90年代又增加了水资源。随着工业化进程的加快，环境问题也日益成为地球物理学的研究对象。总而言之，20世纪地球物理学的研究对象是以自然资源为主。20世纪末的全球性城市化发展趋势，使21世纪的地球物理学不可避免地要面对诸多的城市问题。80年代以来，由于地球科学各分支学科的日益成熟和全球环境问题的日益突出，人们认识到地球各圈层相互作用以及人类活动的重要性，地球科学的发展开始进入地球系统科学的新时代。城市地球物理学的发展在这样的时代背景下产生。城市地球物理学是一个全新的概念，是地球科学国际研究前沿的新兴学科。传统地球物理学的主要研究对象是自然现象，而城市地球物理学则主要研究自然现象与人类活动的相互作用。因此，在城市地球物理学研究中，除了自然科学问题之外，还应强调科学与社会的结合、各相关学科的综合及与各社会部门的协调。图3表示了城市地球物理学与环境科学和地理学之间的关系，这三者既有各自独特的研究领域，又有密切相关的交叉研究内容。

附图

图3城市地球物理学、环境科学、地理学之间的关系

Fig.3Relationshipamongurbangeophysics,environmentalsciencesandgeography

3城市地球物理研究的社会需求

(1)城市建设。科学家们预计21世纪的城市在向高空发展的同时，也将向地下索取空间，建设深层地下都市已经在科学家构想之中。20世纪平面式的城市功能在21世纪将从地下、地上两个方面重新进行立体配置。在一系列城市建设活动中，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法对城市地下空间的结构给出定量的描述，为城市规划积累基础数据。

(2)城市灾害。人类大规模的经济—工程活动对环境的影响，已经达到了与自然地质作用相提并论的程度，而且发展速度快、影响范围大。各种灾害无情地破坏着人类的居住空间，给人类的生存造成威胁。这些灾害发生在地学研究的领域，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法对各种起因的城市地质灾害和对环境的破坏进行详细的调查。

(3)城市地下污染。原生环境的缺陷以及由人为因素造成的地下环境污染，在地下水的作用下，对生态与工业构成极大的危害，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法调查地下水的分布，为制定防治规划提供基础数据。

4城市地球物理研究的主要科学问题及其研究方法

城市地球物理学作为一门新兴学科，其主要特点是学科的交叉性及其社会服务性，城市地球物理不仅与地学界的其他学科有广泛的交叉性，而且与地学界以外的诸如人文类、社科类学科也有不可缺少的交叉内容。城市地球物理研究的最终任务是服务于社会，科学研究的核心问题是人与自然的关系问题。具体解释为：

(1)城市近地表结构与地质灾害的相互作用关系。天然与人为的地质灾害对城市构成极大的危害。这些灾害改变和破坏近地表地质结构，近地表地质结构从客观上阻止或促成地质灾害的发生。二者之间的相互作用关系是科学研究的问题之一。

(2)城市近地表结构与地下基础设施和地下建筑的相互作用关系。地下基础设施是城市的命脉，地下基础设施的科学规划以及地下建筑计划需要对近地表结构的观测与评价，大型地下建筑有可能改变城市地下应力场的平衡，二者之间的相互作用关系在未来城市发展中为地学研究提供了一个新的研究空间。

(3)城市近地表结构与地下环境污染的相互作用关系。地下环境污染破坏生态环境、危害人类健康，地下环境污染直接受控于地下水的分布，同时受控于近地表地质结构。对地下水的分布及其浸染走向的研究是防止和治理地下环境污染的重要依据。

城市地球物理学研究方法主要依靠观测技术、数据处理技术以及综合评价系统。观测是地球物理学研究得天独厚的手段，数字地震台阵、地球信息系统、INSAR计划、浅层地球物理观测在地学研究领域发挥了重要的作用。地球物理观测数据起到了透视地下的作用，是实现地下结构定量化与可视化研究的基本条件。针对城市问题的地球物理观测，需要在提高仪器动态范围的基础上获得高分辨率的数据，需要研究城市特定环境下的观测方式。认识浅层介质的复杂性以及地球物理数据的特殊性是研究城市各类问题数据处理方法的出发点。数据处理方法研究应该从基础研究出发，研究地震波场、电磁场、重力场分布规律以获得清晰的三维地下图像。保证足够的信息量是对城市问题做出准确评价与预测的基础，综合性研究在评价和预测中至关重要。地球物理学中各类方法的优化与组合以及与地学研究领域中其他学科的交叉，包括与非地学研究领域相关学科的交叉是开展城市地球物理评价与预测研究的主要方向。

5城市地球物理现阶段主要研究内容

(1)城市条件下地球物理观测方法研究。城市条件下的地球物理观测比常规野外条件下的观测表现出更多的复杂性。需要在已知的典型地下结构的条件下进行足够多的观测方法实验，针对“源”的问题，研究电磁波与弹性波的聚束发射，研究综合方法的同时观测技术以及时移观测技术，并根据已知条件进行数值模拟计算，对比观测数据与理论数据的差别，分别城市条件下观测噪声与干扰的特殊性，发现规律性，为实际的工业性调查提供指导性方案。

(2)城市介质地球物理正演算法研究。城市地下介质除受到地质构造运动外，更多地受到人为因素的改造，演变成为难以保存其原生地质痕迹的、极其复杂的地下介质。其地球物理响应与以往的地球物理观测必将表现出极大的差异。因此，必须以城市地下条件的特殊性为介质模型，研究地球物理正演计算方法，认识城市介质条件下观测数据的基本性质和形成规律。

(3)城市地球物理数据处理方法研究。城市地球物理需要采用非常规观测方式，其观测数据包含了大量意想不到的噪声。认识噪声的特征和有效地消除噪声，保护观测数据的分辨率是数据处理的关键问题。针对时移观测数据研究四维数据处理方法。在信号分析与数字处理方法研究中，需要充分吸收现代数字信号技术，开展适用于城市特定问题的处理方法研究，为综合评价提供准确数据。

(4)城市介质三维可视化研究。城市地下介质覆盖在水泥路面、绿地和建筑物之下。传统的钻井或探槽式观察方法在现代化城市中即落后又不适用。这项研究通过对观测数据的有效反演对城市地下介质实现三维空间可视化描述，提供三维精细成像结果。对典型问题开展有针对性的反演算法研究，为三维精细成像和可视化描述以及综合评价提供有效资料。

6城市地球物理研究需要社会关注

城市地球物理研究如何落实与如何发展是一个非常重要的问题。大专院校和研究机构应该进行必要的学科调整，实现资源共享和优势互补，应该积极参与城市地球物理研究相关工程项目，在学科之间进行经常流。工业、商业与企业部门应该面向用户，以市场为导向，为城市地球物理技术的研究提供场所和经济支撑，同时有必要参与各种研究活动，各学术团体应该相互配合，设立城市地球物理专业委员会，在学术刊物上开辟专栏广泛宣传城市地球物理研究的科研成果，各专业学会之间也应进行广泛交流。政府部门应该做出具体计划，以便各职能管理部门统筹安排，实现资源的合理分配与协调，要选择典型城市和典型项目作为依托，开展研究工作，在基础研究方面需要得到自然科学基金和国家相关部门的支持。

应该充分估计到地球物理各种方法在目前技术条件下的难点，要通过研究地球物理新方法、新技术提出新的认识、加强科技创新尤其是原始性创新。要集中精力利用地球物理数据编制城市地下三维结构的图像，当前城市地球物理研究的主题是“城市三维地图(3-DImagingofUrbanUnderground)”（注：国家自然科学基金委员会.中国内地—香港城市地球物理战略研讨会，香港大学.2001.）。

7城市地球物理研究的技术支撑条件

近20年来，地理信息系统技术的出现，乃至空间数据基础的建设和“数字地球”战略的提出，使得获取地球信息的手段达到了前所未有的高度，不仅使全球的制图和动态性制图成为可能，而且在环境监测、灾害预警预报、区域与城市规划等方面也发挥着极为重要的作用。21世纪将广泛采用高分辨率的观测系统（地面、海洋和空间对地观测）、高灵敏度和高准确度的分析测试系统（包括微粒、微量、纳米级和超微量）、不同条件下的实验模拟系统、建立在动力学及高性能计算基础上的数值模似以及数字化的地球信息系统，此外，现代化的观测技术与设施也将成为开展城市地球物理研究必要的支撑条件。

圈层相互作用研究是地球科学20世纪90年代以来的全新发展方向，方兴未艾。这些研究将导致交叉学科、综合学科的兴起与发展，形成整体性的地球系统科学。地球及其各圈层是一个整体。一些地球科学问题固然有区域性的一面，但这种区域性是寓于全球性之中的。在一定意义上，只有更好地了解全球才能更好地了解区域。同时，区域也是全球的窗口，区域性是通向全球性的大门。地球科学方面的“全球变化及其区域响应”研究计划，则为城市问题的研究提供了广泛的科学基础。

8结语

地球不仅在自然力作用下发生变化，而且人类活动作为地球上有关过程的一种作用力将进一步得到深入研究。21世纪将从人—地关系的角度审视环境的变化，为人类社会与自然环境的协调发展提供科学理论基础，使人居环境得到最大限度地改善，同时又要保持地球的“健康”演化。在新千年和新世纪来临之际，地学界应该重新考虑地学发展的方向和重点，使地学研究在人类社会发展中体现出自身的价值。在新世纪，地学在应用研究领域所面临的主要任务是合理地利用地球资源，帮助工业界解决难题，改善地球的可居住性。为此，作为地学领域主要学科之一的地球物理学应该做出应有的贡献。

收稿日期：2002-01-08；修回日期：2002-05-23．

【参考文献】

地球物理论文篇2

资源与环境科学以人类生存和发展所依赖的地球系统特别是地球表层系统的特征和变化规律为主要研究对象，研究内容涉及地球科学及其分支学科，以及生命科学、化学、工程与材料科学、信息科学及管理科学的诸多分支学科领域。经济快速发展对资源环境科学提出了巨大需求，中国科学院围绕我国经济社会发展的重大问题及其相关的资源环境与地球科学问题，在资源环境和地球科学领域取得了一系列研究成果［1～3］。利用WebofKnowledge平台SCI-E数据库，对2009—2014年中国科学院SCI论文及地球科学与资源环境科学领域论文产出进行统计，并与全球及中国论文产出相比较，了解中国科学院在地球科学与资源环境科学领域的研究产出及其发展状况。

1数据来源与分析方法

从WebofScience的251个学科分类中遴选出与地球科学、环境/生态学相关的学科，根据学科分类在ScienceCitationIndexExpanded(SCI-E)数据库检索资源环境科学领域的相关论文，应用美国汤森路透公司的ThomsonDataAnalyzer文本挖掘软件进行数据分析和制图，对全球和中国的资源环境科学领域产出进行统计分析。

地球科学(Geosicence)领域包括：能源与燃料(Energy&Fuels)、地质工程(Engineering，Geological)、石油工程(Engineering，Petroleum)、地球化学与地球物理学(Geochemistry&Geophysics)、地理学(Geography)、地质学(Geology)、地球科学多学科(Geosciences，Multidisciplinary)、湖泊学(Limnology)、气象与大气科学(Meteorology&AtmosphericSciences)、矿物学(Mineralogy)、矿产与矿物加工(Mining&MineralProcessing)、海洋学(Oceanography)、古生物学(Paleontology)、遥感(RemoteSensing)、水资源(WaterResources)；环境/生态学(Environment/Ecology)领域包括：土壤科学(SoilScience)、生态学(Ecology)、海洋工程(Engineering，Marine)、环境科学(EnvironmentalSciences)。

2015年2~3月在SCI-E数据库对全球、中国、中国科学院的SCI论文产出进行检索和统计，中国科学院检索范围包括署名中有“中国科学院”的论文，包括中国科学院各研究所及中国科学院大学(中国科学院研究生院)，不包括未署名“中国科学院”的中国科技大学论文。

2中国科学院论文产出总体态势

2009—2014年期间，SCI-E共收录论文955.6万篇，其中署名中国的论文有113万篇，署名中国科学院的论文有15万篇。图1反映了全球、中国、中国科学院2009—2014年年度论文产出量变化。全球、中国、中国科学院的SCI论文分别以年均2%，14%和10%的速度增长。2014年与2009年相比，全球SCI论文增长近11%，中国增长约为93%，而中国科学院增长了62%，由图2可见中国SCI论文增长速度远高于全球论文增长速度。

图3统计了中国SCI论文占全球百分比和中国科学院SCI论文占中国百分比，表明中国论文占全球的份额持续上升，而中国科学院论文占中国的份额则逐步有所下降，但中国科学院资源环境类研究所发表的SCI论文数量占中国科学院的份额稳中有升。从图2也可见，中国科学院资源环境类研究所2014年与2009年相比，SCI论文增长了约92%，与中国SCI论文的增速很接近，高于中国科学院整体的论文增长速度。

将2009—2014年环境/生态学和地球科学领域各年论文按照被引频次高低统计TOP1%，TOP10%，TOP20%和TOP50%论文的数量，以及中国和中国科学院相应级次TOP论文的数量，并统计中国占全球的比例和中国科学院占中国的比例(图4)。

根据论文全部著者统计的结果表明，中国在全球资源环境科学研究领域各级次TOP论文中的比例基本为15%~20%，中国地球科学领域TOP论文数占全球的比例高于环境生态学领域，并且地球科学领域TOP1%的高水平论文比例很高。中国科学院在中国资源环境科学研究领域各级次TOP论文中的比例为26%~32%，中国科学院环境/生态学领域TOP论文数占中国的比例高于地球科学领域。

3资源环境科学领域的重点研究方向

基于SCI学科分类，分别对2009—2014年全球SCI论文最多的20个学科领域的论文数占全球SCI论文总数的比例、中国SCI论文最多的20个学科领域的论文数占中国SCI论文总数的比例，以及中国科学院SCI论文最多的20个学科领域的论文数进行统计。结果显示，全球各学科领域中，生物学与生物化学发文最多，发文最多的20个学科领域主要侧重于医学和生命科学等，相比之下，中国产出偏重于材料科学以及化学、物理等相关学科领域，中国科学院在环境科学方面论文产出数量比例较高。

资源环境科学领域论文产出占全球自然科学领域论文产出的8%左右，中国该领域论文产出占中国SCI论文比例接近10%，中国科学院该领域论文产出占中国科学院SCI论文比例约为20%(图5)。

2009—2014年，中国SCI论文占全球比例约为12%，而资源环境科学领域中国SCI论文占全球份额超过14%。其中，环境科学是全球、中国和中国科学院资源环境科学领域论文产出的最主要的领域。此外，中国在能源与燃料、遥感、地质学等方面论文产出占全球比例相对较高，而在生态学、古生物学等方面所占比例较低。中国科学院关于古生物学方面的SCI论文在中国资源环境领域论文中的比例最高，达到54%；此外，在土壤科学、地理学、湖泊学、生态学、气象与大气科学等方面的论文占中国的比例也较高，但在石油工程、海洋工程等方面所占比例较低，不足10%(图6)。

图7中，气泡的大小表征资源环境各子领域占全球资源环境科学领域论文产出份额的大小，即点越大，该子领域论文数在全球资源环境领域中的比例越高；X轴表示资源环境子领域中国占全球论文的百分比，值越高表明该子领域中国占全球的比例越高；Y轴表示资源环境子领域中国科学院占中国论文的百分比，值越高表明该子领域中国科学院占中国的比例越高。气泡大的那些子领域(如环境科学等)是全球资源环境科学研究比较多的热点方向；右下角的那些子领域(如能源与燃料等)是中国资源环境科学相对比较有优势的研究方向；左上角那些子领域(如古生物学等)是中国科学院资源环境科学相对比较有优势的研究方向。

中国科学院资源环境类研究所2009—2014年发表的SCI论文主要涉及的学科领域包括：环境科学、生态学、地质学、工程学、气象与大气科学、农学、地球化学与地球物理学、化学、水资源、科学与技术、海洋与淡水生物学、地理学、植物学、海洋学等。

4主要研究机构的科学贡献

中国科学院几乎所有的研究机构都在SCI资源环境科学领域期刊发表过论文，2009—2014年根据全部著者统计超过100篇的研究所有50多个，在资源环境科学领域发表SCI论文较多的前10个研究所见表1，这些较多的研究所都属于中国科学院资源环境类研究机构。

2009—2014年中国科学院27个资源环境类研究所以第一著者发表的SCI论文共有22032篇，其中，生态环境研究中心、地质与地球物理研究所、海洋研究所、地理科学与资源研究所、大气物理研究所、广州地球化学研究所、南海海洋研究所、寒区旱区环境与工程研究所等较多，第一著者的SCI论文数都在1000篇以上(表2)。

中国科学院资源环境类研究所论文的篇均被引次数为6.03次/篇，表2中的“表现不俗的论文篇数”统计的是这些研究所高于基准值的论文篇数，即当前总被引次数除以从年至2014年的累积年得到的年均被引6次及以上的论文［4］。生态环境研究中心、地质与地球物理研究所、广州地球化学研究所的表现不俗论文都在150~200篇。

中国科学院资源环境类研究所被引频次位于前10%的论文篇数，即研究所2009—2014年被引16次及以上的论文篇数，也是生态环境研究中心、地质与地球物理研究所、广州地球化学研究所最多，都在260篇以上。

参考中国科学院文献情报中心科学前沿分析中心设计科学贡献指数［5］，定义：

式中：Ci为中国科学院资源环境类第i个研究所科学贡献指数，P10%i为第i个研究所被引前10%论文数量，Citedi为第i个研究所论文被引总频次，n为中国科学院资源环境类研究所的数量。结果显示，生态环境研究中心、地质与地球物理研究所、广州地球化学研究所、海洋研究所、大气物理研究所、地理科学与资源研究所的科学贡献指数较高，都在0.1以上。

5结论与建议

通过以上分析可以看出：

(1)2009—2014年，中国科学院SCI论文增长了62%，高于全球11%的增长率，低于中国93%的增长率，但中国科学院资源环境类研究所的SCI论文增长了约92%，与中国论文增速相接近。

(2)中国在全球资源环境科学研究领域各级次TOP论文中的比例基本为15%~20%，中国科学院在中国资源环境科学研究领域各级次TOP论文中的比例为26%~32%，中国科学院环境/生态学领域TOP论文数占中国的比例高于地球科学领域。

地球物理论文篇3

《应用地球物理》课程是河南理工大学资源环境学院地质科学与工程系和地球信息科学与技术系以及水文与水资源工程系的必修课。该课程是一门以地球为研究对象的应用物理学，它利用物理学的力学、电学、磁学、热学等方面的原理与方法，通过观测和研究地球内部各部分的物理条件、物理性质和物理状态，从时间和空间两方面找出它们之间的联系和规律，从而达到认识地球，借以实现地质勘查和找矿目标，减少地质灾害[1]。

对于河南理工大学等以煤炭资源为主要主导的矿业类高校来说，本科毕业的学生大部分进入到煤炭系统工作，如何合理地设置应用地球物理课程内容对于学生以后所从事工作具有重要的指导意义。

1 应用地球物理课程现状

应用地球物理课程主要讲授内容包括以下三个部分：一是应用地球物理方法的物质基础及地球物理场的基本概念；二是应用地球物理分析的正演方法；三是应用地球物理的各类勘探方法和应用，包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地球物理测井和放射性勘探等。其中，第一、二部分是应用地球物理学的基础，第三部分是课程讲授的重点。

由于应用地球物理课程内容庞杂、知识面广、理论公式繁琐、内容抽象，学生在学习过程中普遍反映难度偏大，抓不住重点，难以理解地球物理概念。这已经不适应当前高速发展的矿产资源开发对人才的要求。一个完整、合理的应用地球物理课程，应该同时具有理论性和实践性。既能传授学生相应的学科科学理论体系，又要顾及生产单位对人才的要求，要具有一定的实用性，使得学生工作后能尽快融入到工作环境中，并能把课本上的理论知识应用到实际中去，能够解决生产单位面临的实际问题。

目前，我校应用地球物理课程主要面临如下的实际问题：

（1） 课程内容相对陈旧。21世纪以来，应用地球物理学科发展迅猛，各种新技术、新方法层出不穷。例如物探数据处理技术早已融合了现代信号处理的思想、概念和方法。而课堂上讲授的仍是传统数据处理内容，且部分技术方法已经被生产单位所抛弃，学生在学校所接受的知识过于陈旧，不能满足快速发展社会的需要。

（2） 基础课程开设偏少，导致应用地球物理概念理解困难。应用地球物理具有广泛的理论体系，涉及到数学、物理、电子、信号等领域。如果学生之前没有学过这些基础课程，在听课时，对应用地球物理课本中出现的理论公式难以段时间内消化，造成学习的困难。

（3） 计算机技术对于应用地球物理来说具有举足轻重的地位，尤其是现代地球物理处理技术，更是离不开计算机。例如目前绝大多数地球物理处理软件都是基于UNIX或LINUX平台，而学生普遍缺乏该系统的理论学习，与生产单位发展需求脱节。

（4） 实验课对于学生提高应用地球物理的感性认识作用明显，尤其是对实践性很强的应用地球物理课来说，需要大量的实际操作才能深入理解。而目前实验教学大多属于观察、验证性类型，缺少实际地区的实际数据采集、处理和解释的训练，导致学生动手能力差。

2 教学内容改革探讨

针对以上教学过程中出现的问题，结合多年应用地球物理教学经验，提出以下几个课程教学内容改革的想法。

（1） 作为以煤炭为主导的矿业类高校，本科毕业的学生大多进入到煤炭系统工作。因此，在教学过程中，因充分考虑煤矿企业对物探技术的需求。如增强地震勘探在解决煤田构造方面的内容，以及电法勘探对煤矿富水区和采空区的探测内容，使得学生在学校所学到的知识能够跟上现代社会发展的步伐。

（2） 由于课时有限，而应用地球物理覆盖的物探专业知识领域广泛，因此在授课过程中，应有所取舍对。对于应用面较窄的放射性勘探、地热勘探等可作为课余了解内容，而探测效果明显的地震勘探、电法勘探和重力勘探等需要详细讲解。

（3） 课程内容应该与时俱进，保持行业先进性。在保留传统基本理论的基础上，增加应用地球物理新技术、新方法的讲解。将现代信号处理、计算机处理的信息传授给学生，扩大学生的知识面，增强学生就业竞争力。

（4） 重视应用地球物理数值正演模拟。地球物理正演模拟是反演的基础，通过正演模拟可以使得学生更好的理解地球物理场的变化特征，避免空洞的公式推导，提高学生学习的兴趣，使学生更容易掌握地球物理的概念。同时，还能增强学生计算机编程能力，让学生自己上机进行运算模拟，提高对正演模型的理解。

（5） 重视实验课的作用。地球物理实践性很强，应通过实验课程加强学生的动手能力和创新能力，能够使学生把书本上的理论知识和实际应用相结合。通过野外数据实际采集，提高学生对地球物理的理解，提高物探行业的感性认识。为了让学生更好地了解物探仪器设备，河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室（河南理工大学）购置了国际先进的ARIES三维地震仪、V8电法勘探仪，为学生认识物探仪器提供了有利的条件。实践证明，充分利用好实验课培养学生的动手能力，对于提高学生对地球物理概念的理解作用明显。

3 结语

应用地球物理课程对于资源勘查、地质等本科专业是一门非常重要的基础课程，是煤矿企业的一项重要的技术手段。作为培养人才的矿业类高等院校，应注重学科发展的动向，保持与实际生产密切结合，避免理论与实践脱节，为培养新世纪人才不断努力。

应用地球物理是实践性很强的一门课，在课程学习过程中，实践教学对学生认知地球物理是一个不可缺少的重要环节。通过实践教学，使得学生把课本上说学到的理论知识和实践应用相结合，培养学生的实际操作能力。

参考文献

[1] 赖旭龙，金振民，国外地质类专业课程体系研究[M].武汉:中国地质大学出版社，2002

地球物理论文篇4

0 引言

应用地球物理学是一门较新的技术领域，在矿床勘探中采用专门的仪器只有一百多年的历史。1870年，瑞典人泰朗和铁贝尔制成了寻找磁铁矿用的所谓“万能磁力仪”，标志着应用地球物理学开始形成。电法勘探工作最早是19世纪初英国人P.佛克斯在已知矿体上观测到了自然电场，电阻率法始于1893年在已知矿体上观测到电阻率异常，以后又相继发展了激发极化法、电磁感应法等分支方法。地震勘探开始于20世纪初，前苏联在相关理论方面取得了成功。 1940年出现多道仪器，并且仪器道数在以后不断增加，地震勘探的理论方法、技术装备都得到了高速发展。

1 地球物理勘探技术概述

1.1 地球物理勘探

地球物理勘探，是以不同岩（矿）石间物理性质的差异为基础，利用物理学原理，通过观测和研究地球物理场的空间与时间分布规律，借以实现地质勘探和找矿目标的一门应用科学。也称勘探地球物理（学），简称物探。

应用地球物理（学）是与理论地球物理学相对应的应用学科，过去被认为等同于勘探地球物理，随着地球物理技术在矿产资源勘探以外的应用，其应用领域已扩展到工程、环境、军事、考古等领域。

地球物理场是指存在于地球周围（或内部）的具有物理作用的空间，可以是天然存在，也可以是人工建立的。

1.2 地球物理勘探应用

目前在地球物理学勘探中应用的岩（矿）石的物理性质（或物性参数）有六种：密度（σ或ρ）；磁性（磁导率μ，磁化率χ，剩余磁性Jr）；电性（电导率σ或电阻率ρ、极化率J、介电常数ε）；弹性（弹性模量，拉梅系数，密度，波速）；放射性；导热性。

应用较为广泛的是前四种。

1.3 对地球物理勘探的客观认识和评价

地球物理勘探为地质研究提供了一个很好的工具，可以解决许多地质问题。但它也不是万能的，在克服钻探法缺点的同时也带有其自身的不足及应用中的限制，因此应该对其有一个客观的认识和评价，主要有：

（1）各种物探方法的物理前提是岩（矿）石间的物性差异，地质效能的高低与地质对象同周围岩石间物性差异的明显程度有关，有差异才有效果，差异越明显效果才越好，反之，差异越小，效果越差；

（2）各种物探方法都是通过观测和分析地球物理场进行地质勘探和寻找有用矿产的，因此属于间接找矿方法，与钻探取岩心提取岩石矿物成分的方法有本质的区别，可靠性降低，分辨能力降低；

（3）各种地球物理场均具有跨越介质存在的特点，可以通过物探方法研究不同深度上地质目标的信息，便于面积测量，但垂向上信息的可靠与详细程度不如钻井资料；

（4）各种地质情况千变万化，各不相同，实际工作中应根据具体的地质、地球物理条件灵活选用适当的地球物理方法，才有可能达到预期的目的，否则就有可能导致错误的结果；

（5）某一种地球物理场的分布可以与地下多种地质背景相对应，因此，当对物探资料作地质解释时是可以有多种合理的解释，即反问题具有多解性；

（6）某一地质目标可能与围岩有多种物性差异，在实际应用中，为减少多解性，提高地质效能，常采用多种物探方法进行综合研究，必要时可以做地球物理、地球化学、地质、钻井、测井等多学科的联合应用，以便能取得令人满意的结果；

（7）应用地球物理学是一门新兴的边缘学科，理论尚需发展、技术仍需改进、仪器设备也在不断更新，这些都需要随着其相邻的学科发展才能实现，不能强求现有的地球物理技术解决它所面临的所有问题。

2 地球物理勘探面临的问题

（1）提高微弱地球物理信号采集与处理水平地球物理勘探技术是依据对观测的地球物理场数据的分析来实现探测目的的。

（2）非均匀地质体的探测与描述几何形体简单、物性分布均匀、埋藏深度较浅且易于发现的矿产资源，今后将越来越少。

（3）综合利用多种信息，减少地球物理反问题的多解性

地球物理勘探是通过在地表、空中或井下局部地球物理场的观测结果，去分析推断地下不能直接观测部分物质的性质和形态。

3 地球物理勘探的发展趋势

3.1 应用范围将更加扩大

原有方法日趋完善，新方法不断形成，使物探的地质效能不断提高，应用范围不断扩大，从单纯的矿产资源勘探，发展到目前在水文、工程、城市与环境等方面的广泛应用，在军事、文化等领域的应用也在研究之中。

3.2 勘探深度将进一步加大

浅层矿产资源的开发对地球物理勘探提出了寻找深部矿产资源的需求，同时地球物理勘探方法在理论、技术、仪器等方面的发展与更新也使之具备了相应的能力。

3.3 地质效能将更趋理想

实现直接找矿是广大地学工作者长期以来的理想，目前这方面的研究已经有了一些进展，如电法、地震勘探都提出了岩性勘探方法和技术，虽然还很不完善，但代表了地球物理勘探的发展趋势。

4 结束语

地球物理勘探面临的地质任务日趋复杂艰巨，勘探目标正从构造型转向隐蔽型，探明并评价油气储层、监测油田开发过程成为物探新的研究内容。一方面要对原有方法不断完善、深化，另一方面要不断探索新的理论。大量试验证明，在多数油气藏上方存在特有的物理化学异常晕带，即“烟囱效应”产生的“还原柱”，能观测到磁化率、极化率和地球化学异常。基于类似的原理，放射性方法勘探油气的试验也取得了不少成功的案例。

参考文献

[1]于克君，汤振清.地热勘探中综合地球物理勘探方法运用探讨[J].2001-07-01.

[2]王兴泰.工程与环境物探新方法新技术（第1版）[M].北京：地质出版社，1996.

地球物理论文篇5

《应用地球物理》课程是河南理工大学资源环境学院地质科学与工程系和地球信息科学与技术系以及水文与水资源工程系的必修课。该课程是一门以地球为研究对象的应用物理学，它利用物理学的力学、电学、磁学、热学等方面的原理与方法，通过观测和研究地球内部各部分的物理条件、物理性质和物理状态，从时间和空间两方面找出它们之间的联系和规律，从而达到认识地球，借以实现地质勘查和找矿目标，减少地质灾害[1]。

对于河南理工大学等以煤炭资源为主要主导的矿业类高校来说，本科毕业的学生大部分进入到煤炭系统工作，如何合理地设置应用地球物理课程内容对于学生以后所从事工作具有重要的指导意义。

1.应用地球物理课程现状

应用地球物理课程主要讲授内容包括以下三个部分：一是应用地球物理方法的物质基础及地球物理场的基本概念；二是应用地球物理分析的正演方法；三是应用地球物理的各类勘探方法和应用，包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地球物理测井和放射性勘探等。其中，第一、二部分是应用地球物理学的基础，第三部分是课程讲授的重点。

由于应用地球物理课程内容庞杂、知识面广、理论公式繁琐、内容抽象，学生在学习过程中普遍反映难度偏大，抓不住重点，难以理解地球物理概念。这已经不适应当前高速发展的矿产资源开发对人才的要求。一个完整、合理的应用地球物理课程，应该同时具有理论性和实践性。既能传授学生相应的学科科学理论体系，又要顾及生产单位对人才的要求，要具有一定的实用性，使得学生工作后能尽快融入到工作环境中，并能把课本上的理论知识应用到实际中去，能够解决生产单位面临的实际问题。

目前，我校应用地球物理课程主要面临如下的实际问题：

（1）课程内容相对陈旧。21世纪以来，应用地球物理学科发展迅猛，各种新技术、新方法层出不穷。例如物探数据处理技术早已融合了现代信号处理的思想、概念和方法。而课堂上讲授的仍是传统数据处理内容，且部分技术方法已经被生产单位所抛弃，学生在学校所接受的知识过于陈旧，不能满足快速发展社会的需要。

（2）基础课程开设偏少，导致应用地球物理概念理解困难。应用地球物理具有广泛的理论体系，涉及到数学、物理、电子、信号等领域。如果学生之前没有学过这些基础课程，在听课时，对应用地球物理课本中出现的理论公式难以段时间内消化，造成学习的困难。

（3）计算机技术对于应用地球物理来说具有举足轻重的地位，尤其是现代地球物理处理技术，更是离不开计算机。例如目前绝大多数地球物理处理软件都是基于UNIX或LINUX平台，而学生普遍缺乏该系统的理论学习，与生产单位发展需求脱节。

（4）实验课对于学生提高应用地球物理的感性认识作用明显，尤其是对实践性很强的应用地球物理课来说，需要大量的实际操作才能深入理解。而目前实验教学大多属于观察、验证性类型，缺少实际地区的实际数据采集、处理和解释的训练，导致学生动手能力差。

2.教学内容改革探讨

针对以上教学过程中出现的问题，结合多年应用地球物理教学经验，提出以下几个课程教学内容改革的想法。

（1）作为以煤炭为主导的矿业类高校，本科毕业的学生大多进入到煤炭系统工作。因此，在教学过程中，因充分考虑煤矿企业对物探技术的需求。如增强地震勘探在解决煤田构造方面的内容，以及电法勘探对煤矿富水区和采空区的探测内容，使得学生在学校所学到的知识能够跟上现代社会发展的步伐。

（2）由于课时有限，而应用地球物理覆盖的物探专业知识领域广泛，因此在授课过程中，应有所取舍对。对于应用面较窄的放射性勘探、地热勘探等可作为课余了解内容，而探测效果明显的地震勘探、电法勘探和重力勘探等需要详细讲解。

（3）课程内容应该与时俱进，保持行业先进性。在保留传统基本理论的基础上，增加应用地球物理新技术、新方法的讲解。将现代信号处理、计算机处理的信息传授给学生，扩大学生的知识面，增强学生就业竞争力。

（4）重视应用地球物理数值正演模拟。地球物理正演模拟是反演的基础，通过正演模拟可以使得学生更好的理解地球物理场的变化特征，避免空洞的公式推导，提高学生学习的兴趣，使学生更容易掌握地球物理的概念。同时，还能增强学生计算机编程能力，让学生自己上机进行运算模拟，提高对正演模型的理解。

3.结语

应用地球物理课程对于资源勘查、地质等本科专业是一门非常重要的基础课程，是煤矿企业的一项重要的技术手段。作为培养人才的矿业类高等院校，应注重学科发展的动向，保持与实际生产密切结合，避免理论与实践脱节，为培养新世纪人才不断努力。

应用地球物理是实践性很强的一门课，在课程学习过程中，实践教学对学生认知地球物理是一个不可缺少的重要环节。通过实践教学，使得学生把课本上说学到的理论知识和实践应用相结合，培养学生的实际操作能力。

【参考文献】

［1］赖旭龙,金振民,国外地质类专业课程体系研究[M].武汉:中国地质大学出版社,2002.

地球物理论文篇6

纪录片中还谈到，有关低能量搬运机的话题在美国原来是绝对不允许公开讨论的，否则就会被有关部门请去严令禁口，后果极其严重。这一话题在美国的解禁是在20世纪90年代末期，不仅可以公开讨论，还在美国几所大学设立了超能力感知的专业。毕业者可以拿到正式学位。但是，美国人撰写的有关低能量搬运机的学术论文还是很少的，而且很少能看到有用的数学模型或物理理论。但是，在国际理论物理期刊上，在理论物理前沿的研究及理论猜想中，可以时常看到关于低能量搬运机的影子，它被众多顶尖专家所预言。那么，什么是低能量搬运机?就是类似于人体特异搬运现象，可以使用很少的能量实现有目的的时空突破、转移和运动。这一技术可以使得造出来的飞行器体积很小，也可以在很远的距离实现操控。如果思维传感是真实的，那么，二者通过计算机技术相结合，就可以隐蔽地探知或操控别人的思想，甚至有可能修改记忆。

这就是美国长期研究飞碟这类机器的原因。美国在相当长期的科研沉默中，企图通过理论物理研究的突破，抢占战略技术的武器制高点(比如低能量飞碟而不是其他类型的高能量时空机器)。在美国的学术期刊上，以前曾经有过一段奇怪的、长期的沉默时期。在这个沉默之前，有不少西方科学家在相当长的时间内十分大胆地提出与现在期刊上类似的数学与物理理论。但是，在几十年的沉默间隔期以后，在20世纪90年代末期，突然在美国又出现各类大量讨论其存在的合理性的不同水平的学术论文。所以，这一发生在美国的学术现象很值得大家思考。

有美国人认为，在美国各地被观测到的UFO大都是美国自己研究的飞碟原型机。因此，美国才要严密防备，万一坠机则不至于残骸落入潜在对手的手里。

搬运机分两种，一种是大能量搬运机，一种是低能量搬运机。大能量搬运机需要很强大的能量，而且有可能有去无回；而低能量搬运机可以表现为小巧玲珑的小飞碟与硕大无比的大飞碟。还有一种极大能量搬运机的模型，因为与黑洞理论密切相关，所以不适合在地球上研究。

寻找到与地球极其相似的星球，并加以改造，是一个十分重要的任务。这是因为，只有这样才能使得地球文明比较顺利地繁衍生息，不会灭绝。从概率上讲，字宙中存在很多这样的星球。等待地球人实施基因改造。在美国最新的宇宙学讨论中，有一种观点在逻辑上占有很大的优势。这一观点认为，理论上有多个类似大小的宇宙并存而且几乎独立演化，也就是说，其中的一个宇宙如果不适合人类居住了，那么可以通过某种方法进入另一个宇宙，寻找合适的星球。这与以前的单一宇宙演化论完全不同，单一宇宙演化论的结局很可能是人类最终会随着宇宙的演化而灭绝。而美国的基因检测与改造技术，完全有能力去改造合适的星球目标。这一改造过程包括：逐步对目标星球的生物添加地球生物的基因，最终使得地球人中一定比例的人可以在上面繁衍进化。如果不经过这种改造，即使人类可以短时间在那些星球上停留，也可能会有一定的健康生存时间，但是难免会接触到某种微生物，那么结局会有几种可能。而实验已经证明，微生物在生物进化中起了一种潜移默化的作用。所以，基因改造比制造技术更加具有实用性。

如果地球人类能考虑到这一点，那么可能的高智能外星人也会考虑到这一点。也许外星人在军事技术上可以迅速占领地球，但是，外星人未必能够顺利地在地球上健康地生存下来。所以，从生物进化学角度分析，外星人为了移民地球而入侵是不可能的。如果是为了社会意识形态而入侵，那也是不太可能的。

在什么情况下，外星人会对地球的军事力量实施干预?那只有一点，地球人可能在有意或无意中掌握了极大能量搬运机，如果使用不当，可能会威胁到高智能外星人星球群的文明。这种可能会存在吗?这里举个例子。美国的物理学家指出，如果有地球人在科学研究狂热的驱使下研究实验型理论物理，就有可能有意或无意地制造或诱发产生极微小的黑洞；而在某些极端概率的情况下，就可能严重危害地球生命。而从现行的理论可知，如果去研究极大能量搬运机，就可能诱发极小黑洞。当然，这种极小黑洞的危害，是以概率形式来评估的，不能讲一定没有，也不能讲一定会怎样。但是，如果危害很大的情况发生了，我们又该如何解释?

地球物理论文篇7

盖亚假说（gaia hypothesis）是由英国大气学家拉伍洛克（james e.lovelock）在 20世纪60年代末提出的。后来经过他和美国生物学家马古利斯（ lynn margulis）共同推进，逐渐受到西方科学界的重视，并对人们的地球观产生着越来越大的影响。同时盖亚假说也成为西方环境保护运动和绿党行动的一个重要的理论基础。本文将对盖亚假说的提出和发展、盖亚假说的科学内涵及其争论、由盖亚假说所导致的新的地球系统观和盖亚假说给人们的启示等方面进行阐述和讨论。

一、盖亚假说的提出和发展

60年代初，正在美国国家喷气动力实验室工作的拉伍洛克接受了美国国家航空航天局（nasa）关于火星上是否存在生命的研究课题。他提出了一种直接分析火星上的大气构成，而不用把航天器降落到火星表面来定点寻找生命是否存在的想法。他认为如果一个行星存在生命，必定要求其大气既作为生命有机体的一种原料资源，又作为生命有机体的一种废物排放之地。行星大气对生命有机体的这两种用途将改变大气构成，使其远离化学平衡态。如果观测到的一个行星的大气构成远离化学平衡态，则可能存在生命。带着这种想法，他开始考察当时已知其大气构成的火星和金星，发现这两颗行星的大气构成都接近化学平衡态。大气的主要成分是一般不进行化学反应的二氧化碳。因此，两者都不应该存在生命。为了肯定这一预言，他开始考虑有生命存在的地球大气的构成，发现其远离化学平衡态，如大气中高达21％的活性气体氧气和1.7ppm（百万分率）沼气能共存（由于在阳光下沼气和氧气会起化学反应，形成二氧化碳和水，要维持沼气1.7ppm的比率，每年需要5 亿吨沼气由能产生沼气的生物体排出），而二氧化碳只有万分之几。

正是在这个时候，即1965年秋的一天，盖亚想法出现在他的脑海里，即地球大气的这种独特的和不稳定的气体混合比率为什么在相当长的时间内能维持不变呢？是否地球上的生物不仅生成了大气，而且调节大气，使其保持一种稳定的气体构成，从而有利于生物体的存在呢？

当时他对这种控制系统的性质还没有任何想法，只是认为地球表面的有机体必定是这个系统的一部分，并且气体的构成可能是被调节的因素之一。后来，他从天体物理学家那里得知，恒星随着年龄的成熟，发热能力会增大；自从36亿年前地球上有生命以来，太阳的发热能力已经增强了25％。然而地球却保持了有利于生命存在的温度。在如此长的时间内，地球的气候是否会被有效地调节呢？此时，一种涉及整个行星和行星上生命的控制系统概念在他的大脑里牢固地建立起来。

但这时他没能继续推进他的这种观点，而是推进他的更小的目标，说服喷气动力实验室研究生命科学的同事们接受大气分析是探测其它行星上是否存在生命的有效方法。他当时并没有意识到，如果他们接受他的观点就意味着承认火星上几乎不可能存在生命。这可能导致取消去火星上直接探测生命是否存在的海盗号飞船计划。

尽管这样，nasa对他的这种危险的观点还是很宽容的，并允许他在这方面继续工作。他的一个天文学同事赛甘（carl sagan）是icarus（航程无限的洲际宇宙火箭）杂志的主编，虽然不同意他的通过大气分析来探测行星上是否存在生命的观点，但同意在其杂志上发表他的有关论文。而他把地球作为一个自调节系统的文章是在1968年美国航空学会会议上首次发表的。但把地球作为一个超级有机体并用盖亚（gaia）来命名则是1972年的事。他接受了在英国家乡的邻居、小说家勾尔丁（wil-liam golding）的建议，用盖亚这个古希腊地球女神的名字来命名。随后他与杰出的生物学家马古利斯合作来发展他的盖亚假说。

但拉伍洛克和马古利斯关于盖亚假说研究论文的发表遇到了阻力。《科学》和《自然》等重要科学刊物虽然对他们的论文很感兴趣，但不能通过同行评审。在这些评审者看来他们的观点是危险的。尽管他们的论文没能在这些重要的刊物上发表。但拉伍洛克常常被邀请参加各种学术会议，并以会议文集的形式发表他们有关盖亚假说的研究论文。1989年美国地球物理联合会选择盖亚作为学术会议的主题，几百名科学家和学者参加了会议，并于1993年出版了《科学家论盖亚》（scientistson gaia）大型文集。从此尽管科学界对盖亚假说有不同的观点，但以此为主题进行研究的科学家越来越多，特别是近年来nasa在全球生态学、生物圈学和地球系统科学的名义下支持此类研究，使得其影响也越来越大。一些科学哲学家、环境保护主义者和政治家等也从各自的角度关注和讨论盖亚假说，有关的论文和书籍也越来越多。

二、盖亚假说的科学内涵及其争论

现代科学把地球作为一个超级有机体的思想并不是拉伍洛克最先提出的。早在1785年被称为地质学之父的哈顿（james hutton）就指出：“我认为地球是一个超级有机体并且应该用生理学的方式对它进行恰当的研究”〔1〕。 他利用血液循环和氧与生命之间的联系等生理学的发现来看待地球的水循环和营养元素的运动。然而，到了19世纪哈顿的这种把地球作为一个整体来进行研究的观点被抛弃了。地球科学和生命科学分离了。地质学家认为，地球环境的变化只不过由化学的和物理的过程所决定；而生物学家则认为不管地球环境如何变化，对有机体来说，只是个适应的问题。甚至达尔文也没有认识到，我们呼吸的空气、海洋和岩石或者是生命有机体的直接产物，或者被生命有机体大大地改变了。

直到1945年，被称为现代生物地球化学之父的俄国科学家沃纳德斯基（vladimir vernadsky）才认识到生命和物质环境是相互作用的，大气中的氧气和沼气是生物的产物，并建立了一种生命和物质环境两者共同进化的理论。但这种共同进化论很象精神上的朋友关系，生物学家和地质学家保持朋友关系，但不是密不可分的关系。这种共同进化论不包括由地球上的生物和其物质环境所构成的系统主动地调节地球的化学构成和气候；更重要的是，它没有把地球看作一个活着的有机体，更没有把它看作一个生理的系统。

盖亚假说把共同进化论向前推进了一大步。它认为地球上的生命和其物质环境，包括大气、海洋和地表岩石是紧密联系在一起的系统进化。它把地球看作一个生理的系统，拉伍洛克甚至直接把盖亚假说称为地球生理学。正象生理学用整体性的观点看待植物、动物和微生物等生命有机体一样、地球生理学是把地球作为一个活的系统的整体性科学。拉伍洛克认为这种地球生理学是一种硬的和严格的科学。它主要研究诸如大气和温度调节系统的性质。它也是行星医学（planetary medicine）这个实际经验领域的基础。它不能打破现代科学思想和实验的诚实传统。它是哈顿和沃纳德斯基有关思想和理论的继承和发展。

作为一个科学假说，盖亚假说不仅是要描述世界的真实图景，更重要的是它能刺激人们有效地提出问题和预测，随后的研究或者证实其预测，或者拓宽有意义的研究领域。这样，盖亚假说就有效地推动了研究的进展。盖亚假说的预测有些已经得到证实，有些还在研究之中有待证实。例如，1968年根据盖亚假说预测火星上没有生命，1977年海盗号飞船予以证实；1971年预测有机体产生的化合物能把一些基本元素从海洋转移到大陆表面上来，1973年二甲基硫和甲基碘被发现；1981年预测通过生物地增强岩石的风化，二氧化碳可以控制调节气候，1989年发现微生物大大加速了岩石的风化；1987年预测气候调节通过云密度的控制与海藻硫气体的释放相联，1990年发现海洋云层的覆盖与海藻的分布在地理上是相配的，此预测还需要进一步的证实；1973年预测在过去的2 亿年里大气里的氧气保持在21±5％的水平，这一预测在证实中；1988 年预测，太古代的大气化学由沼气主导着，此预测在证实中；等等。总之，盖亚假说在预测和证实的意义上完全遵循现代科学产生以来的传统，并大大拓展了研究的视野。

盖亚假说也引起了科学界的激烈争论。第一类争论是由对概念的理解不同引起的。盖亚假说的核心思想是认为地球是一个生命有机体。但对生命是什么，不同的学科有不同的定义。物理学家把生命定义为一个系统通过吸收外界自由能和排除低能废物，而使内熵减少的一种特殊状态。新达尔文主义生物学家把生命定义为一个有机体能够繁殖后代并通过在其后代中的自然选择来修正繁殖错误。生物化学家把生命定义为一个有机体在遗传信息的指导下，利用阳光或食品等自由能而生长。而盖亚假说或地球生理学家把生命定义为一个有边界的系统、通过与外界交换物质和能量，在外界条件变化的情况下，能保持内部条件的稳定性。

盖亚假说对生命的定义在物理学家和生物化学家各自对生命定义的范围内，因此，他们从概念上往往不反对盖亚假说。而新达尔文主义生物学家则反对和嘲笑盖亚假说。他们说，地球不能繁殖，不能在与其它行星的竞争中进化，怎么能说地球是生命有机体呢。而拉伍洛克争辩说，新达尔文主义生物学家对生命的定义太狭窄。他指出生命大体有繁殖、新陈代谢、进化、热稳态、化学稳态和自我康复（医治）等特性，但不是所有的生命形式都完全具有这些特性。正象微生物和树木没有热稳态特性，人们仍把它们作为生命有机体一样，地球没有繁殖特性，同样也可以作为生命有机体。

1985年拉伍洛克接受美国物理学家罗瑟斯坦（jerome rothstein）的建议，把盖亚形象地比作美国西海岸的红杉树。一颗红杉树97％以上的部分是死的，只有树皮下和木质之间的形成层和树叶、花和籽是活的。同样，地球绝大部分是死的，只有散布着各种生命有机体的地表的“形成层”才是活的。另外，树皮和大气也分别起着相似的作用。

第二类争论是由对盖亚假说所包含的不同层次的含义的理解不同引起的。盖亚假说至少包含5 个层次的含义：一是认为地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；二是地球上的各种生物体影响生物环境，而环境又反过来影响达尔文的生物进化过程，两者共同进化；三是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接，从而保持地球生态的稳定状态；四是认为大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈，而且在一定意义上为了生物圈；五是认为各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物优化的生存条件。对于前两层含义（常常被称为弱盖亚假说）一般没有争论；而对于后三层含义（常常被称为强盖亚假说）就有很大的争论。其争论表现在如下几个方面：

第一，如果把盖亚作为一个负反馈调节系统，那么怎样理解该系统的目标，是某种意义的设计呢，还是系统本身的自发状态呢？拉伍洛克认为这个系统本身有一种稳定状态。但盖亚假说的批评者认为，盖亚假说没有独立的目标定义，即大气服务于不管大气如何行为的目标。

第二，如何理解盖亚的自动平衡态。盖亚假说的批评者指出，地球产生以来，大气中的氧气、二氧化碳和沼气的含量已经发生了很大的变化，它怎么能保持自动平衡呢？而拉伍洛克则解释说，盖亚作为一个活的系统，其稳定态不是永远不变的，而是一种动态的稳定。在外界条件变化很大的情况下，这个系统通过自动调节，只产生微小的变化，从而保持有利于生命存在和进化的条件。

第三，如何理解模型的功能。尽管拉伍洛克及其合作者和支持者根据盖亚假说，能得到一些预测，并且有些预测已经得到了证实，但把盖亚作为一个整体系统来研究，只能建立计算机模型和进行模拟实验。拉伍洛克及其合作者为盖亚假说研制了名为雏菊世界（daisy world ）的模型并进行了大量的模拟实验，来研究和说明地球生态系统的结构、行为和运动机制。盖亚的批评者则认为模型只是研究的一个工具，不能代替对地球生态系统的实际研究。如果盖亚假说主要是通过模型研究而不是通过实际研究，那么就很难说它是“科学的”。

应该看到，盖亚假说作为一个具有科学革命意义的学说，在科学界引起激烈的争论是一种正常现象。正是这种争论已经并将继续推动其向前发展。

三、一种新的地球系统观

盖亚假说不仅具有上述科学意义，而且具有很大的精神意义。拉伍洛克用盖亚来为其学说命名本身就表明这个假说的精神价值。在古希腊神话中，盖亚是宇宙浑沌的女儿，是地球母亲，其他许多神都是她的后代。很显然，地球母亲的思想，作为一种世界观在古希腊时期就出现了。到了中世纪，地球母亲的世界观有时被象征性地或隐喻性地来理解，上帝通过她创造地球上的各种生命形式。随着现代自然科学的兴起，地球母亲的观念变为一种浪漫的和富有诗意的传统，而离开了自然科学。但作为现代地球科学、大气科学、生态学和微生物学等领域交叉最新成果的盖亚假说，又复活了地球母亲的观念，并赋予其现代意义，这是一种新的地球系统观。

盖亚假说认为，地球不仅容纳了千百万种生命有机体，而且它本身也是一个巨大的生命有机体。岩石、空气、海洋和所有的生命构成一个不可分离的系统。正是这个系统的整体功能使得地球成为生命存在之地，也就是说，生命要依靠整个地球的规模才能生存。地球上物种的进化与其物理和化学环境的进化紧密地联系在一起，构成单一的和不可分割的进化过程。

盖亚假说的提出与拉伍洛克“从上到下”的系统思维方式密切相关。作为要探讨其它行星上是否存在生命的大气学家、拉伍洛克没有采用“从下到上”的传统的还原论的思维方式，即没有采用从最小的生命形式开始，逐渐扩展到大的生命系统的方式，而是站在地球之外，把整个地球作为一个系统，并把地球系统与火星系统和金星系统相比较，从而提出盖亚假说的。拉伍洛克指出：“当我们从外层空间向地球运动的时候，首先我们看到的是包围着盖亚的大气；然后看到的是诸如森林生态系统的边界；然后，看到的灵活着的动物和植物的皮；进一步是细胞膜；最后是细胞核和dna。 如果生命被定义为能够主动地维持低熵特性的自组织系统，那么，从每一个层次的边界之外来看，这些不同层次的系统都是活着的。”〔2〕正因为拉伍洛克把地球作为一个整体， 并采用“从上到下”的系统的思维方式，才能提出盖亚假说。这也表示盖亚假说是一种新的地球系统观。

盖亚假说作为一种新的地球系统观的意义在于，它能直接或间接地帮助回答当今人类所面临的生态问题和世界观问题。首先，全球生态环境恶化是人类当今面临的最严重的问题之一。盖亚假说启示人们，环境问题是涉及整个地球生态系统的问题，要解决这个问题不仅需要用系统的或整体的观点和方法来认识人类生产和生活方式对生态环境影响，而且需要人类共同行动。同时，盖亚假说也从道义上启示人们，包括人类在内的所有生物都是地球母亲的后代，人类既不是地球的主人，也不是地球的管理者，只是地球母亲的后代之一。因此，人类应该热爱和保护地球母亲，并与其他生物和睦相处。

第二，盖亚假说对于回答生命的目的问题给人们新的启示。生命的存在依赖于整个地球生态系统，它是一个能进行自我调节的负反馈系统，其目标就是体内平衡的状态，即各种生物及其环境和睦的平衡状态，从而使生命在全球范围内健康成长。人类只有与盖亚和睦相处，致力于她的健康，欣赏她的美丽和报答她的恩惠，才能发现生命的意义。

第三，盖亚假说对于回答所谓宇宙设计问题给人们新的启示。盖亚假说认为，地球本身有一定的次序和结构，从而形成一种体内自动平衡态。这只是事物进化的一种方式，而不需要有意的设计。同样，宇宙本身也有一定的次序和结构，而不必需要有意的设计。

四、盖亚假说的启示

盖亚假说的发展及其影响能给人们许多启示，下述三点特别值得注意：

第一，盖亚假说作为一个具有科学革命意义的假说提出后，在很长一段时间里为现存的科学建制不能接受，通过提出者百折不挠的努力，才逐渐被科学界接受。拉伍洛克自从60年代中期产生盖亚思想以来，30多年来孜孜不倦地为推进其假说而奔走、呼吁和开展研究，才使其假说在科学界影响越来越大。在其论文不能在《科学》和《自然》等重要科学刊物上发表的情况下，没有泄气，而是寻找其它途径宣传其假说。例如，利用各种学术会议，宣传盖亚假说。拉伍洛克知道，这些会议的组织者让他到会讲盖亚假说，主要是为了调节一下会议沉闷的气氛。但即使这样，他也去讲，这毕竟是传播盖亚假说的一种途径。

第二，盖亚假说作为一个跨学科性的新假说提出后，要得到发展，需要与相关专业的科学家合作。拉伍洛克提出盖亚假说后，找到生物学家马古利斯，并长期合作，共同推动盖亚假说的研究与发展。这种不同学科、志同道合的研究者长期合作，对盖亚假说的发展也是极为重要的。特别难能可贵的是他们的这种合作研究是在长达20多年的时间里得不到美国国家科学基金和其它基金资助的情况下进行的（当然，这一情况也说明，现存的以学科为基础的科学基金资助体系，不利于资助跨学科的研究）。

第三，盖亚假说作为一个具有重大科学意义的假说的提出和发展，必然引起人们观念的变革，从而在一定意义上指导人们的行动；但盖亚假说本身并不是判断人们的行为正确与否的最终的道德标准。盖亚假说本身体现了一种新的地球系统观，西方一些生态环境保护组织和绿党也纷纷把它作为环境保护运动或生态抵抗运动的理论基础或精神动力。这的确在一定意义上支持和促进了生态环境运动。但盖亚假说本身并不能解决人们应该如何对待生态环境的最终的道德判断问题。事实上，在一些生态环境保护主义者利用盖亚假说来说明其行动的合理性的同时，一些以盈利为目的的企业家也利用盖亚假说来为其浪费资源和污染环境的行为辩解。他们说，既然地球是一个具有自动调节能力的巨大系统，那么，多利用一些资源或多排放一些污染，地球会利用其自我调节能力，使其保持平衡态。

针对这种辩解，一些盖亚假说研究者，包括拉伍洛克本人也对地球生态系统的自我调节能力进行计算机模拟研究，但这种模拟研究很难得到公认的结果，更不要说地球生态系统自我调节的真实能力究竟有多大了。但即使得到真实调节能力的数据，也不能说服这些企业家。他们会说，如果污染超过地球系统的调节能力，这个系统又会达到一个新的平衡点，使这个系统恢复自我调节能力，等等。

由此可见，盖亚假说与其它重大的科学假说或理论一样，尽管能使人们对自然界有新的理解，也能为人们行为的合理性提供一定意义的支持，但其本身并不是人们行为的最终的道德标准。要解决人类所面临的生态环境问题，还必须考虑人文和社会等多方面的因素。

【参考文献】

〔1〕　stephen h. schneider and penelop j. boston, edit. ,scientists on gaia, cambridge, massachusetts: the mit　press,1993, page 3.

〔2〕　james lovelock, the ages of gaia: a　biography　of our living earth, new york: bantan books, 1990, page 27.

地球物理论文篇8

随着现代科技水平的不断提高，运动生物力学研究手段与方法也不断地更新，研究内容和层次不断深入、系统，运动生物力学的研究方法在许多运动项目中有了广泛的应用，对于认识运动项目技术的规律和提高运动技术水平，起到了重要的作用。

对于运动生物力学的原理和方法在乒乓球运动项目中的应用，国内外已进行了许多研究，但已有的研究不够系统和深入，所用的运动生物力学研究方法比较单一，乒乓球专项化的运动生物力学仪器很少，对于乒乓球与球台或球拍碰撞的原理、乒乓球飞行的运动状态、乒乓球动作技术原理等有些方面揭示得还不够全面或尚未揭示，对于运动器材、服装的研究很少。

近年来，国际乒联对乒乓球竞赛规则的三大改革，以及现代世界乒乓球技术的迅猛发展，都要求我们要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地认识乒乓球运动的规律，不断地更新观念，技术上不断创新进步，训练方法上要更加科学合理，以促进乒乓球运动的发展。本文根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势、以及乒乓球运动发展的实际需求，对运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域和研究方法的发展趋势进行展望，以期对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识，为运动生物力学如何更好地结合乒乓球专项特点为乒乓球运动实践服务提供借鉴。

1运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域的展望

从运动生物力学角度来看，乒乓球运动是通过乒乓球和球拍位置的变化（平动和转动）与运动员机体的活动相结合的一项运动。运动员的击球动作使球拍和球碰撞后，击出的球以一定的动量、动量矩落到对方台面，与台面发生碰撞，反弹后再与对方的球拍相碰撞。归纳起来，乒乓球项目中的运动包括：运动员的运动（动作技术）、乒乓球在空中的运动（速度、旋转、弧线）、乒乓球的碰撞运动（乒乓球与球台或球拍碰撞）。对乒乓球这三个方面的运动生物力学研究分析需要一定的设备仪器与方法。与乒乓球运动相关联的还有球、球台、球拍等器材以及运动员的服装。

以往对乒乓球运动的运动生物力学研究在上述方面已进行过一定的研究，但对于乒乓球与球台或球拍碰撞的原理、乒乓球飞行的运动状态、乒乓球动作技术原理等有些方面尚未揭示，或揭示得还不够全面，对于运动器材、服装的研究很少。根据运动生物力学和乒乓球运动的发展趋势，运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域，可以预计运动技术研究仍将会占较大比例，同时，在全民健身、运动医学、康复医学、运动器材、服装及实验仪器设备等方面也会开展研制。具体可以开展以下几个方面的研究：

1） 动作技术诊断；

2） 乒乓球与球拍碰撞、与球台碰撞的研究；

3） 对乒乓球拍运动的研究；

4） 乒乓球拍、乒乓球运动鞋的研制与优化；

5） 乒乓球运动员肌肉、骨骼力学特性的研究；

6） 乒乓球专项测试仪器的开发；

7） 乒乓球运动员损伤机理和预防的研究。

2运动生物力学研究方法在乒乓球运动中的应用与展望

按研究方法划分，运动生物力学应用在乒乓球运动中的研究大体可分为两类: 一是力学理论研究方法，二是实验研究方法。两者应当紧密结合，才能使运动生物力学更好地在运动实践中应用。

2.1运动生物力学的力学理论研究方法在乒乓球运动项目中的应用与展望该研究方法因为是通过模拟手段对人体运动仿真，一般包括5个步骤：1) 确定运动恃征，建立目标函数；2) 选择模型确定刚体的自由度；3) 建立动力学模型（拉氏方法、Kane方法、雅各宾法等）；4) 实测已知数据并求解；5) 根据求解结果解释运动规律，这一步骤是将求得的数学规律化为体育运动语言对运动技术进行合理的指导。

纵观运动生物力学在乒乓球运动中应用的现状，可以看到，以往用的最多的是运用力学原理对一些现象进行解释。而利用力学理论研究的方法却很少。根据此研究方法，可以对乒乓球中许多问题进行研究。

如对于乒乓球运动员的伤病的研究，至今还没有在击球过程中对腕、肘、肩关节、颈椎、腰椎等的关节力和力矩的定量分析，而对其认识有助于对乒乓球运动员运动损伤的认识和预防。可以利用力学理论研究的方法对关节力和力矩进行推算。以计算上肢各关节的关节力和力矩为例。首先确定乒乓球运动员击球过程中上肢的运动特征。二、建立上肢模型，整个上肢可分为上臂、前臂和手（包括器械）三个部分，根据上肢实际的生理结构和以往生物力学建模的经验，可将人体上肢简化为3刚体7自由度的物理模型。三、运用多刚体系统动力学理论中的Kane方法，建立系统运动学和动力学方程，四、通过摄像的方法获取上肢的运动学参数以及郑秀媛公布的人体环节参数，求出腕、肘、肩关节的关节力和力矩。五、根据关节力和力矩对乒乓球运动员的伤病进行认识。

2.2运动生物力学的实验研究方法在乒乓球运动中的应用和展望运动生物力的实验研究方法在乒乓球运动项目中应用现状是，动力学研究几乎没有，运动学测试也不多，所运用到的生物力学仪器很少。所以实验研究方法在乒乓球运动项目中有极大的发展空间。

2.2.1常用的生物力学仪器将在乒乓球项目中的广泛应用许多已经在其他专项中运用较为广泛的生物力学仪器在乒乓球运动项目中尚未广泛使用。比如，三维测力台，肌电仪，足底压力鞋垫。

三维测力台可以反映地面对人体的反作用力。运动员击球的力最终是通过人体蹬地面，同时地面给人体的反作用力而实现的。而对乒乓球运动员地面反作用力的动力学特征的描述至今尚无。

通过在运动员的鞋子里放上压力鞋垫，可以得出在移动过程中，脚底压力的分布图，可以为乒乓球运动员鞋子的设计提供参数。

通过肌电仪可对完成某动作所参与的肌肉活动的强度和时间进行描述，确定主要的参与肌群。用在乒乓球运动员身上，就可以很清楚的知道完成某动作的肌肉用力顺序是什么，哪些是主动肌，哪些是被动肌，可为力量训练提供参考。

2.2.2开发乒乓球专项化、反馈快速化的运动技术测试仪器这是运动生物力学测试仪器的发展趋势，至今为止，在乒乓球界中尚无有此类测试仪器的研发成功。近年来其他运动项目共用运动学、动力学及生物学指标，测试仪器的质量、功能、效率不断提高，同时，某些运动项目专用的测试仪器不断出现。例如，体操项目单杠、双杠、高低杠、跳马、吊环的测力系统、赛艇多参数遥测分析系统、起跑蹬力测试系统、蹬冰力测试系统、游泳出发测力系统等。

其他专项的研究可为乒乓球专项化的测试仪器提供借鉴，比如考虑是否可以在乒乓球拍上安装加速度传感仪。随着科学技术的迅速发展，加速度传感器体积和质量都可以做到非常小，精度可以达到很高，此仪器可以实时监控球拍三个方向上的速度、加速度和角速度，并可据此推算球拍的受力情况，以及击打乒乓球后，球体获得的初速度。而对乒乓球拍的运动情况的所做的研究非常之少。

如果这些设想可以实现的话，将丰富乒乓球理论知识，对乒乓球运动的实践将会有快捷的帮助。

2.2.3多机同步测试的研究多机同步测试研究是运动生物力学研究的发展趋势。人体运动十分复杂，因此，多机同步测试方法对各项运动技术研究十分重要。由于多机同步测试研究需要的仪器多、经费多、时间长、技术人员多，而且多数动力学指标和生物学指标的测试在正式大赛中很难进行，所以，多机同步研究的报道较少。随着科学技术的进步和对运动技术研究的深入，多机同步测试研究将会得到较快发展。

对于乒乓球这项精密的运动，以往的研究多是从一维的视角来进行的，对乒乓球运动的生物力学的研究应朝着多维的研究视角发展。比如，将摄像系统和测力台系统同步的测试方法，综合运动学和动力学的数据对乒乓球运动进行更加深入、全面的认识。

2.2.4生物反馈技术将在乒乓球运动技术训练中应用运动生物力学测试中提供给运动员、教练员的技术动作的速度、幅度、方向、力量等指标数据，运动员在训练中很难掌握，如将测试的数据转换成声、光信号直接提示给运动员，表示其当前的动作是否达到了要求或某个范围，运动员接收到声、光信号后，便马上做出反应，调整动作的幅度、强度、速度等就容易得多。这方面研究在其他专项中已经取得了一定进展，例如北京体育大学金季春教授指导其博士生闫松华所研制的用于短跑训练的“测试鞋”，对每一步的着地时间和腾空时间进行实时监控，正朝着生物反馈的方向发展。

生物反馈技术在乒乓球运动技术训练中的应用也是乒乓球运动项目生物力学发展的趋势。

2.3将力学理论研究方法和实验研究方法紧密结合是运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究方法的发展趋势力学理论研究方法的基础是经典力学理论，并应用它解释分析生物体运动及探索其运动规律。力学理论研究方法优点是能使研究工作更加严谨和深人，但由于模拟研究目标和对运动数学化描述的困难，这类研究难度很大，且研究结果与运动实践尚有一定的距离。所以力学理论研究方法必须辅之实验和经验，才能使它在实际应用方面的作用得以发挥，力学理论方法与实验测试方法两者应当紧密结合。前者提供了运动普遍规律，对分析有理论指导意义，后者是理论研究与实际应用的桥梁，能使研究更好地为运动实际服务。实验研究方法，通过各种实验手段，测试记录体育运动过程，并以此作为依据，结合经验，对运动技术进行分析对比，从而提出改进技术的意见和建议。这种研究方式是以具体运动员的具体动作作为研究对象。

实验通常用高速摄影、录像、测力台测得运动学和外力参数，用肌电测试仪测得人体内力参数，然后通过数据处理和分析，来诊断运动技术的优劣及动作的合理性。这种方法以实验手段为主，与运动实践联系紧密，能对运动员的技术训练直接施加影响。但由于该方法研究和实验的对象是具有个体特征的人，不可避免地造成对共性的运动规律研究的困难，从而使研究结论难以达到理论升华。因此实验方法必须和力学理论研究共同发展、相辅相成，才能使运动生物力学学科渐趋深入完善。

用理论力学理论研究方法和实验研究的方法对乒乓球运动进行运动生物力学的研究，将提供认识乒乓球运动规律的多维视角，会对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识，进而可使运动生物力学更好地为乒乓球实践服务。是运动生物力学在乒乓球运动中应用的发展趋势。

3总结

根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势、以及乒乓球运动发展的实际需求，运用多种运动生物力学的理论力学和实验研究相结合的方法，对乒乓球运动中的多个领域进行分析和研究，是运动生物力学在乒乓球运动项目中的研究发展趋势。

参考文献：

［1］ 国家体育总局《乒乓长盛考》研究课题组.乒乓长盛的训练学探索［M］.北京：北京体育出版社：2002.

［2］ 刘卉.上肢鞭打动作技术原理的生物力学研究［D］.北京体育院大学博士论文，2002.

［3］ 王向东，刘学贞，等.运动生物力学方法学研究现状及发展趋势［J］.中国体育科技，2003 (2)：15-18.

地球物理论文篇9

1、了解万有引力定律在天文学上的重要应用。2、掌握应用万有引力定律计算天体质量的两种方法。3、理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。（二）过程与方法1、通过万有引力定律推导出计算天体质量的公式。2、了解天体中的知识。（三）情感、态度与价值观体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点

教学重点

根据已知条件求天体质量。

教学难点

根据已有条件求中心天体的质量及解决天体运动的思路与方法。

教学方法

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、总结规律。

教学过程

知识回顾：

1、物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速度、角速度以及周期的关系式。

2、解决匀速圆周问题的一般思路是什么？

3、万有引力定律的内容是什么？如何用公式表示？

4、重力和万有引力的关系？

引入新课

师：阿基米德在研究杠杆原理后说了一句振奋人心的话：“给我一个支点，我可以撬起地球！”同样给你一个天平，能否称出地球的质量呢？

生：不能。

师：地球的质量不能用天平直接称量，那么用什么办法才能称出地球的质量呢？

新课教学

一、科学真是迷人--------称量地球的质量

1、教材上提供了一种称量地球质量的方法，我们一起去看看是如何称量地球质量的？

引导学生阅读教材完成下面问题

（1） 推导出地球质量的表达式初中物理论文，说明卡文迪许为什么能把自己的实验说成是“称量地球的重量”？

（2）表达式成立的依据是什么？

2、思考：利用万有引力的知识还有没有其他方法能够计算出地球的质量？

帮忙：（同学讨论完成）

某同学根据以下条件，想要计算地球的质量。已知引力常量G，月球绕地球公转的半径为 r ，月球绕地球公转周期为T ，你能帮助他计算出地球的质量吗？

提示：（1）月球在做什么运动？

（2）解决这类运动的思路是什么？

3、总结：求解地球质量的方法：

方法1：若不考虑地自转的影响，地面上物体的重力等于地球对它的引力。

方法2：若已知地球一卫星的轨道半径和线速度、角速度或周期其中之一，也可求得地球的质量。

练习1：

算地球的质量，除已知的一些常数（G,g)外还须知道某些数据，现给出下列各组数据，可以计算出地球质量的有哪些组：

A. 已知地球半径R

B. 已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度v

C. 已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T

D. 地球公转的周期 及运转半径

通过对上题D项的分析引导学生实现知识的迁移中国知网论文数据库。从而把求解地球质量的方法推广到求解其他天体的质量。

4、知识迁移：

受到地球质量求法的启发，能否求出太阳、月亮等其他天体的质量呢？如果能求，需要哪些已知条件？如何求？

学生讨论完成上面问题。

5、小结：求解中心天体质量的方法：

方法1：表面重力加速度法：

若已知天体表面的重力加速度与天体的半径，可利用万有引力与重力的关系求得。

方法2：环绕天体法：

若已知天体一卫星的轨道半径和线速度、角速度或周期其中之一，可利用万有引力与向心力的关系求得。

提醒：

1.利用上述方法求天体质量时，只能求中心天体的质量，不能求环绕天体的质量。

2.在求天体质量时，地球的公转周期、地球的自转周期，月球绕地球的运行周期可做为已知条件用。

练习2：

A、B两颗行星，质量之比为MA/MB=p半径之比为RA/RB=q初中物理论文，则两行星表面的重力加速度为（ ）

A、p/qB、pq2 C、p/q2D、pq

练习3：

某一绕月卫星的轨道半径为r，周期为T，月球的半径为R，求

（1）月球的质量M为？

（2）月球的密度ρ为？

（3）若该卫星贴近月球表面飞行，则月球的密度ρ为？

二、发现未知天体

学生通过阅读教材，阐述海王星、冥王星的发现过程。

三、考题回顾

宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球。经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L.若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为 L.已知两落地点在同一水平面上。

求（1）该星球表面的重力加速度g。

（2）若该星球的半径为R，万有引力常数为G，求该星球的质量M和密度ρ

四、课堂小结：

1、如何求解天体的质量。

2、运用万有引力定律解决天体问题的一般思路是什么。

五、作业：

1、完成教材课后习题。

2、完成练习册23、24页习题。

六、板书设计：计算天体的质量（只能计算中心天体的质量）

（1）表面重力加速度法

万有引力理论的成就（2）环绕天体法

地球物理论文篇10

此外，还有“中毒论”（从白垩纪开始，地球上的被子植物开始快速发展，其中不少植物含有毒素，恐龙因为吃错食物，体内的植物毒素积累过多，最后灭绝），“哺乳动物竞争论”（就像现代的猫鼬会破坏鸟类和爬行动物的蛋一样，一些早期的小型哺乳动物进化出了吃恐龙蛋的能力，整整一代恐龙在离开巢穴前死亡），“臭氧层破坏论”（大气臭氧层被食草类恐龙放的屁里的甲烷破坏，恐龙被直接暴露在紫外线下，最终灭绝）。凡此种种，不一而足。

撇开这些稀奇古怪之说，下面本文作者将“正经八百”地介绍由古生物学家讲述的地球生命发展史上的那个最迷人的故事——恐龙时代的终结，以及他们提出的一些重要的恐龙灭绝假说。

①居维叶推测地球上曾经有过一个“爬行动物时代”

人类研究化石的历史已经有多个世纪，但直到18世纪，法国自然科学家居维叶开始对化石研究感兴趣，化石对于地球历史研究的意义才充分为人们所理解。

1796年，居维叶对猛犸象和美洲乳齿象的化石遗骸进行了详细的描述，并在与仍然生活在地球上的大象的骨骼和牙齿进行比较之后，发现了一些属于不再存在于这个世界上的生物的化石——一些已灭绝动物的化石。他指出，这些化石证据表明，在我们人类出现之前，存在着另一种占领整个地球的生物，但后来发生了某种巨大的灾难，导致了这种生物的彻底毁灭。

在接下来的几年里，居维叶形成了他的“灾变说”理论，用以解释地球上的这段历史。他对巴黎盆地的地质地貌进行研究后指出，它是由一层层的沉积层构成的，每一地质层里都包含有各个不同地质时期形成的动植物化石。他还注意到，在每一次灾难性事件（例如洪水灾难等）之后，原来的动植物群都会突然被另外的动植物群所取代。

居维叶对他新发现的各种奇怪爬行动物的化石（包括翼龙和沧龙等）进行了详细的描述。这让他产生了一个大胆的推测：地球上曾存在着一个“爬行动物时代”，那时统治地球的是爬行动物，而不是如今的哺乳动物。

居维叶提出的这一见解开创了化石勘探的新时代。在19世纪的前30年里，英国的一些收藏家和地质学家有了更多令人惊讶的新发现。英国多塞特郡莱姆里杰斯的玛丽·安宁先后发现了鱼龙、蛇颈龙和翼龙的化石。鱼龙是一种体形与海豚相像的巨大海洋爬行动物，蛇颈龙长有与海龟相像的鳍状肢和长长的脖子，它们都是当时生活在海洋里的爬行动物。

英国地质学家巴克兰对当时生活在陆地上的巨无霸食肉类恐龙斑龙的牙齿和骨骼进行了描述，这些化石是从牛津郡斯通斯菲尔德的采石场中发掘出来的。吉迪恩·曼特尔是英国苏塞克斯郡的一位全科医师，也是一位业余地质学家。他发现了一种巨大食草恐龙化石的牙齿，并在与居维叶商讨之后将这种恐龙命名为禽龙。

这些新发现的化石证据证明了居维叶的推测。在地球历史上曾经有一个被称为“中生代”的时期，这一时期的地球生物主要是生活在陆地上和海洋里的巨大爬行动物。

②理查德·欧文杜撰“恐龙”一词

这些令人惊讶的发现引起了科学界和普通人的极大兴趣。新发现的恐龙化石或被收藏家视若珍宝争相收集，或被捐赠给博物馆。

当时英国有一位名叫理查德·欧文的年轻医学家，他对居维叶的研究产生了很大的兴趣。19世纪30年代中期，欧文来到法国，对许多恐龙化石进行研究并提出了自己的观点。从1840年至1842年，欧文通过新成立的英国科学进步协会发表了他的详细的研究报告。

欧文的研究报告之所以出名，原因之一是他在报告中首次杜撰了“恐龙”这一术语（意为“可怕的蜥蜴”）。凭借着他条理明晰的论据，以及在解剖学上的不凡见解，欧文对居维叶的直觉推测大为认同。他认为，在地球历史上的中生代时期，地球上生活着大量如今已经灭绝的庞然大物——恐龙，那是一个爬行动物走向巅峰的辉煌时代，地球的海陆空都被大量巨大的爬行动物所占领：如今由巨鲸和海豚占领的海洋生态圈，那时是庞大海洋爬行动物的天下；翼龙占据了天空；各种食草和食肉恐龙则是陆地上的霸主。

巨大的恐龙是如何灭绝的？19世纪上半叶居维叶和他的“灾变论”占据了主导地位，到19世纪下半叶，地质学家查尔斯·莱伊尔提出的“地质均变说”和达尔文提出的“自然选择”理论成为当时的流行理论。

③古生物学家提出恐龙灭绝之谜的多种理论

到20世纪，随着大量化石的发现，以及利用岩石样本检测年代方法的改进，人们的眼界更为宽广。更多的数据证明，居维叶的“灾变说”所推测的景象是历史上真实发生过的。对令地球生命突然中断的物种大灭绝事件，人们作出了各种各样的解释，包括《圣经》上的灭绝事件是天命注定的观点。

在当时人们对达尔文理论存有争议的氛围下，古生物学家更为公开地对大规模灭绝事件的原因进行推测，一些人以非达尔文主义的模式来解释灭绝事件。

物种老化是其中之一。该理论认为，生命发展是以阶梯式持续上升的，新出现的物种总是优于之前的物种。例如，恐龙代表了中生代的爬行动物生命形式，而更年轻的岩石证据显示，它们被代表更“高级”的生命形式——哺乳动物所代替。对恐龙骨骼结构越来越“奇异”的解剖学发现，例如晚期恐龙特化的脊骨和角，以及牙齿消失等，也支持了这一观点。这些都表明恐龙作为一种物种日益老化，或者说日益“衰老”（过分特化也被认为是日趋灭绝的证明）。

20世纪20年代，美国研究脊椎动物的古生物学家威廉·狄勒·马修将恐龙灭绝归咎于环境变化。他提出，在白垩纪与第三纪之交（即K-T界线）这一时期，地球从有利于恐龙生存的多沼泽的湿润环境渐渐演变为有利于哺乳动物生存的日趋干燥的环境。这条边界线标志着大约6500万年前，白垩纪时代的结束，新生代的开始。马修将这一变化与拉拉米造山运动联系在一起，跨越K-T界线的整个地质时期经历了剧烈的地质活动，山峰叠起，大陆抬升。

还有一些人追随马修的思路，将哺乳动物崛起、恐龙灭绝归咎于气候变化。这些理论认为，环境变化导致恐龙后代繁殖比例失调，恐龙最终走向灭绝。实际上，如今也有一些卵生爬行动物（如鳄鱼）后代孵化的性别会受到气候变化的影响。气候变化影响果真如此大的话，当时剧烈的气候变化很可能导致所有孵化出来的恐龙都为同一性别，灭绝的命运也就无可避免了。

从20世纪60年代开始，美国生物学家凡瓦伦等建立的气候变化导致恐龙灭绝的科学模型引起了人们的极大关注。该模型显示，K-T时期，哺乳动物渐渐取代了恐龙，其间历时约700万年，这一变化是由世界范围内海平面下降引起气候恶化而导致的。

④阿尔瓦雷茨父子提出小行星撞击理论

1977年，新的发现导致恐龙灭绝原因之争又有了一种新的理论。沃尔特·阿尔瓦雷茨和路易斯·阿尔瓦雷茨父子在意大利古比奥附近发现了一些岩石样本，他们在标志了K-T界线的黏土中发现了高含量的铱。由于陨石中的铱含量远高于地球地壳岩石中的铱含量，他们认为这些铱一定来自于天外陨石（详见相关链接《父子团队探索恐龙灭绝之谜》）。

之前的一些研究曾提出，当时在我们太阳系附近曾发生过超新星爆发事件，但化石样本中缺乏这类事件的化学线索。最终阿尔瓦雷茨父子得出他们的结论，认为一颗体积很大的小行星撞击了地球，含有大量铱元素的陨石物质汽化蒸发，导致出现K-T界线的黏土层中铱元素含量大大超过常规的现象。

到20世纪80年代，阿尔瓦雷茨父子和他们的同事提出了成熟的小行星撞击理论：当时，一颗直径约为10千米的小行星穿过地球大气层，撞击在地球地面上，释放出相当于数亿吨TNT当量的能量，小行星汽化蒸发时喷射出的大量物质形成遮天蔽地的尘云，导致产生了K-T物种大灭绝事件，地球上所有的恐龙在这次事件中死亡。但这一全新的假设遭到了来自古生物界的质疑。

但是，随着时间的推移，世界各地发现了越来越多铱含量异常的地点，这一事实支持了阿尔瓦雷茨父子的理论。此外，小行星撞击造成的其他一些事实也支持了这一理论，例如由太空物质碎片形成的厚厚的岩床，撞击点遗留下来的玻璃状硅微粒和石英微粒等，都是曾经发生过的高能量撞击事件留下的痕迹。更具有说服力的是，将那些陨星喷射物质厚度和密度相对都高于其他地方的多处地点，以及最终落在中美洲的陨星撞击点连接起来，正好形成小行星进入地球的轨迹线。

1991年，墨西哥尤卡坦半岛发现的直径为180～200千米的希克苏鲁伯环形陨石坑，令阿尔瓦雷茨父子的小行星撞击理论的声望达到了巅峰。小行星撞击在大陆架上，累积于大陆架沉积层富含碳酸盐和硫酸盐的岩石层中的大量气候敏感气体被释放出来，产生了种种灾难性后果：阳光被遮蔽，气候变冷，酸雨频降，等等。

虽然小行星撞击理论得到了越来越多的支持，但另一个恐龙灭绝理论也引起了人们的关注。这一理论的主要依据是导致形成印度德干地盾的三次超级火山大爆发。德干地盾由多层凝固的玄武岩熔岩构成，在K-T界线一段较短的时期内，印度超级火山的多次爆发喷射出了大量火山物质。

父子团队探索恐龙灭绝之谜

1977年，沃尔特·阿尔瓦雷茨在意大利古比奥附近进行地质样本的收集工作。收集到的样本令他大感兴趣，因为它们形成于6500万年前，是跨越了白垩纪（K）和第三纪（T）这两个地质年代的化石样本。他在一层白色石灰石和一层微红色砂岩的中间发现了一层2厘米厚的灰白色黏土，他还在白色石灰石中发现了白垩纪的浮游生物化石，在微红色砂岩中发现了第三纪的浮游生物化石。沃尔特想知道：中间的黏土层是经历了多长时间形成的？他的父亲路易斯·阿尔瓦雷茨是一位曾获得过诺贝尔奖的天体物理学家。他建议：或许可以通过测量黏土层中所含的陨石微尘的数量来测量时间。陨石微尘以持续并可预测的速率降落地球，测量黏土中的铱含量是当时采用的方法之一，因为铱来源于陨石碎片。

阿尔瓦雷茨父子在黏土中发现了大量的铱，甚至远远超过需要数百万年才能积累起来的数量。这一发现导致阿尔瓦雷茨父子提出了一颗巨大小行星撞击地球的理论。该理论认为，含有丰富铱的小行星在撞击地球时汽化蒸发，产生大量尘云，最终沉降地面，在具有特别意义的黏土层中留下了它们的痕迹。

图为沃尔特（右）与他的父亲路易斯在意大利古比奥的一处岩石层前，他们在这些岩石里寻找恐龙灭绝之谜的线索。

⑤万森·库尔提欧等人提出超级火山爆发理论

对于印度德干地盾火山爆发与恐龙灭绝之间关系的推测是在20世纪70年代初期提出来的。1981年，万森·库尔提欧和格尔塔·凯勒等人建立了火山与恐龙灭绝的研究模型，并开始搜集相关数据。早期建立的模型主要被用于研究超级火山爆发时产生的各种气体导致地球突然变冷与大规模物种灭绝之间的关系。

火山爆发理论与小行星撞击理论之间的主要争议在于：铱含量异常、微球粒结构的形成等究竟是地外小行星撞击造成的结果，还是地球火山爆发造成的结果？

根据获得的各种数据资料，小行星撞击理论似乎更为成熟一些，而火山爆发理论对于撞击形成的一些地貌特征似乎未能给出合理的解释。库尔提欧和凯勒目前似乎也接受了小行星撞击理论，但他们同时提出，火山爆发也是大规模灭绝事件的触发因素之一。

我们知道，K-T物种大灭绝事件导致地球生命的75%死亡，包括陆地上非飞行类的所有恐龙，包括鱼龙、蛇颈龙和沧龙在内的海洋中的许多爬行动物，以及会飞的爬行动物翼龙等。但同样有意思的是，另一些物种却幸存了下来，如会飞的恐龙（演变为如今的鸟类）、哺乳动物、蜥蜴、蛇类、龟类、鳄鱼，以及多种多样的鱼类等。

小行星撞击理论和火山爆发理论都描述了迅速变化的环境对地球的全球性影响。无论出现哪一种情景，都有可能导致大量动植物灭绝。但是，根据现有的证据，小行星撞击导致恐龙灭绝的可能性更大一些。

探索恐龙灭绝理论的科学家

理查德·欧文

被称为“英国的居维叶”的理查德·欧文曾是一位解剖学家，他杜撰了英文“恐龙”一词，意思是“可怕的蜥蜴”。欧文促成建立了英国伦敦的自然历史博物馆，该博物馆于1881年正式对外开放。

乔治·居维叶

居维叶是法国自然科学家，是比较解剖学和古生物学的开拓者。通过将如今生存在世界上的动物与动物化石进行比较，以确立灭绝动物曾经存在的事实——这是“灾变说”最具影响力的组成部分。根据居维叶的灾变理论，地球过去曾受到短暂、突然而且相当剧烈事件的影响。

玛丽·安宁

英国多塞特郡莱姆里杰斯的玛丽·安宁是一位自学化石知识的化石收集者和化石交易者，她先后发现了多种恐龙化石。她早在12岁时就发现了鱼龙化石和蛇颈龙化石。她是英国古生物学早期历史中的重要人物之一。

沃尔特·阿尔瓦雷茨

美国古生物学家沃尔特·阿尔瓦雷茨和他的父亲路易斯·阿尔瓦雷茨共同提出了小行星撞击造成恐龙灭绝的理论。他们在白垩纪-第三纪（K-T界线）的黏土层中发现了含有通常在陨石中大量存在的铱元素，从而提出了小行星撞击事件造成恐龙灭绝的理论。

万森·库尔提欧

万森·库尔提欧是一位法国地球物理学家，他反对小行星撞击造成大规模物种灭绝的理论，赞同洪水-火灾造成物种灭绝的灾变论。他认为，发生于6500万年前的K-T物种大灭绝事件是由印度德干地盾超级火山大爆发造成的。

恐龙灭绝理论发展简史

科学家花了200多年时间研究地球地质变化和恐龙化石，目的是想要搞清楚：到底是什么杀死了曾经称霸地球的恐龙一族？

1750年

意大利地质学家阿尔杜伊诺被誉为“地质学之父”，他把地球地壳分为原始纪、第二纪和第三纪。隔开不同类型的地层之间的地质时期为大规模物种灭绝事件发生的时间。

1796年

法国自然科学家居维叶将大象的化石遗骸与目前存活在地球上的大象的骨骼和牙齿进行比较，首次证明一些化石属于某种已经在地球上灭绝了的生物。

1842年

理查德·欧文杜撰了“恐龙”（意为“可怕的蜥蜴”）一词，并证明了曾经代表爬行动物巅峰时代的恐龙在中生代大规模灭绝。

1980年

阿尔瓦雷茨父子在发现6500万年前的黏土层中含有大量铱元素之后，提出了小行星撞击理论。该理论认为，一颗小行星撞击地球，导致产生K-T物种大灭绝事件。

1981年

万森·库尔提欧和格尔塔·凯勒等人提出了德干地盾火山爆发，地球表面产生大量温室气体，导致恐龙灭绝的理论。

1991年

墨西哥尤卡坦半岛发现的形成于K-T界线的希克苏鲁伯环形陨石坑，为阿尔瓦雷茨父子的小行星撞击理论提供了证据。

与恐龙灭绝相关的名词解释

小行星

绕太阳轨道运行的小岩石块或金属体，大多数在火星和木星轨道间的小行星带中。此外，太空中还有一些存在与地球碰撞风险的近地小行星。

铱元素

铱元素来源于以持续并可预测的速率降落地球的陨石微尘。小行星中铱元素的含量远高于地球表面。

K-T物种大灭绝事件

白垩纪-第三纪（K-T）物种大灭绝事件，发生在大约6500万年前。物种大灭绝事件是指大量动植物物种在一个相对较短的地质时期内消失。

德干地盾

地球物理论文篇11

网球运动源于宫廷贵族，一直以来有很多文化传统和约定俗成，即使是已成为大众体育活动项目的今天，这些传统和俗成依然保留。所以大众网球活动不论是在文化体系的物质层面、制度层面还是精神层面，都极具文化特征。它的所有内涵如技术、战术、规则、运动员的动作表情、比赛的环境气氛等可以被认同与理解，从而形成具有各个民族特性的世界网球文化体系。

一、网球文化的概念

网球文化是人们通过从事网球活动所形成的网球物质、制度、精神三个层面的财富总称。根据文化哲学的区分，网球文化结构区可分为物质文化、制度文化、精神文化三个层面。物质文化实际是指人在网球生产活动中所创造的全部物质产品，以及创造这些物品的手段、工艺、方法等。制度文化是人们为反映和确定一定的社会关系并对这些关系进行整合和调控而建立的一整套规范体系。精神文化也称为观念文化，以心理、观念、理论形态存在的文化。

网球文化所展现在世人面前的主要有两个方面:一面是有形的、可见的物质产品，网球的这一面是在不断变化中逐渐完善、发展的，在这一过程中，它日臻完美、功能越来越丰富、使用也越来越方便，在变革中不断提升;它的另一面则是无形的各种价值的总和，这一切最终体现为网球文化。

二、网球文化的演进过程

网球文化是伴随着网球游戏的创立而产生的，也伴随这项游戏的升华而完善发展形成的文化体系。最初在法国宫廷产生，带有一种宫廷气息的纯娱乐健身性的象形文化。随着现代网球运动的传播、推广、充实、完善，分阶段地逐步形成组合性的现代网球文化的当代体系。以1912年国际网球联合会创立于巴黎为标志，世界各国网球赛事频繁展开，表现为以竞技性为本体特征的跨国网球文化初步形成，规则与竞赛制度文化建立并走上国际化轨道。随着这种文化性(文化、知识、智慧、科技、人文、修养、素质、道德品位、制度创新)的不断发展、演进，世界性网球文化形成完整体系，物质与精神的社会价值观加速提升，使网球文化成为一种艺术化、国际化、产业化、人文化多元素交融下的高水平竞技文化(表1)。

转贴于 三、现代网球文化的维度特征

从网球运动的发展的历史来看，它具有深厚的文化底蕴。学界认为文化大致包含三个层面:器物、制度和观念。笔者认为可以把网球文化分析得更细致一些，分为七个维度:器物、规则、技术、风俗(风格)、战术、理念和语言。各个维度是一个有机的整体，始终处于密切联系和相互作用之中(表2)。

四、网球文化的发展趋势

文化哲学把文化结构区分为物质文化、制度文化、精神文化三个层面。物质文化实际是指人在物质生产活动中所创造的全部物质产品，以及创造这些物品的手段、工艺、方法等。制度文化是人们为反映和确定一定的社会关系并对这些关系进行整合和调控而建立的一整套规范体系。精神文化也称为观念文化，以心理、观念、理论形态存在的文化。它包括两个部分，一是存在于人心中的文化心态、文化心理、文化观念、文化思想、文化信念等，二是已经理论化对象化的思想理论体系，即客观化了的思想。

中国网球运动文化的主体形式是外来传人的。随着社会的发展，人与人之间的交往日益密切，网球文化的发展也日益多元化和国际化，网球文化作为一种社会意识形态而存在并与社会的发展相适应，这种发展的趋势主要表现为:

1.网球信息文化的发展趋势

随着世界经济一体化的趋势，网球文化形式内容将更丰富多彩，在网球运动面向全球各地域国家和民族发展的过程中，网球运动进一步成为跨国的运动，在不断地改革发展创新中得到提高。

2.网球制度文化的发展趋势

从西方网球制度的成功经验可以看出，它们数十年来保持着大师级人才辈出的局面，其成功要诀主要得益于稳定而优化的制度环境，因此我们应该研究符合自身发展的文化内容与规律，制订中国网球文化的法则和法规制度，加快职业化的进程，提高举办网球一级赛事的水平，完善网球俱乐部制度等，让网球运动的开展更加规范，更加普及。

3.网球人本文化的发展趋势

网球文化是一个民族的系统文化。按照控制论的观点，只有开放并不断产生对外交流的系统才可能促进自身系统的完善和增长。本土网球文化和通过网球全球化发展而遭遇到的非本土体育文化的交流形成体育文化传播的互动性，正是在体育文化互动过程中才可能充分表现本土体育自身的文化特性，求得相互认同。

地球物理论文篇12

1地球物理勘探技术常用方法

1.1传统技术下的地球物理勘探

1.1.1电法勘探这种方法在地球物理勘探期间应用最为普遍，通过研究电学性质变化规律以及地层电磁场变化规律，基于电性之间的差异性，对电场分布规律展开研究测量，从而保证地质情况被详细的了解[1]。1.1.2磁法勘探通过选择使用磁力仪器检测设备检测地质之间的磁性差异，对地下磁场的分布规律和异常情况作出研究，保证在段时间内寻找出地质问题。1.1.3重力勘探不用地质之间，其密度是各不相同的，以这种特点为出发点，选择应用重力测试仪器观察重力异常情况，了解和全面掌握地下地层起伏变化情况。1.1.4地震勘探地震勘探技术是发展速度比较快的技术手段，该技术综合运用人工激发地震波的方法，基于岩石地震波传播规律和地层地震波传播规律，对地质性质作出探究，预测地质活动情况，采取必要的措施应对灾害发生。

1.2新技术下的地球物理勘探

伴随着现代科学技术发展，地球物理探测仪器设备逐渐科技化，先进的电子技术逐渐取代传统的地质勘探设备，使得地球物理勘探质量提升。就探测深度对地球物理勘探技术进行分类，主要分为超浅层、浅层、中深层和深层。在超浅层勘探过程中，可选择使用浅层地震技术和地质雷达技术。在浅层勘探过程中，可选择使用高频电磁成像技术和高密度电阻率。在中深层勘探过程中，可选择使用高精度重力测试和可控源电磁测深。在深层勘探过程中，可选择应用深层地震勘探技术、高精度处理测量技术和天然大地电磁测探技术[2]。

2地球物理勘探期间的新理论和新算法

2.1小波理论

小波理论是以傅里叶理论为基础的，比较合适被使用在数据压缩、信号中差分方程数值解、成像处理、子波算法等方面应用，由此可显著提升信噪比和数据分辨率[3]。

2.2神经网络理论

神经网络理论对人脑的思维活动方式进行模拟，从而完成数据分析，在应用该技术手段的时候，可通过样本资料学习，研究及分析活动，确保得到的参数结果具有应用价值，也可以在短时间内判断出样本资料应用价值，完成尚未处理的数据信息。

2.3几何分形理论

几何分形理论的实质，是对自然环境下经常性出现的不规则现象、不稳定现象以及常见现象展开分析，系统性分析在自然环境下，各种尺度的物体和现象之间的相似性。所以，在对整体信息进行预测时可通过使用局部信息完成[4]。

2.4混沌理论

在非线性系统描述方面多使用混沌理论体系，混沌理论体系与几何分形理论体系之间存在着十分密切的联系，都可以解释不同尺度下的标度律、差异性和相似性。

2.5地理信息系统理论

地理信息系统是一种以计算机为基础的探测体系，需要综合软件支持和硬件支持，采集、存储、管理、查询和输出时间和空间数据信息，通过数据信息的处理方法，保证在最短时间内查询并分析出数据信息[5]。

3地球物理勘探技术应用

应用地球物理探测技术，最为常见的领域是能源资源勘察。我国能源资源结构多以天然气、石油、煤炭等化石类为主，这种类型的能源资源在勘探时，对于地球物理勘探技术有着很强的依赖性。比如在勘探煤矿资源、天然气资源和石油资源期间，大地电磁勘探技术的应用性很强。通过应用地球物理勘探技术，可以快速寻找出不用地区的油气区构造情况，并且完成相应的评价，寻找到能源资源。在前期的勘探活动中，基本上需要依靠地震勘探技术实现，在详细的勘察期间，需对大地电磁测探技术、高精度磁力技术、高精度重力技术等展开综合运用，对油气地区的构造情况和油气地区区块作出评价，寻找适合油气存储的地质构造，解决勘探油气时存在的疑难问题。金属矿物探技术作为另一种经常被应用的物探技术，大多是利用电法和磁法完成金属矿物质勘探。这种勘探技术在应用工程中，基本上是采取电法模式完成的，为金属矿物质勘探提供便利，并且为工作顺利开展提供支持。该技术手段应用的基础，是围岩和矿体之间的电性差异，研究在地下传导时人工稳定电流场分布规律。磁法勘探的基础是矿体，或者时赋存围岩与其构造两者之间出现的磁性差异结构，在地表环境和高空环境下，探究分析磁场强度变化规律。在地球物理勘探技术中，工程物探技术应用也比较广阔。现代建筑工程施工建设现状随着社会经济发展而呈现出全新的变化，这就要求在工程勘探期间，总结出项目工程物理勘探的基本需求。工程物理勘探技术在铁路施工、公路施工、管道施工、水利施工和建筑施工方面有着很大的作用。将物理勘探技术应用在环境保护和自然灾害防治工作中，也是极具价值的。在应用地球物理勘探技术期间，可及时对电、热、光等物理要素进行检测，了解其变化情况，正确认识环境的变化过程，从而为提升环境保护质量，落实环境保护工作奠定基础。突发性自然灾害严重影响着人们的生命健康和财产安全，在对自然灾害进行预测和预防时，合理的应用地球物理勘探技术，能够取得良好的效果。

4地球物理勘探技术未来发展趋势

就当前地球物理勘探技术的应用现状看来，相关专业人员与物理勘探工作人员之间的联系不够密切，甚至各项工作在结合的时候存在着疏忽，难以实现相互帮助发展的需求。在实际工作期间，相互监督、共同进步的现象也存在着问题。工作人员没有将计算机网络力量彻底发挥出来，在分析资料和查询数据时，经常性的处于被动状态。在信息技术高速发展的时代背景下，工作人员必须要对计算机网络技术系统性掌握并且熟练使用，从而保证自身工作效率提升，保证全面、准确、安全的完成各项地球物理勘探工作。地球物理勘探技术解释期间，秉承着多次反馈的基本原则，详细如下所示。图1地球物理综合解释多次反馈图随着社会经济发展，人们对于能源资源的需求量日渐增加，重视程度也逐渐提高。在地球物理勘探技术的研究和开发过程中，研究者不断投入资金和精力，以求获得突破。就当前地球物理勘探技术发展现状而言，地球物理勘探技术已经获得突飞猛进的发展，全新的功能和类型不断涌现，有效延伸了地球物理勘探技术的应用范围。例如，在地球物理勘探过程中，按照使用标准和检测要求，优化改良了超导重力仪设备和超导磁力仪设备，改良后得仪器设备，无论精准度还是稳定性，都获得了大幅度提升，为勘探与开采矿物资源有着很大贡献。计算机辅助测试技术应用，是计算技术发展的产物，该技术手段具有很好的集成性。换言之，地球物理勘探期间，综合物理勘探技术和测量仪器设备，寻找出各类设备在应用过程中的新功能。通过新功能的应用和旧功能优化，可以保证地球物理勘探技术优化，数据信息呈现出良好的精准度，另外还能够将计算机硬件和软件的发展趋势作出反映。灵活性的选择和使用高速单片数字信号处理器，将其应用在地球物理勘探技术上，增强信号处理功能、数据处理功能和误差修复功能，有效保障物探技术应用质量和效率[6]。总线技术发展应用。在物探仪器设备上应用总线技术，是当前物理勘探工作中最不可获取的技术手段之一。物理勘探技术包含有插卡式技术、模块化技术以及积木式技术。这种技术手段在应用过程中，为自动测量提供便利，同时还可以快速寻找出相关参数值，保证与多参数和多功能基本要点相符合。在模块式系统当中，可保持结构处于紧凑状态，避免发生结构问题。数据采集技术和计算机技术应用发展。地球物理勘探技术随着科学技术的发展进步，已经逐渐走向国际化，同时还呈现出灵活性、数字化、功能化和智能化等多种特点。随着社会经济的发展进步，社会生产与发展需要耗费大量的能源资源。如今，世界大多数地区的浅层矿产资源已经被勘探完成并且开发殆尽，科学技术发展水平比较高的国家，逐渐将勘探活动过渡到海洋地区、沼泽地区以及沙漠地区等等，从而弥补当前国家发展出现的资源不足问题。

5结语

地球物理勘探技术与现代计算机技术和勘探理念相结合，提升了处理数据和地质问题解决的效率和质量，同时也提升了探测精准度。由于在地球物理勘探活动中新材料、新技术和新理论全面应用，使得地球物理勘探技术的应用范围不断拓展。总而言之，在新的技术支撑下，勘探技术必然会朝向更加健康的方向发展，保证工程质量的同时，获得良好的使用效益。

参考文献

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[2]吴骏业、郭荣文、柳建新、陈杭.神经网络在地球物理勘探中的研究进展[J].工程地球物理学报,2020,(04):111-118.

[3]廖建军,岳礼.物探测绘技术在石油勘探及开发中的应用及发展趋势[J].智能城市,2019,(10):49-50.

[4]郭继颂,肖君.青藏高原冻土地球物理勘查方法组合模式[J].名城绘,2019,(09):1-2.

地球物理论文篇13

地球物理学诞生与发展历程，是人类对自然现象不断观测、推演和归纳的过程，其中科学实践是最主要的推动力。自上世纪后半叶以来，地球物理越来越明显地发展成为一门以高新技术和定量化观测实验为主要支撑条件的“硬科学”。随着地球物理观测和实验概念的大大拓展，对多尺度、多系统、多物理机制的地球系统过程的认识日趋具体化，特别是当代地球物理科技发展所带来的对地探测能力的空前提高，使地球物理探测开始成为地球和行星科学中几乎所有分支学科的基础[1，2]。因此，新时期地球物理学科的发展，对该领域的人才培养提出了更高的要求。现代“地球物理学”的教学既要涉及具有工科属性的观测系统与仪器、观测技术、数据分析与处理方法等方面技能的培养内容，也要涉及具有理科属性的理论证明、归纳推演、现象揭示等能力的培养内容。

纵观国内外大学的本科教学培养目标，几乎都涵盖了品格情操、专业知识、综合能力等几个方面。在本科教学过程中，实践教学环节是实现培养目标的关键步骤之一。而对于不同学科的门类，在不同教学环境和教学体系下如何有效实施实践教学则是千差万别的。就地球物理学专业而言，实践教学环节通常包括：观测仪器及装置操练（室内）、课程或案例设计（室内）、野外观测与观摩（户外）、参加科学实验或研究（室内或户外）等几个方面，其目的是期望通过实践活动与课堂理论教学的结合，加深学生对理论知识的理解，培养学生解决问题的能力和综合素养。本文结合地球物理学的特点和笔者多年的教学体会，就实践教学体系设计和教学方法进行讨论。

一、背景

随着1998年教育部《普通高等学校本科专业目录》的正式颁布与实施，我校开设近50年的工科“应用地球物理（地球物理探矿）”专业被合并为“勘查技术与工程”专业。为了延续我校多年来为国内地矿、石油以及工程勘察等行业培养应用地球物理方面人才的传统和优势，并且保持与国际同行的学术联系，我校在1998年设置了“地球物理学（理科）”本科专业并且开始招生，并按照工科模式培养，但是在2013年招生专业已改为“勘查技术与工程”。2004年，我院申办了“地质―地球物理”实验班，按照“地球物理学”理科模式培养固体地球物理方面的拔尖人才。至2016年，实验班已有8届毕业生。事实上，我校十多年来“地球物理学”专业的培养目标和教学计划仍然是延续“应用地球物理”专业的工科模式，实践教学环节也大体相似。例如，在地球物理学专业教学计划中设置的“地球物理观测与实验”课程，以及地球物理方法教学实习、生产或毕业实习和毕业设计，这与我国大多数工程教育实践教学内容是类似的。这种模式通常包括实验教学（理论课程的实验和独立开设的实验课程）和集中实践教学（认识实习、课程设计、教学实习、生产或毕业实习、毕业论文设计）两大部分。此外，部分学生参加的科技活动和社会实践活动，则是在教学体制之外运行。实践教学的目标仍然以验证理论知识和掌握实验实训技能为主，而对专业素养、责任感、表达与沟通能力、创新能力和协作精神没有硬性要求，加之一些实践过程管理和监督缺位，实践教学评价流于形式，致使实践能力培养的力度与效果远未到位[3]。

二、地球物理学本科实践教学体系设计

在我国本科教学体系中，存在重知识学习、轻能力培养的软化现象，主要特征是侧重学科基础知识的传授，而学生实践训练不足。从实践教学体系看，教学设计和实践活动缺乏层次性。随着对高等教育实践与探索的不断深入，目前许多高校本科教育实践教学环节所占比例已有明显的增长，例如我校新编2015版“地球物理本科专业培养计划”中实践性教学环节学分已占20.7%，实践教学活动累计达到了37周，但如何落实实践教学的各个环节教学内容及要求，以确保教学计划能够有效实施并且取得显著的效果，还需要认真考虑。2011年，华中科技大学就实践教学问题组织了对多所高校教师和高年级学生的调研访谈，证实目前实践教学中的认识实习、生产实习、毕业实习之间没有明显的梯度和层次[3]。显然，简单地增加实践教学课时并不能完全解决实践教学中存在的问题。

近年来，国内许多高校在专业课程设置中已开始考虑分层次教学。从着重于能力培养的实践教学体系看，实践教学方案更需要考虑层次性，不同的实践教学环节应设立不同的教学要求。以我院地球物理学专业为例，在以往的实践教学中，实验课教学要求学生掌握各种地球物理观测仪器的基本原理、操作技术以及观测方法等基础技能，而在教学实习中仪器操作又被看作是重点内容之一。随着地球物理观测技术的进步，现代地球物理仪器的使用与操作都已十分简便，如此简单的重复性工作很难通过实习来培养学生的综合能力，也无法有效启发学生的创新思维。

根据地球物理学专业的特点，实践教学体系应涵盖以下几个层次或阶段。

1.专业认识。观测地球是地球物理学的重要组成环节。“专业认识”是通过地球物理仪器及观测课程教学在课堂上来实现的，这类课程一般都伴随有仪器认识与实验，让学生通过认识仪器及其观测技术，逐渐领悟地球物理学的学科特点及研究方法。教学单位可根据现有的仪器设备开展地球物理专业教学，并要求学生掌握重力仪、磁力仪、地震仪、电法仪等仪器的工作原理、使用方法以及观测技术等基础技能，考核可以采用口试和实际操作表现进行综合评价。

2.方案设计。方案设计是训练学生运用所学知识和技能，面对一个课题（或问题）去设计解决问题的方案并验证其可行性的实践教学过程。方案设计可结合实际工作的某个阶段，从中提取问题，通过给定条件和要求，由学生自主设计解决问题的技术方案并付诸实施，类似于课程设计。例如，假定问题：研究某地区构造带特征，并提供该区域已有的重、磁、电、震之中任何一种或几种数据，以及地质构造、岩性等方面的资料，由学生自主选择数据和数据处理方法来解决问题。可以把整个过程分为方案设计和实施两个阶段，由3―5名学生组成小组，明确分工，并以口头报告和书面报告形式，分阶段考核学生的时间投入、完成的工作量、方案的合理性、实施效果等，由此可历练学生独立思考和团队协作的能力。本阶段需要在地质学、信号处理、计算机程序设计以及地球物理专业课程完成之后实施。

3.案例分析。案例分析是针对如何解决实际问题而开展的综合能力训练。实际问题通常十分复杂，且涉及野外观测技术设计、观测工作的实施、数据采集及其质量评价、人员安排等许多环节。这项训练可以结合现有实践教学环节进行。例如，我校地球物理专业设有的野外教学实习，学生可以结合实际问题进行野外实地观测，并将所获得的数据进行分析、处理和解释，最后完成实习报告。因此，教学实习可作为案例分析阶段来实施，但考核评价体系需进一步细化和加强。此外，一些针对实际工作的生产实习也可纳入这个范畴。这项训练既可以检验课堂理论教学的效果，也可以使学生得到全方位的训练。多年的教学实践表明，通过这个阶段的学习，学生基本确定了自己的专业兴趣和方向。毕业生情况调查结果表明，我校地球物理学专业本科毕业生的实践能力普遍得到了用人单位的好评。

4.科学实践。本科生参加科学实践活动是培养优秀人才的重要举措。本科生参与研究课题等科研活动是我国高校教学体系中普遍存在的“软肋”，与西方大学有明显的差距。例如，美国斯坦福大学和科罗拉多矿业学院是地球物理学领域国际上最著名的学府，它们都为本科生参与科研活动制定了详细的规则，学生可选择参与实验室或教师课题组进行科研活动，学校给予考核通过者一定的修课学分，从制度上保护了学生参加科学实践的积极性，并使学生有机会与教授们一起工作，从而获得科学素养训练的机会。本阶段的实施可结合“导师制”计划来实现，同时也可以结合本科生毕业论文或毕业设计阶段来完成。

上述四个阶段的设置，主要突出了实践教学的层次性，其中案例分析和科学实践阶段可结合不同的教学环节选择实施，具有灵活易行的特点。不同层次的实践教学需要建立不同阶段的考核评价体系。例如，评价体系可分为理论研究能力、数据分析能力、野外实施执行能力、领导能力及团队协作能力、表达与沟通能力等，这种指标有利于综合评判本科生的能力和潜质，避免仅凭考分评判所带来的弊端。

三、实践教学中的几点体会

培养方案、教学计划和教学条件是培养学生实践能力的基础，教学方法则是保障实践教学有效实施的关键。

地球物理学专业的课堂教学以理论为主，立足数学、物理和地质逻辑，讲授理论基础、方法原理、信号分析、数值模拟和逻辑推演。但这些内容或概念和方法无不与真实的世界有关，因而在教学过程中也应考虑理论联系实际。自然界的物理现象可能具有很多起因，不是一个简单的理想模型可以模拟的。例如，在课堂上讨论“如何利用简单模型去模拟现实异常体问题”，让学生分析可能产生的误差及其缘由，学生可以更好地理解理论方法的应用条件和应用价值。因此，在理论教学中应适时、适量地引入真实条件下的话题加以讨论，把抽象问题具体化，有助于启迪学生如何利用理论知识解决实际问题。

方案设计是训练学生运用所学知识和技能的一个有效环节。问题可以是虚拟的，也可以是真实的，而解决问题的途径不是唯一的，最好的答案或结论也不是唯一的。因此，训练的目的在于检验学生完成的过程是否具有科学性和逻辑性。例如，提供一个重力异常数据，学生可以用不同的方法去求解异常体的深度；给定一个叠加信号，学生可以用不同的信号分析方法去分离。而不同的方法得到的结果可能具有一定的差异，但不能依此评定学生的成绩。若能结合不同方法的特点对结果进行分析，学生的受益就不仅限于得到一个“正确”的答案了。

野外开展教学实习或生产实习，可被视为真正的职业训练。专业技能训练是主要的目的，而在实习过程中必然要涉及人员调配、分工协作、资源（包括仪器设备和材料以及经费）的管理与使用等，有时还需要面向社会，获得社会资源。地球物理野外工作需要多人协作才能完成，这是最适合训练学生领导能力、组织管理能力、团队协作能力的阶段。在实习中，教员不应包揽一切，而是应该让学生自主设计、管理，并组织实施野外工作。为了让更多的学生得到锻炼的机会，可采用定期轮岗制。例如，2000年我院在河北秦皇岛开展的教学实习就采用了“轮值经理制”方式组织学生开展野外实习。许多学生通过实习，在项目组织、团队协作能力等方面得到了锻炼。对这种新颖的举措，学生反响强烈。

实践教学方法并没有固定的模式，不同的专业有不同的要求。新时期的教学主体――学生有别于以往，其思维方式、学习方法和与他人相处等方面都有显著不同，如何开展好实践教学，需要教师在教学实践中不断探索，不懈努力。

中国高等教育始于洋务运动时期，经过了近150年的发展，可以说，我国已经成为世界上在校大学生规模最大的国家。诚然，高等教育为我国的经济发展和社会进步造就了大批科技人才，取得了巨大的成就。但与此同时，高等教育也存在不少问题。而加强高等教育的实践性教学，有利于培养学生的创新思维，以此来满足我国转变经济发展方式，建立创新型国家和参与国际竞争的需要。

参考文献：

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[4]Colorado School of Mines 2016-2017 Undergraduate Bulletin [EB/OL].

http：//bulletin.mines.edu/pdf/2016-2017-undergraduate.pdf.

Thoughts about Practice Teaching Methods for Undergraduate Major of Geophysics in New Era

CHEN Chao

（Department of Solid-Earth Geophysics，Institute of Geophysics and Geomatics，