地震勘探数据处理与解释课程教学实践
发表时间：2018年10月9日 浏览：492次
作者：杜文凤
摘 要：地震勘探数据处理与解释课程是本科生地球物理学专业的一门专业骨干课, 该课程的特点是理论和实践并重。在教学过程中, 采用启发式和互动式教学方法进行课堂授课, 利用科研成果和工程实例充实教学内容, 通过实验环节增强学生的感性认识和动手能力。这些教学手段的实施, 对于提高教学效果起到了至关重要的作用。
关键词：地震; 处理; 解释; 课程;
一、引言
地震勘探数据处理与解释课程是中国矿业大学 (北京) 本科生地球物理学专业的专业骨干课, 该课程共有48课时。
地震勘探包括数据采集、数据处理和资料解释三个环节。地震勘探数据处理与解释课程涉及地震勘探中的两个环节, 其重要性显而易见。作为一门理论与实践相结合的课程, 课程本身对数理基础、计算机基础和地质基础有较高的要求。因此, 要想让学生学好这门课程, 在教学中就需要有一些针对性的方法与措施。
作为本课程的主讲教师, 目前已连续为三届本科生进行了授课, 现结合实际教学体会, 谈谈地震勘探数据处理与解释课程的教学方法。
二、课程主要内容
地震勘探数据处理与解释课程包括理论教学和实验教学两个部分, 其中理论教学40学时, 实践教学8学时。
在理论教学中, 绪论占2学时, 地震数据处理占22个学时, 地震资料解释占16个学时。地震数据处理教学的主要内容包括数字滤波 (2学时) 、反滤波 (4学时) 、动静校正 (4学时) 、速度分析 (4学时) 、水平叠加 (2学时) 和偏移处理 (6学时) 等。地震资料解释的主要内容包括地震资料解释的理论基础 (4学时) 、地震资料的构造解释 (6学时) 、人机交互解释系统 (2学时) 和地震属性分析技术 (4学时) 等。
实验教学的主要内容包括Linux操作系统实践 (2学时) 、Pro MAX地震数据处理实践 (2学时) 和地震资料解释与绘图实践 (4学时) 。
三、利用科研成果、工程经验和最新研究进展充实教学内容
近年来, 本人先后参加了国家973项目中的“煤层气藏高分辨率地球物理响应”课题、国家十二五科技支撑计划项目中的“复杂条件大型煤炭基地快速精细勘查技术”课题和国家自然基金“煤矿瓦斯灾害源的高分辨率地震探测基础研究”课题, 承担完成了煤炭企业的十多个三维地震勘探工程项目。在课堂教学中, 笔者将自己在地震勘探方面取得的科研成果和积累的工程经验, 应用到教学之中, 充实了教学内容, 扩充了教学信息量。
在讲解地震数据处理方法时, 对地震资料处理中的主要环节, 如几何属性建立、静校正、去噪、反褶积、速度分析和偏移成像等, 进行重点介绍, 并结合煤层气地震资料处理和复杂地质条件下的地震资料处理等科研成果, 讲解实现高保真、高分辨率和高信噪比数据处理的思路、流程和方法, 让学生更好地理解地震资料数据处理的内容。
在讲解地震资料解释方法时, 对地震资料构造解释的全过程进行讲解, 重点讲解层位标定、波的对比、断层解释、构造图绘制和时深转换等方法。结合煤田三维地震勘探工程实例, 对采区三维地震勘探中经常遇到的断层、采空区和陷落柱等影响煤矿安全的地质因素, 进行详细讲解, 为学生将来从事煤田三维地震勘探工作奠定基础。
为了让学生及时了解和掌握地震数据处理和地震资料解释技术方法的国内外最新研究进展和发展方向, 在讲课过程中安排一定的学时, 把美国地球物理年会、欧洲地球物理年会以及中国地球物理年会上的学术动态, 向学生们进行讲解, 扩大学生的知识面, 为学生今后开展毕业选题和毕业设计奠定基础。
四、采用启发式和互动式教学方法提高教学效果
高校课堂教学方法多种多样, 如联想教学法、类比教学法和归纳教学法[1]以及参与式教学法[2]和启发式教学法[3]等。在地震勘探数据处理与解释课堂教学中, 为了提高教学效果, 以启发式和互动式教学方法作为主要的教学方法。
启发式教学是启发学生运用已经掌握的知识去理解新的知识, 使学生温习旧知识的同时掌握新的内容。在讲解地震数据处理方法时, 将学生已经学完的数字信号处理、地震勘探原理和数学地质等课程的一些方法原理进行简要的复习, 通过温故知新, 提高学生的学习兴趣, 达到事半功倍的效果。比如在讲到地震数据处理中的滤波和反褶积内容时, 会对数字信号处理课程中的傅里叶变换、滤波方法等进行简明扼要的复习;在讲到地震数据几何属性建立和静校正时, 对地震勘探原理课程中的观测系统综合平面图示、微测井和小折射等内容进行简要说明;在讲解地震属性解释时, 对数学地质课程中的聚类分析和主因子分析等内容进行适当复习, 把以往课程学习内容融入新的知识环节之中, 增强学生对新知识的理解。
互动式教学要充分体现教师的主导作用与学生的主体作用。在课堂授课过程中时常会对学生进行必要的提问, 来检验学生的学习效果。比如在课堂讲完重要的概念如动校正、静校正、速度分析、偏移、层位标定和时深转换等内容后, 会进行课堂讨论, 在讲完地震数据处理和地震解释的整个内容后, 在课堂让学生到黑板上叙述地震数据处理和地震资料构造解释的基本流程等, 通过学生之间的讨论和补充, 巩固课堂教学内容, 检验授课效果。
随堂测验是互动式教学的另一个重要手段。随堂测验用于检查课堂教学效果, 一般会要求学生在10-15分钟之内完成2-3个试题, 之后教师对测验进行认真批改, 对测验中存在的主要问题在课堂上进行认真讲解, 增强学生对讲课内容的深入理解。如在讲完动校正和速度分析内容后, 在随堂测验时, 给出的题目是: (1) 动校正的目的是什么? (2) 为什么会出现动校拉伸现象? (3) 水平反射层和倾斜反射层的动校正速度如何获得?其目的就是让学生明白动校正的概念, 理解动校拉伸产生的原因, 搞清单个水平反射层、多个水平反射层、单个倾斜反射层和多个倾斜反射层动校正速度的获取习惯。
通过启发性教学和互动式教学, 可以增强学生的参与意识, 使学生由被动学习变成主动学习, 激发学生的学习兴趣和积极性, 培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力, 使学生逐渐养成善于思考的学习习惯。
五、通过实验环节增强学生感性认识和动手能力
要提高学生的学习兴趣和能力, 光靠课堂教学是远远不够的, 必须加强实验教学环节。[4]实验环节对学生综合素质的培养, 增强学生动手能力都有重要意义, 同时, 也有利于学生更好地适应毕业后的实际工作, 更是提高学生适应社会需求的一种手段。[5]
本课程实验是在煤炭资源与安全开采国家重点实验室地震技术研究中心进行。该中心具有曙光PC-Cluster并行机和戴尔图形工作站, 并配备有齐全的地震数据处理和解释软件, 学生通过上机实践, 可以学习Linux操作系统的基本操作, 学习利用实际地震数据进行基本的数据处理和地震资料的构造解释。
在Linux操作系统实践环节, 重点学习Linux操作系统的基本命令、用户和组的管理、文件系统管理、文件权限管理和Vi编辑器的使用。在讲课时, 老师边讲边让学生在计算机上操作, 通过实验, 学生可以操作管理文件和目录的命令、有关磁盘环境的命令、文件备份压缩的命令、关机和查看系统信息的命令、管理使用者和设立权限的命令、线上查询的命令、文件阅读的命令和网络操作的命令等。
在地震数据处理环节, 介绍Pro MAX地震数据处理软件的交互界面和处理模块的组成, 对Pro MAX软件中的鼠标操作、快捷键操作和道/道集选排字符操作进行详细地讲解。重点学习地震数据的输入、滤波方法、自动增益控制和地震道的显示等。通过实际上机操作, 学生基本掌握了地震数据浏览的方法, 能够建立简单的处理流程, 操作处理模块和选择处理参数, 并可以借助处理软件的在线帮助来查找处理模块的功能。
在地震数据解释环节, 结合煤矿采区三维地震资料, 重点讲解三维地震工区的建立、SEGY地震数据道头的扫描和地震数据的加载方法, 学生对实际地震数据进行了层位追踪和断层解释, 并学会了如何利用网格化方法, 进行等时构造图的绘制。
学生通过上机实践, 学会了Linux操作系统的基本操作, 体会了实际地震资料数据处理的基本流程和地震资料构造解释的基本方法, 增强了学生对地震数据处理和解释的感性认识和动手能力。
六、结论
通过地震勘探数据处理与解释课程教学实践, 得到如下认识: (1) 运用启发性和互动式教学方法, 通过温故知新, 可以提高学生的学习效果; (2) 将科研成果和工程实例应用于教学之中, 可以扩充教学信息量, 提高学生的学习兴趣; (3) 通过上机实践, 可以增强学生的动手能力, 更好地理解地震数据处理和解释的教学内容。
注释
1孟祥明, 张泽.大学《有机化学》的教学方法探讨[J].大学教育, 2012 (8) :101-102.
2梁建新.参与式教学法在高师院校《英语教学法》课堂教学中的应用[J].大学教育, 2013 (8) :98-99.
3李勤.“地球物理勘探”课程在地质工程专业教学的探索[J].大学教育, 2014 (4) :111-112.
4张平松, 刘盛东.地球物理勘探课程设计性和综合性实验实施与思考[J].中国地质教育, 2005 (4) :97-99.
5刘向红, 张平松, 孙林华, 等.应用型示范本科高校实践课程的设计研究——以宿州学院地质专业“地球物理勘探”课程的教学设计为例[J].中国地质教育, 2012 (4) :123-125.