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勘查技术与工程实测地质剖面教学改革

2019/11/28 阅读:

摘要:野外实测地质剖面教学是勘查技术与工程专业地质实习(秭归)的重要环节。通过结合实习区附近的陡山沱组内页岩气勘探等热点研究,在原有地质教学内容中适当加入天然放射性测量的教学内容,不仅能突出地球物理专业特色,而且有利于在地质和地球物理交叉领域培养学生解决复杂地学问题的实践能力。基于以往长期的实测地质剖面教学经验以及最新的教学研究结果,提出进一步完善实测地质剖面教学的多条改进措施。

关键词:勘查技术与工程;实测地质剖面;学科交叉

一、实测剖面教学现状

野外实测地质剖面工作是指通过野外实地测量的方式,按一定方向详细了解测区内地下一定深度、一定距离内的地层、构造和岩体等特征[1]。这是中国地质大学(武汉)秭归地质实践教学实习的重要内容之一,是勘查技术与工程(勘查地球物理)专业的本科学生综合运用地质学基础知识和基本原理、在教师指导下半独立开展野外地质露头研究的重要环节。从勘查技术与工程(勘查地球物理)专业培养方案设计出发,要求学生理解和掌握勘查地球物理实践所需要的地质学知识,并具备将其应用到勘查地球物理领域复杂工程问题的能力。野外实测地质剖面工作需要综合运用地质罗盘和测绳,涉及导线测量、地层分层、产状测量、地质标本采集、野外记录簿记录、野外信手剖面以及室内实测地质剖面绘制等多项技能,有利于提高学生野外实际动手能力。秭归地质实践教学实习开设于本科三年级第一学期开学伊始,既是对前两年地质学方向理论教学(地质学基础、矿物岩石学和构造地质学)的延伸与补充,也是培养和提升学生综合解决实际地学问题专业能力的平台和关键。在实测地质剖面的教学实践过程中,教学主体逐步从以教师为中心转变为以学生为中心,学生学习知识和实践知识的主动性逐步得到释放,成为整个地质实习的关键一环。目前,实测地质剖面教学已形成室内讲授、站内模拟练习和野外独立工作三者有机结合的成熟模式,以小组为单位,通过合理的实习内容、严格的工作程序,锻炼和培养了学生的实际动手能力以及团队协作精神。在此基础上,实现教学和科研相合、地质和地球物理相结合,同时针对学生学习效果进一步完善教学细节,是深入教学改革的有益探索和尝试,有利于在基础学科学习中突出专业特色、有的放矢,在教学中提升学生的学科交叉能力,培养学生应对复杂地质现象、解决实际科学问题的能力。

二、发挥地缘优势,以研促教

野外实践课程是承载教师教学和学生学习积极互动的平台,科学研究是联系教师和学生形成内生动力的途径。基于已有的实习课程,通过充分开发实习基地资源,将地质实习内容与长江流域的区域研究热点结合在一起,从而激发学生的专业学习兴趣,加深学生对教学内容的理解与记忆,培养学生的逻辑思维能力和地质思维方法,提高独立思考和判断的能力。中国地质大学(武汉)秭归产学研基地位于湖北西部三峡地区,周边实习点道路通过条件好,在地质、地球物理、地理和人文等方面具备很好的教学素材。沉积岩、岩浆岩、变质岩出露齐全,从前寒武纪到古生代直至新生代地层发育完整、连续,周围的地质现象丰富、地形地貌奇特,是开展地质和地球物理方面教学研究的天然实验室。目前,勘查技术与工程(勘查地球物理)专业的地质实践教学教材采用本校地学院编写的《秭归产学研基地野外实践教程—基础地质分册》[2]。实测地层剖面教学中,学生以小组(6~7人)为单位,对九龙湾南沱组地层进行分层、测量、数据整理与分析,以及导线平面图、地层剖面图与柱状图的室内绘制,从而使学生将课堂的理论知识与实践相结合,培养学生艰苦朴素、求真务实的工作作风以及团队协作的精神[3]。研究型教学能提升课堂文化,以野外实践教学为平台能促进学生的知识、能力和素质三位一体的提升。实习基地以南鄂阳页1井在震旦系陡山沱组发现迄今全球最古老页岩气藏[4],开辟了页岩气勘探的新领域,使中扬子地区成为天然气能源勘探研究的热点区域。秭归地区陡山沱组是全球性冰川消融后引发的广泛海侵初期的产物,其中富有机质页岩分布广泛、厚度变化大、成熟度变化范围大,是前寒武纪富有机质页岩研究的天然实验室。通过利用秭归产学研基地的地理优势,切合当地能源研究热点,更新实测地层剖面教学内容,以陡山沱组作为教学对象,从而形成实践教学中不断创新的方向和动力。这样一来,既切合实际研究,使学生学以致用,激发学生的学习兴趣。另一方面,以当前的科研实践为导向,每一年或每一阶段的教学内容方案都不断推陈出新,既能保证时代先进性,又能避免不同届的学生在网络发达时代出现实习数据雷同的抄袭嫌疑。

三、切入学科交叉领域,培养复合型人才

随着科学发展的不断深化,很多复杂的科学问题已经不能在单一学科领域范围内解决,而是需要多学科的协同攻关[5]。不同学科的交叉点往往是优势学科的发展点、新兴学科的生长点、重大创新的突破点、人才培养的制高点[6]。地球物理学是研究各种地球物理场和地球的物理性质、结构、形态及其中发生的各种物理过程的学科。由于地学问题一般具有多因素相互耦合的复杂性,在勘查技术与工程(勘查地球物理)专业本科生培养过程中,通过加强地质学基础、重视地质和地球物理交叉、增强应对复杂地学问题的实践能力,有利于培养具有宽厚基础的创新型、应用型、复合型优秀人才。野外实践教学过程中,地质和地球物理的学科交叉或结合要有现实切入点。目前的地质实习中鲜有针对地球物理专业方向学生设计的教学内容。基于成熟的传统野外实测地质剖面教学,并根据勘查技术与工程(勘查地球物理)专业方向的本科学生的知识结构特点,从因材施教的角度开发新的野外实践教学内容,增加自然伽马测量的原理、仪器使用、操作规范和流程等实习站内课堂教学和站内模拟训练内容,在野外实测剖面工作中增加自然伽马测量任务,在后期数据处理和绘图中形成地质和地球物理综合解释成果,从而促进学生的专业学习兴趣,也有利于夯实学生的地质学基础。从学科交叉领域的教学内容来看,由于本科三年级第一学期学生还未全面展开各种地球物理的原理、方法、解释和应用等学习课程,选择某一地球物理性质的测量方法增加到一个月内地质实习内容中较为可行,这样既不会影响既定的地质实习目标的实现,又能凸现出地球物理的专业特色。地球物理涉及重、磁、电、震、测多种方法。其中,天然放射性是地球的固有性质,自然伽马能谱与岩石中铀、钍和钾的放射性同位素含量密切相关。学生对同位素的相关基本原理在中学就有所涉及,而自然伽马能谱的测量操作简单、仪器耐用便携,将利用自然伽马能谱识别岩性的原理和测量操作方法这一具体教学内容充实到短期的地质实习内容中,实习难度增加不多,但有助于学生切身感受地球物理在地质中的实际应用,从而更好地认识地球和地球物理学科关系,通过认识学科关系可以培养学生的专业兴趣、提高专业认同感。

四、适应时代需求,优化教学设计

通过野外考查和室内教研相结合、模拟教研和试验教学相结合,当前的野外实测地质剖面教学仍有进一步改进和完善的空间。(1)精简人员,双人同时轮换。前测手、后测手、地质测量员和地球物理测量员4人一组。前、后测手负责导线测量;地球物理测量员负责疏导测绳、监控导线数据质量以及伽马能谱测量;地质测量员负责地质分层、岩性描述、标本采集、产状测量、勾绘导线平面图和地质地形草图以及记录数据。测量一段距离后,要求前、后测手与地质测量员和地球物理测量员进行双人同时轮换,保证所有成员熟悉实测的各项工作。(2)更新和增加装备。在精简人员的同时,为提高野外地质剖面实测的工作效率以及适应现代化地质制图要求,对现有的“老三件”进行更新升级尤为必要,而且能激发学生运用新技术的热情和愿望。为全组队员配备对讲机,提高沟通效率。前、后测手在导线测量中使用花杆作为标志物,降低方位和坡角的测量误差,运用测距仪进一步提高地形线的测量效率。对于地质测量员而言,采用钢凿加速岩样采集,运用电子罗盘缩短产状测量时间,利用数码相机及时记录典型地质现象和分层位置,使用GPS和掌上电脑保证原始数据完整性。(3)分组分段测量,联合组队比赛。实测地质剖面教学的露头点一般位于乡村道路旁边,不同小组测量的起点和终点大致相同,同一测量段上实测人员较多,交通安全隐患较大、室内整理数据和绘图时也很可能存在小组间的抄袭现象。通过缩短小组实测的总导线长度、同时提高分层精度要求,并且将一个班分成两队、队内分组,形成分队比赛、队内数据共享的既合作又竞争局面,最后评选出优胜小队和最佳小组,培养学生的集体荣誉感。(4)适应数字化、信息化时代要求,从数字化制图入手加速实测地质剖面教学内容全面升级。以小组为单位开展数据电子化和计算机制图切实可行,而且利用计算机生成的地质剖面图比传统的手工绘制的图形更加整洁、规范和准确。从学生的角度来看,运用AutoCAD、Mapgis等及其二次开发形成的专业软件[7-11]解决明确的实际地质问题,不仅有利于激发对专业软件的学习兴趣,也有利于培养学生综合运用多种手段和技术解决复杂实际问题的能力。

五、结语

针对勘查技术与工程(勘查地球物理)专业本科生,在野外地质实习期间,在现行的实测地质剖面教学中结合当前科研热点,适度增加地球物理探测内容,突出专业特色,为在地质和地球物理交叉领域建设特色课程积累教学素材和经验,有利于在地质和地球物理学科交叉领域激发学生的专业兴趣,促进学生的技术特长发展,培养地质与地球物理专业领域的综合实践能力。针对实测地质剖面教学的各个环节,为提高教学成效提出进一步完善的改进措施:(1)精简小组人员至4人,即前测手、后测手、地质测量员和地球物理测量员,野外实测中按要求双人同时轮换;(2)除常用的地质锤、罗盘和放大镜以外,更新和增加仪器和装备,如花杆、测距仪、对讲机、钢凿、电子罗盘、数码相机、GPS和掌上电脑等;(3)全班分成两队,队内分组分段测量,联合组队比赛;(4)在室内数据整理环节,以小组为单位开展数据电子化和计算机制图。

参考文献:

[1]鲍晓欢,张先进,陈丽霞.野外实测地质剖面教学实践与体会[J].中国地质教育,2012,21(1):138-141.

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[7]杨利容,赖德军,罗娟.基于AutoCAD实测地质剖面数字成图关键技术[J].物探与化探,2011,35(2):261-264.

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[9]杨泽讯.浅析DGSS与SECTION在自动生成实测剖面图中的应用[J].中国井矿盐,2017,48(2):27-29.

[10]刘丙秋.浅谈数字剖面系统操作方法及其在南方山区中的应用与技巧[J].低碳世界,2016(5):112-113.

[11]李瑜,王路.浅谈利用DGSinfo绘制剖面图的方法及技巧[J].西部资源,2015(6):60-61.

作者:鲍晓欢 张世晖 曹雪莲 单位:中国地质大学

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