地球物理專業如何科學擺攤

高考已經結束。聽說你打算報地球物理專業？

Q：地攤行業如此火爆，地球物理如何專業地擺攤呢？

A：分三步

Step one：什麼是地球物理？

地球物理學是研究地球及其周圍空間環境的物理過程和物理性質及其定量分析方法的一門自然科學。具體而言，地球物理學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）研究地球以及周圍空間的物理性質的科學。它包括地球的形狀、內部結構和組成、引力場和磁場、動力學過程和表面的板塊構造運動、火山活動和巖石的形成等等。然而，現代地球物理學使用了更廣泛的定義，包括冰雪在內的水文循環、海洋和大氣的流體動力學、電離層和磁層的電磁性質與日地系統的關係、以及存在於月球和其他行星上的類似的問題。

Step two：地球物理能幹什麼？

（以普通地球物理學為例具體說明）

重力勘探（重力學）：利用組成地殼的各種巖礦體的密度差異引起的重力變化而進行地質勘探的一種方法。它是以牛頓的萬有引力定律為基礎，只要所勘探地質體有一定的剩餘質量，埋藏深度較小，受地形起伏影響較小，就可用精密重力儀器測出重力異常。再結合工作區的地質資料，對重力異常進行定性或定量解釋，便可推斷地表以下密度不同的礦體與巖層的埋藏情況，從而找出巖礦體存在的位置和地質構造情況。重力學是以現代測量技術為基礎的，通過探測行星表面重力和重力變化，來探測地球或行星內部的結構、成分的學科。

在重力勘探中最基礎的重力資料是布格重力異常圖，它反應了地球內部異常質量體對重力測量結果的影響。根據中國布格重力異常圖，我們發現重力異常與我國的地表地形（如三級階梯）息息相關。

中國布格重力異常圖

磁法勘探（地磁學）：通過觀測和分析巖礦石的磁性異常及磁場特徵，來研究地質構造及其分布形態和尋找礦產的一種地球物理勘探方法。而地磁學涵蓋範圍更廣，包括了地磁場的時間變化、空間分布、起源及其規律。例如空間物理學研究的是變化磁場與日地系統的關係；生物地磁學是研究生物、人類活動與地磁場的相互作用。

地磁場倒轉是地磁場非常重要的特點之一。古地磁研究的成果證實，在地質時期中地球磁場的極性曾經發生多次倒轉現象。地磁場極性的周期性倒轉也為海底擴張學說、板塊構造理論提供了強有力的證據。（PS：你能否從下圖找到洋底磁異常條帶？）

電法勘探（地電學）：根據地殼中各類巖石或礦體的電磁學性質（ 如導電性、導磁性、介電性）和電化學特性的差異，通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的空間分布規律和時間特性的觀測和研究，尋找不同類型的礦床和查明地質構造及解決地質問題的地球物理勘探方法。而地電學包括研究大氣、海洋、固體地球電性及電場分布。

其實電磁不分家，很多性質和現象是相輔相成的。探地雷達的應用就是一個例子，其原理是通過發射天線向地下發射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質中傳播時遇到存在電性差異的界面時發生反射，根據接收到電磁波的波形、振幅強度和時間的變化特徵推斷地下介質的空間位置、結構、形態和埋藏深度。由於探地雷達探測的高精度、高效率以及無損的特點，主要被用於考古、礦產勘查、災害地質調查、巖土工程勘察、工程質量檢測、建築結構檢測以及軍事目標探測等眾多領域。

加拿大LMX200無損地面探測儀

地震勘探（地震學）：通過觀測和分析人工地震產生的地震波在地下的傳播規律，推斷地下巖層的性質和形態的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探中最重要、解決油氣勘探問題最有效的方法之一。它是鑽探前勘測石油與天然氣資源的重要手段，在煤田和工程地質勘查、區域地質研究和地殼研究等方面，也得到廣泛應用。而地震學是研究固體地球介質中地震的發生規律、地震波的傳播規律、地球內部介質的結構和構造、以及地震的宏觀後果等課題的綜合性科學。

除了石油、天然氣和礦產資源的勘探之外，地震的產生過程（震源物理）、地震波的傳播規律（地球內部介質結構）、地震的預測是地震科學最前沿、最重要的方向。

地震預警原理

地熱勘探（地熱學）：研究地熱場的特點、地殼的熱狀況、巖石圈的熱結構、地球的熱演變、以及由此所反映的地質和地球物理過程。地熱的研究是深部地質學、地球動力學的重要組成之一。在實際應用中，地熱資源的賦存狀態和形成機制、地熱系統的分布特點和資源評價、深部熱作用對礦藏、煤炭，尤其是石油和天然氣的形成、聚集、遷移的控制和制約作用等等都是地熱學研究的重點和熱點。

地熱本身也是一種新型的能源，如何合理、高效、無害地利用地熱資源也成了地熱研究的重點之一。

在很多高校的地球物理學專業中還開設了地球物理測井、地球化學等課程。地球物理測井是在勘探和開採石油、煤及金屬礦體的過程中，利用各種儀器測量井下巖層的物理參數及井的技術狀況，分析所記錄的資料，得到巖石、礦物相應的物理性質（如電化學特性、導電特性、聲學特性、放射性）。

測井工作示意圖

Step three：賺錢買個小儀器先，比如洗衣機5（CG-5，重力儀）

其實地球物理的研究範圍非常廣泛，不僅僅是調查資料分析潛在的石油儲集層和礦藏，還包括定位地下水，尋找考古遺蹟，確定冰川和土壤厚度，評估環境修復場地，更包括監測空間環境、減輕自然災害和環境保護等社會需求。

在此附上2020年美國地球物理聯合會（AGU,American Geophysical Union）學術年會的會議議題（section）。

不說了，小編要去擺攤了，去晚了沒有地盤了。

美編：黃紫薇

校對：覃華清