中南大学地理信息科学专业建设的探索与实践

教育部“双万计划”强调建设面向未来、适应需求、引领发展、理念先进、保障有力的一流专业。本文阐述了中南大学地理信息科学专业结合学校定位与专业特点,因材施教、兼具特色的专业建设之路,探索并实践了一系列举措,专业发展取得了长足进步。

“卓越工程师教育培养计划”研究——结合中南大学测绘工程专业培养方案

专业培养方案是落实"卓越工程师教育培养计划"的重要组成部分。测绘工程是一个实践性很强的专业,且专业知识覆盖面广、技术更新快。根据这些特点,在中南大学测绘工程专业"卓越计划"培养方案的基础上,对培养方案的制定原则、培养标准、课程体系、能力培养实现矩阵、校企联合培养方案等内容进行了详细的探讨,为其它高校制定和实施测绘工程专业"卓越计划"培养方案提供借鉴和参考。

大数据时代地理信息科学专业创新教育改革探索与实践

大数据为新时代高校专业创新教育带来了全新机遇与挑战。本文以地理信息科学专业为例,系统剖析并总结了当前我国高校创新教育现状及其面临的主要挑战,对大数据时代地理信息科学专业创新教育改革进行了探索与实践,具体围绕创新理念渗透、创新意识提升、创新思维培养与创新能力考核,提出了高校创新教育改革新举措,可为全面构建高校创新教育体系提供参考。

地质工程专业秭归三峡地质实践教学改革研究——以中南大学为例

地质实践教学是地质类专业本科教学中至关重要的培养环节。寻找合适的地质实践教学资源、制定完善的实践教学方案通常需要实践指导老师大量的长期野外工作积累才能达成。本文以中南大学地质工程专业的基础地质与工程地质实习为例,探索了实践教学资源改革、实践教学教材改编以及课程思政改革三个方面的内容。通过大胆尝试,借用兄弟院校实践教学资源,破解了教学资源短缺的难题。再基于本专业的特色,结合野外实地考察学习和参考资料编写了适合本专业的实习指导书。最后,在实践教学中有机融入课程思政。中南大学地质工程专业在地质实践教学的大胆改革尝试取得了良好的效果。

融合复杂地质信息的地球物理模型建模技术

当前基于非结构化四面体网格的正反演技术具有逼近任意起伏地形和特定地质结构的能力.但任意复杂地质模型的四面体网格建立非常困难,制约了该技术在实际勘探中的应用.针对这一难题,我们提出了一种新的复杂地球物理模型的建模和四面体网格离散技术,具有融合数字高程数据、地质剖面图和钻孔数据等地质地理信息的能力.首先,将已知地质地理信息数字化为控制点和线串.然后,利用SKUA-Gocad软件构建高质量三维体积模型,采用Tetgen网格剖分程序进行四面体网格剖分.最后,以安徽泥河铁矿为例,建立了高质量的复杂地球物理模型,并利用我们提出的解析解公式,计算了泥河铁矿产生的复杂重磁场空间分布.计算结果表明:垂向方向的重力场、重力梯度、磁场、磁场梯度都具有高分辨地下异常磁铁矿和硫铁矿水平边界的能力,为了探测该矿深部潜在的密度和磁性矿体,必须精确计算和减去复杂围岩产生的重磁响应.本文提出的建模新技术,不仅可以用于消去矿山已知浅部地质体的干扰,而且可为深部数据反演提供高质量的参考模型,从而提高深部勘探的效果.

中南大学低碳校园模式构建研究

在积极倡导绿色理念、构建低碳社会的大背景下,高校应该成为低碳生活的先行者。低碳校园的构建,应建立在高校原有模式的基础上,以校园为系统,研究其物质输入、输出以及循环;以二氧化碳排放量为定量指标,评估校园系统的运营情况;同时构建完善的环境友好型管理体系,并提出针对性的改善措施。以中南大学为经济系统,结合物质流分析、碳足迹理论等理论方法,定量核算中南大学原有系统的物质能源输入、输出及循环的CO2排放清单,并在此基础上构建中南大学低碳校园模式,提出具体的低碳校园建设方案,进而促进校园低碳化和可持续性发展。

工科研究生培养中“大思政”建设策略与实践——以中南大学测绘学科为例

以“三全育人”为主要特征的“大思政”建设是工科研究生培养的重要内容。然而由于实施时间较短,其“大思政”建设模式尚处于摸索阶段,在育人广度、深度及维度等方面依然面临系列不足与挑战。该文系统总结工科研究生培养中“大思政”建设成效与面临问题,从协同育人机制、全过程培养与跟踪以及德智育人协同等方面探索“大思政”建设策略,最后以中南大学测绘学科为例,介绍其测绘工程专业研究生“大思政”改革的具体举措,以期为其他高校与学科课程思政建设提供必要的借鉴与参考。

综合地球物理方法在含稀有元素煤系地层勘探中的应用--以新疆温宿县巴依里煤矿为例

新疆温宿县天山南麓煤系地层中稀土元素(REE)和镓元素(Ga)具有良好的利用前景。本文以巴依里煤矿为研究对象,通过开展综合地球物理勘探,初步确定了含煤岩系地层深部延伸情况与展布特征,为后续稀有金属勘查工作主要靶区的圈定提供了理论与实践基础。

基于云端一体的高校个性化教学空间探究——以中南大学为例

在利用现代技术加快推动人才培养模式改革的背景下,建设适应多元化教学组织形式与个性化学习方式的教学空间尤为重要。云端一体化概念的出现,为个性化教学空间的建设与发展带来了新契机。基于此,文章首先从教学的环境、数据、资源等维度,分析了传统多媒体教学空间与个性化教学融合所面临的问题;随后,文章阐述了云端一体个性化教学空间的内涵与构建原则,并按照“物理空间—虚拟空间—云端分析—资源组织”的逻辑,设计了基于云端一体的高校个性化教学空间。最后,文章以中南大学为例,开展了基于云端一体的高校个性化教学空间的实践应用。基于云端一体的高校个性化教学空间的设计与建设,为建设适应教育发展和个性化需求的新型教学空间提供了思路,也为高校实现规模化教育与个性化培养的有机结合提供了技术支撑。

一种基于Android的地球物理仪器控制软件设计

概述地球物理学作为一门观测与实验类学科,其研究需要充分的数据支持。在这个过程中,数据采集是至关重要的一环,而数据采集则依赖于先进的地球物理仪器。然而在早期,我国对地球物理仪器的研制并未引起足够重视,大部分地球物理仪器需要依赖国外进口。随着科技的不断发展,我国的综合国力不断提升,科技创新已成为大国竞争的关键因素之一。在这种背景下,地球物理仪器也朝着轻便化、智能化、数字化的方向发展。

地球物理方法在北部湾干热岩探测中的应用

地球物理方法在干热岩探测中是一种重要的手段,为圈定广西北部湾干热岩远景区,本文利用大地电磁法和重力对广西北部湾进行了探测并分析,结合广西北部湾的地质构造、物性特征、深大断裂及岩体等特征,大地电磁法通过Robust处理,采用二维非线性共轭梯度(NLCG)反演,对重力资料采用2.5维可视化反演,对重力剖面进行拟合定量正演。根据物探成果,本文分析并推断了北部湾地区的热储结构、深部热源、深大断裂、莫霍面、上地幔及岩体的空间展布,并且推断了3条主要的热源通道,圈定了西场盆地为远景区;结果证明,以大地电磁法为主,重力勘探为辅,两种方法相辅相成,在广西北部湾干热岩探测中取得了不错的效果,在干热岩勘查中是可行的,认为西场盆地为北部湾干热岩成矿远景区,并建立了概念模型,为下一步北部湾干热岩探测及干热岩潜力评价提供了物探依据。

数学地球科学跨越发展的十年:大数据、人工智能算法正在改变地质学

近十年是科学研究从问题驱动向数据驱动转变的转折时期,科学研究的第四范式—数据密集型科学发现应势而生。这期间,大数据与人工智能算法的引入使数学地球科学实现跨越式发展,并正在改变地质学。机器学习是使计算机具有智能的根本途径。深度学习,即多层神经网络的方法,是一种实现机器学习的技术,是过去几年大数据与数学地球科学研究的最重要的热点。贝叶斯网络是贝叶斯公式和图论结合的产物,可用来建立矿床地质的成因网络,进而理解矿床成因。地质大图形问题可以转化为大型的复杂网络空间问题和社区结构问题,社区分析技术可用于地震预报、地质网络分析、特殊地质现象识别、矿床预测。关联规则和推荐系统算法在地质研究中已有成功的应用实例。化探数据及其异常经常包含复杂和非线性模式,深度学习在智能识别与提取复杂地质条件下地球化学异常具有优异的能力,卷积神经网络、堆叠自编码机等是较为常用和有效的方法。非线性矿产资源预测、基于GIS和三维地质建模的三维成矿预测及相应的软件系统得到持续改进。三维虚拟仿真建模技术的应用实现了多模态、跨尺度地学虚拟现实与多维交互,地质过程数值模拟等已有创新性进展。区块链技术以及OneGeology、玻璃地球、深时数字地球等大地质科学计划,将在整合全球地质大数据、共享全球地学知识、推动数学地球科学学科发展方面起到重大的推动作用。

多尺度综合地球物理探测：揭示成矿系统、助力深部找矿--长江中下游深部探测(SinoProbe-03)进展

两个原因使我们必须开展深部探测.一是寻找深部资源,二是更好地理解形成和控制陆内成矿的深部动力学过程,预测新的矿集区.在深部探测专项、国家自然科学基金和地质调查项目资助下,作者在长江中下游成矿带及邻区开展了系统的多尺度、综合地球物理探测.包括:成矿带尺度的宽频地震探测及"廊带式"综合探测,矿集区尺度的骨干剖面探测和三维建模,矿田尺度的三维探测与反演模拟.探测结果在三个层次取得了一系列新认识和新发现,完善了相关探测方法技术.主要包括:揭示了成矿带岩石圈结构、深部过程及对成岩、成矿的控制,提出了成矿带形成的动力学模型,诠释了在狭窄的成矿带内形成大规模金属堆积的深部因素;揭示了典型矿集区地壳三维结构、组成和断裂分布,建立了矿集区三维结构模型和区域成矿模式,推断了主要控矿岩体、地层的空间展布,预测了新的找矿靶区;开展了"玢岩型"、斑岩型和热液型多金属矿床综合地球物理探测试验,总结了勘查模式,预测了深边部找矿靶区;提出了硬岩区反射地震数据采集设计、激发到接收的有效措施,探索了地震弱信号提取、噪声压制、静校正和偏移等处理新技术、新方法;提出了强电磁干扰区电磁去噪的数字形态滤波等技术,完善了二/三维带地形和考虑各向异性情况的电磁正反演技术.

何继善教授从事地球物理工作60周年学术成就回顾

何继善教授，我国著名地球物理学家、教育家、工程管理学家，我国电（磁）法集大成者之一。1934年出生于湖南省浏阳县。1960年毕业于长春地质学院物探系。1994年当选为中国工程院首批院士。曾任中南工业大学校长、中国有色金属学会副理事长、中国地球物理学会副理事长、中国工程院能源与矿业工程学部主任、湖南省科协主席；1991年～2001年担任《中国有色金属学报》和《中国有色金属学报（英文版1》首任主编；现任湖南省科协名誉主席、中国工程院第五届主席团成员、工程管理学部常委、美国勘探地球物理学家协会（SEG）终身会员。何继善教授长期从事地球物理研究，学术成就卓越。创立了双频激电法，发明了双频激电仪；提出了三元素群的自封闭加法，实现了2”系列伪随机信号的快速递推编码，创立了伪随机信号电法体系；创立了高分辨率检测堤坝管涌渗漏入水口的“流场法”，为病险水库隐患探测和汛期堤坝查险提供了必不可少的技术支撑和科学抢险决策依据；统一了频率域电磁法全区电阻率的定义和算法，创立了广域电磁法，为电磁勘探开辟了崭新的研究领域；创建了中国第一个以地电场与观测系统为特色的国家级重点学科；发明了一系列具有国际先进水平和自主知识产权的地电场观测仪器和装备，为中国资源勘探和工程勘察事业作出了重大贡献。他创立和发展的以伪随机信号电磁法和双频激电法为特色的勘探地球物理理论体系，被国际上誉为应用地球物理界的一重大事件。他的研究成果和学术思想对中国地球物理学的发展有重要指导意义。

地球物理探测技术在成都市浅表地质结构调查中的应用研究

【研究目的】查明城市浅表地质结构特征,对于城市地下空间规划、开发区建设、地质灾害评价等有着重要的指导意义,而无损、抗干扰能力强的地球物理探测技术在提供城市地区地下地质信息方面可以发挥关键作用。【研究方法】为了支撑成都市浅表的三维地质填图工作,本文应用11种新、老地球物理探测技术,开展了成都市浅表地质结构的探测研究。【研究结果】研究结果表明:(1)地质雷达对于近地表的地层结构成像、建筑结构识别分辨率较高;(2)瞬态面波、混合源面波、三分量频率谐振法对50 m以浅的地质结构识别能力强,分辨率很高,但探测深度有限;(3)微动勘探法和高密度电阻率法对50 m以浅的地质结构分辨率较高,但深部分辨率一般;(4)等值反磁通瞬变电磁抗干扰能力强,施工效率高,50 m以浅分辨率较高,50~200 m深度范围内分辨率一般,对膏岩泥岩有较好的识别能力;(5)半航空瞬变电磁可弥补了常规物探方法无法进入特殊场地施工的不足;(6)浅层地震勘探对于浅地表50~300 m深度范围内的砂泥岩互层的变化特征和断层结构特征效果较好,配合自然伽马曲线,可有效识别砂泥岩的岩性界面;(7)音频大地电磁可有效识别成都平原深大断裂的空间分布形态。【结论】综合各种地球物理方法的优缺点,建立了成都市浅表地质结构的地球物理组合探测技术方案,以期能为今后的城市浅表地质结构调查提供参考。

庐枞矿集区上地壳结构与变形：综合地球物理探测结果

为揭示庐枞矿集区三维结构,深化对成矿作用的认识,为深部找矿提供更多信息,作者在庐枞矿集区实施了相互交叉的五条综合地球物理探测剖面。综合分析反射地震、MT及区域重磁数据,提出了矿集区上地壳结构、组成和构造变形的新认识。庐枞矿集区东西结构由"两坳一隆"组成,即西侧的潜山—孔城坳陷和东侧的庐枞火山岩盆地,二者之间以一隆起相隔;南北结构呈"南坳北隆"阶梯式台升,两个"台阶"断裂分别为汤家院—砖桥断裂、庐江—黄姑闸—铜陵拆离断层。庐枞火山岩盆地呈不对称"箕状",四周由向盆地倾斜的边界断裂围限。北、东边界断裂(BF2、LHTD)为深断裂,控制火山岩盆地的发展与演化。构造上,矿集区由"三横六纵"断裂系统构成,从北到南的"三横"依次为:庐江—黄姑闸—铜陵拆离断层、汤家院—砖桥断裂和仪津—陶家巷断裂(BF3);从西到东的"六纵"依次为:郯庐、滁河(CHF)、罗河—缺口、枞阳—黄屯、陶家湾—施家湾断裂和沿江断裂带。矿集区的形成与演化主体上受燕山陆内造山运动的影响,经历了中—晚侏罗世古太平洋板块NW向挤压和白垩纪的伸展。本文还取得了一系列新发现。确定了"沿江断裂"为逆冲断裂系,庐江—黄姑闸—铜陵断裂为向南倾斜的低缓拆离断层;新发现汤家院—砖桥断裂,该断裂将庐枞火山岩盆地和潜山—孔城坳陷分为南北两部分。庐枞火山岩东北部,发现保存相对完好的早、中侏罗世沉积盆地,盆地呈NWW—SEE走向,深达5.0km,认为它可能是印支期陆—陆碰撞后伸展阶段形成的盆地。

大数据智能时代地理信息科学专业人才培养方案的提质与实践

地理时空信息已赋能各行各业。各高校根据不同的专业定位,结合自身的特点确定了专业建设的特色、方向与重点。笔者所在学校地理信息科学专业人才培养彰显典型的工科优势与地学应用服务特色,坚持“厚理论-重技术-强服务”的培养思路,探索大数据与人工智能时代背景下高质量人才培养的关键对策,提升人才培养方案的质量,持续完善课程体系,优化课程内容,革新教学模式,促进笔者所在学校地理信息科学专业健康发展。

伟晶岩型锂矿床地球物理探测及可可托海实例

锂是一种战略性关键金属,因其高电位特征在新能源时代的战略地位突出,并且需求急剧增长。锂矿床是锂资源的自然载体,勘探开发锂矿床是保障低碳能源金属锂资源需求的重要途径。伟晶岩是硬岩型锂矿床重要的赋矿岩体,但大部分锂矿床赋矿岩体规模小,物性特征不明显,地球物理探测难度极大,并且在相当一段时间地球物理勘探与研究被忽视。随着锂矿勘探需求的持续攀升及仪器与方法技术的进步,地球物理在伟晶岩探测中的作用越来越被重视,在勘探应用中也在不断取得突破。本文在简要回顾锂资源需求现状的基础上,讨论和综述了伟晶岩型锂矿床地球物理探测技术,包括岩石物理特征、星载遥感技术、重磁勘探和电法勘探,最后展示了中国新疆可可托海伟晶岩稀有金属矿区音频大地电磁测深探测实例。伟晶岩与淡色花岗岩具有低磁化率、低密度、低极化率和高波速特征,而伟晶岩的电阻率受亲水矿物的影响,在几个数量级的范围内变化。由于伟晶岩和与其共伴生的花岗岩相对于片岩、片麻岩等围岩具有低密度、低磁化率特征,常用区域重磁勘探圈定这一类的花岗岩体。重磁勘探通常难以判别是否为伟晶岩,但近期有少量实例报道微重力能识别花岗岩中的伟晶岩。电法勘探因其相对较高的分辨率和穿透能力能在隐伏伟晶岩型锂矿勘查中发挥重要作用,在伟晶岩型锂矿勘探中被广泛应用。我们在可可托海开展了音频大地电磁测深。其结果表明:矿区及外围电阻率整体较高,但3号脉以南岩田内发育多处低阻体,据已知岩脉发育特征和地质调查结果,推测部分低阻异常体为隐伏伟晶岩反映。地质分析表明,可可托海伟晶岩均含矿,部分同期淡色花岗岩也有矿化特征,综合地质-地球物理特征,推测可可托海伟晶岩田南部有较好的资源前景。

金属矿地球物理勘探技术与设备:回顾与进展

地球物理勘探技术是深部矿产资源勘查的主要技术手段.长期以来,我国地球物理勘查技术和仪器严重依赖国外进口,国产勘查技术无论仪器设备,还是方法、软件尚不能满足日益增长的深部矿产勘查需求.“十二五”国家高技术研究发展计划(863计划)资源环境技术领域设立了“深部矿产资源勘探技术”重大项目,以提高深部矿产资源探测的深度、精度、分辨率和抗干扰能力为目标,研发高精度重磁探测技术、电法及电磁探测技术、地震探测、钻探和井中探测技术和装备.经过4年的攻关研究,突破了高精度微重力传感器、铯光泵磁场传感器、宽带感应式电磁传感器等10余项关键技术;研发、完善和升级了地面高精度数字重力仪、质子磁力仪、大功率伪随机广域电磁探测系统、分布式多参数电磁探测系统等18套勘探地球物理仪器设备;创新和完善了20余项勘探地球物理数据处理、正反演方法,研发和完善了2套适合金属矿数据处理及解释的大型软件系统,和8套其他专用软件系统,大幅度提升了我国地球物理勘探技术水平.本文旨在介绍项目取得的主要成果,首先回顾我国地球物理勘探技术的发展历程,然后再重点介绍“深部矿产资源勘探技术”重大项目取得的主要成果和进展,最后对发展我国地球物理勘探技术提出作者的看法和建议.

都兰白石崖M20地区火山岩的地质-地球物理特征

青海省都兰县白石崖地区铁多金属矿床,产于与火山机构有关的火成岩与石炭纪沉积岩的接触部位。因受第四系掩埋,整个地区的地质、地球化学、遥感特征不明显,只能依靠地球物理工作,查明隐伏火成岩及火山机构的分布状况,为资源勘查空间靶区的选定提供依据。经过对磁测数据的滤波、延拓、求导、小波分析、二级反演等方法的处理和电法卡尼亚电阻率Laplace及Salter行侦等突出异常体的变换,较好地划分了火山岩和火山机构的界限,确定了区内火山机构空间分布的地质-地球物理标志,并建立了区内理想状况下火山机构的地质-地球物理模型。