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[中图分类号] P542 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X(2012)04?0065?03
地质学是研究地球(现阶段主要是研究地球岩石圈)的一门科学,《构造地质学》是地学的一门专业基础课,是实践性很强的学科,是培养学生从事地质工作技能的基本课程,相关的理论研究和生产活动都需建立在野外客观和全面的观察和分析基础上。过去几十年,构造地质学获得了飞跃发展[1,2]。《构造地质学》的研究内容主要可概括为三个方面:(1)空间方面(形态学):主要研究构造的形态特征、分布与组合型式;(2)时间方面(年代学):主要研究构造的形成时间、顺序与演变;(3)成因方面(运动学及动力学):主要研究构造的运动学特征、形成机制及其发育的地质条件。[3]尽管地质专业的本科生安排了相当多的野外实践教学,如大一的地质认识实习教学、大二的地质填图实习教学、大三的生产实习教学及大四的毕业实践教学。然而,由于野外的构造分析相当复杂,既要有敏锐的野外观察能力,又需要具备缜密的逻辑推理和良好的综合分析能力,因此,大多地质专业的本科毕业生仍不能进行独立的野外构造解析。本文就野外构造分析的特点及如何加强学生的野外解决构造问题的实际能力谈谈初步看法。
一、野外构造解析的主要特点
1. “多重暂定假说”是野外构造分析的重要思维方法
构造地质学的研究方法为反序法,即从结果-成因。而一个地区,乃至单个野外露头点,都发生过多期构造活动,而同一期的构造也常常形成不同方向及不同级别的构造。为此,“多重暂定假说”是野外研究构造地质问题经常采用的一种辩证思维方法。这种思维方法的实质是,在掌握一定的实际资料的情况下,先拟定出各种可能与已知事实不相矛盾的工作假说,即做出一定的判断,而后进一步观察和收集资料,用新的事实对前面的判断加以检验和修正。在此过程中,其中一些假说可能被新的事实否定,另一些则会得到补充、发展或形成又一个工作假说。如此循环反复,逐步深入,使判断不断趋于全面、正确。
2. 历史地质分析与构造变形分析相结合
地质构造存在于一定时间、空间范围的地质体中。因此,研究地质构造不能脱离其所在的地层或岩石。李四光曾概括构造地质学的任务是同时研究建造与改造,指明地质构造的研究要同物质成分的研究相结合。这也就是构造地质学研究中所需运用的历史地质分析与构造变形分析相结合。此外,一个区域或一个地区的构造研究,不能仅局限于形态学的研究,也不能仅限于某期的构造研究,重要的是要建立构造演化,这就需用历史的、发展的及联系的辩证唯物主义方法来进行分析和研究。
3. 点上详细构造解析与面上区域构造分析相结合
多期构造形迹的叠加、利用及改造是十分普遍的现象及规律,尤其对于断裂构造,因此,野外构造期次的划分十分重要。同时,最终构造动力学的研究也是建立在最初的形态学研究及运动学的分析和系统测量基础上,这就要求野外构造研究首先要进行多点的点上详细构造解析与数据采集。[4,5]影响构造发育的因素很多,除了与区域构造应力场有关外,还受岩性、物理化学环境及构造部位等因素的影响和制约,因此,即使在同一个区域构造应力场作用下形成的构造及组合,也可能在不同的构造部位具不同的式样。所以在进行点上详细构造解析的同时,还需结合区域构造分析。此外,由于中、小型构造与大型以至巨型构造之间有着天然的联系,在分析讨论中、小型构造时,不得不涉及更大型的构造和更广阔的区域构造背景。另一方面,为了探索构造与其内部组构的关系和构造的运动学过程、动力学机制,还必须研究微型构造和超微构造。
二、加强学生野外构造分析能力和野外实践教学的意义
0引言
《普通地质学》课程(该课程还有其他一些名称,例如《地球科学概论》、《物理地质学》、《动力地质学》)是地质类专业的学生最早接触到的专业基础课,是专业启蒙课程[1]。因此,该课程的教学质量和效果很可能会对后续多门专业课程的教学产生很大影响。鉴于此,教师们应该高度重视这门课程,应该确保其有很高的教学质量和很好的教学效果。
1主要内容和特点
1.1主要内容
《普通地质学》课程的主要内容包括地质学的研究对象、地质学的任务、地质学的研究内容、地质作用及其特点和研究方法、矿物、岩浆作用与火成岩、外力地质作用与沉积岩、变质作用与变质岩、地质年代、地震及地球内部构造、构造运动与地质构造、海底扩张与板块构造、风化作用、河流及其地质作用、冰川及其地质作用、地下水及其地质作用、海水的地质作用、湖泊及沼泽的地质作用、风的地质作用、块体运动、行星地质概述、地球的演化、人类社会与地质环境[2]。
1.2特點
《普通地质学》课程介绍了地球的物质组成、内力地质作用、外力地质作用、地球的历史等,内容很多,几乎涉及到了地质学所有的领域,因此,该课程是一门综合性和总括性的课程。通过这门课程,学生可以对地质学的几乎所有领域都有一定的了解。此外,作为地质类专业的入门课程,《普通地质学》可以看作其他专业课的基础,因此,基础性是该课程另一重要特征。再者,地质学是实践性很强的一门学科,《普通地质学》课程涉及到地质学的几乎所有领域,是一门实践性很强的课程。
2教学改革的主要方向
2.1教学内容和学时
《普通地质学》课程几乎涉及到了地质学的所有领域,内容很多,因此,在教学过程中要突出重点,合理安排学时。
该课程是地质类专业的入门课程,课程的重中之重是地质学的概念、研究内容和研究方法,这些内容可以让学生对地质学有一个初步的认识,为后续学习打下基础。因此,虽然这些内容在教材中所占篇幅很少,但应安排足够多的学时[2]。在这些内容当中,尤其重要的是地质学的研究方法,例如“将今论古”、“以古论今、论未来”等,要向学生详细讲述,还要举例说明,尽可能让所有的学生都能很好地理解和掌握,因为这些内容有助于培养学生的地质学思维和基本的地质能力[2-3]。
该课程中的地球的物质组成、内力地质作用、外力地质作用、地球的历史四个方面的内容在后续的专业课程中几乎都会有更详细的介绍,因此,在该课程中只需要对最关键的内容进行详细讲述,其他内容概述一下即可,没必要面面俱到。例如,在讲解地球的历史这方面的内容时,需要详细讲述地质年代的确定方法,即地层层序律、生物层序律、切割律、同位素年龄,而对于地球演化的整个过程,只需要概述一下即可。
对于这门实践性很强的地质入门课程来说,要重视实践教学,确保充足的实践学时数,而且应该是室内和野外实践教学相结合,这样一方面可以让学生对一些概念或原理有直观的认识,另一方面也能激发他们的专业兴趣。
2.2教学目标
《普通地质学》课程的教学目标之一是向学生传授地质学的入门知识,但更重要的目标是培养学生的地质学思维、基本的地质能力以及对地质学的兴趣[2-3]。如上文所述,该课程中的很多内容在后续课程中会有更详细的介绍,但是学生的地质学思维和基本的地质能力却主要是在这门课程中培养的[2-3]。另外,“兴趣是最好的老师”,如果一个学生对地质学感兴趣,那么他专业课的学习效果可能就会非常好,因此,如何培养大学生对地质学的兴趣是在学生刚进入专业课学习时就应该被探索的重要问题,该课程是地质类专业大学生第一门专业基础课,对激发大学生对地质学的兴趣起到了很重要的作用[3]。
2.3教学方法
不管是理论教学还是实践教学,都应该想方设法激发学生的兴趣、调动学生的积极性、让更多的学生参与课堂教学活动,还要采取一些措施让学生更容易地理解一些概念和原理,以改善教学效果。首先,课堂上教师可以经常提问或者组织学生进行讨论。再者,在教学过程中,教师要注意合理使用多媒体,例如,在讲到岩浆作用与火成岩时,可以放一些岩浆活动的照片或者视频,这样可以使学生更容易理解和掌握相关的概念和原理,也有助于学生专业兴趣的激发。此外,教师还要注意合理使用教学模具和计算机软件。例如,在讲到海底扩张和板块构造这部分内容时,教师可以用计算机软件制作一些动画,这样比单纯的讲述更直观,学生也更容易理解和掌握。
在课外,教师可以鼓励学生多读一些地质科普类或者启蒙类的读物,例如莱伊尔的《地质学原理》,还可以鼓励学生多读一些外文的普通地质学方面的著作。这样可以使他们开阔视野,增强对地质学的兴趣。当然,还可以鼓励学生根据自己的兴趣读一些专业性较强的文献。此外,可以让学生根据所读文献撰写读书报告,还可以让部分学生就所读内容进行课堂汇报。另外,教师可以鼓励学生根据《普通地质学》课程中所学知识就他们感兴趣的内容在课外开展地质方面的小型科研活动,并撰写研究报告或者论文,这样的活动有助于培养学生的地质学思维和基本的地质能力[2-3]。
2.4考核
这门课程的考核应该基于学生的平时表现和期末考试成绩,应该适当减少期末考试成绩所占比重,以鼓励学生平时积极参与教学活动。平时成绩的来源可以有多个方面,实践课成绩是很重要的一个方面,另外还可以包括读书报告、课堂汇报、课堂讨论、课外研究等。期末考试试题应能够很好地反映学生对重要概念和原理理解和掌握的情况。
3总结
《普通地质学》课程内容狠多,教學过程中要重点突出,合理安排学时。地质学的概念、研究内容和研究方法是非常重要的内容,应安排足够多的学时。此外,还要确保充足的实践学时数。该课程的教学目标之一是向学生传授地质学的入门知识,但更重要的目标是培养学生的地质学思维、基本的地质能力以及对地质学的兴趣[2-3]。不管是理论教学还是实践教学,都应该想方设法激发学生的兴趣、调动学生的积极性、让更多的学生参与课堂教学活动,还要采取一些措施让学生更容易地理解一些概念和原理,以改善教学效果。在课外,教师可以鼓励学生多读文献,还可以鼓励学生开展地质方面的小型科研活动。该课程的考核应该基于学生的平时表现和期末考试成绩,应该适当减少期末考试成绩所占比重,以鼓励学生平时积极参与教学活动,期末考试试题应能够很好地反映学生对重要概念和原理理解和掌握的情况。
【参考文献】
[1]舒良树,解国爱,王博,等. 新形势下普通地质学教学内容和课程体系建设的思考[J].高等理科教育,2012,(4):143-147.
主管单位:中国科学技术协会
主办单位:中国地质学会
出版周期:双月刊
出版地址:北京市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:0371-5736
国内刊号:11-1952/P
邮发代号:2-382
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1936
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
中科双效期刊
一、降低和强化
上述问题的出现和存在与学生高考成绩居中,客观上存在着学习目标不明确,学习动力不足,稳定性差和缺乏自我调控能力等弱点有直接关系。同时也应看到,虽然学生的逻辑思维智能优势不突出,但是明显具有应用性人才的智能优势———思想活跃、参与热情高,表现欲望明显、社会活动能力强。显然,如何注重学生多元智能的开发,使课程更适合开发同学们的优势智能,调动同学们的学习积极性,使其主动参与学习,从而成为学习的主体等重要且基本的问题急待解决。一般来说,学术型、科研型和工程型人才由普通高等教育来培养,而技术型、技能型人才则由职业教育来造就。其中的技术型、高级技能型人才一般由高等职业教育来培养。因此,高等职业教育在类型上属于技术应用型教育,而不是学科型、工程型教育。从这个意义上讲,高职旅游管理专业(地学导游方向)开设《地质学基础》课程的目的很明确,就是培养学生阐述地质景观之科学内涵(亦即特征和成因)的能力。
但上述问题的出现和存在表明:在教学目标既定的前提下本课程究竟应该包括哪些内容———实际上还是一个有待研究的问题。经过学习和探索,提出了“降低和强化”的改革思路:“降低”即根据学生基础相对比较薄弱的实际情况,适当降低对理论学习的系统性和完整性要求,以“必需和够用”为度;“强化”即基于本专业“高级应用性地学导游类人才”的培养目标,强化室内实验和野外实习等实践性教学环节,以培养学生的专业能力。上述改革思路在2004级旅游管理专业(地学导游方向)的课程标准中得到了充分体现:过深、过难的内容被删除,某些理论性极强的内容其课程目标由掌握降为理解、或由理解降为了解、或减少课时数;增加实验项目,增加某些重要实验的课时数。但在教学实施过程中发现,无论再怎么调整授课内容的多少,《地质学基础》(地质类专业开设的这门课,虽然定位为入门课,但实质上偏重于地质学的二级学科———动力地质学;而其它非地质类相关专业开设的这门课,则是地质学主要二级学科核心内容的大综合,这里指的是第二种情况)课程所依托的学科仍然是理论性的。显然,将其设置为本科非地质类相关专业如地理、环境、钻探工程、掘进工程、采矿工程、岩土工程等的专业基础课,为培养宽泛职业能力或初步研究能力奠定专业基础是可以的;但将其设置为高职旅游管理专业(地学导游方向)的专业基础课,主观上想培养学生阐述地质景观之科学内涵的能力,事实上却没有也无法直接承担培养这种特定职业能力的任务。
二、紧扣和淡化
在课程实施过程中还发现:进高职学院学习的学生首先和最关心的问题不是“我怎样才能学好这门课?”,也不是“我学好这门课对我素质和能力的提高有没有用?”而是“我学好这门课对我毕业时的就业和工作有没有用?”。换句话说,他们的学习困难在很大程度上并不是因为其能力水平不足以支持课程的学习,而是因为他们普遍缺乏强烈的学习动机以及主动探索反思的学习习惯———学习兴趣不浓厚,积极性不高。上第一节课之前,学生翻开《地质学基础》教科书,从第一页飞快地翻到最后一页,结果发现连“旅游”二字都极少出现,顿生“学了究竟有何用?”等诸多疑惑———由此而引发“紧扣和淡化”的改革举措:紧密结合旅游专业,淡化学科界限。遂在课程名称上,去掉学科色彩过于浓厚的“学”字,加上专业属性鲜明的“旅游”二字,定为《旅游地质》。上述改革思路在2005级旅游管理专业(地学导游方向)的课程标准中得到了充分体现:改革绪论课实施模式以激发学生的学习兴趣,删除某些与本专业关系不大的章节,每个重要知识点都与旅游结合起来。
现在的大部分教科书和《绪论》课实施模式是典型的“学科”模式,即讲述这门学科的研究对象,研究内容,研究方法,与其它学科的关系,学科的历史、现状和未来,最多再加一点学习这门课程的意义。其实,这并不符合《教育心理学》的基本原理:学生对这门学科一无所知,特别是像《地质学基础》这种跨专业的课程,刚开始就给学生讲这些内容,学生怎么可能听得懂,又怎么可能感兴趣?遂摒弃了这种“学科”模式,代之以“课程”模式,即讲三个问题,一是为什么学?二是学什么?三是怎样学?而且着重讲第一个问题,第二、第三个问题则简明扼要地一笔带过。结果,《绪论》课讲完后,学生反映较好———大部分同学听得绕有兴致,在很大程度上激发了学生的学习兴趣和积极性。但在课程实施过程中也同时发现:将《地质学基础》与旅游真正结合起来,谈何容易!地质学的理论体系和研究问题的基本思路已相当成熟,要结合只能通过举例来结合,但举的有关旅游的例子终就是为了将理论讲透彻以帮助学生更好地理解理论本身,因为也可以举矿床、地下水、土木工程、环境、灾害、农业等方面的例子,这正是理论+实例的、被证明是行之有效的、以理论性学科为依托的课程实施模式。学生通过听课和阅读教科书后获得的主要是一种观察、分析地质现象的一般思路,而不是特定职业能力———地学导游能力所必需的那种观察、分析和讲解地质景观科学内涵的一般思路。而这也只是针对那些刻苦努力、基础又相对较好的学生而言,一般的学生获得的仅是为了应付考试而不得不记的一些零散知识点而已———从期末考试的卷面上可明显看出来:能考90分以上的学生基本属于第一种类型,大部分学生特别是考分在80分以下的学生基本属于后一种类型。#p#分页标题#e#
三、校本式开发
仅仅“降低和强化”不行,在此基础上“紧扣和淡化”也不够———唯一的出路只有在本科课程标准和教材、与旅游结合起来、学生基础相对比较薄弱这三者之间找到一个合适的“平衡点”———有意识地去开发一种既合高职生“胃口”,又基本能够被消化并可以从中汲取特定职业能力所需“营养”的新产品———《旅游地质》(而不仅仅是名称上的改变!)。在2006级旅游管理专业(地学导游方向)的课程建设中进行了这方面的初步尝试。
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.07.024
Abstract Geology is rich in philosophy because of itself characteristic. The philosophical thinking should received attention and be infiltrated in geology education. The article introduced philosophical thinking in geology and its instructive effect on geology education. Take structure geology, mathematical geology, sedimentary petrology, clastic rock diagenesis and petroleum geology for example, the philosophical thinking in these courses are analyzed. And the necessity and teaching value of infiltration of philosophical thinking within geology education is discussed.
Key words Geology; Philosophical thinking; education
哲学是人类对客观世界及其自身精神生活的反思,是系统化、理论化、科学化的世界观,是人们认识世界和改造世界的工具,“哲学的目的在于用思维和概念去把握真理”。①随着我国大学教育改革的不断深化,探索哲学与地质学的教育切合点,通过哲学理论来指导地质学教育,提高地质学教育水平;通过地质学教育来传达哲学理论,培养大学生哲学思维,已成为地质学教育工作者们的一个改革方向。
地质学是一个实用科学,它是以人类社会赖以生存和发展的地球及其环境为基本研究对象,是支撑社会发展的关键学科之一。②与其他学科研究相比,地质学研究的广博与漫长是其他学科无法比拟的,主要表现在以下五个方面:(1)地质学研究尺度从小到原子、分子以及聚核裂变,大到宇宙天体的运行,都囊括其中;(2)地质学研究时间跨度大到涉及地球形成和演化近46亿年,而如此漫长的过程又绝非现今能够人为再现的;(3)地质学研究内容包罗万象,涉及地表和地下,涉及有机和无机,涉及有建造的和有改造的,涉及有生命的和无生命的,等等;(4)地质学研究的作用类型遍及物理的,化学的以及生物的;(5)地质学研究方法与手段几乎涵盖了目前人类社会已有的全部发明创造,而且也随着人类科学技术手段的进步而与时俱进。
鉴于此,地质学研究决定了地质工作者的具体研究是盲人摸象、难窥全貌,因此基于系统化、理论化、科学化为一体的哲学思维可以帮助地质工作者更好地透过现象看本质,探索地球科学的一般规律。同时也需要传承地质学前辈们流传下来的地学思维,如李四光、陈国达、张伯声等著名地质学家都是将哲学原理渗入到地质学研究中的典范,在他们的引领下,我国地质学研究得到了极大的推动与发展,逐渐形成了多点开花、多点争鸣的学术氛围。因为地质学研究的特点,也决定了地球科学体系中蕴含了丰富的哲学。
(1)构造地质学,一门以地球系统的物质运动为基本研究内容的特殊学科。哲学的发展观构建了这门地质学一级学科的理论体系并引导了其发展。例如从上个世纪六十年代以来直至今日一直处于主导地位的板块构造说,就是以地质作用动力来源为研究切入点,运用地质运动观来动态研究而提出的,打破了以往静态的大地构造学说。但是,随着科技的不断发展,人类观察自然界的本领越来越强,人类已知的地壳构造活动属性存在着由客观事物矛盾的两个方面,构造应力的作用方式既有挤压,也有拉伸,其作用产物既有压性扭曲,也有张性扭曲,地壳的活动既有抬升,也有下降,即始终存在着一种相对稳定与相对活动的对立统一。随着研究的逐步深入,早期所认知的一成不变的稳定论学说,以及那种极端的活动论学说,都逐渐背离了客观的实际,必将有更为前沿的构造学说取而代之。正如前文所说的,地质学研究范围极其庞杂,要想脱离哲学抽象思维而在纷繁复杂的地质现象背后探讨其基本规律,只会寸步难行,任何一个有关全球地质构造的基本理论或者学说都要经得起哲学思维的推敲。
(2)数学地质学,三门看起来截然不同的学科(地质学与数学、计算机),偏偏相结合成为一门边缘学科。通过建立数学模型查明地质运动的数量规律性,以求从量的方面研究和解决地质科学问题。例如,地质学的研究对象,是一个多变量的问题,因此针对地质变量参数的进行分类时,可抽提研究对象相对定量参数,建立基于聚类分析或判别分析的多维数学模型,并在此基础上进行模型的优选,使其更适应现今的地质学研究层次。而当面对大量的定性的描述性的地质资料,可将其改写为类似于计算机语句的变量(如0和1),针对各种0和1的定量数据建立多重变量的多元模型,以解决地质体分布预测和油气有利区带预测等各类不确定性难题。数学地质的出现彻底摘到了地质学长久以来被标注为“大概的准科学”头衔,建立从定性描述阶段向着定量表征的新途径,一方面为地质学的研究带来新的发展方向,也让地质学的研究能够尽早适应现今的大数据时代。
(3)沉积岩石学,一门研究沉积岩(物)的岩石学。常规的研究方法有两个,一个是在野外从宏观的角度,鉴定沉积岩(物)的岩性,描述原生岩层产状和厚度,确定岩层之间的接触关系及其成因标志,查明沉积岩体在时间和空间上的分布和演化特点;另一个是在室内从微观的角度,研究沉积岩(物)的结构成份、显微构造特征、化学特征,分析岩石的形成作用、分布规律及其演化过程。③野外的宏观性研究是室内的微观性研究的基础,室内的微观性研究室野外的宏观性研究的继续,两者要密切结合起来。例如,对一个地区进行物源分析,不仅要从宏观角度判断古陆或侵蚀区的存在,查明古陆地形起伏特征与古河流体系的恢复,还要利用砾岩的成分、重矿物组合及分布、物源综合分析等微观角度确定物源区母的岩性质。
(4)碎屑岩成岩作用,一门研究从碎屑沉积物沉积后转变为沉积岩直至变质作用以前或因构造运动重新抬升到地表遭受风化以前所发生的一切变化过程及其结果的课程。④从哲学的角度来看,就是松散沉积物通过剥蚀、风化、沉积等量变转为坚硬的岩石,最终发生了本质的变化。反之,当坚硬的沉积岩被不断地风化、侵蚀也会转化为无数松散的碎屑,这正是从质变到量变的转化。
(5)石油地质学,一门研究石油和天然气在地壳中生成、运移和聚集规律的学科。⑤由于研究的对象都是地质流体,所以在沉积盆地中,当石油和天然气生成以后,必然会通过在输导层中进行运移,最终充注进入到有利的圈闭中,聚集储存下来形成油气藏。从哲学的角度来分析,就是从局部的运动状态转化为整体的静止状态的过程。然而地球的地质构造并非是一成不变的,当原本有利的圈闭环境发生了改变,已经聚集的石油和天然气必然会开始新的运移历程,这样原本相对静止的成藏系统又转变为局部的运移状态。所以当我们研究石油地质学的时候,必须时刻用在哲学的运动观,从温、压等动力的角度研究油气的成烃和成藏过程,将油气生成―运移―聚集作为一个统一的整体,来分析和解决油气系统问题。
地质学教育工作者在教学中渗透哲学教育,可以培养学生的哲学思维,帮助他们在众多杂乱无章的信息中,发现主要矛盾,理清头绪,归纳问题,化繁为简,最后达到大道至简。同时也提高了教师自身的哲学思维。在教育生涯中,我们也会看到现实生活中的另外一面:我们共同生活的大千世界,的确有点鱼龙混杂,雅俗共存,无穷无尽的原则和规律在发生作用,当自己辛辛苦苦地提供的正面教育会被学生的家长所否定,被混浊的社会氛围所吞没;当看到一些努力学习、踏踏实实,品学端正的学生考试成绩未必优秀,而某些“品学兼优”的学生毕业后也未必能为社会做出有益的贡献。当看到有的学生在教师、家长百般呵护和精心培养下长大后,个人天资优异,学习很好但并不思报效社会,只是想利用自己的智能,在自我中心的城防中贪得无厌,巧取豪夺时,我们有惑何尝不会进行深度反思,探求这些纷繁复杂的教育现象之中的哲理呢?为了教书育人,为了从大到小、从内到外、从自然到社会都有一个充满着正义、真理、善良和友谊的和谐育人环境,为了促使人类社会健康地发展,教学工作者必须自己先要深入学习哲学,通过哲学的滋养和熏陶,树立辩证的思维方式,提高全面客观的观察现象和思考问题的能力。当哲学思维得到了提高,我们的心灵将留有一块自留地,多一分自我反思、少一分自以为是,多一分察古知今、少一分重蹈覆辙,让我们的理想、信仰、理性等非物质的东西与日趋发展的科技与时俱进,达到精神上和物质上协调发展;我们的日常教育、教学或管理工作将保持满腔的热情和清醒的头脑,多一点上下求索、少一点固步自封,多一点融会贯通、少一点生吞活剥,饱尝“罗天下英才施教之,其乐无穷”的教学相长的喜悦。
哲学思维也许并不会帮助我们解决非常具体的问题,但会帮助我们扩大视野,增加热情,更深入地认识和睿智地解决现实与理想的矛盾,开创更加美好的明天。
注释
① 贺麟.黑格尔哲学史讲演录.王太庆,译.北京:商务印书馆,第1卷,1957:24.
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)44-0050-03
《天然气地质学》课程是主要阐述天然气的成因、运移、聚集、散失与分布规律的学科。传统的《石油地质学》作为石油地质专业学生的专业必修课,对油气的生、储、盖、圈、运、保与分布规律进行了较为系统地阐述,但重点阐述的对象以石油为主,天然气为辅。通过本科阶段的学习,学生对石油成因、运聚、散失与分布规律的了解远大于天然气,而天然气在今后的油气资源中所占比例会越来越高,除常规天然气聚集外,各种非常规天然气如页岩气、煤层气、致密砂岩气等使得天然气的勘探领域更为广阔,相对于液态石油在地质特征与分布规律方面有很多独特之处。研究生阶段是专业知识全面提升的重要阶段,在石油地质学学习的基础上,加强天然气地质学的学习非常必要。随着全球一体化和科学理论、技术的快速更新,我国油气行业迫切需要具有广泛专业知识的复合型人才,新时期的高等教育,更应顺应时代可持续发展的大趋势,不断更新教育观念、教学内容和教学方法。引入国内外天然气勘探经典案例,将教学与天然气勘探实践紧密结合,实行以教师为主导、以学生为主体的启发引导式、研讨式教学,弥补学生在天然气勘探知识方面的不足。教学内容的丰富生动与否,是否具有前沿性和创新性,是否让学生产生主动学习的热情和兴趣都主要源于教师的科研实践、知识积累和良好的教学方法。因此,要充分发挥科研对教学的促进作用,注重及时以最新科研成果、大量的天然气勘探实例丰富、更新教学内容。为了达到提高教学质量、培养学生创新意识的目的,应主要从教学内容、教学多媒体、讲授方式和习题等四个方面进行教学改革尝试。
一、课程重要性
《天然气地质学》是针对地质资源与地质工程专业硕士研究生开设的选修课。该专业的研究生基础有一定差异,有的在本科阶段已经系统地学习了《石油地质学》等油气地质领域的课程,有的为非本专业本科毕业生,对石油地质学有所了解,但未系统学习,而石油地质学讲述的地质学主要是针对石油的,天然气作为社会发展越来越重要的能源,其形成、运移、聚集和分布等地质学特征与石油相比有明显的特殊性。《天然气地质学》主要针对天然气的形成、运聚与分布规律等内容,是对传统石油地质学的重要补充。通过该课程的学习,使得学生在石油地质学基础上,对天然气藏的形成和分布规律有更深入的认识,积累了天然气勘探的基础理论知识,为将来走上天然气勘探工作打下坚实基础。
二、课程现状分析
本科阶段有关天然气的知识积累主要都是以《石油地质学》为基础的,而石油地质学主要阐述的是液态石油的形成、运移、聚集、分布规律等,天然气主要作为辅助参杂其中进行讲述。这就使得学生通过石油地质学的学习,对石油的地质学特征有了较深入的了解,而对天然气地质学的认识欠缺。已有的天然气地质学主要是按照石油地质学的体系针对天然气进行讲述的,对天然气的特殊性阐述不够。教学大纲内容难以反映天然气地质学特色。随着油气勘探的不断发展,致密砂岩气、页岩气、煤层气、天然气水合物等天然气的存在形式与常规的圈闭中聚集的天然气在运移、聚集特征和分布规律上有很大不同,这些特殊聚集形式的天然气应作为天然气地质学的重要内容进行补充。在教学方式上主要采用的还是老师讲、学生听的教学模式,师生互动环节少,这在一定程度上降低了学生的学习兴趣和学习效率。另外,由于多媒体技术的发展,课堂讲授方式主要都采用多媒体讲授,板书很少或没有,这也是目前教育普遍存在的现象。就教学内容来说,多媒体信息量确实大大增加了,但由于缺乏板书,多媒体展示时间有限,学生的笔记记录无法跟上,对讲述的内容就会理解不透,达不到理想的教学效果。以往天然气各部分学习结束后,布置的作业或问题主要都以概念、论述、分析题为主,缺乏实例研讨与研究型的习题,这对学生主动思考、分析问题能力的培养远远不够。
三、课程改革思路
1.增加实例与研讨式教学内容,完善教学大纲。以往的《天然气地质学》教学大纲已充分涵盖了整个天然气地质学教学的主要内容,有很好的逻辑性和系统性,理论体系完整。但整个教学过程以教师的理论阐述为主,学生以听为主。对目前的一些勘探热点和问题缺乏师生交流和互动,学习的主体被动地接受相关知识,对基础理论的理解难以深入,不利于对天然气实际地质问题的分析和解决。在教学内容的设置上,应在充分考虑天然气地质学涉及的专业领域基础上,针对研究性教学的要求和天然气地质学主要通过各种技术方法及其应用来解决各种天然气勘探地质问题的实际,制定详细的研究性授课计划,以弥补教学大纲内容的不足。除了一般的讲授内容外,应充分利用已有的科研成果,增加与所讲内容有关的实例和研讨式教学内容,着力培养研究生同学分析、讨论和解决问题的能力。着重通过油气地质勘探实例的精细讲解和学生的课堂互动分析进行相关的教学内容讲授,真正让学生能够利用已经积累的专业基础知识和合理的逻辑思维,理解各种勘探方法和原理及其应用,从而增加学生应用理论与各种方法解决实际天然气勘探地质问题的能力。
2.加强板书,合理运用多媒体课件以提高教学效果。形式美观的多媒体能够从视觉上吸引学生的注意力和学习兴趣,但多媒体展示往往时间有限,有的一闪即过。在教学过程中应增加板书,对关键内容必须配以适当的板书作为辅助,给学生足够的思考、接受理解的时间,以增强学习效果。《天然气地质学》涉及的教学内容广泛,各种天然气田及其地质、有机地化特征实例极为丰富,但这些资料都很分散。要通过网络、书刊等各种渠道收集大量有关天然气地质学方面的资料,对这些资料进行分析、筛选、提炼和清绘,为制作系统的、内容完整的研讨式教学多媒体奠定资料基础。制作的多媒体课件要涵盖教学大纲要求的各项基本教学内容。每一部分多媒体中都要安排用于进行课堂研讨的教学内容。每一部分多媒体的最后都要安排与该部分教学内容有关的概念和课后用于复习教学内容的相关问题。多媒体应具有文字精练、图件美观、内容丰富和生动的特点,应把多媒体作为板书内容的进一步阐释。
3.采用启发式和互动式教学方式,培养学生学习兴趣。传统的教学方法是老师讲、学生听的模式,教师占主动地位,学生处于被动接受的地位。这样的教学方式对于学生获取知识的主动性没有充分发挥,教学效果欠佳。在课程教学过程中,应积极采取启发式、互动式的教学方法,注意调动学生们课堂听讲的兴趣,增强学习的趣味性和积极性。对遇到的各种感觉理解可能会出现偏差的问题及时提问,通过个别同学的回答,引起其他学生的注意和对问题的进一步理解。对学生们理解上出现偏差的问题在课堂上及时纠正。除了采取启发式、互动式的教学,还要加强课堂研讨型教学方法的尝试,具体可以采用两种课堂研讨型教学方法。第一种研讨型教学方法,就是针对一些天然气地质应用方面的问题多采取提问的方式,课堂上分组及时让学生相互进行分析和讨论,分组讨论后,每组派代表对问题进行阐述,最后主讲老师进行互动式总结分析,以使学生们能在课堂上就基本理解遇到的各种可能的疑难问题。第二种研讨型教学方法是针对综合性天然气地质问题,专门提出研讨型课题,鼓励学生们主动上讲台面对同学们进行课堂分析、讨论,既锻炼了学生们的表达能力,又加深了对问题的理解,提高了教学效果和教学质量。在课堂讲授过程中还要注意生动活泼地讲解,针对基本概念和一些相关问题,注重将抽象的概念具体化,与具体的地质体和地质现象联系起来,通过浅显易懂的语言表述,让学生更易课堂理解和接受。
4.设置具有研讨型的习题,培养学生分析问题与创新能力。针对教学大纲内容,除了设置基本概念、填空、判断、简答题与分析题外,还应重点设置大量实例、研讨型综合问题。每完成一部分教学内容,都及时布置名词概念、思考题、分析题、实例与研讨型习题,以供学生们课后复习和进一步巩固所学内容。对于各种方法、理论主要从方法的原理、概念的本质和理论的应用方面提出问题,对于复杂的天然气地质问题主要提出研讨式课题,对于综合应用主要提出实例问题,最终汇总课堂提出的问题和课堂后的习题,形成研讨课题集、问题研究性习题集和试题集。研讨性问题主要在课堂上进行集体讨论,意见不一致时,学生们可以进行辩论。部分研讨型问题让学生们课后分析完成,充分发挥学生学习的主动性,培养学生的创新能力。
四、结论与认识
《天然气地质学》是一门理论性和综合性都较强的硕士研究生课程,针对研究生的学习特点,应从教材建设、课堂板书与教学多媒体建设、教学方法探索与改进、教学内容设置等方面开展工作,制作并不断完善和改进多媒体,补充反映现代天然气地质学思想的教学内容。积极采用讲授、提问和课堂辩论、讨论的互动教学模式,鼓励学生积极、主动地参与讨论并随时提出有关疑问和相关的科学问题,活跃课堂气氛,提高该课程的教学效果和质量,以培养合格的高质量的油气地质专业的硕士研究生。
参考文献:
[1]柳广弟,高先志,李潍莲,等.“石油地质学”精品课程建设的经验与启示[J].中国地质教育,2008,(4):109-112.
地下水即是赋存于地面以下岩石空隙中的水。地下水的功能主要包括:资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力与信息载体。地下水及赋存地下水的介质还具有一些另外的功能。水文地质学在国民经济发展中的作用是与地下水及其赋存介质的功能相联系的。
1.2水文地质学的定义
地下水这一名词有广义与狭义之分。广义的地下水是指赋存于地面以下岩土空隙中的水;包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水均属之。狭义的地下水仅指赋存于饱水带岩土空隙中的水。
水文地质学(hydrogeology)是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律,以及合理利用地下水或防治其危害的学科。它研究在与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律以及如何运用这些规律兴利除害。
1.3水文地质学研究的范畴及任务
水文地质学是研究地下水的科学,主要研究地下水的分布、运动和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源评价、开发及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。在不同环境中,地下水的埋藏、分布、运动和组成成分均不相同。查明上述各方面状况,可为科学地利用或防治地下水提供根据。水文地质学对地下水的研究,着重自然历史和地质环境的影响,同主要用水文循环和水量平衡原理研究地下水的地下水水文学关系密切,只是研究的侧重点稍有不同。
1.4水文地质学及分支
随着科学的发展和生产建设的需要,水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来,水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透,又形成了若干新领域,如环境水文地质学、地下水资源管理、同位素水文地质学等。随着生产力和科学技术的高速发展,人类对生态环境的影响到了举足轻重的地步,与环境生态有关的水文地质问题迅速增长。
水文地质学是从寻找和利用地下水源开始发展的,围绕实际应用,逐渐开展了理论研究,目前已形成了一系列分支。
1.4.1地下水动力学
地下水动力学是研究地下水的运动规律,探讨地下水量、水质和温度传输的计算方法,进行水文地质定量模拟。这是水文地质学的重要基础。
1.4.2水文地球化学
水文地球化学是水文地质学的另一个重要基础。研究各种元素在地下水中的迁移和富集规律,利用这些规律探讨地下水的形成和起源、地下水污染形成的机制和污染物在地下水中的迁移和变化、地下水与矿产形成和分布的关系,寻找金属矿床、放射性矿床、石油和天然气,研究矿水的形成和分布等。
1.4.3供水水文地质学
供水水文地质学是为了确定供水水源而寻找地下水,通过勘察,查明含水层的分布规律、埋藏条件,进行水质与水量评价。合理开发利用并保护地下水资源,按含水系统进行科学管理。
1.4.4矿床水文地质学
矿床水文地质学是研究采矿时地下水涌入矿坑的条件,预测矿坑涌水量以及其它与采矿有关的水文地质问题。
1.4.5农业水文地质学
农业水文地质学的内容主要包括两方面,一是为农田提供灌溉水源进行水文地质研究;二是为沼泽地和盐碱地的土壤改良,防治次生土壤盐碱化等问题进行水文地质论证。
1.4.6水文地热学
地热是一种新的能源,如何利用由地下热水或热蒸汽携至地表的地热能,用来取暖、温室栽培或地热发电等,以及地下热水的形成、分布规律,以及勘察与开发方法等,是水文地热学的研究内容。
1.4.7区域水文地质学
区域水文地质学是研究地下水区域性分布和形成规律,以指导进一步水文地质勘察研究,为各种目的的经济区划提供水文地质依据。
1.4.8古水文地质学
古水文地质学是研究地质历史时期地下水的形成、埋藏分布、循环和化学成分的变化等。据此,可以分析古代地下水的起源与形成机制,阐明与地下水有关的各种矿产的形成、保存与破坏条件。
地下水的形成和分布与地质环境有密切联系。水文地质学以地质学为基础,同时又与岩石学、构造地质学、地史学、地貌学、第四纪地质学、地球化学等学科关系密切。工程地质学是与水文地质学是同时相应发展起来的,因此两者有不少内容相互交叉。
地下水积极参与水文循环,一个地区水循环的强度与频率,往往决定着地下水的补给状况。因此,水文地质学与水文学、气象学、气候学有密切关系,水文学的许多方法也可应用于水文地质学。地下水运动的研究,是以水力学、流体力学理论为基础的,并应用各种数学方法和计算技术。
2 水文地质学演化历史与发展现状
2.1水文地质学发展简史
人们早在远古时代就已打井取水。中国已知最古老的水井是距今约5700年的浙江余姚河姆渡古文化遗址水井。古波斯时期在德黑兰附近修建了坎儿井,最长达26公里,最深达150米。约公元前250年,在中国四川,为采地下卤水开凿了深达百米以上的自流井。中国汉代凿龙首渠,是一种井、渠结合的取水建筑物。在利用井泉的过程中,人们也探索了地下水的来源。法国帕利西、中国徐光启和法国马略特,先后指出了井泉水来源于大气降水或河水入渗。马略特还提出了含水层与隔水层的概念。
1855年,法国水力工程师达西,进行了水通过砂的渗透试验,得出线性渗透定律,即著名的达西定律,奠定了水文地质学的基础。1863年,法国裘布依以达西定律为基础,提出计算潜水流的假设和地下水流向井的稳定流公式。1885年。英国的张伯伦确定了自流井出现的地质条件。奥地利福希海默在1885年制出了流网图并开始应用映射法。
19世纪末20世纪初,对地下水起源又提出了一些新的学说。奥地利修斯于1902年提出了初生说。美国莱恩、戈登和俄国安德鲁索夫在1908年分别提出在自然界中存在与沉积岩同时生成的沉积水。1912年,德国凯尔哈克提出地下水和泉的分类,总结了地下水的埋藏特征和排泄条件。美国迈因策尔于1928年提出了承压含水层的压缩性和弹性。他们为水文地质学的形成作出了重要贡献。
泰斯于1935年利用地下水非稳定流与热传导的相似性,得出了地下水流向水井的非稳定流公式即泰斯公式,把地下水定量计算推进到了一个新阶段。20世纪中叶,苏联奥弗琴尼科夫和美国的怀特在水文地球化学方面作出了许多贡献。到第二次世界大战结束时,在地下水的赋存、运动、补给、排泄、起源以至化学成分变化、水量评价等方面,均有了较为系统的理论和研究方法。水文地质学已经发展成为一门成熟的学科。
20世纪中叶以来,合理开发、科学管理与保护地下水资源的迫切性和有关的环境问题,越来越引起人们的重视。同时,人们对某些地下水运动过程有了新的认识。1946年起,雅可布和汉图什等论述了孔隙承压含水层的越流现象。英国博尔顿和美国的纽曼分别导出了潜水完整井非稳定流方程。
由于预测地下水运动过程的需要,促进了水文地质模拟技术的发展,20世纪30年代开展了实验室物理模拟,40年代末发展起来的电网络模拟,到50—60年代在解决水文地质问题中得到应用。
由于电子计算机技术的发展,70~80年代,地下水数学模拟成为处理复杂水文地质问题的主要手段。同时,同位素方法在确定地下水平均贮留时间,追踪地下水流动等研究中得到应用。遥感技术及数学地质方法也被引进,用以解决水文地质问题。对于地下水中污染物的运移和开采地下水引起的环境变化,引起广泛的重视。20世纪60年代以来,加拿大的托特提出了地下水流动系统理论,为水文地质学的发展开拓了新的发展前景。
2.2国外水文地质学发展现状
水文地质学是一门年轻的学科,它是基于地下水在地质单元内运移时所发生的物理和化学变化而发展起来的,水文地质学是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律,以及合理利用地下水或防治其危害的学科。水文地质学诞生于19世纪中期,在20世纪初,依据法国水文地质学理论原则(A.Hazen,C.Slichter,F.King,O.Mainzer等),美国水文地质科学家发展了实用水文地质学的应用。与此同时,德国和奥地利的水文地质学家(F.Forchheimer,A.Thiem,O.Smreker,J.Kozeny等)详细解释了水文地质,尤其是关于地下水流域和水力工程方面调查的方法。俄国人对水文地质学发展有着重大的贡献(W.Dokutchaev,A.F.Lebedev等)。水文地质学成为地质科学中一门比较完整、系统的独立学科,是在20世纪30—40年代。水文地质学已被公认为是地球科学的一个分支,是跨越于地质科学和水文学之问的一门独立科学。水文地质学在二战以后有了深入的发展,特别是在地下水动力学、水文地质编图、水文地质采矿、模型和同位素方法、水文地球化学和地下水监控这些领域。人类活动对包括地下水在内的自然环境的改造异常强烈,产生了一系列生态环境问题,当代水文地质学进入了生态环境水文地质学的新阶段。
在过去的几十年中,国际水文地质学发生了翻天覆地的变化,从专业期刊的发展中就可以看出。1963年,《地下水》(Ground Water)和《水文学杂志》(Journal of Hydrology)创刊;1965年,开始出版《水资源研究》。此后,陆续创刊的欧美主流学术期刊有:1976年,《水资源进展》(Advances in Water Resources)和《污染水文学杂志》(Joumalof Contaminant Hydrology);1986年,《水文过程》(Hydrologic Processes);1993年,《水文地质学杂志》;1995年,《水文工程学杂志》(Joumalof Hydrologic Engineering)。期刊的数目大幅增加的同时,每种期刊上论文的数量和内容也显著增加。
国际水文地质大会是公认的比较权威的世界级水文地质会议,至今已经召开了39届(2011年在泰国举行)。其中2006年10月9日在我国北京举行的第34届国际水文地质大会是继1988年在广西桂林举办的第21届国际水文地质大会之后,再次在中国举办。此次大会又恰逢国际水文地质学家协会成立50周年庆典,是国际水文地质发展史上的重要里程碑。此次会议以“地下水的现状与未来”为主题,围绕全球地下水问题与需求、中国地下水的现状与未来等开展交流与研讨,展示全球、亚洲和中国水文地质成果及新一轮国土资源大调查的水文地质工作进展。
在国际上,美国水文地质调查研究经历了100多年的发展,在该领域长期居于国际领先地位,影响和引导了国际水文地质学的发展方向。从20世纪80年代开始,美国地质调查局启动了多个项目,开始对有害物质水文过程和地质隔离技术进行深入研究。其水文地质资料有90%向普通大众公布,实现了水文地质调查成果全国共享;在法国,各种公共管理部门、盆地基金机构和地质调查部门,通过各种媒介向公众宣传有关水资源的重要情况,回答提出的特殊技术问题。目的是让大家了解各种生产活动给自然资源带来的严重影响,提高对地下水和当前共同利益的认识,解释那些按公众意愿制定的政策和收费规定。在总体研究结果基础上对地下水变化情况进行监测和计算,以有利于管理机构的决策。日本的东京湾将地下温度场应用于研究地下水循环,而这是我国学者地下水循环研究中一直忽视的一个主要因素。在欧洲,生态水文学的研究已经形成一个网络,各国之间的联系及对比研究较多。冰岛是世界上地热资源开发利用率较高的国家之一,地热发电站装机容量总计200 MWe,排名世界第8位,87%的家庭使用地热取暖。由于经济发展所处的阶段不同,国外目前研究矿山水文地质工作的比较少。
总之,目前水文地质在各个不同的领域都有发展,例如地下水文学、土壤力学、经济地质、石油采钻工程、构造地质学、地球化学、地球物理学、海洋地质学和生态学。这个领域由于以上所有领域研究人员的杰出贡献而丰富起来。目前,水文地质处于转折时期,由发现并最大程度的开发利用新资源转变为合理地管理它们,这对于人类和其它生物来说是至关重要的。
2.3国内水文地质学发展现状
我国人民早在4000年前的龙山文化时期就已经凿井开发利用地下水了,但直到建国前,从事水文地质工作的人员极少,几乎没有设备,只零星地进行一些地下水调查工作。直到建国后,水文地质事业才得到了较大发展。
我国水文地质事业的发展经历了坎坷曲折的道路。20世纪50年代,是我国水文地质事业创建、发展的重要年代,而后的“”,曾使正处在兴旺发达的水文地质工程地质事业受到挫折。60年代前期,经过重新调整,水文地质工程地质战线再次出现大好形势。可1966年开始的10年动乱再次使水文地质工作受到了损害,到70年代前期,水文地质工程地质工作逐步有了好转,并组建了基建工程兵水文地质部队,加强了水文地质普查工作。直到1978年12月党的以后,水文地质工程地质事业才走向了健康发展的道路,进入了振兴开拓的新时期。
解放前,在水文地质方面,地质人员最先介入的是城市供水水文地质勘查。上海、北京、天津等大城市由于需要开凿深井取用地下水。地质学家谢家荣,曾在《地理杂志》第二卷第一期上发表过《钟山地质与南京井水供给的关系》一文,这是我国早期的重要水文地质文献之一。同时。西安、兰州等城市也相继完成了部分水文地质调查报告。济南、福建等地完成了泉水水文地质调查等工作。
解放后,中华人民共和国的成立,为水文地质工程地质事业开辟了广阔的前景。1956年3月,地质部召开了第一届全国水文地质工程地质协作会议。50年代的中后期,地质部已在各地区建立了23个水文地质工程地质队,职工已达11000人,包括地质、钻探、化验等各个兵种,并开始应用物探手段。在此期间基本完成了我国主要平原地区1:20万水文地质普查近100×104km2;编制了一些全国性水文地质图件;进行了30多个城市和工业基地的供水水文地质勘探;建立了40多个地下长期观测站;在近1000个矿区开展了水文地质工作,并在北京、山东、河北、福建等省市进行了矿泉水勘察。20世纪60年代前期,由于自然灾害和“”所造成的后果,使我国国民经济陷入严重困难境地,整个地质工作的发展,也同样受到严重影响。地质部门专业队伍经过调整,重新组建了个直属大队,分别承担北京市城市建设、上海地面沉降、长江三峡、湖北丹江口、黄河治理、西南铁路及岩溶研究等方面的任务。但1966年编制出版了黄淮海平原和松辽平原的水文地质图系,是我国第一批正式出版的跨省图系,在编图技术和编图方法等方面,都有所创新。20世纪70年代,我国水文地质在地热、农业水文地质等方面都取得了较大进展。70年代后期,在一些重要城市开展了环境水文地质工作。各省广泛开展区域地下水资源的评价,比较普遍地应用了电子计算机,并推广数值法建立数学模型。工程地质向定量评价方向发展,逐步采用先进的测试技术,在岩、土体特性,区域稳定性的岩体力学研究等方面,初步形成了自己的理论体系和技术系统。物探、遥感及同位素技术在水文地质工程地质工作中得到了初步应用,取得了较好的效果。同期举办了若干次全国性的水文地质工作会议,且国际交流日益增多。
1978年,党的胜利召开,从此我国的水文地质事业发展迈入了一个崭新的时期。至1996年,我国以1/20万为主的区域水文地质普查工作全面完成。据不完全统计,从1978年以来,中国地质学会、中国建筑学会、中国水利学会、中国地理学会等部门,先后组织召开了“地下水资源概念和评价方法”、“全国地下水资源评价学术会议”、“西北干旱地区地下水资源学术讨论会”、“全国水文专业会议”等会议。重点讨论了地下水资源的概念、分类、评价方法、开发利用及其它水文地质问题,并出版了相应的学术会议论文集。基岩山区裂隙水与岩溶水的开发利用,也日益受到重视。在全国性的岩溶水和裂隙水学术会议上,着重讨论了岩溶地区岩溶发育规律,岩溶水和裂隙水的运移机制及其评价方法。在环境地质方面,召开了全国性的环境水文地质经验交流会、水文地球化学学术讨论会、地质灾害研究与防治学术讨论会等。探讨了我国不同地区地下水污染现状、评价方法,地质灾害的成因、特征及防治措施,出版了相应的学术会议论文集。此外,还召开了地下水人工补给、地面沉降学术研讨会。所有这些不仅反映了我国水文地质研究的新方向,同时也可看出水文地质研究已进入一个新的发展阶段。
2.4福建省水文地质学发展现状
福建省的水文地质基础调查资料虽然较全面,但局限于当时的技术方法和条件,调查深度及广度有限,而且随着国民经济与社会发展及人类经济工程活动的不断加强,水文地质条件已发生了较大的变化,新的情况未能及时查清。
环境地质调查资料相当欠缺。环境地质调查评价工作,滞后于国民经济建设和社会发展的需要。如在生态环境保护、城市规划、土地综合利用、土壤改良、地质环境的合理开发利用、地质灾害防治等方面,有的已开展工作、但还很不全面,有的则刚刚起步。
水文地质环境地质调查的技术与思路,基本上仍依托传统思路和技术为主,在跨学科聚集、综合和开发研究,在应用高新技术于调查上,同先进省区相比,存在一些差距。如以往水文地质工作重点放在地下水资源较丰富的地区,以找到多少地下水资源储量为荣,而忽视了贫水地区水文地质调查工作的重要性。
水文地质环境地质调查成果的信息化、网络化、社会化程度低,不能满足政府和社会性公益成果的实用性、时效性需求,改变成果表达形式,改革服务方式并提供社会化服务已是一个重要问题。
3 福建省水文地质学为国民经济发展服务的内容及主要成果
3.1背景材料
3.1.1上世纪60年代及以前完成的全省性水文地质方面的工作主要成果
(1)提交1/20万区域性地质—水文地质综合测量中间报告及普查报告和农田供水水文地质勘察中间报告;
(2)各地市城镇供水、水文地质地质勘查报告(上世纪60年代及以前具体项目的工作):1960年1月,福建省地质局水文地质工程地质队童永福、程登科《福建省永安宁洋旧城幅综合水文地质测量普查报告书》等10余份城市水文地质测量普查报告。
3.1.2上世纪70年代
(1)1970年~1979年提交《福建省沿海地区1/20万水文地质工程地质调查报告》等;
(2)提交完成了1/20万福州、福安、三沙、浮鹰岛、福清幅、泉州幅、南日岛、厦门、漳州、东山等区域水文地质普查报告;
(3)各地市城镇供水、水文地质地质勘查报告(上世纪70年代具体项目的工作):1974年1月,福建省地质局水文工程地质队《漳州幅、东山幅1/20万区域地质报告:地貌、第四系地质、水文地质部分》等10余份城市1/20万区域地质报告(包括水文地质调查部分)。
3.1.3上世纪80年代
(1)1980年一1989年,完成1/50万福建省水文地质图、福建省1/50万农业水文地质区划图说明书岛屿水文地质调查项目;
(2)分别完成了福建省多幅1/20万和1/5万区域水文地质工程地质调查报告;
(3)各地市城镇供水、水文地质地质勘查报告:1980年10月,福建省水文工程地质队童永福《福建省水文地质图1/50万》;1980年8月,江西省地质局水文地质大队万益民、邓健如、赵维良等《广昌幅G-50-9 1/20万区域水文地质普查报告》;福建省水文地质工程地质队完成《连城盆地水文地质勘探报告》;福建省第一水文队完成《漳州盆地水文地质勘探报告》;1985年9月,福建省第二水文工程地质队福州综合地质组李文曲、黄宏沣、赵钦铭等完成《福建省福州市福州盆地水文地质勘探报告》等20余份1/20万区域水文地质普查报告,尚有单点供水简报672份。
3.1.4上世纪90年代
(1)1990年一1999年,提交了闽东、闽南沿海缺水地区供水水文地质调查报告;
(2)提交1/2.5万同安县新店埔园—刘五店规划区水文地质工程地质调查报告;
(3)各地市城镇供水、水文地质地质勘查报告:1990年8月,福建省厦门水文地质工程地质公司林恢亮、陈强、郑英才等《福建省同安县新店埔园—刘五店规划区水文地质工程地质调查报告1/2.5万》等近30份水文地质调查报告,尚有单点供水简报495份。
3.1.5 2000年以来地市城镇供水、水文地质地质勘查
三明地区:2000年3月,闽西地质矿产开发公司林昌威、林昭丽、吴开化等《福建省大田县区域水文地质调查报告》;
龙岩地区:2000年8月,福建省水文地质工程地质勘察研究院李文祥、郑艺贞、白振炎《福建省长汀县区域水文地质调查报告》等各地区均有展开;
厦门地质工程勘察院进行厦门地下热水调查。
3.2已进行和正在进行为社会服务方面的专门水文地质工作
福建省主要对地热、矿泉水等资源进行了专项保护和为社会服务工作,并专门发文。如:闽地发[1999]85号《关于委托地(市)、县地矿主管部门对部分地热、矿泉水采矿权进行审批、发证的通知》等。
3.2.1福建省矿泉水水源保护
至2004年统计,福建省经省或原地矿部全国储委评审鉴定和储量审批的饮用天然矿泉水水源地勘探报告235处,批准允许开采资源量(B级或C级)28990m3/d。矿泉水类型主要为偏硅酸型233处,其中偏硅酸锶复合型45处,碳酸偏硅酸型4处,到目前为止尚未发现锂、硒、溴、碘、锌等类型矿泉水。矿泉水点勘探报告211项,其中,单矿泉水点专项的勘探报告209项。
至2008年,我省现同时具有采矿许可证和注册登记证的矿泉水水源有40处,包括福州市6处、莆田市1处、泉州市7处、厦门市7处、漳州市7处、龙岩市3处、三明市4处、南平市2处、宁德市3处;仅有注册登记证的矿泉水水源7处;仅有采矿许可证的矿泉水水源6处。尚有10余处有开采未申报或正在申报等工作。
3.2.2福建省地热水资源保护
地热是一种宝贵的能源矿产,开发利用地热资源首先是从开发温泉起始的,根据志书记载,福建温泉利用已有1000多年历史,进入20世纪70年代以后,福建省开始进入有计划的勘查开发。在此之前仅对温泉点进行零星记载和研究。1971年,福建省水文地质工程地质队开展了南靖汤坑的地热勘探工作。1982年,童永福等编制1:50万福建省地热区划图时,统计各类温泉点190余处(其中包括部分20℃的)。至2000年为止,福建省已查明的地下热水分布共196处。
由于趋利原因,近些年地热工作调查和水源地的勘查有了长足的开展,但进行系统研究的极少。
已在多个领域运用地热资源,如城镇地下热水集中供热、水产养殖与研究、农业利用与研究、温泉医疗保健、地震观测等。
3.3福建省矿区水文地质调查工作
矿区水文地质工作始于上世纪50年代,主要是为矿山开采设计提供水文工程地质依据。如:1960年4月,福建省地质局第一地质大队郭树春完成《福建邵武枫林硫铁矿区水文地质初步普查报告》;1959年3月。1962年3月,福建省地质局第五地质大队五〇七分队提交了《福建省龙岩马坑铁矿地质勘探中间报告》;1971年1月~1976年3月,福建省地质一团三中队提交了《福建省龙岩马坑铁矿详细勘探报告》;1979年12月,冶金工业部冶金地质会战指挥部第五地质勘探桂世芳完成《福建省德化县阳山铁矿西矿段矿床水文地质勘探报告》等,矿山多数已经或正在进行水文地质调查工作。
3.4福建省地下水水源地工作
全省已探明C级地下水可开采资源量1万m3/d以上的水源地有:龙岩盆地岩溶水水源地、连城城郊盆地岩溶水水源地、永安市大湖—虾蛤水源地、长汀盆地岩溶水水源地、东山岛松散岩类孔隙水水源地、平潭岛松散岩类孔隙水水源地。
4 水文地质学发展趋势及预测
对于地下水的区域研究,可以扩展到整个流域或完整水文地质单元来研究。进一步研究典型生态环境区域的地下水动力学特征,如荒漠、岩溶和黄土高原区域地下水运动规律,特别是浅层地下水变化的地表生态效应及深层地下水赋存规律,可为地下水合理利用提供新的途径。并且在已积累大量实际资料基础上,做好对资料的二次开发,编制相应成果,以供生产部门应用。在我国,由于地域面积较大,生态水文学研究也必需实行区际间的配合与协作,同时也必须与国际研究相同步,谋求更大范围内的合作。我国应加强地下水的监测,掌握地下水的动态,在已有监测站网监测的基础上,逐步完善地下水监测技术、方法和新的监测网站的建设,提高全国地下水动态变化监测水平和预测能力。
地下水资源评价方面,在地表水、地下水综合考虑的原则下,按照地下水系统进行评价。
地下水动力学与计算技术方面,要加强基本理论的研究,研究建立在各种复杂条件下的水文地质模型及其相对应的数学模型,研究建立水文地质数据库及相应的储存系统,运用计算机技术进行地下水评价、预测、预报等。
对裂隙介质、岩溶介质中地下水系统数值模拟的关键技术尚未解决,地下水水质模拟的可靠性问题有待深入分析,地下水系统不同模拟方法的结合应用具有更大的价值。
对环境水文地质问题的研究、人工补给的理论和方法的研究、遥感技术、同位素技术的应用、裂隙水和岩溶水的研究以及目前所存在的城市供水不足、地面沉降、海水入浸、水质污染等各种复杂的水文地质问题都是水文地质工作者当前或将来所面临的重要研究课题。
我国矿山研究得较多,油田的水文地质问题仅是泛泛而谈,未深入讨论,还涉及一些关于隧道、高速公路等的工程地质问题;且国内对工程中的水文地质问题和水岩相互作用造成的地质灾害问题研究较少。今后要加强矿山环境问题的研究工作,水文地质专业学者要与采矿人员合作。进行多学科多方法研究;水资源与矿产资源要综合开发利用,例如把水资源作为伴生的矿产资源,建立煤水双资源矿井。在涵养、保护地下水资源方面,需要加强与生态建设相协调的应用基础研究,挖掘潜力,节约用水、探索深层承压地下水如何科学利用,有关地下水形成、运动等基础性问题的科学研究也应成为重要的战略措施。
人类活动对地下水资源的影响亦需要进一步深入探索。土壤水研究理论及检测技术尚需发展,尤其在溶质运移方面的研究欠缺很多。地热的研究基本上都属于区域现状的评价,目前基本无实际创新性成果,如地热弃水回灌技术、沉积盆地地热资源勘探技术、地热资源综合利用技术、热储工程等的研究。其它特殊类型水,如矿泉水、凝结水、微咸水、咸水、卤水等亦需进一步研究。
纵观水文地质学的发展,初期实质上是找水水文地质学,到本世纪70年代,资源成为水文地质学的主要课题,现在与环境生态有关的水文地质问题迅速增多。从某种意义上讲,环境水文地质已成为水文地质学研究的核心课题。
5 福建省水文地质学科发展中存在的问题及研究对策
5.1福建省水文地质学科发展中存在的一些问题
历史的原因,福建省在上世纪90年代后,水文地质学科的发展基本开始处于停滞状态,一方面,供水多依赖于地表水,仅局部地区是地下水为主(如福建龙岩地区),另一方面,国家投入减少,使得水文地质学科的发展研究也没有大的进展。2010年后,国家已经开始重视水文地质学科的发展。
工程引发的地下水问题。如:(1)矿山开采过程因为地下水造成矿山涌水、突水;(2)隧道掘进过程造成问题。龙厦铁路象山隧道;(3)地下水超采引起的地面沉降等。
岩溶塌陷:三明、龙岩等覆盖型岩溶区。
采空塌陷:主要发生于矿山地下开采范围大、持续历史长的区域。
地面沉降:东部沿海港湾河口平原区(福州温泉开采区)。
突发性、季节性特大雨造成地质灾害,地表水和地下水互相沟通、连成一体,水源地成为一项迫切要去解决的问题。
这些问题的出现都会造成人民生命、财产的重大损失,国家也开始进行水文地质学科与相关学科结合的发展。
5.2水文地质学的发展趋势
由主要研究天然状态下的地下水,转向更重视研究人类活动影响下的地下水;由局限于饱水带的含水层,扩展到包气带及“隔水层”;由只研究地壳表层地下水,扩展到地球深层的水。
预计今后的水文地质研究,在下列方面将有突破:裂隙水与岩溶水运动机制和计算方法;地下水中污染物和温度运移机制和计算方法;粘性土的渗透机制;包气带水盐运移机制;水文地球化学和同位素水文地质学,地下水数学模型;地球深层水文地质。
5.3福建省水文地质学科发展趋势
近年来,水文地质学科迎来了发展契机。2011年6月1日,中华人民共和国国家环境保护标准《环境影响评价技术导则地下水环境》(HJ610-2011)在全国范围内实施。导则的实施对地下水工作者是一个新的开端,特别是对于一级项目的地下水评价工作有了更高的要求,也使得社会发展环境中开始重视地下水的工作,地下水成为社会发展中环境的一个不可或缺的重要因素。福建省在这个大环境下也从2011年开始进行了多流域、地区项目的地下水评价工作。
随着人民生活水平的提高,社会开始关注和参与地热开发租研究工作。一方面,民间投资者的热情,使得原有地热资源开发利用不断提升;另一方面,当前我国正在努力实现节能减排的工作目标,发展低碳经济。福建省在地热利用、开发已有逾百年的历史,开发利用地热特别是浅层地热资源不仅对于缓解我省能源紧张的形势,对实现节能减排的工作目标将起到积极的推进作用,依靠科技进步,提高地热资源勘查开发利用水平;加强地热资源特别是浅层地热资源的规划工作,同时也能提供福建独特的旅游资源和民生资源。
5.4福建省水文地质学科发展的对策建设
地下水是水资源的组成部分,是生态与环境的重要要素,是我国经济社会发展的重要水源之一。在我省大部特别是沿海平原和海岛地区,地下水在生活饮水、农田灌溉、工业生产、城市发展和维系良好生态与环境方面发挥了重要作用。近年来,一些地区由于过量开采地下水,导致地下水水位持续下降,地下含水层被疏干,引发了地面沉降、海水入侵、土地沙化;一些地区由于废污水过量排放和面源污染的不断加剧,造成地下水水质恶化,地下水资源开发利用中存在的诸多问题已严重危及水资源的可持续利用,对经济社会可持续发展和生态安全构成威胁,加强对地下水资源的管理和保护刻不容缓。
水资源属国家所有,加强水资源的合理分配、管理和保护事关国家经济安全与公共安全。根据地下水的资源与环境属性,经济社会发展以及生态与环境保护对地下水的要求,统筹考虑水资源的合理配置和公共资源的使用和保护准则,合理划分地下水功能区,协调地下水不同使用功能之间的关系,是政府加强公共管理和社会服务的重要体现,是履行《水法》赋予水行政主管部门依法管理地下水资源职责的客观要求。
地下水赋存于地质介质中,具有运动缓慢、补给周期长、循环更新慢、自我修复能力差、地下水系统遭到破坏后难以治理和修复等特点,必须采取严格的措施加以有效保护。以水文地质单元为基础、结合区域地下水主导功能划分地下水功能区,制订开发利用和保护目标及标准,为地下水合理开发、保护、治理与管理提供科学依据,以保障供水安全、生态与环境安全和地下水资源的可持续利用。
针对福建省的上述特点和福建省现状:最好按区域性(1:50万、1:20万、1:5万)、城镇供水(如龙岩市、永安市……)、农业供水(如连城)、工矿供水(洪宽工业区、永安造纸厂……)、专题性研究(如福建省地下水污染调查……)、地下水治理(如航站楼工程降水、铁矿采空区降水)、地方病、地下热水等。将有地下水可作为供水水源地区,以及沿海半岛、岛屿缺水地区,进行多手段、全方位地下水找水的工作;同时应对地下水水源地进行划分,利于不同层级的保护;将地下水作为福建省水源地的应急水源和储备资源。
1999年,福建省地表水资源总量1215.39×108m3,多年平均值为1201×108m3。全省水资源总量1216.11×108m3,约占全国水资源总量的4.2%;人均水资源3665m3,高于全国平均水平,但其空间分配不均。缺水地区主要为沿海岛屿、半岛岬角区及红土台地区。沿海四地市人口和工业产值占全省总量的70%,而水资源只占全省水资源的36%。特别是近年开发港湾岛屿为开发区、投资区,水资源供需矛盾突出。缺水者主要为农灌用水和重点投资开发区用水。这就需要福建省应对沿海半岛、岛屿缺水地区进行多手段、全方位地下水找水的工作。
福建省地貌最大特点是平原分散,分水岭分割面积小,地下水的汇水面积普遍较小。地貌形态受构造控制,分水岭及主干河谷常以北东、北西及北北东方向为主,海岸线总体方向和主要干河呈交叉状分布。这就要求按流域进行系统性水文地质、环境污染等综合调查与研究。同时城市周边1/5万区域水文地质调查较欠缺,应尽快完善该部分的工作。
加强地热资源勘查评价,同时勘查新的地热水源区、评价不同地区地热资源开发利用的适宜性、科学统一管理全省地下热水资源、研究开发新的地热资源形式等,提供一个成熟的技术流程、坚实的科学基础和可靠的工作示范。
5.5今后工作建议
(1)开展县市范围内的主要地下水供水地域调查,以应对极端气象条件下的工程取水目标。
道桥工程建设在国民经济发展过程中发挥了重要的基础作用。工程地质学是制定控制地质作用与合理利用地质环境的一门科学,在道桥工程建设中具有非常重要的作用。随着当前人才市场的多元化需求,高职院校加强工程地质学教学研究,深化工程地质学教学改革,成为适应社会经济发展的市场化人才培养途径。
1.道桥工程专业工程地质学概述
道桥工程专业是专门培养各类掌握道桥工程基本知识理论技能,能够在公路隧道、桥梁建筑、地下工程、输水工程以及地基处理等领域中从事规划设计、施工管理和技术研究的高级工程人才的学科体系。工程地质学是研究与人类工程建筑活动有关地质问题的学科,工程地质学主要运用地质学原理或方法研究建设工程现场工地的地质岩层、土体结构性质以及水文变化空间分布规律,根据施工工程地质条件环境进行科学分析和预测可能存在的工程地质问题以及相关具有破坏性能的影响因素,并及时研究和制定合理的应对措施,控制不良地质现象的危害性。为保障工程建设的合理规划与正确设计、顺利施工及正常使用提供可靠的地质科学依据。工程地质学属于地质学研究的重要科学门类。
2.高职院校工程地质学教学现状
道桥工程专业的工程地质学是培养道桥工程技术应用型人才的教学。工程地质学作为道桥工程专业课程体系不可缺少的一门专业基础课,其教学内容和方法要不断地适应道桥工程建设的需要。工程地质学是研究和解决与工程建设有关地质问题的一门学科,是培养建设工程开发在人员必须具备的工程地质素质的系统工程,涉及到教材内容、教学方法、教学资源等各个环节,体现工程地质专业特点。当前市场经济环境条件下,高职院校的人才培养模式由文化型、学科型专门人才培养逐渐向创新能力高素质人才的培养方式进行转变。
长期以来,由于职业技术教育的职业性特点,高职院校道桥工程专业工程地质学教学呈现了教学师资力量薄弱,教学资源与教学环境缺失、教学模式手段滞后,实践与理论严重脱节的弊端和问题。教学理念的创新意识浮浅,淡化了道桥专业学生创新应用能力的培养。目前来说,由于工程地质学学科特点涉及面较为广泛,内容相对繁杂、逻辑性强,很多高职院校道桥工程专业工程地质学教学不能与时俱进,应用实践性差,不利于学生的综合能力提升。很多高职学校在工程地质学教学中,师资力量与学生基础落差大,受客观条件制约,多媒体等教学手段在很多高职院校的工程地质学教学方面得不到有效利用,导致学生的学习潜力得不到创造性发掘。当前社会经济的多元化发展推动了道桥工程的规模化发展,市场化人才教育改革理念促进了高职院校工程地质学教育教学的深化改革与创新实践。如何推动工程地质学教学改革的深入落实,成为新形势下高职院校道桥工程专业教学的重要研究方向。
3.当前深化工程地质学的教学改革措施
随着现代职业教育教学理念的逐步深化与拓展,加强高职院校工程地质学教学改革,适应工程建设人才资源时代性需求的具体措施如下:
3.1 强化工程地质学教学改革理念
教学理念的积极转变是实现当前职业教育教学改革的重要前提。相对来说,道桥工程专业工程地质学作为一门理论性、实践性都很强的学科,涉及的知识领域相当广泛,随着当前社会经济人才资源发展的多元化,道桥工程专业人才具有较强的市场化需求趋向。立足于当前教育改革理念的深化与落实,强化教学服务意识,充分认识高职院校教学改革的重要性和必要性,加强高职院校道桥工程专业工程地质学教学理念创新,是推动道桥工程专业工程地质学教学发展的关键。
3.2 优化工程地质学专业教学内容
教学内容是教学活动的重要载体。工程地质学是道桥工程与地质学相结合的一门边缘科学。针对当前高职院校工程地质学教学内容抽象繁杂、枯燥繁琐的普遍问题,应基于为社会培养高等技术应用人才的职业教育目标,注重教学内容的实用性和可操作性选择,在基础知识理论方面的教学内容上,尽量多涉及与专业相关的工程地质问题,把生活中的各类工程地质问题与理论内容密切联系起来。3.3 创新工程地质学教学模式方法
教学方法和教学模式是实现教育教学质量提高的重要手段,坚持实践创新原则,优化教学手段,采用多种形式的教学方法来吸引学生,有效发挥学生的主观能动性和创造性潜能,激发学生对于工程地质学研究的学习积极性。随着计算机信息技术的不断开发和应用,多媒体网络等现代化开放式教学手段已经被越来越多的应用到工程地质学课程中,坚持实践教学创新,开展校内实践活动,加大校外实践资源活动基地建设,结合生产实践中的工程实例资料,采用行为导向教学法等多种教学模式引导学生加强对工程现场的直观感受与观摩体验,在实践活动中获得各种工程地质构造知识,提高教学效果。
3.4 加强学生创新思维能力的培养
面对当前的知识经济时代,职业教育必须面向时展需求,职业能力培养成为当前时代人才发展的重要目标。工程地质学是研究地质学与道桥工程关系的地质学学科,学生必须具备相当敏锐和独特的地质工程思维方法和观察思考能力,提高学生创新思维素质,培养学生创新能力,成为当前高职院校工程地质教学改革的关键环节。
结束语:
总之,道桥工程专业工程地质学科教学,是当前高职院校培养土木工程综合型人才的有效途径。新形势下,坚持教育教学理论改革,深化教学方法研究,优化教学内容资源,是促进高职院校工程地质学教学可持续发展的重要策略。
参考文献:
地质学
生活在“地球”上,可以说人类与地球休戚相关。那么,地球内部啥样?为什么会发生地质灾害呢……地质学告诉我们答案。地质学是一门研究关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史等知识体系的综合性学科。作为一级学科地质学,其主要的分支二级学科有:矿物学、岩石学、矿床学、构造地质学、古生物和地层学。
地质学的研究对象是庞大的地球及地球悠远的历史,决定了这门学科具有特殊的复杂性。地质学是提高人类认识自然,增进与环境的协调和求得环境改善的科学。它是在不同学派、不同观点的争论中形成和发展起来的。地球表层的生物和人类的大量活动,都与地质条件相关。
地质学与人类的关系不仅仅在于资源的取用,还和人类生存、生活环境的诸多方面直接相关。现在,地质学已成为人类社会所普遍需要的科学。
培养目标——培养具备地质学基本理论、基本知识、基本技能和相关学科基础知识,具有较好科学素养及初步研究、教学和管理能力的高级专门人才。
主要课程——地质学、结晶矿物学、古生物学、地史学、岩石学、构造地质学、矿床学、地球物理及勘探方法、地球化学、遥感技术等。学校一般会安排很多野外地质学习或区域地质测量实习。
由于地质学的发展和社会的发展互相支持、互相依赖,因此对地质学从史学、哲学和社会学的角度进行交叉研究所取得的进展,也将孕育新的学科。
该专业毕业生可以在地质、地震、冶金、煤炭、建材、化工、水电、城建、核能、海洋科学、材料科学等有关研究单位、高等院校和生产部门从事基础理论及应用研究、教学和生产实际工作。如今,与环境相关的行业内如石油天然气开采与利用、水污染治理、国土资源评价等也提供了大量的就业机会。
国内现在有十几所大学设置了这个专业。较知名的综合性大学主要有:中国地质大学、北京大学、南京大学、浙江大学、同济大学、中山大学、吉林大学、西北大学、兰州大学等。此外,还有成都理工大学、长安大学、中国海洋大学等一些专业性院校。
专家提醒,由于人类社会和科学技术的发展,建议有志报考该专业的学生将重点集中在环境方向。
地理信息科学
2012年教育部最新本科专业将地理信息系统改名为地理信息科学。它主要培养的是具备地理信息系统与地图学基本知识、基本技能的高级专门人才。
地理信息系统是在计算机硬、软件系统地支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它的处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系,包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等,用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程,解决复杂的规划、决策和管理问题。其实,说得直白一点,这个专业就是一个地球的“会计”——搜集整理各种地球资料数据。因为要“搜集数据”,所以它与测绘学和地理学专业有密切关系。自然地理学、人文地理学、经济地理学、地图学、遥感技术、数据库技术、地理信息系统原理、地理信息系统设计与应用等就都是必修课程啦。但是,该专业学生要做好常常在室外甚至野外工作的准备。
其主干学科有地理学、地图学、计算机科学与技术,主要课程包括自然地理学、人文地理学、经济地理学、地图学、遥感技术、数据库技术、地理信息系统原理、地理信息系统设计与应用等。
近年来,此专业毕业生在国际人才市场上属于热门人选,美国劳工部更是将地球空间信息科学、纳米技术和生物技术并称为未来最有发展潜力的三大技术。毕业生可在国土管理、城市管理、规划管理、交通、农业、电力、电信、环保、国防、军事、公安等部门及有关科研单位从事信息系统的设计、开发建立、维护管理和信息处理分析工作。而拥有良好的计算机技术也使此专业毕业生有更多选择。
国内开设该专业的高校比较好的有:武汉大学、北京大学、南京师范大学、南京大学、华东师范大学、中国地质大学等。
地球物理学
你是否听过地球上的六大板块呢?汶川大地震是怎么造成的?地震怎么会有如此巨大的能量……
如果你对这些感兴趣,不妨学习一下地球物理学。它是研究广泛系列的地质现象,主要研究对象是人类生息的地球及其周围空间。具体地,是运用物理学的原理和方法,先进的电子和信息技术、地基监测和空间探测技术等手段对各种地球物理场进行观测,探索地球内部奥秘,发现地球内部的各种物理过程并揭示其规律,研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。在此基础上为优化和改善人类生存环境,为预防及减轻自然灾害,为探测和开发国民经济建设中急需的能源及资源提供新理论、新方法和新技术,也为人类的太空活动提供空间环境保证。
由于其学习内容非常广泛,地球本体、地球动力、机制、环境与灾害预报、地球大气、地磁与高空物理、近地空间环境、高层大气……甚至整个太阳系的物理现象都是它的研究对象,所以在实际学习中,还会安排一定时间的野外地质实习,因此,坚韧不拔的耐力和相当的务实精神是对想学者必不可少的要求。
[中图分类号] P621 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-8-187-2
0引言
数学家Fisher于1936年首先提出线性判别函数原理,后来地质工作者逐渐将这一方法引入到地质学领域[1]。1950年苏联学者维斯捷列乌斯首次应用判别分析方法研究了伏尔加河冲积物中重砂的矿物成分,用判别函数研究了三种重砂的矿物组合,由此将判别分析这一数学方法真正引入了地质学领域,丰富了地质研究方法。
随着研究深入和各种先进技术特别是一些交叉学科(如数学地质)的发展,判别分析在地质学领域得到了非常广泛的应用,成为地球科学领域中所起作用最大的多变量统计方法之一。一方面地质学中存在大量数学分析问题,如地层划分,岩浆来源的判断,古生物化石的判断,矿物种类的判断等;另一方面,应用判别分析方法解决这类问题一般都能取得很好的效果;再次,判别分析的数学模型比较简单,容易理解掌握。判别分析在地质学中的应用主要有如下几种:①通过判别分析对已经存在的分组的合理性进行检验;②通过判别分析将未知标本归组;③评价各变量在判别分析中作用的大小。
1技术方法分析
钠质交代岩石是一个富铁矿床的蚀变围岩。本次研究区的铁矿与晚侏罗世燕山期岩浆岩有密切关系,岩体主要侵入在中奥陶统沙塘群碳酸盐岩中。根据以往找矿工作经验,与磁铁矿形成有密切联系的蚀变矿化现象主要有两种:一种是钠长石化(简称钠化),一种是矽卡岩化。本区大小型矿床矿点,在内接触带的中性岩浆杂岩中普遍发育着钠化现象[2]。
根据区内已开展的找矿勘探工作总结发现,钻孔在钻进过程中,如在内接触带遇到钠质交代岩,则继续钻进遇矿的可能性很大。因此,研究围岩的钠质交代作用对指导本区的地质勘探工作具有重要的意义。
如有一块未知样本需判其为钠化二长岩或强烈钠化二长岩时,可将其化学分析结果中的9个氧化物含量代入式1中,即可清楚的判别其所属类别。
4结论
多元统计方法很早就被应用于地质学领域,随着统计学科的发展以及众多新兴交叉学科的建立和发展,特别是随着计算机技术的成熟和数学学科与地质学科交叉融合而形成的数学地质学科的发展,多元统计方法已被更加广泛的应用于地球科学领域。判别分析由于其自身许多优点如自身模型简单、易于理解掌握等而受到众多地质工作者的青睐。本区的富铁矿床钠质交代岩石中由于变质作用形成了多种亚类型,通过测定岩石中各种主要组分氧化物的含量以及借助SPSS软件得出的判别函数可以很好的判定未知岩样的所属类别,从而为找矿勘探提供一定的依据和指明方向。
参考文献
生态环境地质学作为一门新兴的学科,将生态学、地质学与环境科学相互结合。不仅研究用于研究自然环境自身的变化,也用于研究人类活动作用与环境周围的相关变化,从地质学的角度发现生物的多样性,将生态学扩展到一个更加广阔的领域。在研究的过程中仍旧存在部分问题,因此需要遵循事物客观发展的规律,让环境地质学更好的为社会服务。
一、生态环境地质学的发展现状
在国内专门研究生态环境学的文章其实并不常见,尤其是对于地质生态学的研究也仅仅是停留在表面上的特征判定。探索的主要内容是环境,将生物体作为研究主体,却忽视了其中的地质学部分。生物环境地质学的主要研究地质环境与人类和生存环境之间的关系,将地质学作为一个非独立的生物系统,在自然环境与社会经济环境相互影响的作用下,将其中关系密切联系在一起。对自然与人为因素的分析作出总结性的变化,合理利用地球上的水与土地以及其他的能源资源,避免地质灾害的发生而造成的经济损失。与此同时,对水与土地以及其他资源进行保护。
二、生态环境地质中存在的问题
(一)生态环境地质问题具有人为性
人力社会与自然环境彼此之间存在的关系是相互探索。环境科学与生态环境地质学等多个领域永远是人类值得不断探索与发现的新知识。生态环境地质的变化除了由自身环境演变而成的基础上,还存在人为破坏的因素,由自然因素演变而成的称之为自然生态环境地质问题,而人在其中起到了间接性的作用。为创造经济价值,人不断地勘探新的环境资源,对自然环境造成破坏。缺乏有效的管理的人类改造自然环境的行为无疑增添自然灾害发生的几率。
(二)生态环境地质问题的产生具有滞后性与不可逆性
由于生态环境地质问题具有一定的变动性,内部结构与外在因素始终处于一个不断变化的过程中。但是当人为的作用处于一个不断变化的状态时,自然的自我调节功能也会逐渐降低,则难以维持生态地质环境的相对稳定性。部分区域性的生态环境地质问题的产生就是在环境进行维持稳定的过程中,所受到的人類活动愈加频繁,这使得生态环境地质问题的产生具有一定的滞后性与不可逆性。
(三)生态环境地质问题的产生具有地质环境变化的差异性
区域性生态环境地质问题的产生有着明显的地质原因,以冰岛火山喷发为例。冰岛地表有冰雪覆盖,火山爆发导致岩浆影响区域温度升高,大面积冰雪快速融化超出河流排水能力,导致洪灾泛滥。而火山喷发所带来的大量二氧化硫和大气中水分充分作用后形成酸雨进入海洋造成海水酸碱度变化,严重影响海洋地质生态环境。再比如全球气温升高会导致青藏高原冻土面积减少或大量冰雪融化。冰雪融化为水,冰川的储水减少而使得长江、澜长江等河流上游径流量和水位在短时间大量增加,引起洪涝或泥石流灾害;冻土的减少则会使得高原覆盖的植被发生变化,植被对水分的调节作用降低会造大量成水土流失。
三、开展生态环境地质学研究的建议
(一)注重生态环境以及人类的关系
地质环境与地壳内作用的强度和质量制约着生态环境的演变,而生态环境在一定程度上又制约着地质环境。生态环境地质灾害具有普遍性的特点,例如地震、泥石流等,为了国家的稳定发展与人们的生命健康,建议决策机构在对灾害研究之前就应该做出具体的、前瞻性的战略调整。既要使得地质灾害多发地区受到较小的灾害影响,又要大力整治可能会造成地质灾害的工程。从自然和人类活动两个方面进行有效调整。
(二)加强对生态地质环境管理和调节控制
由于生态环境是处于一个不断变化的过程中,要想使其在良性的发展,就离不开科学的管理与调节。所以生态环境地质研究应该在综合分析的基础上采用动态模式化的理论方法,建立优化的模型,为生态地质环境管理提供优质的服务。尽可能地预防地质环境问题的产生,而不是在蒙受巨大损失后再进行整治。
(三)对陆地水以及土地资源退化的重视
陆地水环境的变化对淡水资源有着直接的影响,同时与国民经济、生态环境有着密切的联系,如果各种水资源都干涸就会为人们的生活和生物的多样带来严重的影响,直接结果就是淡水资源的缺乏。因此,从地质学的角度出发,重视陆地水的变化情况,对保障国民经济与生态环境稳定发展至关重要。比如监控青藏高原冰川的含量的变化就是一项重要的工程。
四、结束语
现代人类对环境的思考不再仅仅停留在曾经人类对自然的征服欲望。生态环境地质学研究者更应该是去了解生态地质环境的变化规律,然后做出合适的预判,并更好地去适应,且利用科学原理管理人类自己的行为,以防损害自然环境进而危害人类社会。了解生态环境地质的变化规律和人类会对自然环境造成的影响,合理调整和管理人类自身的行为是这门科学的意义。