MATLAB软件在位场勘探教学中的应用研究耿美霞摘要：本文在分析位场勘探教学和MATLAB程序设计各自特点的基础上，探讨了位场勘探教学与MATLAB软件结合的三个方面，旨在提高课程教学质量，培养学生实践技能与探索能力。关键词：应用地球物理学；MATLAB；教学改革：G642.0文献标志码：A：1674-9324（2018）52-0163-02一、引言地球物理学作为地球科学的主要学科之一，是利用多种物理学原理（如：地震弹性波、重力、地磁、地电、地热和放射能等方法）研究地球以及地球内部矿藏资源的一门综合性学科。地球物理学有诸多研究分支，其中位场勘探是通过在地球表面（以及内部）重磁场的测量，利用正、反演方法来研究地下介质，特别是地壳和上地幔的结构和构造状态。位场勘探研究在国民经济、资源、环境、灾害等方面发挥着重要作用。位场勘探课程包括重磁场的基础理论、重磁测量方法和位场数据应用，主要目的是使学生系统地掌握地球重力场和磁场的基础理论知识、重磁数据的测量方法、重磁数据整理、分析与解释，并为进一步研究地球位场及相关地球科学问题打下基础。对地球探测与信息技术专业的学生，教学内容在兼顾方法的基本理论和实用性同时，更加侧重实用性和实验性部分。因此需要将数学知识、物理原理与地质学知识相结合，通过对不同地质现象的正演，能够使学生更加熟悉位场异常分布与地质现象的关系，并为后续重磁数据反演与解释打下基础。本文提出将MATLAB软件融入位场勘探教学中，一方面使学生对重磁数据正反演和处理流程有一个清晰的认识，培养学生掌握专业理论知识；另一方面激发学生的探索兴趣，提高学生自主编程能力，培养学生实践技能。之前，汪勇讨论MATLAB程序设计在地震勘探教学中的应用[2]，童孝忠分析了MATLAB在应用地球物理学中的应用[3]，李建慧应提出了应用地球物理学专业加强MATLAB程序设计的一些思考与建议[4]。二、MATLAB软件MATLAB是美国MathWorks公司推出的一套高性能的数值计算和可视化的科学工程计算软件[1]。它编程实现简单、便捷，支持解释型语言输入，并具有便捷的与其他语言接口的功能。目前，数值计算中经常使用的常规算法如插值、拟合、矩阵特征值计算、数值积分、微分、求解方程组等在MATLAB中都有函数供直接调用。复杂算法如遗传算法、粒子群算法、蚁群算法、神经网络、小波分析等也有相应的工具箱供直接调用。此外，MATLABGUI为用户提供了强大的图形显示工具以及图形用户界面开发环境，用户可以在计算过程中，把计算的结果以图的形式直观地显示出来。目前，MATLAB已经被广泛应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域[1]。与传统的C语言、FORTRAN语言相比，MATLAB编写数学公式的运算逻辑更强、更加灵活，对学生来说更容易快速掌握与应用。位场勘探课程涉及正反演计算及异常成图的问题。笔者认为，为了使学生深刻掌握物性参数、计算公式、重磁异常分布三者之间的关系，将MATLAB软件引入位场勘探课程是非常有必要的。三、MATLAB软件与位场勘探课程的结合点根据位场勘探课程和MATLAB软件的特点，笔者认为在本科阶段MATLAB软件可在位场勘探教学以下三个方面发挥重要作用，提高教学质量。1.位场正演理论和公式的图形化。重磁异常是地下密度（磁性）不均匀体所引起的，重磁资料的反演与解释就是根据测量获得的重磁异常来推断地下物性不均匀体的物性参数和几何参数[5]。为了学生能够快速掌握物性异常体与重磁异常分布的关系，首先使用MATLAB对简单规则形体进行正演。选用简单规则形体研究异常分布情况并不失去其一般性，在实际工作中，一些常见的研究对象，如矿巢、矿囊、岩株、穹窿构造、某些溶洞、废弃的古矿洞等其形态接近于等轴状[6]。正演时可近似当作球体来计算它们的重磁力异常。此外，学生可以通过改变异常体物性参数、大小和埋深来研究相应异常变化，从而建立物性异常体与重磁异常分布的定性关系。位场数据反演与解释面临着严重的多解性问题。产生多解性的根本原因是位场的等效源原理，即不同的场源分布可以产生相同的外部场。通过球体重磁异常的交互性正演，学生可以直观地看到等效源原理的影响，为后续...