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为实现资源型城市转型探索地球物理学科体系构建及发展
摘要：自然资源的开采量是社会经济发展的基石，经济的发展随着资源的枯竭也将受到影响。大学教育的任务是实现知识与科技的创新、人力资本的培养和积累，也是资源型城市转型发展的指望。在资源勘查和开采过程中地球物理学科起到了重要的作用，其涉及自然灾害预测、农业产量评估、复杂地质条件下大型岩体工程稳定性分析及地质灾害安全预测等方面；学科的发展方向以及侧重点应该随着这一社会需求发生变革。
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资源型城市普遍都经历了“先企业、后城市”的成长过程，这类城市呈现出“一企独大”、“环境污染严重”、“生态失衡”、“基础设施滞后”、“转型压力大”等问题。国内外的实践表明，资源型城市如果不转型，必然会衰败。如苏联巴库在累计生产了12亿t石油后“油尽灯枯”；昆明市东川区因铜矿资源枯竭，成为我国第一个“矿竭城衰”的城市[1]。
国际上有些城市成功转型，诸如美国的钢铁基地匹兹堡通过实施重大的建筑和改建计划而得以经济复苏；德国的钢铁和煤炭工业城市鲁尔区通过建立技术园和发展服务业改变了经济格局；日本的煤炭城市北九州以引入高新科技产业，尤其是机器人生产与研发而成为日本最重要的高新技术产业区[2-4]。总结他们的经验可以看到，促进资源型城市的转型需要依靠高新技术，依靠人力资源开发，需要研究对资源的综合利用，需要发展对资源依赖不强的第三产业。大学教育是人才提供和技术支持的平台，能够为资源型城市转型提供动力，具体表现在3个方面[5]：（1）建立适合的人才培养方向，并在课程设置、师资队伍建设和实验室建设等方面给出具体实施措施；（2）依据较强的科研实力，开发研究资源综合利用的手段和方法；（3）建立服务于社会的知识培训体系，加快下岗失业劳动力的知识和能力转型。
目前，地球物理学科相关技术已广泛应用于资源勘查、防灾减害、生态保护、城市建设和农业生产等方面[6-7]。尤其是针对黑龙江这样的经济飞速发展的资源大省[8]，对地球物理学知识的需求日益增长。如大庆地下油气管线的无损检测，三江农业的遥感技术，松花江水流域生态及污染监测，哈尔滨及其他重要地区天然地震预防等工作。因此，地球物理学科应当肩负起为资源型城市转型提供新技术成果，新型人才和新知识体系的重任。
1、资源型经济对地球物理学科科技创新的要求
资源型经济通常以自然资源的开采和初加工为主导或支柱产业，其经济增长方式、产业结构、资源利用模式已基本定型和固化，它的转型发展。难以依靠自发和内生的方式来解决，必须依靠知识与科技的创新、人力资本的培养和积累、文化的创新和引领来实现[9]。而这些，恰恰是以服务社会为战略目的的现代大学的发展动因和根本定位。2013年12月3日，国务院针对资源型城市首次制定了《全国资源型城市可持续发展规划（2013—2020）》文件，根据资源保障能力和可持续发展能力差异，将全国262个资源城市进行分类划分为成长型、成熟型、衰退型和再生型4种类型，黑龙江省的林业、煤业城市定为衰退型，石油城市大庆定为成熟型[10]。资源型经济的转型发展，是以科技创新为宗旨。作为资源型城市中的大学，应担当起知识传播与科技创新、转型人才培养与积累的重任，为资源型城市发展提供新生支持力量和合理转化的内生支柱[11-12]。认真分析资源型经济转型发展中大学支持的现状，探求大学支持的内在价值，并对大学支持的具体路径做出前瞻和定位，有利于资源型经济区域的跨越式转型发展，也有利于大学社会服务方式的创新和拓展，有助于二者实现共同发展和相互促进的双向式超越。从历史沿革角度来看，我国石油院校的建立和发展基本都是和我国几大油田的发现密切相关，并随着油气田勘探开发的需要逐渐发展壮大。这类院校学科设置更体现与油田生产关联性强的工科专业。随着国内各大油田勘探任务逐渐走向“精细化”，需要毕业学生具备更深入的理论知识，具备针对实际问题开展可行性论证、技术发现、技术孵化和系统决策等方面的工作能力；同时，随着经济的快速发展，地热等非油气资源勘察、复杂地质条件下大型岩体工程稳定性分析、自然灾害及灾害环境下重大工程安全预测等方面的需求日益增长。
2、适应资源型城市转型的地球物理学科人才培养模式及体系建设
针对资源开发所带来的问题，系统研究地学学科（尤其是地球物理学科）解决这些问题的契合点。同时，针对资源城市转型的新技术和新方向的切入点，构建地球物理学科的多层次创新人才培养的教学支撑平台。具体实施步骤为：
（1）通过国内外文献调研，从成功案列中了解和确定资源城市转型的新技术和新方向的切入点，掌握支撑这些切入点的理论和实践知识需求；掌握城市转型过程中，相关大学合理、有意义的做法。
（2）通过实地生产及经济状况调研，详细深入地确定黑龙江省资源开发所带来的生态、基础环境和民生建设等方面的问题，给出地学学科（尤其是地球物理学科）解决这些问题的理论及技术支撑点。梳理已有的优势技术和相关的技术储备，给出优势技术的落脚点和储备技术的延拓点，以及新技术的发展点。
（3）基于资源城市转型需求，积极探索专业发展建设中“学生、教师、课程”等诸多元素的有效结合机制。建立专业教育与资源开发区以及工程科研院所的有效沟通机制，力求在地质灾害预测、环境工程评价等方面，明确未来市场对地学（尤其是地球物理学专业）的需求，使培养出来的毕业生无论是在优化资源开采，还是工程应用等方向都具备良好的知识、技能以及动手能力。
（4）构建多层次创新人才培养的教学支撑平台。建立基础理论知识升华为技术应用的物理场计算实践平台，培养学生形成“物理信号理论模拟-仪器测试-实际介质体相关特征”的系统思维方式。建立典型工程问题案例库，如道路建设中是否存在地下暗河及油气管线是否存在泄漏等工程问题，以及所对应的识别手段及方法。
（5）通过支撑平台的应用，提升学生发现问题并解决问题的能力。以往的地球物理课程多以理论公式推导为主体内容，学生对于复杂的理论公式理解困难。同时，现场地球物理测量资料又是以离散数据的形式展示，学生脑海中很难建立两者之间必要的关联关系。在课程设计中，将工程设计内容引入教学，如电阻率仪器探头设计方式，波动信号检波器位置等，并将这些设计应用于理论信号的计算中，并分析计算结果。学生通过修改工程设计的参数，进而明白工程设计与理论响应的对应关系，培养了学生从理论走向工程实践的能力。
3、资源型城市经济转型对地球物理学科知识体系新要求
国内外一些著名的大学都设立了地球物理学科，诸如美国的加州理工学院、俄罗斯的莫斯科国立大学、法国巴黎大学麻省理工学院、英国的爱丁堡大学、中国的北京大学和中国科学技术大学等。国内设置地球物理学的高校原属于不同的行业部委，其侧重点不同，为了保持原行业的需要和特色，在这些专业名称下，各学校根据需要各有不同侧重面，例如：有的侧重工程，有的侧重石油，有的侧重有色金属或其它矿业。因此，同一个学科，各学校设置的课程就有很大差异，培养规格也不一样。与国外大学一样，国内地球物理学科面临着行业发展、学生就业的挑战与压力。各高校也在不断努力，培养社会经济和科学技术发展需要的具有综合知识、综合能力素质和创新潜力的地球物理人才。
地球物理学科主要涉及地震弹性波、重力场、地磁场、地电场、温度场和放射能场等知识，是反映物质内部结构、演变和性质的综合信息。地震弹性波场，能够反映出物质内部状态，如固态物质传播速度快、液态物质速度慢且剪切波消失；而且，当物质内部呈现分界面时，波的传播路径会发生改变，如固体物质里面存在裂纹时，传播速度变慢，传播能量会减弱很快。这项学科知识常被用于检测桥梁建筑等工程质量，地下管线位置或者探测地下暗河等。重力场知识主要用于识别物质密度发生变异的局部区域，在探测地下岩洞、识别古墓等方面具有优势。地磁场主要被用于研究太空星体运动及变化、地下金属管线损伤、空中航磁丈量农田产量和化肥喷洒等工作。地电场应用于水井钻取位置确立、地下管线位置和建筑工程检测等方面，尤其是，当地下岩层中存在不同于水的油气流体时，测量到的局部地电场强度呈现明显的高值。温度场知识可以用于探寻地下温泉，而当岩层中有较高热能时，可以采用地温梯度测量方式给出地热能潜力和分布范围。当放射能场知识将放射性衰变规律用于计算地球或岩石的年龄，用于推测古建筑的时代。
在前期，地球物理学科主要采用先进的地球物理测量仪器，测量来自地下地球物理场信息，对测得的信息进行分析、处理和解释，进而推测地下的结构构造和矿产能源分布。目前，地球物理学科已承担起了识别地热新能源，检测复杂地质条件下大型岩体工程稳定性，以及实现自然灾害及灾害环境下重大工程安全预测等方面的工作。这就要求，在大学地球物理学科教育过程中，加大工程应用方面的知识结构的改进与创新。
4、结束语
资源城市的转型必然会对资源勘查类主干学科的发展产生影响，学科的发展方向以及侧重点应该随着社会的需求发生变革。项目研究着眼于黑龙江省各类资源正从成熟走向枯竭的严峻形势，通过调研和实地勘查等方式，确立大学教育在资源城市转型过程中的支撑作用。以地球物理学学科为例，系统给出适应新形式的学科发展方向和具体措施，重点强化课堂教学与生产需求的交叉融合，使学生能够更加深入地掌握地球物理学知识，提升了他们分析及解决问题的创新能力，进而为优化和改善人类生存活动的环境，预防及减轻地球自然灾害对人类的影响做出研究，为探测和开发国民经济建设中亟需的能源、资源提供新理论、新方法和新技术。
参考文献：
[1]倪玉平.资源型城市发展困境与转型路径[J].中国党政干部论坛,2016(5):63-65.
[2]李雅君,嘉莉娜·谢尔盖耶夫娜·科瓦廖娃,王建国.俄罗斯创新人才培养的背景与实施策略[J].现代教育管理,2013(5):115-119.
[3]郭海霞.资源型城市转型的国际镜鉴[J].重庆社会科学,2015(11):50-57.
[4]张金槐.资源型城市转型与第三产业发展[J].宏观经济管理,2015(12):66-67.
[5]徐冰鸥.资源型经济转型中的大学支持[J].山西大学学报:哲学社会科学版,2016,39(6):87-96.
[6]张美玲,刘云鑫,曾科.合理设置理学专业实践课程是专业发展的关键[J].高师理科学刊,2015,35(7):107-111.
[7]张美玲,曾科,刘云鑫.石油类院校交叉学科本科教育中存在的问题分析及发展建议[J].高师理科学刊,2017,37(2):84-87.
[8]王建强.黑龙江资源型城市转型中主导产业选择研究[J].中国集体经济,2018(8):27-28.
张美玲,王开燕,刘云鑫.基于资源型城市转型需求的地球物理学科新发展[J].高师理科学刊,2019,39(10):80-83.
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近年来，各种分类或聚类算法应用于地球物理资料处理和反演，主要包括模糊C均值(FCM)聚类[1]、支持向量机(SVM)[2-3]和神经网络(NN)[4-5]等。其中，SVM和NN算法均属于监督学习分类方法，需要足够数量的样本维持结果的稳定性；而FCM聚类算法是一种无监督学习方法，具有样本量需求少的优势[6-7]，更适用于地球物理方法联合反演。
2024-08-05
咸潮是发生在滨海河口地区的一种水文现象，它是由于太阳和月球对地表海水的引力作用，海水倒灌进入内陆河道，导致水体变咸。咸潮危害巨大，例如影响水厂供水安全及部分水生生物的正常生存。因此，加强对咸潮的监测，并据此及时制定应对措施，对当地防灾减灾和城市供水保障等具有重要意义。
2024-01-02
在新时期背景下，对国土空间规划功能进行准确定位，全面落实各项规划方案，不仅可以保护周围生态环境，而且能够实现统筹治理目标。结合现阶段我国国土空间规划功能定位现状可知，环境修复难度不断增加，各项管控措施落实效果较差，严重影响生态环境质量。鉴于此，本文重点分析新形势下国土空间规划功能定位和实施途径。
2021-06-01
日益严重的环境污染、自然资源无节制开发，不仅开始制约人类社会的发展，同时威胁人类的生存和繁衍，如何改变这种情况，成为当今人类亟待解决的问题。基于卫星遥感的国土空间监测的发展与应用可以帮助人类全面调查全球自然资源和生态环境，确保人类更合理的开发、分配、利用自然资源，使实现可持续发展成为可能。
2021-05-04
文章围绕着国土空间规划中对地理信息大数据的有效应用展开充分讨论，首先简要介绍了地理信息大数据的概述，然后表明了国土空间规划的特点，最后着重探讨了地理信息大数据在国土空间规划中的具体应用，包括提供合理数据信息、优化国土空间规划、强化信息的数据源、明确空间具体位置，以此完善地理信息的内容，并形成重要的数据，促进国土空间规划的良好发展。
2021-04-27
在当前这一社会与经济快速发展背景下，地震预警已经成为了人民群众关心的问题，因为地震为社会与经济带来的威胁远超于其他地质灾害，再加上地震的前期预兆不明显，所以就需要利用合理的方式进行监测预警，进而有效提高防控效率，降低灾害为人民群众生命财产带来的威胁。那么在当前这一社会背景下，信息技术成为了各行业广泛应用的技术之一。
2021-02-19
受测量条件限制,激光扫描技术往往需要架设多站点进行扫描,并对获取的点云数据进行配准以消除不同站点的相对位置变化。目前点云配准算法主要分粗配准和精配准2个阶段。迭代最近点算法(iterativeclosestpoint,ICP)[1]为目前应用最广泛且十分有效的一种精配准方法,但计算成本大、易陷入局部最小值。
2020-12-05
高铁列车可当做一种全新的震源类型,其确定的长度和荷载,固定的行驶路线以及近乎匀速运动的特性,使之具有可重复震源的特征,另外,地震仪记录的高铁震源记录,具有宽频带分立谱的特征,为高铁高架桥附近地表结构和物性高精度探测提供了条件.因此,近年来,以高铁列车震源为基础的高铁地震学已成为了一个新的研究热点.
2020-12-04
第三极不同地区（如季风区和西风影响区）和不同冰川表面（如老雪区、新雪区、裸冰区）雪冰中高分辨率的碳质组分的观测与分析势在必行，特别是消融期开始后碳质组分在短时间尺度内的浓度、黑碳粒径以及有机碳组成变化对于模型的改进至关重要，可为我们全面认识碳质组分对青藏高原不同地区冰川消融影响的机制提供科学依据。
2020-10-24
喜马拉雅地区的冰川是南亚地区许多大江大河的源头，如印度河、恒河和布拉马普特河（上游中国境内河段称雅鲁藏布江）。喜马拉雅高大的山体阻挡来自印度洋和阿拉伯海的湿润水汽，南坡温暖湿润，北坡寒冷干旱，剧烈的海拔梯度差异使得在短距离空间内水热急速变化，为各种动植物生存繁衍提供了场所，成为全球生物多样性最丰富的地区之一。
2020-10-24我要评论
期刊名称：地震地质
期刊人气：1461
主管单位：中国地震局
主办单位：中国地震局地质研究所,中国地震局地质研究所
出版地方：北京
专业分类：地质
国际刊号：0253-4967
国内刊号：11-2192/P
邮发代号：82-809
创刊时间：1979年
发行周期：双月刊
期刊开本：16开
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2020-02-27
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上传者：管理员
