张明华
（北京科技大学资源工程学院，北京100083）
管志宁
（中国地质大学物探系，北京100083）
摘要在分析以往重磁界面反演方法的基础上，本文提出了拟合地壳内部磁化强度分布的磁化强度函数和进一步的反演居里深度和磁性地层界面深度的正反演迭代算法。该方法克服了以往方法的不足，节省时间，而且具有很高的反演精度和准确度。在以寻找大型和超大型矿床为目标的国家“攀登计划-B”项目的课题研究工作中，于华北地台北缘地区获得了对地质研究和贵金属找矿都有价值的结果。
关键词磁化强度函数高精度地层界面
1磁化强度函数和磁性层界面模型
关于地壳区域磁场场源的形成机制和分布范围，不同的研究工作者提出了不同的假设。目前的知识来自对岩石圈和大陆科学钻探的研究。根据目前所得到的地壳综合深部岩石物理剖面参数和磁性矿物的居里点数据[1,2,3,6,8]，我们认为，岩石磁性是随深度变化的，在温度高于磁性矿物居里点的深度（简单称为居里深度）以下变为顺磁性。同时，岩石磁化强度在横向上随岩性和地质构造单元的不同而变化。这就是地壳磁化强度分布的基本特征。我们提出一个能够较好地拟合这一地壳岩石磁性特征的磁化强度函数，见图1a。表达式为：
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其中，J（ξ，η，ζ）是磁化强度函数，n=1或2,a（ξ，η）、b（ξ，η）＞0和c（ξ，η）≥0是在横向上随不同磁性地质构造单元而变化的变量，ζ是垂向上的深度变量。
我们采用如图1b所示的磁性地层模型用于区域磁异常解释。这是一个上、下界面均为起伏的磁性层模型。模型的上界面以上是弱磁性或无磁性的沉积岩等介质，下界面（居里深度）以下的岩石变为顺磁性。磁性层内存在着由磁化强度函数所描述的纵、横向上的磁性差异。
2反演磁性界面深度的迭代法
图1磁化强度函数与磁性地层模型示意图
a—地壳结构、磁化强度变化及磁化强度函数；b—磁性层模型
为了利用航磁资料对深部地质构造进行解释、了解居里深度和太古宇顶面深度的变化，结合国家“攀登计划-B”项目课题的工作，我们研究了以往所有这方面的反演方法。传统方法或者由于其对地壳磁性假设的近似程度较低，或者由于在反演过程中对磁异常或深度值施加滤波[2,9,4]，反演结果准确性和精度受到限制。为此，我们基于前述的磁化强度函数和磁性层模型，研究并提出一种正反演结合迭代反演磁性界面深度的方法，英文简写为MIDI。为节约篇幅，这里给出取n=1和c（ξ，η）＝0时的正演计算公式。
利用平面磁场垂直分量Z（x,y）的化极场频谱[2]，
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其中，Z（）uv和F{}表示傅里叶变换或频谱。J（ξ，η，ζ）为磁性层磁化强度。h（ζ，η）=h＋Δh（ζ，η），H（ζ，η）＝H＋△H（ζ，η），分别为上下界面深度。h,H为上下界面的平均深度。Δh（ζ，η）和△H（ζ，η）分别为上下界面的起伏幅度。R（x—ξ，y—η，ζ）＝[（x—ζ）2＋（y—η）2＋ζ2]-1/2。F{R}=exp（-2πf）exp[-2πj（uξ＋vη）]/f。
利用指数函数的泰勒级数展开，有：
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我们将磁化强度表达式（1）代入（2）式，最终导出磁性按磁化强度函数变化、上下界面都起伏的磁性层磁场频谱表达式为：
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磁场垂直分量Z（x,y）可以由实测得到，或由ΔT（x,y）转换得到。
由正演公式，若其中一个界面的深度已知，则可反演另一界面深度变化。不计级数项的部分可用于直接反演，称为直接反演公式。由直接反演公式结合级数项，即可构筑迭代反演。迭代计算在第n次反演之界面深度值与第n—1次反演之深度值之差，或相邻两次中间磁场频谱值之差满足精度要求时，迭代终止。
3计算方法的精度
常磁化强度情况是本文算法（MIDI）的一个特例。此情况下，MIDI方法与已有方法结果一致。在变磁化强度情况下，理论模型上的反演计算表明，无论对于连续起伏界面，还是对于跳跃起伏界面（尤其是大断裂所致的界面起伏），也不论起伏的形式和幅度如何，MIDI反演都很好地，可以说准确而且相对省时地收敛到已知的理论真值，只是要求反演结果的精确愈高，计算迭代的时间愈长而已。图2a是一个迭代精度要求达到5%即终止的例子。在4M内存的486微机上迭代355次，花费22min。由图明显可见，反演深度等值线（虚线）与理论模型深度（实线）几乎重合。
MIDI方法的一个特点是，不需要对面积性场值进行滤波处理，也不对反演过程中的深度或场值作滤波等可能改变场源特征的处理。所以，反演计算速度快，而且对深度的分辨能力强。使用图2b所示的起伏界面，MIDI方法与Parker法[4,10]进行了对比。用同样的磁化强度计算出磁场值，再由磁场反演界面深度起伏，反演结果分别见图2c、2d。二者的计算时间都限制为20min。显然，MIDI方法的深度分辨能力较强。
4关于平均深度的讨论
平均深度的选择一直是重磁界面反演的一个难题。在MIDI算法，当一个界面已知时，由于磁化强度的非线性变化是事先约束给定的，所以另一个要反演界面的平均深度，可以由反演计算来调整确定。给出一个模型计算的例子如图3。给定上界面的平均深度值h=，其深度起伏为图2b所示的模型。下界面的平均深度H=，下界面水平。计算这一磁性层模型的磁场Z（x,y）。然后，下界面不变，反演上界面。当h给以不同的值时，反演出的深度起伏幅度值Δh（x,y）的平均值（Ria）不同。给定的值大于真值时，Ria为负；给定的值小于真值时，Ria为正。给定的h值越接近真值，Ria越小。当h取真值时，Ria趋于零（由于计算误差而不为零）。Ria对h的真值具有明显的指向性。因此，我们可用Ria做为指示因子来求解平均深度。
图2理论模型上的方法精度检验
a—实线是给定模型的深度等值线，虚线是MIDI反演结果等值线，MIDI方法与Parker方法对比结果。实例2:b—界面深度模型；c—Parker方法反演结果；d—在与Parker方法计算时间相同时的MIDI反演结果。深度单位：km
图3界面平均深度的调整计算
当平均深度接近真值时，深度起伏平均值（Ria）趋于0
5呼和浩特—张家口地区居里深度反演
地壳磁性层下界深度即居里深度，是由地壳温度场决定的，是地下热状态的一个重要指标。它对深部地质构造研究、地震学研究和矿产预测都有重要意义。我们选择深部构造及上部矿产都具有重要价值的呼和浩特—张家口地区，53200km2范围，进行了居里深度分布的反演研究。图4a是该区太古宙地层、岩浆岩、侵入玄武岩分布图。太古宇和玄武岩具有较强磁性。图4b是该区航磁异常图。
图4呼和浩特—张家口地区太古宙地层分布图（a）与航磁异常图（b）
异常值单位：nT
（1）综合该地区岩石及地层磁性统计结果及有关的已知地层深度结果，大致得磁化强度于不同深度变化的数据，由遗传算法[5]选择出的磁化强度函数为：
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（2）为提取居里深度的磁场信息，采用正则化滤波（因子选L=40Km）方法消除浅层磁性变化影响。滤波结果作为居里深度界面起伏和磁性基底顶界起伏二者的综合异常。
（3）根据已知的地层深度资料和人工地震剖面解释[7,11,13]，由已知的太古宙地层（Ar）顶界面的位置，通过插值得到全区磁性基底顶界起伏的大致深度。其平均深度在114°以西为°以东为。这一深度分布作为磁性层上界面。
（4）通过计算将居里深度调整为。按反演迭代中间结果中，前后两次的深度值相差5%为迭代终止条件，所得反演结果见图5。可以看到，居里深度的主要凸起与本区主要的深断裂构造相一致。
图5呼和浩特—张家口地区居里面深度变化图
深度等值线单位：km
6蔡家营地区太古宇顶面反演
华北地台北缘地区金、铅、锌等多金属矿产一般与太古宙地层（有时与元古宙地层）顶面起伏和断裂构造及岩浆活动（尤其燕山期侵入岩）关系密切。太古宙地层巨厚，且与上覆地层相比具有强磁性。因而利用航磁异常研究隐伏构造和太古宙地层的顶界面具有较好物理前提。我们选择正在进一步深入和扩大找矿的张家口市蔡家营地区，26112km2范围，进行了研究。对1/20万航磁异常进行消去浅地表干扰的滤波处理[12]，利用前述的居里深度结果参与计算，我们得到的蔡家营地区太古宇顶面深度起伏结果见图6。其深度变化与一些剖面上布格重力异常遗传算法反演的结果[5]几乎完全一样。结合该区地质构造、岩浆岩分布和重力异常，我们对反演结果解释于下。
（1）在蔡家营、土城子的南面都存在老地层隆起。蔡家营矿位于老地层四周隆起的凹陷之中，目前的蔡家营矿位于凹陷的次级平缓地段。这一凹陷对应着重力相对低异常，由于该区燕山期岩浆岩密度较低，此凹陷上应有一燕山期隐伏岩体存在。地表已见岩株。与此类似，土城子南面的隆起南侧，张北的西面有一类似的平缓地段。这两个地段应是寻找金、铅、锌等多金属矿床的有望地段。
（2）尚义—张北—土城子之间及其西北的新生代玄武岩层应是比较薄的。从航磁图上以及滤波处理结果上可以清楚说明这一点。土城子西南的太古宇隆起应是在该层玄武岩之下。
（3）尚义到康保之间应该存在一条深大断裂（图6）。这一点从航磁异常图及反演的太古宇顶界起伏可以清楚地看到。断裂两侧的磁场特征和太古宇深度截然不同。
致谢研究工作得到中国科学院院士刘光鼎先生支持与指导，刘士毅教授级高工对蔡家营地区地球物理解释给予极大帮助，谭承泽教授和中国地质大学古地磁实验室其他老师、姚长利讲师、中科院地球物理研究所郝天珧副研究员为研究工作提供很大帮助，在此一并衷心感谢。
图6菜家营地区太古宇顶面起伏形态图
虚线是推测的深断裂，深度数据单位：km
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313班，现任安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，副院长，总工程师。主持或参加的项目主要有：安徽省淮北平原浅层地下水资源评价（省科技进步二等奖）、淮北市隐伏岩水资源管理模型研究（地矿部科技成果四等奖）、新一轮全国地下水资源评价（安徽部分）（国土资源部科技成果一等奖）、江淮分水岭严重缺水地区地下水资源评价（省地矿局科技成果一等奖），安徽省地质灾害防治规划，安徽省矿山环境保护与治理规划，安徽省大中型闭坑矿山环境地质问题调查，安徽省西北部地热资源调查评价，1/10万县市地质灾害调查与区划，安徽省辖城市地下水应急水源地潜力评价，合肥市浅层地温能调查评价，安徽省天柱山地质公园申报等。发表的论文主要有：淮北市隐伏岩溶水特征及水资源管理研究（水文地质工程地质研究所文集，1993），淮北、阜阳、宿州、蚌埠四城市地下水资源开发利用问题与对策（安徽地质，1997），水资源开发利用规划方法讨论（水文地质工程地质，2000），安徽省地下水资源评价及战略研究（安徽地质，2007），（安徽天柱山地质公园遗迹及其科学价值（安徽地质，2007），安徽省重要城市地下水应急供水水源地现状研究（地质灾害与环境保护，2010），舒城市东部地区地下水环境质量评价与污染分析（地下水，2011）等。 王林清 赣州地质学校83级岩矿分析专业604班中国地质大学（武汉）博士、副教授、硕士生导师、学生工作处处长（党委学生工作部部长）、马克思主义学院副院长。1991年中国地质大学（武汉）毕业后留校工作，在职继续攻读研究生，2002年获硕士学位，2002年12月被评为副研究员，2008年6月获博士学位。王林清博士在作论坛讲座现任中国地质大学（武汉）副教授，高等教育研究所副研究员、硕士研究生导师，学生工作处处长（校党委学生工作部部长），马克思主义学院副院长（兼）。主要社会兼职：中国高等教育学会创新创业教育分会理事、湖北高校学生工作研究会秘书长、湖北省高等教育学会学籍管理专业委员会秘书长、湖北省心理健康教育与咨询委员会常务理事。王林清博士长期从事高校教学、科研与学生工作。主要研究方向为教育经济与管理（教育管理、学生事务管理）和思想政治教育。先后主持和参与湖北省高等学校省级教学研究项目、学校科研项目10余项，曾获第六届高等教育国家级教学成果奖。出版有专著《亲历康博思：大学新生完全手册》（副主编，2004年12月中国地质大学出版社，被中国高等教育学会学生工作研究分会评为2008年度全国高校学生工作优秀学术成果特等奖）、《管理经济学》（副主编，2007年中国地质大学出版社）、《项目质量管理》（副主编，2008年湖北科学技术出版社）等书。公开发表论文20多篇，其中《高校招生管理信息系统的研究与开发》被国家教育部高校学生司、中国高校招生研究会评为全国高校招生优秀论文，《构建服务型学生工作新体系的实践与探索》被中国高等教育学会学生工作研究分会评为2008年度全国高校学生工作优秀学术成果一等奖。2010年获湖北省高校思想政治教育工作先进个人称号。 戴世坤（赣州地质学校82级物探专业215班）男，1964年10月生, 博士后, 副教授, 硕士生导师。1991年7月获得中国地质大学硕士学位，1994年7月获得青岛海洋大学理学博士学位，1997年2月于石油大学（北京）完成博士后研究，留校工作至今。研究方向：1、电磁勘探数据处理、数值模拟、反演成像和综合解释；2、震电理论及应用；3、地球物理勘探综合信息处理、反演成像和综合解释；4、计算可视化、人机交互和应用软件开发。讲授课程：1、普通物探（本科）；2、地球物理勘探原理（研究生）；3、综合地球物理勘探方法与技术（研究生）。发表论文20余篇。获省部级科技成果奖3项。著作及论文：1. 戴世坤、罗延钟，1993年，二维地电模型多参数反演方法及其在MT测深中的应用，地球物理学报，36（6）；2. 董树文、戴世坤，1993年，大别山碰撞造山带基本结构，科学通报，38（6）；3. 戴世坤，1996年，用视模型空间对比进行地球物理反演，地球物理学报，39（4）；4. 戴世坤、徐世浙，1997年，MT二维和三维连续介质快速反演，石油地球物理勘探，第四期；5. 戴世坤、牟永光，1998年，双相介质中的震电效应和震电波场传播理论，第二届SEG/BEIJING 年会论文集6. shizhe xu, 戴世坤, of electrical potentials along a longitudinal section of a 2-D terrain, geophysics,67(2)(进入三大检索)；7. 黄临平、戴世坤，2002年，复杂条件下3-D 电磁场有限元计算方法， 地球科学，27（6）；8. 杨辉、戴世坤，2002年，综合地球物理反演综述，地球物理学进展，17（2）；9. 徐世浙、戴世坤，2002年，起伏地形位场快速延拓新方法，高校地质学报，27（2）完成的主要科研成果：1、 电磁勘探资料可视化、人机交互综合处理、成像和解释软件系统。已在国内各相关单位广泛推广应用，2000年2月，负责人；2、 大地电磁场拟波动变换和成像研究，国家自然科学基金项目。2000年12月，负责人；3、 大地电磁场拟波动变换和应用技术，石油天然气总公司中青年创新基金项目。2000年12月，负责人；4、 双相介质中的震电效应及震电波场传播理论，国家自然科学基金项目。2003年1月，负责人。获奖：1、 中国复杂区油气地球物理勘探理论，教育部科技成果一等奖，2001年；2、 油气储层地球物理理论与实验技术，北京市科技成果二等奖，2002年；大别山大地电磁测深研究报告，地矿部科技成果三等奖，1993年。 研究领域高能天体物理（伽玛暴，软重复伽玛暴，TeV blazar, 高能宇宙射线）;暗物质间接探测(相关)理论研究教育背景: 紫金山天文台，攻读博士学位（获博士学位）: 南京大学天文系，攻读硕士学位: 长安大学雁塔校区，测绘工程系学习，获工学学士学位: 南方工业学校，中专出国学习工作: University of Nevada, Las Vegas: 短期访问学者: University of Copenhagen: 独立博士后: Hebrew University: 博士后: University of Nevada, Las Vegas: 访问学者、学生工作经历： 紫金山天文台，研究员: University of Nevada, Las Vegas, 短期访问学者: University of Copenhagen, 独立博士后: Hebrew University, 博士后专利与奖励2009年全国优秀博士论文2008年中科院优秀博士论文: Essential Science Indicators new hot paper2004年中科院院长(特别)奖出版信息在“伽玛暴”和“暗物质”间接探测相关领域发表（或已投稿）SCI科研论文、综述40余篇，被他引数百次（ADS）。发表论文代表性工作：(1)于2002年首先发现了GRB 990123的反向激波区域是磁化的 (Fan et al. 2002)，为伽玛暴的磁化外流体模型提供了有力的证据。(2)于2005年独立提出滞后内激波(late internal shock)模型来解释GRB余辉中X射线闪耀现象(Fan & Wei 2005)。(3)于2006年中总结出了Swift卫星发现的GRB X射线余辉的代表性图象并给出了理论解释框架(Zhang, Fan & Dyks et al. 2006).(4)于2006年率先指出GRB的X射线余辉和光学余辉的拐折不一致现象不能用主流的能量注入模型甚至任何已知简单模型来解释(Fan & Piran 2006, MNRAS, 369, 197)。该疑难现在得到了一致公认并/但尚待解决。(5)首次指出GRB的正向激波同步辐射而不是通常认为的逆康普顿散射可能成为Fermi卫星LAT探测器的主要光子来源(Zou, Fan & Piran 2009). 该预言得到了现阶段Fermi-LAT观测的支持。科研活动科研项目1. 黑洞以及其它致密天体物理的研究 (-2013), 科技部973项目, 第四课题组骨干成员2..费米卫星时代的伽玛暴外流体的物质组分研究（）, 国家自然科学基金(面上项目), 主持参与会议以来参加过在美国，以色列，意大利，荷兰，法国，瑞典，以及中国南京，北京等地举办的国际学术会议或研讨班10多次，做口头报告约10次。被邀请成为国际会议Prompt GRB 2011 workshop 的科学委员会成员。合作情况和境外的有共同兴趣的观测/理论同行(如以色列希伯来大学的Tsvi Piran, 意大利国立天体物理研究所的Stefano Covino, 在英国工作的日本同行Shiho Kobayashi，在美国内华达州立大学任教的Bing Zhang)建立了长期且稳定的合作关系。 一九八七年毕业于赣州地质学校地质专业（127班）现任贵州财经学院经济学院院长。中共党员，教授，硕士生导师，复旦大学经济学博士，中国社会科学院金融研究所博士后，2008年网易“100名经济学家会诊中国”成员之一，“宁波银行全员造富神话”独家分析人，曾获湖南省第五届青年社会科学优秀学术论文二等奖和复旦大学“光华”奖学金等，贵州省第一任马克思主义学院院长（先后成功地承办了一系列重大学术会议：全国高等财经院校《资本论》研究会2008年学术年会、第四届全国马克思主义院长论坛、全国高校马克思主义理论学科研究会第八次学科论坛），现为贵州财经学院经济学院院长,原浙江师范大学工商管理学院院长助理。2009年7月参加国家教育部组织的赴美国考察团，2010年11月应邀赴日本早稻田大学参加国际学术研讨会并作大会发言，2010年12月31日应邀参加第二届贵州省委决策咨询博士高端论坛并作大会发言。先后在《金融研究》、《经济学动态》、《统计研究》、《国际金融研究》、《当代世界与社会主义》、《思想理论教育导刊》、《中国高等教育》及《复旦学报》等刊物上发表论文100多篇，研究方向为货币理论与政策。主要科研成果1.范方志.西方中央银行独立性理论的发展及其启示[J].金融研究，2005（11）[金融与保险（人大复印资料），2006（08）]. 2.范方志，汤玉刚.农村公共品供给制度：公共财政还是公共选择[J].复旦学报，2007(03) 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宁夏社会科学，2011（02）.参与课题及专著1.主持2006年度博士后科学基金课题（一等资助5万元，中博基字[2006]15号）《我国农村公共品供给与农村和谐社会建设》[资助编号：20060390108]（2006年1月-2007年6月）； 2.主持2010年度中国博士后科学基金第四十七批面上二等资助（三万元）课题《城市化、土地供给制度缺陷与我国房地产市场的非理性繁荣》（资助编号：20100470934）（2010年6月-2011年6月）；3.主持2006年度浙江省哲学社会规划常规性课题《行政级次与经济发展:浙江经验及其超越》[课题编号:06CGYJ24YBX]，（2006年9月—2007年6月）；4.编著《当代货币政策：理论与实践》，三联出版社，2004年12月，第一作者；5.专著《中央银行独立性：理论与实践》，经济管理出版社，2007年5月。
韩波1980－1984年：毕业于黑龙江大学获计算数学专业学士学位1984－1987年：毕业于哈尔滨工业大学获计算数学专业硕士学位1995－1999年：毕业于哈尔滨工业大学获一般力学与力学基础博士学位1989－1992年：哈工大数学系讲师1992－1998年：哈工大数学系副教授1998－目前 ：哈工大数学系教授1995－目前 ：哈工大数学系硕士生导师2001－目前 ：哈工大航天学院一般力学博士生导师东北三省工业与应用数学会副秘书长，《黑龙江大学学报》编委。 --------------------------------------------------------------------------------学科 基础数学--------------------------------------------------------------------------------研究方向 主要研究方向为：微分方程反问题数值解法及应用，非线性不适定算子方程数值解法。研究内容涉及四维地震正反演研究，地质雷达资料处理与解释，波动方程反问题的小波和多重网格方法，双相介质波动方程反演，非线性不适定算子方程的多尺度方法等。--------------------------------------------------------------------------------论著成果[1] modified algorithm for the PST method, IMACS Annals on Comput. Appl. Math.,1991,10:256-261[2] al, A widely convergent method for determining the distributed parameters of an elliptical equation,[3], A new class of methods for solving nonlinear equations, . Appl. Math.,1994,51:107-111[4] al ,Regularizing-numerical-continuation method for solving the resistivities of the earth, Mathematics and Computers in Simulatios,1995,39:109-114[5] al,A widely convergent generalized pulse-spectrum technique for the coefficient inverse problem of differential equation,[6] al Adaptive multigrid method for numerical solutions of elastic wave equation, Appl. Math. Comput., 2002,133:609-614[7]韩波等，多层电磁波测井反演，地球物理学报，1998，41（4）：416-423[8]冯国峰，韩波，二维波动方程约束反演的大范围收敛广义脉冲谱方法，地球物理学报，2003，46（2）：265-270[9]韩波等，微分算子参数识别反问题的同伦方法，振动工程学报，2000，31：556-560[10]韩波等，非线性不适定算子方程算子与右端项皆有扰动的Landweber迭代法，计算数学，2002，24（4）：479-486
《地球物理学报》是地学领域中具有代表性的期刊之一，被列入中国自然科学核心期刊，有关地球物理科学的综合性学术刊物。本刊主要刊登固体地球物理、应用地球物理、空间地球物理和大气、海洋地球物理以及与地球物理密切相关的交叉学科的研究论文，重点报道创新性研究成果。本刊连续获全国优秀科技期刊一等奖，获首届国家期刊奖（科技）等。
一区。地球物理学报是中国科学院主管、中国地球物理学会主办的学术性期刊。地球物理学报期刊级别为核心期刊，出刊周期为月刊，期刊创办于1948年。地理物理学报是中国地球物理学会和中国科学院地质与地球物理研究所联合主办，是有关地球物理科学的综合性学术刊物。《地球物理学报》主要栏目设有：应用地球物理学、应用地球物理、地球动力学·地震学·地热学·地磁学、空间物理学·大气物理学·大地测量学、地球动力学·地震学·地热学、地球动力学·地震学·地磁学·地热学、空间物理学·大气物理学·重力与大地测量学、地球动力学·地震学·地磁学、空间物理学·大气物理学。
还有：Journal of Arid Land 《干旱区科学》(英文版)
这些都是检索系统，一个收录很多论文的数据库。 SCI主要偏重理论性研究。 SSCI是社会科学期刊数据库。 EI偏工程应用。 CSCD和核心期刊都是中国的数据库。 ISTP是会议论文数据库，以上都是期刊论文。
如果看美欧日三个发达地区，地球物理学领域的代表性期刊应该是美国的《Journal of Geophysical Research》和《Geophysical Research Letters》，欧洲（德国）的《Annales Geophysicae》和日本的《Earth, Planets and Space》等。
SCI即《科学引文索引》(Science Citation Index），是由美国科学信息研究所（Institute for Scientific Information 简称ISI）创建的，收录文献的作者、题目、源期刊、摘要、关键词，不仅可以从文献引证的角度评估文章的学术价值，还可以迅速方便地组建研究课题的参考文献网络。
Chinese Journal of Geophysics-Chinese Edition（地球物理学报）APPLIED GEOPHYSICS（应用地球物理英文版）Journal of Geophysical ResearchJournal of Geophysics and EngineeringJournal of GeologyGeophysical Research LettersGeophysical ProspectingGeophysical Journal InternationalGEOCHEMISTRY, GEOPHYSICS, GEOSYSTEMS
如果看美欧日三个发达地区，地球物理学领域的代表性期刊应该是美国的《Journal of Geophysical Research》和《Geophysical Research Letters》，欧洲（德国）的《Annales Geophysicae》和日本的《Earth, Planets and Space》等。
一区。地球物理学报是中国科学院主管、中国地球物理学会主办的学术性期刊。地球物理学报期刊级别为核心期刊，出刊周期为月刊，期刊创办于1948年。地理物理学报是中国地球物理学会和中国科学院地质与地球物理研究所联合主办，是有关地球物理科学的综合性学术刊物。《地球物理学报》主要栏目设有：应用地球物理学、应用地球物理、地球动力学·地震学·地热学·地磁学、空间物理学·大气物理学·大地测量学、地球动力学·地震学·地热学、地球动力学·地震学·地磁学·地热学、空间物理学·大气物理学·重力与大地测量学、地球动力学·地震学·地磁学、空间物理学·大气物理学。
罗伟东 李 刚
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
作者简介：罗伟东，男，广东人，硕士，高级工程师，主要从事海洋地形地貌调查和研究工作。
E-mail：loky＿luo＠，电话：，。
摘要 本文介绍了地形地貌研究主要工具软件的基本功能，针对主要工具软件的特点和实际应用情况，从地形数据的浏览、编辑、提取和转换，数据的网格化，等深线和彩色阴影底图等的编辑，调色板的制作与获取，地形图和三维立体图的制作等方面探讨地形地貌研究工具软件应用的方法，为地形地貌研究工作的开展创造有利条件，大大提高了工作效率和质量。
关键词 地形地貌 工具软件 应用方法
1 前言
海洋地形地貌调查和研究是大多数海洋调查研究的基本内容和重要组成部分。我国自20世纪90年代初引进多波束测深系统后开展了我国近海和邻近海域多波束海底地形地貌调查和综合研究，积累了丰富的资料和研究成果。提高地形地貌研究水平和工作效率是研究人员不断探索的方向。地形地貌研究工作常用的工具软件发挥了重要作用，能进行原始数据处理、数据网格化、数据提取转换浏览、制图等，还能进行地形坡度、距离和面积计算，地形剖面的提取制作，方便对海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元等。熟练掌握地形地貌研究工作常用的工具软件是研究人员必须具备的基本技能，合理选择和恰当应用工具软件是提高工作效率的有效途径。目前，地形地貌研究可用的工具软件有许多，如MapGIS、ArcGIS、Golden Software Surfer、CorelDRAW、Global Mapper、Fledermaus、GMT、MB-System和Caris Hips and Sips等。我国的地形地貌研究人员在以往的使用过程中，对相关软件积累了一些经验，但是面对种类繁多的工具软件，要恰当合理综合应用以提高工作效率和质量却不是一件容易的事。在实践工作中，常常会因为没有掌握软件的使用方法或没有发挥各软件的特点，而遇到一些困难，降低工作效率和质量。作者通过充分应用软件已有的功能，开发其潜在功能，结合工作实际，扬长避短，综合应用，使相应软件更好地服务地形地貌调查和研究工作，发挥更大的作用。
2 地形地貌研究主要工具软件概述
MapGIS、ArcGIS和Golden Software Surfer功能概述
这三款软件，特别是MapGIS和Surfer在国内得到广泛应用，相关文章对用法和功能的介绍很多。地形地貌研究主要的应用是利用MapGIS、ArcGIS制作规范的地形图和地貌图等；Surfer主要的应用是制作坡度图和地形图、地貌图和三维立体图等。
GMT功能概述
GMT（Generic Mapping Tools）是一个通用地学制图工具软件，发展至今已在大气、海洋、地震等研究领域得到较为广泛的应用。GMT是全命令行软件，需要用户录入命令及其指定的输入输出数据和各种配置参数（如经度、纬度、颜色配置等）来进行操作。GMT虽然操作相对繁琐，但执行效率很高，而且图形文件输出的主要格式为PostScript文件，这种格式可提供高质量、跨平台的图形打印，这也是GMT得以广泛应用的原因。
实际应用中，主要是制作二维三维地形图。利用GMT强大的颜色渲染和标准图框输出功能，制作颜色逼真的彩色阴影图、报告和论文插图，大数据量的网格化功能也是其强项。
Global Mapper功能概述
Global Mapper（简称GM）是美国Global Mapper公司开发的一个简单、实用的图形管理与应用软件。它可以在指定投影和地理坐标的基础上，编辑、转换光栅和矢量地形图，绘制二维、三维地形图以及点、线自编图形，具有良好的绘图、编辑、显示以及数据输出界面。其主要功能特点和实际应用包括以下四个方面：
1）浏览、合成、输入、输出、显示大部分流行的栅格图形和高程及矢量数据
实际应用中，主要用来直接打开浏览各类型如Surfer和GMT网格文件；输入输出（特定范围）网格、XYZ文件及点、线文件；合成相同或不同格式、大小的数据（网格、XYZ）文件。
2）具有数据、图形的转换、编辑、拼接、打印功能和投影转换
主要进行数据、图形的格式转换，如将GMT网格文件转换成Surfer网格文件，重新网格化数据，将XYZ文件转换成网格文件，网格、XYZ文件转换（输出）成图片等。在网格文件中选取制作特定位置的地形剖面。进行坡度、距离和面积计算。结合不同地理位置的地图，设置和改变、转换图片的投影方式。
3）具有简单的地理信息功能和动态GPS接收功能
为没有位置信息的图片添加坐标信息，在同一个项目中打开的文件都会在相同投影下的大地坐标系中显示。
4）在实际应用中，GM也存在不足之处：等深线功能简单，不能调整标注间距和字体样式及大小；地形图图框、比例尺不规范，文字大小和标注不可调节。
Fledermaus功能概述
加拿大IVS 3D公司生产的Fledermaus是全球海测数据3D具体化的领先商业软件之一，是一套功能强大的交互式三维数值数据虚拟实境的系统。它可以帮助使用者完成包括海洋（海岸、海底）资源调查与制图、环境影响评估、采矿、地质调查以及各种研究等工作。Fledermaus可直接支持广泛的工业数据格式输入。可直接导入、显示数字地形图，点、线、多边形数据集合、卫星影像并进行分析。浏览器iView4D可以随时浏览处理过或分析后的数据结果。
实际应用中，主要是利用其三维可视化功能和复杂区域编辑模块，用于导入网格文件，对三维数据进行三维可视化显示和操作，可任意角度观察地形地貌特征，可方便进行海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元。
3 工具软件的综合应用
常用工具软件在地形地貌研究中发挥了重要作用，工具软件种类繁多，各有优点缺点，科研人员要全部掌握其功能和操作方法有一定难度也没有必要，应该根据实际工作需要，重点掌握几个主要软件，扬长避短，合理应用，其他软件的应用能满足工作需要即可。针对所从事的工作，主要的应用情况从以下几个方面进行阐述。
图1 GM软件主界面窗口
地形数据的浏览、编辑、提取和转换
海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元等是地形地貌的工作之一，这些工作都要对地形数据进行浏览、观察、描述，以往一般是通过打印的地形图和三维地形图等图件来进行识别和描述。随着计算机软硬件技术的发展，目前，更科学的方法是利用工具软件完成上述工作，也可结合图件打印的方法。利用工具软件观察更直观简便高效，可直接导入、显示数字地形图，调节着色、等值线间距和垂直比例，进行地形坡度、距离和面积计算，特定位置剖面显示提取和制作，多角度、随意缩放、显示任意位置水深和点线多边线标注等。GM软件在这方面具有强大的功能（图1），结合Fledermaus，Golden SoftwareVoxler软件能方便地实现上述常用功能，大大提高工作效率，非常适合地形地貌研究和海洋调查使用。
GM软件可方便地打开XYZ和多种格式的网格文件（包括大数据量文件），还能把数据转换成自己的网格格式Global mapper grid显示，文件小，占用内存少，可随意进行操作，如放大缩小编辑等，显示效果好，这是GM软件的主要特点之一，相比其他软件具有明显优势。显示二、三维地形图，具有标注等深线、测线、标注符号和简单的3D view功能，能从各个角度浏览地形；能实时显示当前或指定位置的水深和经纬度；具备生成地形剖面功能，可选取任意位置进行地形剖面提取和制作；能进行地形坡度、距离和面积计算，地形坡度的计算和显示是在应用地形剖面功能时，在地形剖面窗口中的Options/showpath detais查看。地形剖面可输出为CSV或XYZ数据和图片格式，CSV或XYZ数据可用Grapher等专业软件制作成剖面图；图片格式可直接在CorelDRAW中导入编辑，为保证输出后的图片质量和字体大小合适，字体编辑时要注意调节字体的大小，输出的图片长度应在2000像素左右，输出后在word中的字体大小约为小5号。剖面图如图2所示。
微地形地貌的浏览和描述方面，需要用到相关三维可视化系统，GM软件具有简单的3D view功能，并不能满足实际应用的要求，目前最好的三维可视化系统是Fledermaus，Golden Software Voxler也有不错的表现，实际应用时应结合使用。
图2 典型地形剖面
数据的网格化
随着多波束海底地形地貌调查和综合研究的技术发展，对研究人员的要求也越来越高，数据网格化和数据转换方法已经成为研究人员必须掌握的技能之一。过去认为数据的网格化是由专业处理人员完成的想法已经不符合实际。研究人员在进行研究时不是简单地利用网格文件，实际可能应用的情况：简单的数据编辑；数据（网格文件）的格式转换；重新网格化，生成不同网格间距的网格文件；提取特定区域网格数据等。
在进行XYZ数据的网格化时，不同的网格化（插值）方法的绘图效果是不一样的。一般地，各软件都会提供多种网格化方法供用户选择，如Surfer提供多达12种方法、GMT有4种方法和ArcGIS提供5种方法。合理选择网格化方法和工具软件能有效提高图件制作质量，地形地貌的制图具体使用的网格化方法，需要根据客观环境特征和数据本身的特点，进行相应的数据分析，才能绘制出准确、有意义的图件。一般地，中大数据量的数据用加权反距离法（Inverse distance to a power）或者最小曲率法效果好、效率高，小数据量数据可使用克里格法（Kriging）。单一的工具软件不能满足实际要求，Surfer软件只适应于网格数据量较小的数据（几百兆的数据文件），Surfer的工作效率很低；大数据量的数据一般要选用GMT或MB-System软件进行网格化；进行数据浏览转换时可使用GM软件。
GMT网格化采用gmtmbgrid和Surface命令；MB-System软件采用mbgrid命令；Sur-face是张性样条网格化法，是一种经过改良的标准最小曲率算法，允许用户把张量引入表面。执行surface程序前要对数据进行预处理，消除混淆现象。地形数据采用block-median对网格间隔框内的值返回中值。Gmtmbgrid算法跟mbgrid命令一样是采用加权反距离插值法。具体根据实际需要选择。MB-System和GMT软件一般配合使用。使用的具体命令如下：
blockmedian文件名.xyz -R113/120/11/13 -I200e -V ＞ ship＿
Surface文件名.xyz -R113/120/11/13 -I200e -G文件名.grd
mbgrid -I文件名 -0文件名.grd -R113/120/11/13 -A2 -C2 -E 200/200 -N -V
GM软件网格化采用三角剖分法（triangulation/liner interpolation），这种方法对大数据量的数据处理效率低，数据边缘效果稍差，具体操作流程：打开XYZ文件，出现Ge-neric ASCII Text File Import Options窗口，在Import type选项中，选择Elevation Grid from3D Point Data，其他选项可以采用默认。确定后，出现Elevation Grid Creation Options窗口，在Grid Spacing中可自定义网格大小；确认后即可完成网格化过程，然后在File/Ex-port Elevation grid format，选择合适的格式输出数据。图3是不同软件网格化及制图效果图。左图是用GM软件采用三角剖分法网格化绘制而成，中图是GMT软件用改良的标准最小曲率算法（surface命令）进行网格化，右图是Surfer采用加权平均算法；从图中可清楚地看出，三个软件绘制的地形图一致性很好；GMT软件在网格化效果和调色效果方面都是最出色的，能较好的反映微地形且色彩逼真。
等深线和彩色阴影底图等的编辑
多波束数据经过后处理后，数据质量一般都能达到要求，特殊情况时也会有局部小范围数据质量较差的数据，在制作成图件时，在彩色阴影图和等深线上都会有直接的反映。一般地，都要对其进行编辑，去伪存真。彩色阴影底图的制作一般用GMT或Surfer，彩色阴影底图的编辑一般选用Photoshop或者CorelDRAW，等深线的生成可用MapGIS、Surfer和GMT软件，MapGIS具有等深线编辑功能，也可以在CorelDRAW中进行编辑，效果都很不错。在CorelDRAW中进行编辑时，等深线一般是在Surfer生成*.emf格式文件，在Corel-DRAW中打开进行编辑，删除等深线时应选用虚拟段删除工具，CorelDRAW是把显示的整条线段定义为由多条虚拟段组成，用虚拟段删除工具选中整条线段或线段的一部分后，程序将会自动删除选中的部分，操作很方便。添加线段时选中手绘工具，调节合适粗细，进行曲线和直线绘制。图片输出时同样要注意像素的调节，确保图像质量和字体合适。图4为等深线和彩色阴影底图编辑前后对比图，底图是用Surfer制作的，编辑方法如上述。右图为编辑后的情况，效果非常明显。
图3 不同软件网格化及制图效果图
图4 等深线和彩色阴影底图编辑前后对比图
调色板的制作与获取
制图的美观程度主要取决于调色板的着色效果，制作美观实用的图件是科研工作者的不懈追求。根据实际需要选择合适的工具软件及制作或引用合适的调色板是制图工作的重中之重。不同的工具软件的调色效果是有区别的。实践应用中，GMT软件的调色效果最好，Surfer、MapGIS和ArcGIS调色效果稍差，GM的调色效果次之。这也是GMT软件被广泛应用的主要原因之一。因此，在实际应用中，正式图件及成果报告插图等可应用GMT软件制图或制作彩色阴影图。GMT软件自身提供了许多独有且全球流行的调色板，自身也提供相应的命令如makecpt和grd2cpt根据相应的调色板模板对特定数据进行调色板制作，但并不能满足实际应用的需求。因此，制作或者获取第三方调色板是可行的办法。
调色板模板制作与管理的有效可行办法：首先，根据工作实际，确定工作中常用的几种地形数据类型如海陆结合数据、浅水数据和深水数据等，每种数据类型制作几个常用的调色方案，所有的调色方案都做成各软件特定的格式，可直接或稍为更改即可引用。由于GMT是全命令行软件，调色板的制作并不像Surfer等友好界面软件那么直观方便。一般地，在利用GMT自带调色板模板稍加修改或者直接在Surfer软件中制作调色板后，导出后再转换为GMT格式的调色板。
获取调色板的方法有两种：一种为通过专业网站获取相关调色板，专业网站提供多个领域的世界上主流的调色板和大量用户自主设计的调色板。另一种方法是手头只有地形图图片而没有相应数据调色板的情况，这时最好的方法是利用相关软件如Photoshop或其他具有取色功能的软件进行调色板制作，着色效果跟原有图片基本一致。
地形图和三维立体图的制作
发挥各地学绘图软件的优势，结合应用才能做出规范且最佳效果的图件。地形图和三维立体图正式图件的制作，单一工具软件不能满足要求。Surfer软件功能较全面但特点不明显且没有投影功能，等深线制作和编辑功能较弱；GMT的网格化和调色功能强大，等深线制作也不错，但没有编辑功能；由于制作正式图件时，可采用由GMT软件制作地形图和三维立体图的彩色阴影底图，再导入MapGIS或ArcGIS制成图件的方法，制作时要注意投影方式的匹配问题，GMT制作彩色阴影图时应选择合适的投影，导入前应该把PS文件转换成BMP或JPG图片，且要根据打印图件的大小选择合适的输出像素。图5为西太平洋地形图，是由GMT软件制作彩色阴影图导入MapGIS进行中文标注等。正式图件的等深线可直接由MapGIS生成并编辑或由GMT生成导入等。
4 结 语
地形地貌研究常用的工具软件种类多、功能很强大。本文针对常用工具软件的特点和实际应用情况，总结了这套工具软件应用方法的主要特点：把各软件的优势应用到实际工作，扬长避短，最大限度服务地形地貌研究工作，提高工作效率和质量；根据实际应用制定相应操作流程，综合应用，简化操作，提高效率；挖掘新工具软件，把GM软件应用于地形地貌研究工作，起到非常好的应用效果。这套方法为地形地貌研究工作的开展创造有利条件，大大提高了工作效率和质量。
图5 西太平洋三维立体图
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The application method study of the general-used software for studying the topographic and geomorphic features
Luo Weidong Li Gang
（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：The paper introduces the basic function of the general-used software for studying thetopographic and geomorphic on the characteristic features and the comprehen-sive application in practical experience，talking about the usages of the general-used software forstudying the topographic and geomorphic features on scanning，editing，collecting and conversionof the geographic data，data gridding，edit for the bathymetric contour and the color shader basemaps，palette make and abtain，topographic map and Creates the advantages for studying the top-ographic and geomorphic features，and also increases the efficiency and the quality of the study.
Key words：Topographic and geomorphic features Software Application method
《地球物理学报》是地学领域中具有代表性的期刊之一，被列入中国自然科学核心期刊，有关地球物理科学的综合性学术刊物。本刊主要刊登固体地球物理、应用地球物理、空间地球物理和大气、海洋地球物理以及与地球物理密切相关的交叉学科的研究论文，重点报道创新性研究成果。本刊连续获全国优秀科技期刊一等奖，获首届国家期刊奖（科技）等。
学校隶属关系：教育部电话：
学校所在地：山东省东营市 传真：
邮政编码：257061 电子邮件：zyxbgs＠
一、专业设置
1）地球科学（理学）本科专业设置：地质学（拟于2004年开始招生）。
2）地矿学科（工学）本科专业设置：勘查技术与工程、资源勘查工程。
3）地学类相关学科本科专业设备：测绘工程、地理信息系统、电子商务。
4）培养地学硕士研究生学科专业设置：矿产普查与勘探、矿物学、岩石学、矿床学，地球探测与信息技术，构造地质学，地质工程，地球化学，古生物与地层学。
5）培养地学相关学科研究生学科：地图制图学与地理信息工程。
6）培养博士研究生学科专业设置：矿产普查与勘探、地球探测与信息技术，地质工程，矿物学、岩石学、矿床学，地球化学，能源资源与环境地球化学，计算机技术与资源信息工程。
二、地质类教师队伍现状及队伍建设
本院共有教师82名，其中教授19名，副教授38名，讲师16名，助教9名。高级职称教师约占70%，具有博士学位的教师达35%。本院共有研究生导师51人，且外聘13名教授级高工为研究生导师。
教师队伍建设的重要举措：本院除拥有一批在各学科领域卓有成效的专家教授外，还通过一系列政策引进、选拔和培养年轻学术带头人，一批青年教师茁壮成长，组成了一支结构合理、素质过硬、业务突出的教师队伍。学院根据需要定期安排相关教师继续深造进修，选派教师定期到国外进行学术交流，鼓励教师参加大型科研活动，积极为教师创造良好的教学和科研环境。
三、人才培养
自1953年建校以来，学院已培养出本科生、硕士生、博士生近一万名，身为石油大学龙头学院，云集了众多的莘莘学子。学院现有54个本科学生班，合计本科生1600多名，全日制硕士研究生219人、博士生76人、工程硕士生60余人，另外还有各类研究生进修班若干个。
四、办学优势与特色
本院有相对健全的学科体系和实力雄厚的研究机构，在软硬件上均突出了自己的办学优势与特色。学院以建成多学科协调发展、优势和特色明显的地质与资源学科群为目标，以矿产普查与勘探国家重点学科为带头学科，带动沉积学、地球化学、构造地质学、环境地质和工程地质等相关学科的发展。在“九五”建设基础上，进一步加强学科间的融合、交叉和渗透，孵化出新的边缘学科。
学院的一切教学活动和安排都以关注教育质量、重视教育质量和提高教育质量为出发点和落脚点。学院结合石油行业对人才的新需求，按照“博学、务实、创新、创业”的人才培养模式，加强师德建设，积极培养职业素养和职业精神，注重品牌意识和精神意识，全面实践“以学生为本”的现代教育理念。
在课程建设方面，学院以重点课程和优质课程建设为龙头，以系列课程和综合化课程为重点，不断更新教学内容、重组课程结构、优化课程体系。为加强课堂教学的检查和考核工作，除了按学校规定，对全院所有上课教师由学生进行打分评价外，学院还要求各单位认真组织听课，重点抓好青年教师的讲课效果，坚持对新上课教师或开新课教师进行课前试讲工作，组织青年教师参加讲课比赛。为认真组织做好课堂教学效果评价工作，学院积极组织召开本院教师、学生座谈会，对教学效果、教学秩序、考试改革、实验室教学、教学大纲等几个方面进行专门讨论。
在教学改革与教学研究工作中，学院积极抓好山东省重点教学改革试点专业——资源勘查工程专业改革试点方案的教学研究工作。在“以学习为中心，走全面发展之路”的育人方针指导下，以“博学、务实、创新、创业”为大学生培养模式，以培养高素质人才为宗旨，积极探索开拓进取，努力开创学生工作的新局面。
五、学科建设
国家级重点学科：矿产普查与勘探。
六、实验室建设
本院共有4个省部级重点实验室：山东省油藏地质重点实验室、中国石油天然气集团公司储层重点实验室、中国石油天然气集团公司物探重点实验室、中国石油天然气集团公司测井重点实验室。
学院拥有先进的科研、教学实验仪器设备，固定资产总值达2000万元以上。先进的仪器设备，良好的科研实验环境，在教学和科研中起到了不可忽视的重要作用。
七、“九五”以来的科学研究简况
“九五”以来，本院共承担科研项目近300项，其中纵向科研项目160余项，国家及省部级科研、教学攻关研究课题30余项。获省部级以上奖励30多次，近两年来年均到位经费保持在1500万元以上，国家级项目在数量、经费、级别上均取得进展，其中包括国家自然基金项目、国家“973”、“863”以及国家“十五”科技攻关项目。
目前主要在研的国家级课题：
1）黄河断流对河道系统发育的影响——国家“973”项目。
2）地球演化节律的天文控制因素及地球深部动力学模拟——国家“973”项目。
3）大别-苏鲁造山带周缘重点盆地层序地层学及沉积体系研究——国家“973”项目。
4）尹塔西南K/T剖面包裹体气体成分演化与界线事件研究——国家自然科学基金项目。
5）新生代渤海湾盆地沉积间断面及其形成机制研究——国家自然科学基金项目。
6）钻井中途油气层测试技术——国家“863”项目。
7）烃源岩-火成岩共生组合中火山物质与有机质相互作用研究——国家自然科学基金项目。
8）烃源灰岩中的有机质在超浅层剪切过程中的物理化学响应——国家自然科学基金项目。
9）混源气鉴别地质地球化学模型研究——国家“973”项目。
10）东海复杂天然气藏地震识别技术——国家“863”项目。
11）东海及邻区重磁资料研究——国家“973”项目。
12）激光单分子海洋油气化探评价和预测模型研究——国家“863”项目。
八、国际交流与合作
本院积极选派教师出国学习、考察，本着工程技术发展和与重点科技项目相结合，注重实效、突出重点的原则，广泛地开展了与美国、英国、俄罗斯、加拿大和新加坡等国家的学术和科技交流合作。
九、出版机构及出版物
近年来，本院教师在国内外刊物上发表了大量的学术论文，2001年以来，本院教师出版专著和教材10余部，在《沉积学报》、《地球物理学报》、《石油学报》、《地球科学》等刊物上发表论文30余篇，被SCI检索论文5篇。在《石油大学学报》、《石油勘探与开发》、《石油地球物理勘探》统计源核心期刊上发表论文200余篇。
（撰稿：印兴耀）