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地球物理學,這個專業怎麽樣?

2022-03-02科學

本碩博地球物理專業,來介紹一波地球物理專業吧。

高考對於我來說已經是20多年前的事情了,本科吉林大學,後保研到中科院碩博連讀,現在已經在地球物理界工作十年有余。本碩博都是地球物理,只是博士階段更著重於地震勘探方面。博士畢業後在一家石油公司做研發,現在工作有十年多了。這裏就聊一聊地球物理這個專業。

地球物理專業簡介

地球物理是一個地學,物理學,數學和高效能計算四者的交叉學科,其套用場景可上天,可入地,可下海;地球物理學家有的搞能源的生產套用,也有的搞純粹的學術研究,有的在野外踏遍大好山河,也有的在室內從事軟體開發。所以,就像一千個人心中有1000個哈姆雷特一樣,很多人對地球物理的看法也千差萬別,因為它的套用場景和所需要的知識跨度太多了,這就導致在互聯網這個大平台,你會看到大家對地球物理有很多不一樣的評價。我希望這個回答從我20多年的地球物理學習和從業的經驗來盡可能客觀的描述地球物理這個專業,也給所有即將報考的學生一個參考。

地球物理專業學什麽?

大學裏,地球物理的基礎課有高等數學,線性代數,機率論與數理統計,大學電腦基礎,大學英語,專業基礎課有普通化學及實驗,C/C++語言程式設計基礎,大學物理及實驗,數學物理方法,數位訊號處理,近代物理及實驗,專業課有巖石物理學,GPS測量原理與套用,環境科學概論,礦物學巖石學基礎,地球物理場論,電子技術,地質學基礎,構造地質學,地震勘探數據處理與解釋,地震勘探原理與方法,電法勘探數據處理與解釋,電法勘探原理與方法,計算方法,專業英語,石油地質學,重磁勘探原理與方法,重磁勘探數據處理與解釋,鉆井地球物理數據處理與解釋,鉆井地球物理原理與方法,Matlab語言及套用,測量學,放射性與地熱勘探,套用地球物理生產實習,地理資訊系統原理,地球物理勘探儀器,遙感原理與套用,畢業實習。

地球物理的本科課程

研究生階段的專業課包括地球動力學,地球科學反演,巖漿巖巖石學,現代套用地球物理,考古:探索與發現,巖石圈物理學與大地構造,平行計算和並列軟體設計,有限元方法在地學中的套用,盆地分析,層序地層學,現代寬頻地震觀測和地球深部研究,宇宙中的生命。

地球物理學的高校有哪些?

地球物理的高校在很多學校都有,北京大學,中國科學院大學,中國科技大學,吉林大學,同濟大學,哈爾濱工業大學,中南大學,中國石油大學,西安交通大學,中國地質大學,中國礦業大學,中國海洋大學,成都理工大學,西南石油大學等。

對於學校的選擇,我的觀點是,優先選好一類的學校(985,211),同類裏面再選,優先考慮城市。城市這個因素很大程度上影響了學生後續的發展道路, 甚至你的思維方式。至於專業的選擇,其實沒有學校和城市的因素重要,因為很多專業都是十分相通的, 也就是說如果在一個理科學的很精, 那麽對於另一個理科, 你的入手就會很容易, 或者很容易轉行, 當然如果是文科轉理科,那麽就肯定很難, 我說的是大類也在一個範圍裏. 就拿地球物理來說,這是一個理科, 我工作以後, 身邊的同事, 有學數學的, 有學固體力學的, 還有學電腦的, 也有學光學的。

總之,最終大家都做了同樣的事情. 因為理科基本上就是對數學, 電腦要求比較高,這兩個學好了,其實很多問題, 就是一個純套用的問題, 也就不難了。

地球物理畢業後的就業情況如何?

談到就業,我覺得是地球物理的一個優勢,因為選擇的面很寬,而且也有比較高的專業壁壘(這是互聯網公司中很多編程類工作所沒有的)。主要的就業在能源勘探與開發,比如石油、天然氣、煤炭等能源的勘探、開發和管理工作,包括地震勘探、儲層預測、生產監測等;或者礦產勘探和開發;也可以做水文,環境監測與保護,包括大氣汙染監測、水資源評價等;還有,地質災害預測、評估、防治和應急處置工作,包括地震預警、地質災害監測等;當然作為理工科,也有不少人博士後出站後,選擇留校任教。下面舉一些身邊的例子。

我畢業後,就加入了一家石油公司做研發,主要的研究方向是地震勘探中的數據處理與解釋,工作中,常用到的是GPU編程,Matlab,數學公式推導,最佳化演算法等。工作的目標是對油藏得到一個準確的成像結果或者最佳化地震數據的處理。

大家可以這麽理解地球物理對石油公司的作用。找石油, 就好比去醫院看病。地球物理勘探就像是醫院裏對病人拍攝的影像學資料,有CT,胸透或者核磁共振等。

地球物理學家, 就是研發CT ,胸透或者核磁共振的人, 他們負責給地質學家提供地球或者油藏的影像學資料。地質學家, 就是醫院裏的門診醫生。鉆井, 就是醫院裏的手術醫生。所以, 地震勘探對於找油藏自然是不可或缺的。下面是一個地球物理對某工區的地下介質成像結果 [1]

某工區的地球物理勘探成像結果

另外,當油價高的時候,在業內能看到很多學數學的,學聲學的,學光學的,學電腦的,甚至學固體力學等等都來石油公司應聘地球物理學家崗位。

同樣反過來,地球物理專業背景的,也可以去其他科技公司。身邊的人有去互聯網公司做演算法的,又去滴滴做自動駕駛的,又去微軟亞洲研究院做AI的,也有去互聯網金融的,也有一些回到高校當老師的,也有去做醫療成像的(乳腺成像或腦成像,用的超音波)。下面是地球物理學家研發的超聲腦成像裝置以及成像結果 [2]

地球物理學家研發的超聲腦成像的裝置
最左為腦部真實結構,最右為地球物理勘探方法得到的腦部成像結果

總之,因為地球物理交叉學科的性質,就業的選擇也很多樣。值得一提的是,如果在石油公司內,因為工作有較強的專業性質,所以有比較高的專業壁壘。即使從事較多的編程工作,但並不會有35歲危機的情況發生。當然,收入可能還是互聯網公司的高,但是從長遠來看的話,石油公司有優勢,因為這是一個吃研發和處理經驗的工作。

另外,不管是油企,煤企,還是礦業公司。每一個都是從野外數據采集到最終確定儲層位置的一個很長產業鏈,所以即使都是學地球物理的,所從事的工作內容可能也差別很大,這主要看你的專業技能,如果只是本科畢業,那可能會涉及到一些出野外的工作,但有的人也樂在其中。碩士畢業多數會從事一些數據處理,操作軟體之類的。博士畢業,做方法研究的較多,但也有一些做處理的,同樣,由於計畫需求,也可能會有不少野外的工作,這主要看個人的興趣。

分享幾張我和身邊朋友由於專業原因拍攝的一些照片吧,撿有趣的照片發的。

我和身邊朋友由於專業原因拍攝的一些有趣照片

地球物理有哪些有趣的研究?

除了企業以外,同學裏也有不少在在地質科學院工作的,也有在地震局的,還有各個高校做老師的,他們做了不少很有意思的研究。

下面是中科院地球物理學家利用祝融號的數據,得到的火星80公尺之上的高精度結構分層影像。深度小於10公尺的最上層為火壤層; 深度在10-30公尺的第二層沈積序列,可能是著陸區中晚亞馬遜紀火表改造事件的結果;深度範圍在30-80公尺的第三層沈積序列,可能反映著陸區更古老、更大規模的火表改造事件 [3]

地球物理方法對火星80公尺之上的高精度結構分層影像

還有朋友乘雪龍2號去了南極中山站科考,是十分難能可貴的人生經歷和科研機會。

雪龍2號和中山站

比如地球物南極科考的其中一項工作是,得到了Amery冰架下方12km分辨率的海底地形模型,這樣的模型揭示了若幹個先前未知的、控制著冰架穩定性的關鍵地貌。例如,在冰架前緣新發現了淺灘和海槽,這有助於更加準確地計算進入冰腔內部的海水熱量通量;在冰架內部和底部新發現了一些窪地和山脊,這有助於更加準確地模擬冰架下的海洋環流及其導致的冰底融化 [4]

利用航空重力計算的東南極Amery冰架下方的海底地形

另外,地震台站裏的地震數據,是了解地球內部構造的重要資訊,也是需要地球物理學家利用這樣的數據反演地球深部構造,進而了解諸如板塊交界地帶的地下結構,下圖是青藏高原下方利用地球物理方法得到的縱波速度結構 [5]

青藏高原內部縱波速度層析結果

另外,如果想知道全球尺度的地球重力資訊,也離不開地球物理學家的工作,比如2013年地球物理學家利用衛星重力儀,地表重力測量和全球地形數據得到的全球重力加速度分布圖 [6] 。由於尺寸原因,此處只展示了亞洲部份。

亞洲重力加速度值

除了上面幾個例子以外,地球物理在地球和宇宙磁場,板塊構造理論,地熱研究,環境和氣候,以及地外行星內部結構研究上都有重要作用。

最後, 關於薪資待遇方面 。地球物理可以面對工業界(石油,礦產,水文等)的生產,也可以面對地球深部,宇宙行星的科學研究,就業範圍很廣。如果大家想了解不同單位的就業和薪資待遇情況,這個可以私下交流。

好了,介紹這麽多。

參考

  1. ^ Liu L., 2019, Improving seismic image using the common-horizon panel, Geophysics.
  2. ^ Guasch, Lluís, et al. "Full-waveform inversion imaging of the human brain." NPJ digital medicine 3.1 (2020): 28.
  3. ^ Li, Chao, et al. "Layered subsurface in Utopia Basin of Mars revealed by Zhurong rover radar." Nature 610.7931 (2022): 308-312.
  4. ^ Yang, Junjun, et al. "Previously unknown topographic features beneath the Amery Ice Shelf, East Antarctica, revealed by airborne gravity." EGU General Assembly Conference Abstracts. 2022.
  5. ^ Tapponnier, Paul, et al. "Oblique stepwise rise and growth of the Tibet Plateau." science 294.5547 (2001): 1671-1677.
  6. ^ Hirt, Christian, et al. "New ultrahigh‐resolution picture of Earth's gravity field." Geophysical research letters 40.16 (2013): 4279-4283.