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地球物理学,这个专业怎么样?

2022-03-02科学

本硕博地球物理专业,来介绍一波地球物理专业吧。

高考对于我来说已经是20多年前的事情了,本科吉林大学,后保研到中科院硕博连读,现在已经在地球物理界工作十年有余。本硕博都是地球物理,只是博士阶段更着重于地震勘探方面。博士毕业后在一家石油公司做研发,现在工作有十年多了。这里就聊一聊地球物理这个专业。

地球物理专业简介

地球物理是一个地学,物理学,数学和高性能计算四者的交叉学科,其应用场景可上天,可入地,可下海;地球物理学家有的搞能源的生产应用,也有的搞纯粹的学术研究,有的在野外踏遍大好山河,也有的在室内从事软件开发。所以,就像一千个人心中有1000个哈姆雷特一样,很多人对地球物理的看法也千差万别,因为它的应用场景和所需要的知识跨度太多了,这就导致在互联网这个大平台,你会看到大家对地球物理有很多不一样的评价。我希望这个回答从我20多年的地球物理学习和从业的经验来尽可能客观的描述地球物理这个专业,也给所有即将报考的学生一个参考。

地球物理专业学什么?

大学里,地球物理的基础课有高等数学,线性代数,概率论与数理统计,大学计算机基础,大学英语,专业基础课有普通化学及实验,C/C++语言程序设计基础,大学物理及实验,数学物理方法,数字信号处理,近代物理及实验,专业课有岩石物理学,GPS测量原理与应用,环境科学概论,矿物学岩石学基础,地球物理场论,电子技术,地质学基础,构造地质学,地震勘探数据处理与解释,地震勘探原理与方法,电法勘探数据处理与解释,电法勘探原理与方法,计算方法,专业英语,石油地质学,重磁勘探原理与方法,重磁勘探数据处理与解释,钻井地球物理数据处理与解释,钻井地球物理原理与方法,Matlab语言及应用,测量学,放射性与地热勘探,应用地球物理生产实习,地理信息系统原理,地球物理勘探仪器,遥感原理与应用,毕业实习。

地球物理的本科课程

研究生阶段的专业课包括地球动力学,地球科学反演,岩浆岩岩石学,现代应用地球物理,考古:探索与发现,岩石圈物理学与大地构造,并行计算和并行软件设计,有限元方法在地学中的应用,盆地分析,层序地层学,现代宽频地震观测和地球深部研究,宇宙中的生命。

地球物理学的高校有哪些?

地球物理的高校在很多学校都有,北京大学,中国科学院大学,中国科技大学,吉林大学,同济大学,哈尔滨工业大学,中南大学,中国石油大学,西安交通大学,中国地质大学,中国矿业大学,中国海洋大学,成都理工大学,西南石油大学等。

对于学校的选择,我的观点是,优先选好一类的学校(985,211),同类里面再选,优先考虑城市。城市这个因素很大程度上影响了学生后续的发展道路, 甚至你的思维方式。至于专业的选择,其实没有学校和城市的因素重要,因为很多专业都是十分相通的, 也就是说如果在一个理科学的很精, 那么对于另一个理科, 你的入手就会很容易, 或者很容易转行, 当然如果是文科转理科,那么就肯定很难, 我说的是大类也在一个范围里. 就拿地球物理来说,这是一个理科, 我工作以后, 身边的同事, 有学数学的, 有学固体力学的, 还有学计算机的, 也有学光学的。

总之,最终大家都做了同样的事情. 因为理科基本上就是对数学, 计算机要求比较高,这两个学好了,其实很多问题, 就是一个纯应用的问题, 也就不难了。

地球物理毕业后的就业情况如何?

谈到就业,我觉得是地球物理的一个优势,因为选择的面很宽,而且也有比较高的专业壁垒(这是互联网公司中很多编程类工作所没有的)。主要的就业在能源勘探与开发,比如石油、天然气、煤炭等能源的勘探、开发和管理工作,包括地震勘探、储层预测、生产监测等;或者矿产勘探和开发;也可以做水文,环境监测与保护,包括大气污染监测、水资源评价等;还有,地质灾害预测、评估、防治和应急处置工作,包括地震预警、地质灾害监测等;当然作为理工科,也有不少人博士后出站后,选择留校任教。下面举一些身边的例子。

我毕业后,就加入了一家石油公司做研发,主要的研究方向是地震勘探中的数据处理与解释,工作中,常用到的是GPU编程,Matlab,数学公式推导,优化算法等。工作的目标是对油藏得到一个准确的成像结果或者优化地震数据的处理。

大家可以这么理解地球物理对石油公司的作用。找石油, 就好比去医院看病。地球物理勘探就像是医院里对病人拍摄的影像学资料,有CT,胸透或者核磁共振等。

地球物理学家, 就是研发CT ,胸透或者核磁共振的人, 他们负责给地质学家提供地球或者油藏的影像学资料。地质学家, 就是医院里的门诊医生。钻井, 就是医院里的手术医生。所以, 地震勘探对于找油藏自然是不可或缺的。下面是一个地球物理对某工区的地下介质成像结果 [1]

某工区的地球物理勘探成像结果

另外,当油价高的时候,在业内能看到很多学数学的,学声学的,学光学的,学计算机的,甚至学固体力学等等都来石油公司应聘地球物理学家岗位。

同样反过来,地球物理专业背景的,也可以去其他科技公司。身边的人有去互联网公司做算法的,又去滴滴做自动驾驶的,又去微软亚洲研究院做AI的,也有去互联网金融的,也有一些回到高校当老师的,也有去做医疗成像的(乳腺成像或脑成像,用的超声波)。下面是地球物理学家研发的超声脑成像设备以及成像结果 [2]

地球物理学家研发的超声脑成像的设备
最左为脑部真实结构,最右为地球物理勘探方法得到的脑部成像结果

总之,因为地球物理交叉学科的性质,就业的选择也很多样。值得一提的是,如果在石油公司内,因为工作有较强的专业性质,所以有比较高的专业壁垒。即使从事较多的编程工作,但并不会有35岁危机的情况发生。当然,收入可能还是互联网公司的高,但是从长远来看的话,石油公司有优势,因为这是一个吃研发和处理经验的工作。

另外,不管是油企,煤企,还是矿业公司。每一个都是从野外数据采集到最终确定储层位置的一个很长产业链,所以即使都是学地球物理的,所从事的工作内容可能也差别很大,这主要看你的专业技能,如果只是本科毕业,那可能会涉及到一些出野外的工作,但有的人也乐在其中。硕士毕业多数会从事一些数据处理,操作软件之类的。博士毕业,做方法研究的较多,但也有一些做处理的,同样,由于项目需求,也可能会有不少野外的工作,这主要看个人的兴趣。

分享几张我和身边朋友由于专业原因拍摄的一些照片吧,捡有趣的照片发的。

我和身边朋友由于专业原因拍摄的一些有趣照片

地球物理有哪些有趣的研究?

除了企业以外,同学里也有不少在在地质科学院工作的,也有在地震局的,还有各个高校做老师的,他们做了不少很有意思的研究。

下面是中科院地球物理学家利用祝融号的数据,得到的火星80米之上的高精度结构分层图像。深度小于10米的最上层为火壤层; 深度在10-30米的第二层沉积序列,可能是着陆区中晚亚马逊纪火表改造事件的结果;深度范围在30-80米的第三层沉积序列,可能反映着陆区更古老、更大规模的火表改造事件 [3]

地球物理方法对火星80米之上的高精度结构分层图像

还有朋友乘雪龙2号去了南极中山站科考,是十分难能可贵的人生经历和科研机会。

雪龙2号和中山站

比如地球物南极科考的其中一项工作是,得到了Amery冰架下方12km分辨率的海底地形模型,这样的模型揭示了若干个先前未知的、控制着冰架稳定性的关键地貌。例如,在冰架前缘新发现了浅滩和海槽,这有助于更加准确地计算进入冰腔内部的海水热量通量;在冰架内部和底部新发现了一些洼地和山脊,这有助于更加准确地模拟冰架下的海洋环流及其导致的冰底融化 [4]

利用航空重力计算的东南极Amery冰架下方的海底地形

另外,地震台站里的地震数据,是了解地球内部构造的重要信息,也是需要地球物理学家利用这样的数据反演地球深部构造,进而了解诸如板块交界地带的地下结构,下图是青藏高原下方利用地球物理方法得到的纵波速度结构 [5]

青藏高原内部纵波速度层析结果

另外,如果想知道全球尺度的地球重力信息,也离不开地球物理学家的工作,比如2013年地球物理学家利用卫星重力仪,地表重力测量和全球地形数据得到的全球重力加速度分布图 [6] 。由于尺寸原因,此处只展示了亚洲部分。

亚洲重力加速度值

除了上面几个例子以外,地球物理在地球和宇宙磁场,板块构造理论,地热研究,环境和气候,以及地外行星内部结构研究上都有重要作用。

最后, 关于薪资待遇方面 。地球物理可以面对工业界(石油,矿产,水文等)的生产,也可以面对地球深部,宇宙行星的科学研究,就业范围很广。如果大家想了解不同单位的就业和薪资待遇情况,这个可以私下交流。

好了,介绍这么多。

参考

  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.