《地球物理場論》——地球物理學國家級一流專業建設點系列教材

地球物理學國家級一流專業建設點系列教材之一，科學出版社“十四五”普通高等教育本科規劃教材，《地球物理場論》現已正式出版發行。

本書共設置7章，即矢量分析、引力場、靜態電磁場基本規律、靜態電磁場邊值問題的解、時變電磁場理論、均勻平面波傳播和電磁輻射。針對每一地球物理場，皆遵循“從源到場，以力觀場，以勢求場”的認知路徑和學習方法，聚焦地球物理場的空間分布與變化規律。此外，本書還增加專業“延伸閱讀”，體現與后續專業課程有序銜接；搭配地球物理場數值模擬二維碼，實現地球物理場的可視化教學；增加“科學家史話”內容，以科學家的理論探索故事為核心，展現其攻堅克難的研究過程與求真求實的科學態度，幫助讀者夯實科學認知、提升科學素養。

責任編輯：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com

地球物理是探索地球奧秘、勘查資源能源、服務工程建設的重要技術手段；場論是支撐地球物理探測理論與方法的基石。作為地球物理類專業的核心課程，其教學成效直接關系到專業人才培養的質量和學科發展的后勁。

“場論”課程涵蓋引力場、電磁場、電磁波等方面，內容廣博精深。現有的場論教材教育了一代又一代的學生，為后續專業課程學習夯實了基礎。面對學科發展新趨勢和教育教學新要求，亟須對場論教材進行更新迭代，創新模式。譚茂金、金勝等教授近年來啟動編著《地球物理場論》教材，在繼承經典場論知識體系的基礎上，銳意創新，打造了一部方法理論體系完整、地球物理特色鮮明、具有信息時代氣息的優秀教材。翻閱書稿，其亮點與特色令人欣喜：

(1)厘清場論體系，注重講授思路。教材精心設置內容，從引力場到電磁場，從電流到熱流場，從靜態場到時變場，內容既有平行類比，又有層層遞進，力求體系完整；場的類型從分布型到邊值型，場的求解從積分方程到微分方程，分門別類；全書“從源到場，求場溯源”，講授思路與學生學習有機融合。

(2)面向專業需求，注重有效銜接。教材深刻認識到“場論”作為專業基礎課的核心地位，創新性地設置“專業延伸內容”。這不僅有效化解了理論知識的抽象感，更為基礎理論與后續專業課程之間架設了橋梁，使學生能切實感受到場論在地球物理探測中的價值。

(3)革新教材形態，注重理論呈現。教材積極擁抱現代教育技術，通過二維碼嵌入和可視化手段，將抽象、復雜的場論概念和理論利用數值模擬直觀、生動地呈現出來。這種“可視化”范式能夠極大地增強教材的吸引力和學生的學習興趣，是教材形態現代化的成功探索。

(4)融入思政元素，注重科學思維。教材面向課堂傳授、思政育人的教學新要求，匠心獨具“科學家史話”欄目，是教材的一大亮點。在傳授知識的同時，采用“潤物無聲”方式講述相關科學家的探索故事，潛移默化地進行科學精神、創新思維和家國情懷的培育，是將課程思政融入專業教學的典范。

該教材入選科學出版社“十四五”普通高等教育本科規劃教材，恰逢其時，為夯實地球物理類專業學生的理論基礎提供了系統、精良的教學資源。我相信，通過該教材在內容設置、方法思路和形態展示等方面富有成效的創新探索，能夠很好地完成傳授經典場論知識的任務。希望廣大師生能善用該教材，深入理解地球物理場的真諦，為地球物理專業學習、科技創新打下堅實基礎。

總之，《地球物理場論》是一部體系完整清晰、專業特色鮮明、教學方法先進、育人導向突出的專業基礎課教材。我相信，該教材的出版能夠顯著提升專業課程的教學質量，對我國新時代地球物理高等教育具有積極推動作用。同時，也期望編寫團隊能持續關注學科前沿和教學改革動態，不斷修訂完善，使這部教材始終保持旺盛的生命力和引領性。

中國科學院院士

2025年7月于北京

前 言

地球物理場是地球物理探測的重要研究對象，是地球物理探測技術的核心和基礎，是實現礦藏勘查與解釋的關鍵。地球物理場分為位場和波場兩大類，前者包括靜電場、靜磁場、穩恒電流場、引力場、熱場及核輻射場等，后者包括電磁波場和彈性波場。這些地球物理場均是存在于自然界的一種形式，具有能量。

“地球物理場論”是地球物理類專業(勘查技術與工程，地球物理學)學生必修的專業基礎課，其中大部分內容也是電氣工程、通信傳輸專業、無線電工程的專業基礎課，是在“高等數學”“普通物理學”和“數學物理方程”等課程后進行講授。本門課程所用教材《宏觀場論》已用多年，迫切需要進行修訂。本書的編寫除參照兄弟院校的課程外，還吸取了電信類院校教材的優點。本書共7章，即矢量分析、引力場、靜態電磁場的基本規律、靜態電磁場邊值問題的解、時變電磁場理論、均勻平面波的傳播和電磁輻射。除預備知識矢量分析外，前三章為靜態或穩定場，后三章為時變場。在本門課程的編寫和講述中，類比法、比較法貫穿始終。為了保持體系的條理性，將引力場放到了靜電場的前面，也可以在學完靜電場后進行對比講述。熱場也是一種重要的地球物理場，其特征與穩恒電流場類似，因此在講述完穩恒電流場之后采用類比的方法對其進行闡述和學習。由于彈性波場內容多，自成體系，在地球物理類專業中作為該課程的平行課程“彈性波理論”單獨講述。

通過本教材可以學習地球物理場的相關理論、規律以及場的解析解求解方法，為專業課程的學習打下堅實基礎。研究生階段主要學習有限元、有限差分等數值解求解方法，結合地球物理探測原理實現地球物理場的數值模擬，研究場的特征，為地球物理儀器研發與地質解釋提供重要依據。

本課程在多年講授過程中，每個物理規律的發現或者定理的誕生背后都有一段科學探索的勵志故事，其中科學家們之間的交流思考、探索過程對學生也具有很大啟發與教育。為此，編者在每章結束后增加了“科學家史話”，選擇的科學家與本章內容密切相關，既介紹科學家在物理學的卓越成就，又介紹他們的成長和學習過程，既學習了知識和創新探索的過程，又增加了趣味性和勵志教育，是課程思政的一種探索。

此外，本書的編寫還進行了一些改革與創新。一是注重加強專業聯系。在章后增加“專業延伸內容”，讓枯燥內容與后續專業課程有序銜接，既滿足學生對專業的好奇心，又讓學生切實感受到“場論”內容與專業的密切聯系。二是創新教材形態。優選每章例題，開展課內或課外數值模擬實驗，以可視化范式呈現地球物理場的特征。另外，本書中增加了數值模擬及可視化二維碼，通過掃一掃就可以學習場的特征、波的動態傳播，增加了趣味性和生動性。

均勻長方體引力場數值模擬及其可視化

均勻球體引力場數值模擬及可視化

均勻圓柱體引力場數值模擬及可視化

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可供高等院校地球物理學、勘查技術與工程、智能地球探測等專業作為教材選用，也可供工程技術人員參考。

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本文摘自科學出版社2025年9月出版《地球物理場論》一書，內容有刪節。標題為編者所加。

（本文編輯：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com）

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