《地球物理场论》——地球物理学国家级一流专业建设点系列教材

地球物理学国家级一流专业建设点系列教材之一，科学出版社“十四五”普通高等教育本科规划教材，《地球物理场论》现已正式出版发行。

本书共设置7章，即矢量分析、引力场、静态电磁场基本规律、静态电磁场边值问题的解、时变电磁场理论、均匀平面波传播和电磁辐射。针对每一地球物理场，皆遵循“从源到场，以力观场，以势求场”的认知路径和学习方法，聚焦地球物理场的空间分布与变化规律。此外，本书还增加专业“延伸阅读”，体现与后续专业课程有序衔接；搭配地球物理场数值模拟二维码，实现地球物理场的可视化教学；增加“科学家史话”内容，以科学家的理论探索故事为核心，展现其攻坚克难的研究过程与求真求实的科学态度，帮助读者夯实科学认知、提升科学素养。

责任编辑：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com

地球物理是探索地球奥秘、勘查资源能源、服务工程建设的重要技术手段；场论是支撑地球物理探测理论与方法的基石。作为地球物理类专业的核心课程，其教学成效直接关系到专业人才培养的质量和学科发展的后劲。

“场论”课程涵盖引力场、电磁场、电磁波等方面，内容广博精深。现有的场论教材教育了一代又一代的学生，为后续专业课程学习夯实了基础。面对学科发展新趋势和教育教学新要求，亟须对场论教材进行更新迭代，创新模式。谭茂金、金胜等教授近年来启动编著《地球物理场论》教材，在继承经典场论知识体系的基础上，锐意创新，打造了一部方法理论体系完整、地球物理特色鲜明、具有信息时代气息的优秀教材。翻阅书稿，其亮点与特色令人欣喜：

(1)厘清场论体系，注重讲授思路。教材精心设置内容，从引力场到电磁场，从电流到热流场，从静态场到时变场，内容既有平行类比，又有层层递进，力求体系完整；场的类型从分布型到边值型，场的求解从积分方程到微分方程，分门别类；全书“从源到场，求场溯源”，讲授思路与学生学习有机融合。

(2)面向专业需求，注重有效衔接。教材深刻认识到“场论”作为专业基础课的核心地位，创新性地设置“专业延伸内容”。这不仅有效化解了理论知识的抽象感，更为基础理论与后续专业课程之间架设了桥梁，使学生能切实感受到场论在地球物理探测中的价值。

(3)革新教材形态，注重理论呈现。教材积极拥抱现代教育技术，通过二维码嵌入和可视化手段，将抽象、复杂的场论概念和理论利用数值模拟直观、生动地呈现出来。这种“可视化”范式能够极大地增强教材的吸引力和学生的学习兴趣，是教材形态现代化的成功探索。

(4)融入思政元素，注重科学思维。教材面向课堂传授、思政育人的教学新要求，匠心独具“科学家史话”栏目，是教材的一大亮点。在传授知识的同时，采用“润物无声”方式讲述相关科学家的探索故事，潜移默化地进行科学精神、创新思维和家国情怀的培育，是将课程思政融入专业教学的典范。

该教材入选科学出版社“十四五”普通高等教育本科规划教材，恰逢其时，为夯实地球物理类专业学生的理论基础提供了系统、精良的教学资源。我相信，通过该教材在内容设置、方法思路和形态展示等方面富有成效的创新探索，能够很好地完成传授经典场论知识的任务。希望广大师生能善用该教材，深入理解地球物理场的真谛，为地球物理专业学习、科技创新打下坚实基础。

总之，《地球物理场论》是一部体系完整清晰、专业特色鲜明、教学方法先进、育人导向突出的专业基础课教材。我相信，该教材的出版能够显著提升专业课程的教学质量，对我国新时代地球物理高等教育具有积极推动作用。同时，也期望编写团队能持续关注学科前沿和教学改革动态，不断修订完善，使这部教材始终保持旺盛的生命力和引领性。

中国科学院院士

2025年7月于北京

前 言

地球物理场是地球物理探测的重要研究对象，是地球物理探测技术的核心和基础，是实现矿藏勘查与解释的关键。地球物理场分为位场和波场两大类，前者包括静电场、静磁场、稳恒电流场、引力场、热场及核辐射场等，后者包括电磁波场和弹性波场。这些地球物理场均是存在于自然界的一种形式，具有能量。

“地球物理场论”是地球物理类专业(勘查技术与工程，地球物理学)学生必修的专业基础课，其中大部分内容也是电气工程、通信传输专业、无线电工程的专业基础课，是在“高等数学”“普通物理学”和“数学物理方程”等课程后进行讲授。本门课程所用教材《宏观场论》已用多年，迫切需要进行修订。本书的编写除参照兄弟院校的课程外，还吸取了电信类院校教材的优点。本书共7章，即矢量分析、引力场、静态电磁场的基本规律、静态电磁场边值问题的解、时变电磁场理论、均匀平面波的传播和电磁辐射。除预备知识矢量分析外，前三章为静态或稳定场，后三章为时变场。在本门课程的编写和讲述中，类比法、比较法贯穿始终。为了保持体系的条理性，将引力场放到了静电场的前面，也可以在学完静电场后进行对比讲述。热场也是一种重要的地球物理场，其特征与稳恒电流场类似，因此在讲述完稳恒电流场之后采用类比的方法对其进行阐述和学习。由于弹性波场内容多，自成体系，在地球物理类专业中作为该课程的平行课程“弹性波理论”单独讲述。

通过本教材可以学习地球物理场的相关理论、规律以及场的解析解求解方法，为专业课程的学习打下坚实基础。研究生阶段主要学习有限元、有限差分等数值解求解方法，结合地球物理探测原理实现地球物理场的数值模拟，研究场的特征，为地球物理仪器研发与地质解释提供重要依据。

本课程在多年讲授过程中，每个物理规律的发现或者定理的诞生背后都有一段科学探索的励志故事，其中科学家们之间的交流思考、探索过程对学生也具有很大启发与教育。为此，编者在每章结束后增加了“科学家史话”，选择的科学家与本章内容密切相关，既介绍科学家在物理学的卓越成就，又介绍他们的成长和学习过程，既学习了知识和创新探索的过程，又增加了趣味性和励志教育，是课程思政的一种探索。

此外，本书的编写还进行了一些改革与创新。一是注重加强专业联系。在章后增加“专业延伸内容”，让枯燥内容与后续专业课程有序衔接，既满足学生对专业的好奇心，又让学生切实感受到“场论”内容与专业的密切联系。二是创新教材形态。优选每章例题，开展课内或课外数值模拟实验，以可视化范式呈现地球物理场的特征。另外，本书中增加了数值模拟及可视化二维码，通过扫一扫就可以学习场的特征、波的动态传播，增加了趣味性和生动性。

均匀长方体引力场数值模拟及其可视化

均匀球体引力场数值模拟及可视化

均匀圆柱体引力场数值模拟及可视化

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可供高等院校地球物理学、勘查技术与工程、智能地球探测等专业作为教材选用，也可供工程技术人员参考。

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本文摘自科学出版社2025年9月出版《地球物理场论》一书，内容有删节。标题为编者所加。

（本文编辑：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com）

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