實踐技能訓(xùn)練在資源勘查工程專業(yè)教學(xué)中的作用

于 強，李榮西，王 震，吳小力，周 偉，黃何鑫

1.長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710054；3.西安市關(guān)鍵金屬成礦與高效利用重點實驗室，陜西 西安 710054

資源勘查工程是一門實踐性很強的地質(zhì)類工科專業(yè)。為了提高該專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量，保證人才培養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展，近年來，地質(zhì)學(xué)和資源勘查工程本科專業(yè)的教學(xué)改革越來越受到國內(nèi)高校的重視[1-2]，全國各大高校加大了對該專業(yè)的建設(shè)力度，在野外實踐教學(xué)[3]、課程建設(shè)[4]、人才培養(yǎng)體系[5]、專業(yè)建設(shè)[6]及實踐訓(xùn)練[7-8]等方面取得了不少成績。長安大學(xué)資源勘查工程（石油與天然氣方向）是集常規(guī)與非常規(guī)油氣地質(zhì)理論、勘探、開發(fā)、資源評價及工程設(shè)計于一體的綜合性、應(yīng)用型工科專業(yè)。該專業(yè)依托省部級重點實驗室、省級地學(xué)實驗教學(xué)示范中心和國家級大學(xué)生工程實踐教學(xué)基地，培養(yǎng)油氣勘探與開發(fā)領(lǐng)域高層次專業(yè)技術(shù)人才。

通過調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)各大高校在該專業(yè)的主干課程，如石油地質(zhì)學(xué)、非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)、油氣田勘探、測井原理及應(yīng)用、油礦地質(zhì)學(xué)、采油工程等課程的教學(xué)中，以教師講授、學(xué)生聽課傳統(tǒng)方法為主，課堂上講授的油氣地質(zhì)調(diào)查、勘探和開發(fā)內(nèi)容沒有或很少有實物展示，學(xué)生對鉆機、射孔、壓裂、注水及采油（氣）環(huán)節(jié)涉及的儀器與設(shè)備、鉆井巖心與野外地質(zhì)標(biāo)本等沒有直觀認(rèn)識，對整個勘探開發(fā)流程缺乏直觀而系統(tǒng)的認(rèn)知，對定量化數(shù)值模擬技術(shù)與三維可視化表達更是知之甚少。

雖有教師在講授環(huán)節(jié)展示了相關(guān)專業(yè)圖片和視頻，但學(xué)生只能通過電腦顯示屏或投影布以電腦音/視頻形式觀看，缺乏實物教學(xué)，不能使學(xué)生身臨其境、近距離地了解油氣勘探開發(fā)整個過程的各個細(xì)節(jié)，從而在一定程度上制約著教學(xué)質(zhì)量。另外，雖然目前個別高校開設(shè)了該專業(yè)的生產(chǎn)實習(xí)，能在一定程度上提高學(xué)生的實踐技能和動手操作能力，但不能保證每級本科生都能在規(guī)定的時間、規(guī)定的地點完成固定的專業(yè)內(nèi)容實習(xí)，達到同樣的教學(xué)效果。第一，實習(xí)隊伍在既定時間去生產(chǎn)單位實習(xí)有可能會受疫情、炎熱、寒冷或狂風(fēng)暴雨等自然環(huán)境條件的影響，如2020年暴發(fā)的全球大范圍的新冠疫情嚴(yán)重影響了全國各大高校的校外實習(xí)教學(xué)工作；第二，即使教師和學(xué)生都能到達現(xiàn)場，但受當(dāng)時生產(chǎn)單位的硬件條件、生產(chǎn)工程任務(wù)、現(xiàn)場地質(zhì)條件及施工要求等的制約，授課教師不能保證全方位、多期次地可重復(fù)性地講解相關(guān)知識，學(xué)生也不能從多個角度近距離地高效學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，導(dǎo)致原定的實習(xí)計劃在現(xiàn)場條件下往往需要多次調(diào)整；第三，受大學(xué)教學(xué)資源的限制，課堂教學(xué)和實習(xí)實踐往往分開進行，間隔時間少則幾周、多則跨學(xué)期甚至更久，導(dǎo)致課堂講授與課外實踐不能同時進行，教學(xué)效果大打折扣。

針對教學(xué)中存在的上述問題，筆者所在的長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院高度重視資源勘查工程專業(yè)的實踐教學(xué)條件建設(shè)，在經(jīng)費投入、人員保證和管理機制等方面給予了一定的政策支持，建立了全國首個針對資源勘查工程專業(yè)的實踐訓(xùn)練中心（下文簡稱“實訓(xùn)中心”），并邀請國內(nèi)外該專業(yè)的權(quán)威專家對地質(zhì)標(biāo)本、勘探開發(fā)動態(tài)模型、教學(xué)掛圖、專業(yè)教學(xué)音/視頻等材料的準(zhǔn)確性和代表性進行了嚴(yán)格監(jiān)督和教學(xué)評價，保證了該專業(yè)本科生實踐訓(xùn)練中心的高質(zhì)量建設(shè)，提高了專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、實踐訓(xùn)練的內(nèi)容

本實訓(xùn)中心占地面積112 m2，高度5 m。教學(xué)內(nèi)容分為含油氣盆地地質(zhì)沙盤模型、巖石實物標(biāo)本、教學(xué)掛圖、管柱墻油氣勘探開發(fā)動態(tài)模型、巖心柱與測井模型、數(shù)值模擬及專業(yè)討論等六個實踐訓(xùn)練模塊。

1.含油氣盆地地質(zhì)沙盤模型

含油氣盆地地質(zhì)沙盤模型布置在實訓(xùn)中心的中間地帶，長3.0 m，寬1.5 m，底座高度0.4 m（圖1）。該沙盤模型以鄂爾多斯盆地及其周邊的地表地形與地質(zhì)圖的疊合為平面展示內(nèi)容，突出沙盤上的地質(zhì)界線。

圖1 鄂爾多斯盆地油氣勘探開發(fā)地質(zhì)沙盤

沙盤上方點綴布置小比例尺的各種井場及設(shè)備，如鉆井井場、采油機（縱式和單獨均有）、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站。注水站和集輸站采用流水燈光動態(tài)演示。井場上的各類工程車的比例與井場上的其他設(shè)備協(xié)調(diào)。燈光線條用于界定油氣區(qū)范圍、油氣集輸走向和兩大地層剖面位置。盆地邊界、斷陷、斷裂系統(tǒng)的所有界線在沙盤內(nèi)部平面以不同顏色及線粗的閃光線條表示。周邊高出約60～80 mm，以現(xiàn)今黃土地貌與山脈實際海拔，按相同空間比例制作。地名、省、市、或個別特別重要的縣城或鎮(zhèn)名，以不同符號（如○□△▲等）、不同字體區(qū)別顯示。用虛線、折線、紅色、黃色分別圈定含油區(qū)域和含氣區(qū)域。在相對空白位置標(biāo)注重點采油廠的文字簡介。以鄂爾多斯盆地的南—北方向和東—西方向各一條地質(zhì)剖面為側(cè)面展示內(nèi)容，以浮雕效果布置在沙盤兩邊，顏色線條符合石油地質(zhì)行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2.巖石實物標(biāo)本

巖石實物標(biāo)本，以展柜的形式放置在實訓(xùn)中心的南側(cè)區(qū)域。與油氣勘探開發(fā)有關(guān)的巖石類型主要為沉積巖類，常見的沉積巖有礫巖、砂巖、泥巖、頁巖、石膏巖、鹽巖、石灰?guī)r、白云巖、鋁土質(zhì)巖、煤等類型。本中心對這些類型的沉積巖均配備足夠的新鮮標(biāo)本，便于學(xué)生更深刻地理解各類沉積巖的結(jié)構(gòu)（顆粒的性質(zhì)、大小、形態(tài)）特征和沉積構(gòu)造特征，如層理構(gòu)造（平行層理、水平層理、交錯層理），層面構(gòu)造（如波痕、雨痕），結(jié)核構(gòu)造及化石構(gòu)造等。沉積巖手標(biāo)本，以野外地質(zhì)采集及鉆井取心兩種方式獲得。其中鉆井巖心標(biāo)本，包括烴源巖、儲層、蓋層典型樣品，鄂爾多斯盆地中生界含油砂巖標(biāo)本、上古生界天然氣儲集層巖石標(biāo)本、下古生界碳酸鹽巖類巖溶儲層巖石標(biāo)本及中元古界薊縣系儲層標(biāo)本。

3.教學(xué)掛圖

教學(xué)掛圖等間距地展示在實訓(xùn)中心北側(cè)墻壁上，包括地質(zhì)圖，顯微鏡下巖石學(xué)特征，成巖作用，流體包裹體，古地溫演化，油氣成藏模式及機理，盆地剖面（縱、橫），勘探部署及有利區(qū)預(yù)測等專業(yè)圖件。該系列教學(xué)掛圖會根據(jù)后續(xù)教學(xué)需求的變化而不斷更新，補充更多新教學(xué)內(nèi)容。

4.管柱墻油氣勘探開發(fā)動態(tài)模型

管柱墻油氣勘探開發(fā)動態(tài)模型在實訓(xùn)中心的西側(cè)，提供了一種用于油氣教學(xué)使用的油氣勘探開發(fā)動態(tài)模擬裝置。該模型自右向左分別為地震勘探模塊、鉆井井場及管柱模塊、射孔模塊、壓裂模塊、抽油模塊、注水模塊、油氣集輸儲運模型、油氣煉化加工模型、油氣應(yīng)用模型等，分別代表了從早期地質(zhì)勘查、油氣勘探、開發(fā)至工程與應(yīng)用的整個工業(yè)流程（圖2）。每個模塊（型）擁有獨立的電源控制開關(guān)，可單獨開啟或關(guān)閉，也可以通過開啟總控制開關(guān)同時運行所有模塊（型），動態(tài)展示其機械運動模式。

圖2 管柱墻油氣勘探開發(fā)動態(tài)模型

模型側(cè)面仿真油氣藏剖面，地層界線有明顯的起伏，巖層有一定的砂質(zhì)手感。油層在剖面上整體效果為紅棕色“透鏡體”狀，其他巖層為“淺灰”和“深灰”色兩種。地層剖面長度和高度都符合展示需求。地層剖面上的管柱對照上述勘探開發(fā)流程的主線目標(biāo)進行管柱的制作及布置。抽油區(qū)域的油層燈光流動演示；其他區(qū)域油層燈光稍暗，且僅僅閃爍演示，但會以閃光形式演示地震波、射孔和壓裂效果。各個模塊（型）及其巖石內(nèi)容與效果說明見表1。

表1 管柱墻油氣勘探開發(fā)動態(tài)模型的演示內(nèi)容及說明

5.巖心柱與測井模型

巖心柱與測井模型在實訓(xùn)中心東墻面上。應(yīng)展廳空間高度及方便觀察的需要，將巖心管柱分兩段制作，分別對應(yīng)著鄂爾多斯盆地中生界延長組和上古生界山西組—太原組，每段高約3 m，分別布置在投影教學(xué)系統(tǒng)的兩邊，配上相應(yīng)的測井曲線、地層綜合柱狀圖及地層文字說明。該管柱采用全透明管柱狀外殼，內(nèi)部含具有一定粒度和顆粒感的仿制巖心，與其旁邊的測井曲線對應(yīng)并標(biāo)識出烴源巖、儲層、含油層段、含油水層、水層等多種類型重點層段。

6.數(shù)值模擬及專業(yè)討論

在實訓(xùn)中心東墻面中部安裝有投影教學(xué)系統(tǒng)，連接著高性能計算機。該訓(xùn)練模塊配備多款的專業(yè)軟件，如石文、Resform、Geomap、Petromod、Petrel、Eclipse、office、autoCAD、Surfer、Graph、HeFTy、Landmark、Discovery、3DMove、GeoX等多套油氣專業(yè)軟件。擁有一些可公開用于教學(xué)的盆地模擬的數(shù)據(jù)和實例報告；影像資料包括鉆井、錄井、采油、注水、油氣的形成、運移、海洋勘探與開發(fā)資料；我國油氣勘探歷程、世界含油氣盆地地質(zhì)資料、中國油氣志等。

二、實踐訓(xùn)練在教學(xué)中的作用

資源勘查工程專業(yè)實踐訓(xùn)練中心的建立，可以為該專業(yè)的教學(xué)改革及發(fā)展提供強有力的實踐平臺。該中心除可用于對大一新生的專業(yè)認(rèn)知教育、對外交流與展示的作用外，還可以通過實踐訓(xùn)練，增強其他年級學(xué)生對課堂上教師所講授的石油地質(zhì)學(xué)、油氣田勘探、非常規(guī)油氣、采油工程、巖石學(xué)與礦物學(xué)、測井原理及應(yīng)用等課程中涉及的實物的感官認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知能力及創(chuàng)新能力。具體可以分成以下幾個作用。

1.促進專業(yè)綜合改革及建設(shè)

資源勘查專業(yè)（石油與天然氣方向），是將地質(zhì)學(xué)的基本原理與油氣勘探實踐相結(jié)合的產(chǎn)物。根據(jù)該專業(yè)的實習(xí)教學(xué)需要，有針對性地進行與石油天然氣勘探開發(fā)及生產(chǎn)相關(guān)的儀器、地質(zhì)樣品、典型實物照片、優(yōu)秀科研報告和優(yōu)秀教學(xué)教材等的展示，充分發(fā)揮教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，不斷完善教學(xué)過程中的難點、重點等，更有效地促進專業(yè)綜合改革及建設(shè)工作的順利進行。

2.增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力

該專業(yè)不僅要求學(xué)生具有扎實的專業(yè)理論知識，還需具備實踐性很強的專業(yè)操作技能。學(xué)生利用課堂上老師講授的專業(yè)知識去分析問題、解決問題，離不開實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的培訓(xùn)，只有對油氣勘探與開發(fā)中涉及的實物有深入認(rèn)識的基礎(chǔ)上，將所學(xué)知識融會貫通，才可能提高分析及解決實際問題的能力。

實踐教學(xué)注重為學(xué)生營造一個自由發(fā)展的空間并提供良好的專業(yè)素材展示機會。通過標(biāo)本、教學(xué)模型、教學(xué)掛圖等素材的展示，讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，對課堂上所學(xué)的知識有更深刻的認(rèn)識。與此同時，學(xué)生在學(xué)習(xí)和動手過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗、分析和解決遇到的難題，得到足夠的科研鍛煉機會，提高其思維能力和科研能力。

3.改善教學(xué)條件

改善教學(xué)條件，有效利用教學(xué)資源。一是以實習(xí)教學(xué)為主，服務(wù)于本科專業(yè)教學(xué)。根據(jù)資源勘查工程（油氣）專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)方案，與任課教師溝通，在各門課程的教學(xué)實習(xí)期間，僅供教學(xué)班級學(xué)生實習(xí)使用，統(tǒng)籌安排教師演示標(biāo)本、學(xué)生實踐觀察等內(nèi)容，為實習(xí)教學(xué)任務(wù)的完成提供了優(yōu)質(zhì)的服務(wù)與保證。二是充分利用現(xiàn)有的教學(xué)資源，在保證完成教學(xué)計劃、嚴(yán)格執(zhí)行中心開放制度的前提下，在課外時間為學(xué)生免費開放，真正做到服務(wù)教學(xué)、服務(wù)師生。

4.提高學(xué)生分析及解決問題的能力

有效地將油氣資源從地下幾千米開采出來并商業(yè)化利用，需要經(jīng)歷勘探及開發(fā)的多個環(huán)節(jié)。此過程會或多或少地遇到一些工程問題或科學(xué)問題，影響著整個流程的順利進行。挑選具備石油地質(zhì)學(xué)教學(xué)經(jīng)驗豐富、實踐指導(dǎo)能力較強的教師指導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生能針對具體問題，提出自己的專業(yè)見解，并通過不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高分析及解決問題的能力。通過本實踐中心多個模塊的訓(xùn)練，使得學(xué)生能夠在今后的具體工作中，針對可能會遇到的實際油氣地質(zhì)問題及工程問題，提出相應(yīng)的解決方法及具體操作方案。

5.培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，實現(xiàn)素質(zhì)教育的目標(biāo)

配合長安大學(xué)一年一度的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，在指導(dǎo)教師的幫助下，學(xué)生在該實訓(xùn)中心開展與本專業(yè)相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的申請、開題、執(zhí)行及結(jié)題匯報等。并將所學(xué)知識融會貫通，更進一步提出創(chuàng)新性理論、創(chuàng)新性思維及方法，提高其創(chuàng)新能力，增強市場競爭力。

三、實際應(yīng)用效果

自2015年建成以來，該實訓(xùn)中心已實際投入七屆資源勘查工程（石油與天然氣方向）專業(yè)本科學(xué)生的實踐實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)用如下。

通過巖石實物標(biāo)本實踐，專業(yè)課程的任課教師在教學(xué)過程中更直觀地講解了油氣地質(zhì)學(xué)涉及的構(gòu)造地質(zhì)現(xiàn)象和沉積構(gòu)造特征，增強了學(xué)生對樣品的識別與描述的基本技能；在油氣田勘探課程上，通過油氣勘探開發(fā)動態(tài)模型的展示，授課老師形象地解釋油氣勘探開發(fā)的整個過程，使學(xué)生更深刻地理解所學(xué)知識；在油氣測井原理與應(yīng)用課程上，通過巖心柱與測井模型中巖性基礎(chǔ)資料和測井曲線特征，結(jié)合油氣田的生產(chǎn)資料，如油層、氣層、水層數(shù)據(jù)、巖心描述報告、沉積構(gòu)造現(xiàn)象描述、物性統(tǒng)計等，將實物巖石標(biāo)本與測井解釋成果進行對照，講解測井?dāng)?shù)據(jù)的解釋方法，增加了儲層四性關(guān)系（巖性、物性、含油氣性和物性）的教學(xué)內(nèi)容；數(shù)值模擬及專業(yè)討論模塊，方便了專業(yè)教師的備課、講課及教學(xué)研討使用；學(xué)生通過本實訓(xùn)中心宣傳網(wǎng)頁，提前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)了各類油氣勘探開發(fā)類的實物標(biāo)本、模型；通過專業(yè)軟件操作，培養(yǎng)了學(xué)生對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理、專業(yè)圖件制作能力；通過多媒體匯報與討論，提高了學(xué)生對專業(yè)問題的討論及畢業(yè)設(shè)計的答辯能力；通過計算機及網(wǎng)絡(luò)平臺，開展了2020—2022三年疫情期間部分專業(yè)課程的線上授課，年春季學(xué)期在疫情期間專業(yè)的在線授課，如油氣田勘探課程的在線直播、視頻分享、屏幕分享與本實訓(xùn)中心實物的展示。

四、結(jié)論

（1）長安大學(xué)實訓(xùn)中心的實踐訓(xùn)練項目內(nèi)容全，石油與天然氣地質(zhì)相關(guān)的課程內(nèi)容都會涉及；訓(xùn)練的形式多樣，包括實物靜態(tài)模型、動態(tài)模型、專業(yè)掛圖、多媒體投影及專業(yè)討論；應(yīng)用教學(xué)場景廣，如入學(xué)專業(yè)認(rèn)知、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等。

（2）資源勘查工程專業(yè)實踐訓(xùn)練中心可以有效地解決教學(xué)環(huán)節(jié)中實物的展示與動態(tài)模型的演示，提高學(xué)生對專業(yè)數(shù)據(jù)的處理與綜合解釋技能、油氣地質(zhì)可視化（三維數(shù)值模擬）能力、動手實踐能力、創(chuàng)新能力及語言表達能力。

（3）實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)對于資源勘查工程專業(yè)的教學(xué)至關(guān)重要，在教學(xué)中起到重要的建設(shè)作用：促進專業(yè)綜合改革及建設(shè)，增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，改善了教學(xué)條件，提高了學(xué)生的分析、解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，實現(xiàn)了素質(zhì)教育的目標(biāo)。