“油氣田地下地質(zhì)學(xué)”的建構(gòu)主義教學(xué)方法

孟繁莉，衣 健，孟慶濤，邊偉華，柳 蓉

吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061

在全球減碳的大背景下，煤炭作為一種高污染能源首當(dāng)其沖。但是，替代化石能源的過(guò)程不可能一蹴而就，在未來(lái)的幾十年里石油和天然氣，尤其是天然氣在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的過(guò)程中擔(dān)負(fù)著承前啟后的使命。從另一方面來(lái)看，石油和天然氣是保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略資源，而我國(guó)油氣資源對(duì)外依存度超過(guò)70%。因此，在當(dāng)前錯(cuò)綜復(fù)雜的國(guó)際國(guó)內(nèi)形勢(shì)下，繼續(xù)加大我國(guó)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)力度，保障能源安全仍將是重大的戰(zhàn)略任務(wù)。在未來(lái)的幾十年里，培養(yǎng)油氣勘探開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才是實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略任務(wù)的關(guān)鍵因素。

“油氣田地下地質(zhì)學(xué)”是（流體）資源勘查工程專(zhuān)業(yè)的核心課程，在整個(gè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系中發(fā)揮著銜接勘探知識(shí)與開(kāi)發(fā)知識(shí)的橋梁作用，在所有石油類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程中占據(jù)著舉足輕重的位置，是學(xué)生面向油氣勘探開(kāi)發(fā)企業(yè)就業(yè)必須掌握的一門(mén)極其重要的專(zhuān)業(yè)必修課。基于以上定位，本課程主要講授如何利用地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、巖心分析測(cè)試等各種手段，綜合研究地下油藏地質(zhì)，具有明顯的多學(xué)科綜合研究的屬性。

從學(xué)科發(fā)展歷史來(lái)看，蘇聯(lián)密爾欽克于1946年編寫(xiě)的《油礦地質(zhì)學(xué)》和美國(guó)LeRoy于1949年編寫(xiě)的《地下地質(zhì)學(xué)》標(biāo)志著本學(xué)科的建立。而1975年蘇聯(lián)馬克西莫夫編寫(xiě)的《油田開(kāi)發(fā)地質(zhì)基礎(chǔ)》，以及1979、1981和1986年美國(guó)吐?tīng)査_大學(xué)的Dickey連續(xù)三次出版的《石油開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)》則系統(tǒng)地建立起本學(xué)科的內(nèi)容體系，包括從鉆井地質(zhì)到強(qiáng)化采油各個(gè)階段的地質(zhì)研究?jī)?nèi)容。1953年蘇聯(lián)專(zhuān)家扎巴林斯基將“油礦地質(zhì)學(xué)”課程引入我國(guó)石油院校，此后其他高校相繼開(kāi)設(shè)此課程[1]。從1977年起，我國(guó)各大石油高校及各教學(xué)團(tuán)隊(duì)陸續(xù)編寫(xiě)了一系列的《油氣田地下地質(zhì)學(xué)》或《油礦地質(zhì)學(xué)》教材，作者包括李德生、陳立官、陳碧玨等[2]。經(jīng)過(guò)中國(guó)石油大學(xué)（北京）、中國(guó)石油大學(xué)（華東）、長(zhǎng)江大學(xué)、西南石油大學(xué)等高校教學(xué)團(tuán)隊(duì)和吉林大學(xué)多位本學(xué)科奠基人的不懈努力，該課程的理論課講授、實(shí)習(xí)、實(shí)踐環(huán)節(jié)得到了多項(xiàng)充實(shí)與改進(jìn)，取得了許多良好的教學(xué)成果[3-6]。本教學(xué)研究項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在學(xué)習(xí)參考其他院校教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，突出吉林大學(xué)特色，增加了自己獨(dú)有的教學(xué)內(nèi)容和方法，借此文與廣大同仁分享，希望得到各位同行的批評(píng)與指導(dǎo)。

一、基于建構(gòu)主義教育觀的教學(xué)方式探索

筆者基于建構(gòu)主義和人本主義思想，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)變化、自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)運(yùn)用知識(shí)與方法、充分發(fā)揮個(gè)人主觀能動(dòng)性的科學(xué)素養(yǎng)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的探索中。

1.探索課堂與課下相配合的內(nèi)容結(jié)構(gòu)

“油氣田地下地質(zhì)學(xué)”內(nèi)容體系龐大繁雜，涉及的專(zhuān)業(yè)課和基礎(chǔ)課眾多，是綜合性極強(qiáng)的應(yīng)用型課程。在課時(shí)有限的情況下，適量精簡(jiǎn)課堂講授學(xué)時(shí)，整合優(yōu)化教學(xué)資源，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)是解決內(nèi)容多與課時(shí)少之間矛盾的主要出路。

在課堂教學(xué)中，重點(diǎn)突出單井地質(zhì)設(shè)計(jì)、巖心錄井、巖屑錄井及鉆井液錄井相關(guān)內(nèi)容。其他內(nèi)容由學(xué)生借助三年級(jí)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)、參考教材、互聯(lián)網(wǎng)資源、視頻資料自學(xué)。鉆井地質(zhì)部分實(shí)踐性強(qiáng)，在當(dāng)前缺乏現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)條件的情況下，搜集和錄制鉆井、錄井過(guò)程影像資料，學(xué)生課下觀看視頻并參考其他教材和網(wǎng)絡(luò)資源自行探究，遺留問(wèn)題通過(guò)課堂討論及教學(xué)互動(dòng)解決。

2.建立開(kāi)放、寬視野的教學(xué)內(nèi)容快速更新模式

教師時(shí)刻把握行業(yè)脈搏，給學(xué)生提供最新的問(wèn)題切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生追索學(xué)科進(jìn)展，師生共同探索，迭代更新教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，通過(guò)這種方式訓(xùn)練學(xué)生自主獲取新知識(shí)的能力，引導(dǎo)學(xué)生不斷拓寬學(xué)術(shù)視野，懂得終身學(xué)習(xí)的必要性。

3.引導(dǎo)創(chuàng)新型思維和研討式學(xué)習(xí)

研討式教學(xué)既可以激發(fā)學(xué)生探究的興趣，也可以激發(fā)教師的學(xué)術(shù)靈感，是一個(gè)師生共同提高的過(guò)程。例如，在教學(xué)中通過(guò)介紹某個(gè)概念的興起（如儲(chǔ)層非均質(zhì)性）、研究歷史、認(rèn)識(shí)沿革，讓學(xué)生明白要用自己的眼睛去發(fā)現(xiàn)真實(shí)世界，而不是戴著“有色眼鏡”（即原先被灌輸?shù)墓逃杏^念）去觀察世界，讓學(xué)生相信他們自己也可以創(chuàng)建新的概念和知識(shí)領(lǐng)域。國(guó)外高校的課堂大多以研討的形式完成教學(xué)任務(wù)。研討式教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、互助合作的能力，提高學(xué)生的描述、論證能力和學(xué)術(shù)溝通技能。在研討過(guò)程中，教師也可以及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，并通過(guò)交流與溝通彌補(bǔ)教學(xué)內(nèi)容的疏漏。

二、跟進(jìn)科學(xué)技術(shù)前沿與國(guó)際形勢(shì)演化

在世界科技水平日新月異的當(dāng)今時(shí)代，十幾年甚至幾年前編寫(xiě)的教材就已經(jīng)很難跟上技術(shù)進(jìn)步的步伐。我國(guó)的技術(shù)進(jìn)步速度也是前所未有的，近幾年涌現(xiàn)出來(lái)的新理念、新技術(shù)幾乎是顛覆性的，例如頁(yè)巖油氣的成功開(kāi)發(fā)、2018年渤海千億方天然氣田的發(fā)現(xiàn)、新疆大型走滑斷裂控制斷熔體油藏的發(fā)現(xiàn)、空氣鉆井技術(shù)和水平井分段壓裂鉆井開(kāi)采技術(shù)的運(yùn)用等等，都給本課程教學(xué)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。鑒于教材編寫(xiě)周期長(zhǎng)、時(shí)效性差的特點(diǎn)，本課題組構(gòu)建了一套教師與學(xué)生共同參與、及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)模式，實(shí)現(xiàn)了課程內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)。

（1）在第一章鉆井地質(zhì)部分增加了頁(yè)巖氣水平井壓裂技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，增補(bǔ)了各種照片、模型圖、長(zhǎng)井段裸眼多級(jí)壓裂水平井部署圖、哈里伯頓鉆井?dāng)?shù)據(jù)可視化材料。連續(xù)油管鉆井（CTD）是目前先進(jìn)的鉆井技術(shù)，代表未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向，讓學(xué)生了解這些技術(shù)是十分必要的。

（2）在第二章油氣水層的綜合判別及油層評(píng)價(jià)部分引入了地球軌道參數(shù)與米蘭科維奇旋回相關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)新的測(cè)井曲線與井震結(jié)合，增加立體相模式圖。米蘭科維奇旋回是地層學(xué)、氣候?qū)W領(lǐng)域最重大的一級(jí)影響因素，抓住這個(gè)綱，旋回性的巖性變化、顆粒粗細(xì)變化、孔隙度、滲透性變化就迎刃而解了。天文軌道參數(shù)如斜率、歲差、偏心率是導(dǎo)致氣候變化的重要因素，教授這些內(nèi)容能夠讓學(xué)生更加深刻地理解目前全球氣候變化的趨勢(shì)。

（3）在第三章儲(chǔ)層特征研究部分加入了新的精美鏡下照片和掃描電鏡照片，包括掃描電鏡下的黏土礦物、自生石英、長(zhǎng)石溶解形成粒內(nèi)孔、砂巖中顆粒表面伊利石包膜（蒙脫石轉(zhuǎn)化）、鉀長(zhǎng)石溶蝕微孔、鮞粒灰?guī)r溶蝕孔隙等現(xiàn)象。指導(dǎo)學(xué)生鏡下識(shí)別石英次生加大邊、白云石交代燧石、長(zhǎng)石高嶺石化、方解石交代長(zhǎng)石和巖屑、蒙脫石伊利石化、白云石膠結(jié)物溶孔、長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔、白云石交代鮞粒、鮞粒灰?guī)r的膠結(jié)作用及其世代、碳酸鹽巖壓溶壓實(shí)和重結(jié)晶交代作用、一系列碳酸鹽巖儲(chǔ)層成巖成藏等微生物參與礦物巖石的風(fēng)化及成巖。把教師的科研成果及時(shí)應(yīng)用于教學(xué)，介紹細(xì)菌參與長(zhǎng)石、黃鐵礦、黏土礦物、大洋黑煙囪硫化物礦物、洋底玄武巖風(fēng)化等實(shí)例，讓學(xué)生及時(shí)了解學(xué)科研究前沿。

（4）在第四章油氣田地下構(gòu)造的教學(xué)過(guò)程中，制作了幫助理解剖面井斜校正的實(shí)物教具。新的研究表明，除了在勘探初期的背斜油藏之外，斷裂與油氣藏形成的關(guān)系很密切，95%以上的油氣藏分布在斷裂帶周邊30 km以?xún)?nèi)的范圍，距離越遠(yuǎn)成藏率越低。斷距小于區(qū)域性蓋層的圈閉發(fā)育區(qū)有利于油氣富集。順向斷層上下盤(pán)附近聚油性均差，反向斷層下盤(pán)聚油性好。另外，塔河油田奧陶系斷溶體圈閉（圖1）是一種近期發(fā)現(xiàn)的新型油氣藏類(lèi)型，與斷裂構(gòu)造有關(guān)[7]。本課程將上述新發(fā)現(xiàn)及時(shí)介紹給學(xué)生，有助于學(xué)生明白勘探科學(xué)也在不斷發(fā)展完善之中，有助于培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)的科學(xué)洞察力和創(chuàng)新的心智模式。

圖1 新疆塔河奧陶系壓扭性斷控巖溶[7]

（5）在講授第六章油氣資源量與儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)，結(jié)合世界油氣價(jià)格在2020年新冠肺炎疫情期間大規(guī)模跳水，后來(lái)又在地緣政治影響及國(guó)際資本操縱下大幅度上漲的事件，給同學(xué)們介紹石油工業(yè)、石油價(jià)格及世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生以更加開(kāi)闊的視野觀察問(wèn)題，讓學(xué)生懂得其實(shí)世界上油價(jià)問(wèn)題只是表象，背后是大國(guó)博弈的激化和世界石油體系的“結(jié)構(gòu)性失衡”所致，其核心是對(duì)“石油權(quán)力”的爭(zhēng)奪。石油權(quán)力是和國(guó)家權(quán)力緊密聯(lián)系在一起的，是國(guó)家權(quán)力在石油領(lǐng)域的展現(xiàn)。石油除了自身的商品屬性，其政治屬性、戰(zhàn)略屬性和金融屬性在不同時(shí)期、不同國(guó)家都不同程度地存在。這就使得石油常常與國(guó)家安全、國(guó)際金融、地緣政治、國(guó)際制裁等攪在一起。通過(guò)這些教學(xué)內(nèi)容，將課程思政自然而然地融合到本課程的教學(xué)內(nèi)容之中。同時(shí)，提高學(xué)生調(diào)查思考、面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的應(yīng)變能力和判斷能力，開(kāi)闊了學(xué)生視野，有助于培養(yǎng)國(guó)際性工程技術(shù)人才。這些訓(xùn)練最后體現(xiàn)在作業(yè)及考試中。

（6）引導(dǎo)學(xué)生對(duì)全球變化的思考。結(jié)合油價(jià)漲跌進(jìn)一步探討新能源、非常規(guī)能源及其價(jià)效。這一部分主要讓同學(xué)們自主收集資料，獨(dú)立思考，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于全球氣候變化的重視，尤其是思考在目前新能源遭遇儲(chǔ)能瓶頸時(shí)期，石油天然氣怎樣量產(chǎn)、配置才能更好地、平穩(wěn)地過(guò)渡到低碳社會(huì)，而不至于發(fā)生能源危機(jī)。

三、結(jié)語(yǔ)

展望今后的課程教學(xué)，最關(guān)鍵的問(wèn)題仍是加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)。自從20世紀(jì)七八十年代長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院（吉林大學(xué)）地球科學(xué)學(xué)院能源系成立以來(lái)，在筆者之前，有幾位老師主講過(guò)該課程，包括李福迎、王嗣敏、曹成潤(rùn)老師，保證了該課程建設(shè)的持續(xù)進(jìn)行。但截至目前，課程團(tuán)隊(duì)規(guī)模一直沒(méi)有得到相應(yīng)的擴(kuò)展。在當(dāng)前國(guó)家重視本科教學(xué)的大背景下，需要進(jìn)一步整合“油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)”“儲(chǔ)層沉積學(xué)”等課程集群，以“油氣田地下地質(zhì)學(xué)”為主要課程，加強(qiáng)油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，增加油田第一手資料作為作業(yè)素材，增加更多的前沿技術(shù)講授，把本課程打造成多位教師共同完成的一門(mén)精品課程。