實踐技能訓練在資源勘查工程專業教學中的作用

于 強，李榮西，王 震，吳小力，周 偉，黃何鑫

1.長安大學 地球科學與資源學院，陜西 西安 710054；2.西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710054；3.西安市關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類工科專業。為了提高該專業的教學質量，保證人才培養的可持續發展，近年來，地質學和資源勘查工程本科專業的教學改革越來越受到國內高校的重視[1-2]，全國各大高校加大了對該專業的建設力度，在野外實踐教學[3]、課程建設[4]、人才培養體系[5]、專業建設[6]及實踐訓練[7-8]等方面取得了不少成績。長安大學資源勘查工程（石油與天然氣方向）是集常規與非常規油氣地質理論、勘探、開發、資源評價及工程設計于一體的綜合性、應用型工科專業。該專業依托省部級重點實驗室、省級地學實驗教學示范中心和國家級大學生工程實踐教學基地，培養油氣勘探與開發領域高層次專業技術人才。

通過調研我們發現，國內各大高校在該專業的主干課程，如石油地質學、非常規油氣地質學、油氣田勘探、測井原理及應用、油礦地質學、采油工程等課程的教學中，以教師講授、學生聽課傳統方法為主，課堂上講授的油氣地質調查、勘探和開發內容沒有或很少有實物展示，學生對鉆機、射孔、壓裂、注水及采油（氣）環節涉及的儀器與設備、鉆井巖心與野外地質標本等沒有直觀認識，對整個勘探開發流程缺乏直觀而系統的認知，對定量化數值模擬技術與三維可視化表達更是知之甚少。

雖有教師在講授環節展示了相關專業圖片和視頻，但學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，不能使學生身臨其境、近距離地了解油氣勘探開發整個過程的各個細節，從而在一定程度上制約著教學質量。另外，雖然目前個別高校開設了該專業的生產實習，能在一定程度上提高學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定的時間、規定的地點完成固定的專業內容實習，達到同樣的教學效果。第一，實習隊伍在既定時間去生產單位實習有可能會受疫情、炎熱、寒冷或狂風暴雨等自然環境條件的影響，如2020年暴發的全球大范圍的新冠疫情嚴重影響了全國各大高校的校外實習教學工作；第二，即使教師和學生都能到達現場，但受當時生產單位的硬件條件、生產工程任務、現場地質條件及施工要求等的制約，授課教師不能保證全方位、多期次地可重復性地講解相關知識，學生也不能從多個角度近距離地高效學習相關內容，導致原定的實習計劃在現場條件下往往需要多次調整；第三，受大學教學資源的限制，課堂教學和實習實踐往往分開進行，間隔時間少則幾周、多則跨學期甚至更久，導致課堂講授與課外實踐不能同時進行，教學效果大打折扣。

針對教學中存在的上述問題，筆者所在的長安大學地球科學與資源學院高度重視資源勘查工程專業的實踐教學條件建設，在經費投入、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的實踐訓練中心（下文簡稱“實訓中心”），并邀請國內外該專業的權威專家對地質標本、勘探開發動態模型、教學掛圖、專業教學音/視頻等材料的準確性和代表性進行了嚴格監督和教學評價，保證了該專業本科生實踐訓練中心的高質量建設，提高了專業課程的教學質量。

一、實踐訓練的內容

本實訓中心占地面積112 m2，高度5 m。教學內容分為含油氣盆地地質沙盤模型、巖石實物標本、教學掛圖、管柱墻油氣勘探開發動態模型、巖心柱與測井模型、數值模擬及專業討論等六個實踐訓練模塊。

1.含油氣盆地地質沙盤模型

含油氣盆地地質沙盤模型布置在實訓中心的中間地帶，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圖的疊合為平面展示內容，突出沙盤上的地質界線。

圖1 鄂爾多斯盆地油氣勘探開發地質沙盤

沙盤上方點綴布置小比例尺的各種井場及設備，如鉆井井場、采油機（縱式和單獨均有）、轉油站、聯合站。注水站和集輸站采用流水燈光動態演示。井場上的各類工程車的比例與井場上的其他設備協調。燈光線條用于界定油氣區范圍、油氣集輸走向和兩大地層剖面位置。盆地邊界、斷陷、斷裂系統的所有界線在沙盤內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名，以不同符號（如○□△▲等）、不同字體區別顯示。用虛線、折線、紅色、黃色分別圈定含油區域和含氣區域。在相對空白位置標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—西方向各一條地質剖面為側面展示內容，以浮雕效果布置在沙盤兩邊，顏色線條符合石油地質行業規范標準。

2.巖石實物標本

巖石實物標本，以展柜的形式放置在實訓中心的南側區域。與油氣勘探開發有關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、石灰巖、白云巖、鋁土質巖、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本，便于學生更深刻地理解各類沉積巖的結構（顆粒的性質、大小、形態）特征和沉積構造特征，如層理構造（平行層理、水平層理、交錯層理），層面構造（如波痕、雨痕），結核構造及化石構造等。沉積巖手標本，以野外地質采集及鉆井取心兩種方式獲得。其中鉆井巖心標本，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本、上古生界天然氣儲集層巖石標本、下古生界碳酸鹽巖類巖溶儲層巖石標本及中元古界薊縣系儲層標本。

3.教學掛圖

教學掛圖等間距地展示在實訓中心北側墻壁上，包括地質圖，顯微鏡下巖石學特征，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），勘探部署及有利區預測等專業圖件。該系列教學掛圖會根據后續教學需求的變化而不斷更新，補充更多新教學內容。

4.管柱墻油氣勘探開發動態模型

管柱墻油氣勘探開發動態模型在實訓中心的西側，提供了一種用于油氣教學使用的油氣勘探開發動態模擬裝置。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、油氣應用模型等，分別代表了從早期地質勘查、油氣勘探、開發至工程與應用的整個工業流程（圖2）。每個模塊（型）擁有獨立的電源控制開關，可單獨開啟或關閉，也可以通過開啟總控制開關同時運行所有模塊（型），動態展示其機械運動模式。

圖2 管柱墻油氣勘探開發動態模型

模型側面仿真油氣藏剖面，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流程的主線目標進行管柱的制作及布置。抽油區域的油層燈光流動演示；其他區域油層燈光稍暗，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）及其巖石內容與效果說明見表1。

表1 管柱墻油氣勘探開發動態模型的演示內容及說明

5.巖心柱與測井模型

巖心柱與測井模型在實訓中心東墻面上。應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系統的兩邊，配上相應的測井曲線、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并標識出烴源巖、儲層、含油層段、含油水層、水層等多種類型重點層段。

6.數值模擬及專業討論

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

二、實踐訓練在教學中的作用

資源勘查工程專業實踐訓練中心的建立，可以為該專業的教學改革及發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認知教育、對外交流與展示的作用外，還可以通過實踐訓練，增強其他年級學生對課堂上教師所講授的石油地質學、油氣田勘探、非常規油氣、采油工程、巖石學與礦物學、測井原理及應用等課程中涉及的實物的感官認識，激發學生的專業認知能力及創新能力。具體可以分成以下幾個作用。

1.促進專業綜合改革及建設

資源勘查專業（石油與天然氣方向），是將地質學的基本原理與油氣勘探實踐相結合的產物。根據該專業的實習教學需要，有針對性地進行與石油天然氣勘探開發及生產相關的儀器、地質樣品、典型實物照片、優秀科研報告和優秀教學教材等的展示，充分發揮教師在教學中的主導作用，提高學生學習的主動性，不斷完善教學過程中的難點、重點等，更有效地促進專業綜合改革及建設工作的順利進行。

2.增強學生理論聯系實際的能力

該專業不僅要求學生具有扎實的專業理論知識，還需具備實踐性很強的專業操作技能。學生利用課堂上老師講授的專業知識去分析問題、解決問題，離不開實踐教學環節的培訓，只有對油氣勘探與開發中涉及的實物有深入認識的基礎上，將所學知識融會貫通，才可能提高分析及解決實際問題的能力。

實踐教學注重為學生營造一個自由發展的空間并提供良好的專業素材展示機會。通過標本、教學模型、教學掛圖等素材的展示，讓學生理論聯系實際，對課堂上所學的知識有更深刻的認識。與此同時，學生在學習和動手過程中不斷總結經驗、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.改善教學條件

改善教學條件，有效利用教學資源。一是以實習教學為主，服務于本科專業教學。根據資源勘查工程（油氣）專業教學培養方案，與任課教師溝通，在各門課程的教學實習期間，僅供教學班級學生實習使用，統籌安排教師演示標本、學生實踐觀察等內容，為實習教學任務的完成提供了優質的服務與保證。二是充分利用現有的教學資源，在保證完成教學計劃、嚴格執行中心開放制度的前提下，在課外時間為學生免費開放，真正做到服務教學、服務師生。

4.提高學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化利用，需要經歷勘探及開發的多個環節。此過程會或多或少地遇到一些工程問題或科學問題，影響著整個流程的順利進行。挑選具備石油地質學教學經驗豐富、實踐指導能力較強的教師指導學生，使學生能針對具體問題，提出自己的專業見解，并通過不斷總結經驗，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練，使得學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問題及工程問題，提出相應的解決方法及具體操作方案。

5.培養創新型人才，實現素質教育的目標

配合長安大學一年一度的大學生創新創業訓練計劃項目，在指導教師的幫助下，學生在該實訓中心開展與本專業相關的創新創業項目的申請、開題、執行及結題匯報等。并將所學知識融會貫通，更進一步提出創新性理論、創新性思維及方法，提高其創新能力，增強市場競爭力。

三、實際應用效果

自2015年建成以來，該實訓中心已實際投入七屆資源勘查工程（石油與天然氣方向）專業本科學生的實踐實習教學環節，應用如下。

通過巖石實物標本實踐，專業課程的任課教師在教學過程中更直觀地講解了油氣地質學涉及的構造地質現象和沉積構造特征，增強了學生對樣品的識別與描述的基本技能；在油氣田勘探課程上，通過油氣勘探開發動態模型的展示，授課老師形象地解釋油氣勘探開發的整個過程，使學生更深刻地理解所學知識；在油氣測井原理與應用課程上，通過巖心柱與測井模型中巖性基礎資料和測井曲線特征，結合油氣田的生產資料，如油層、氣層、水層數據、巖心描述報告、沉積構造現象描述、物性統計等，將實物巖石標本與測井解釋成果進行對照，講解測井數據的解釋方法，增加了儲層四性關系（巖性、物性、含油氣性和物性）的教學內容；數值模擬及專業討論模塊，方便了專業教師的備課、講課及教學研討使用；學生通過本實訓中心宣傳網頁，提前預習和課后復習了各類油氣勘探開發類的實物標本、模型；通過專業軟件操作，培養了學生對基礎數據處理、專業圖件制作能力；通過多媒體匯報與討論，提高了學生對專業問題的討論及畢業設計的答辯能力；通過計算機及網絡平臺，開展了2020—2022三年疫情期間部分專業課程的線上授課，年春季學期在疫情期間專業的在線授課，如油氣田勘探課程的在線直播、視頻分享、屏幕分享與本實訓中心實物的展示。

四、結論

（1）長安大學實訓中心的實踐訓練項目內容全，石油與天然氣地質相關的課程內容都會涉及；訓練的形式多樣，包括實物靜態模型、動態模型、專業掛圖、多媒體投影及專業討論；應用教學場景廣，如入學專業認知、大學生創新創業、“互聯網+”、生產實習、畢業設計等。

（2）資源勘查工程專業實踐訓練中心可以有效地解決教學環節中實物的展示與動態模型的演示，提高學生對專業數據的處理與綜合解釋技能、油氣地質可視化（三維數值模擬）能力、動手實踐能力、創新能力及語言表達能力。

（3）實踐訓練環節對于資源勘查工程專業的教學至關重要，在教學中起到重要的建設作用：促進專業綜合改革及建設，增強學生理論聯系實際的能力，改善了教學條件，提高了學生的分析、解決問題的能力，培養創新型人才，實現了素質教育的目標。