王艳忠， 操应长， 葸克来， 远光辉， 王 健, 董春梅, 邱隆伟

(中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580)

0 引 言

为响应国家建设世界一流大学和一流学科的号召，作为具有石油特色的工科院校，我校始终坚持以人才培养为本，走“以特色创一流”的内涵式发展道路[1]。近年来,我校致力于多个国家级及省部级重点实验室建设，培养了一批科研创新人才，为国家石油工业发展，提供了有力的人才智力支撑。同样,地质学专业本科实验教学依托成岩模拟科研实验室的建设，在教学改革和大学生创新人才培养方面也取得了一定成效。

1 成岩模拟实验室建设及职能

我校成岩模拟实验室于2011年依托“山东省高校盆地分析与油气储层地质重点实验室”和“油气资源与探测”国家重点实验室建成。高温高压成岩模拟实验装置(见图1)由校级创新团队-油气储层研究中心与机电装备教学实习总厂共同研发。该装置主要包括孔渗联测和成岩作用模拟两大模块，能够完成松散砂样及岩石样品的孔渗联测，在成岩模拟过程中动态检测岩心孔隙度、渗透率的变化，模拟高温(温度可达300 ℃)高压(压力可达70 MPa)条件下开放和封闭体系中流体与岩石相互作用。成岩模拟科研实验室还配备了岩石薄片制备、岩石薄片鉴定分析、扫描电镜观察及电子探针元素测试、激光扫描共聚焦显微镜观察、流体包裹体测温系统等一系列配套设备。

图1 高温高压成岩模拟实验装置实物图

成岩模拟实验室作为地质学专业的重要科研实验室，一直服务于石油天然气领域科学研究和研究生创新人才的培养。近年来，成岩模拟实验室先后承担了国家自然科学基金、国家973计划、国家科技重大专项、中国石油、中国石化等多项科研课题。

2 依托成岩模拟实验室的地质学专业本科实验教学改革

我校是教育部和五大能源企业集团公司和山东省人民政府共建的高校，是石油、石化高层次人才培养的重要基地，被誉为“石油科技人才的摇篮”[7]。特别是经过“九五”～“十二五”和“211”工程建设，在几代师生的共同努力下，地学类专业建设取得了很大成就，为国家培养了大批高级专业人才，相关专业也逐渐发展壮大，先后被作为“山东省品牌专业”和“国家特色专业”进行重点建设[8-10]。其中“地质学”和“地质资源与地质工程”是2个博士授权一级学科，覆盖了石油石化上游产业。

2.1 本科沉积学实验教学现状及存在问题

我校地质学本科教学大纲设置了矿物岩石学、沉积学、构造地质学、石油与天然气地质学等主要专业课程，其中沉积学是地质学专业的基础，在本科生培养方案中占有重要的地位。沉积学主要是研究沉积物(岩)形成，沉积特征、沉积相类型及沉积岩时空分布规律的一门地质学科。油气与沉积岩息息相关，油气生成并赋存于沉积岩中，从勘探开发角度来讲，沉积学是分析生、储、盖发育和分布的理论基础，而成岩作用关乎有利储层的发育和形成机制，对于成储、成藏及有利储层的预测和改造具有重要意义。其中溶解作用、压实和胶结作用的强弱控制着储层物性好坏，三者共同控制着优质储层的发育和分布。所以沉积学的学习有利于石油相关的地质学专业学生认识、了解油气地下地质，为以后专业学习和科学研究打下扎实的基础。

以往的本科生“沉积学”课程通常采用“课堂教学、实验教学、野外实习”的教学方式[11]，以老师多媒体讲解为主，相应的实验课程仅仅为岩心和镜下薄片的岩石组构和成岩作用现象观察和特征描述。在地质演化过程，各种成岩作用形成受控于复杂的温压条件和流体演化的控制，对于石油相关的地质学专业的学生来讲，了解成岩作用的动态演化过程和物理化学作用机理，才能对静态特征产生感性认识和理解，而现在的沉积学实验课程缺乏具体的实验设计和操作，缺少对于地下实际情况的动态观察和成岩过程的再现模拟，学生实践动手能力和创新能力得不到锻炼。

2.2 本科沉积学实验教学改革方案和成效

赋予科研实验室本科实验教学职能，实现科研实验室与本科实验教学有机结合，能够促进本科实验教学改革，提高本科实验教学水平[5-7，12-14]。依托于成岩模拟实验室，2014年修订了沉积学实验教学大纲，沉积学实验课由原来的16学时增加到24学时，其中16学时实验课，碎屑岩成岩作用和碳酸盐岩成岩作用各2学时，增加的8学时实验课中有4学时为成岩作用模拟实验。

地质学专业每年招收2个班，共55～60人。将每个班分成3组，每组不超过10人，开展成岩作用模拟实验。成岩作用模拟实验课程主要为高温高压下长石或白云石的溶蚀作用模拟。针对常温常压条件下，长石和白云石与酸溶液反应微弱、现象不明显，而在高温高压条件下两种矿物与酸溶液反应明显的现象，学生可以模拟地下高温高压条件下溶蚀作用，观察溶蚀现象，探讨溶蚀作用机理。

教师利用1学时讲解溶蚀作用特征、机理以及成岩模拟实验装置的基本操作原理和步骤，针对长石或白云石的溶蚀过程提出相应的科学问题、实验目的和要求。学生讨论并选择感兴趣的科学问题进行模拟实验，学生自主设计实验方案，最后与老师讨论验证实验的可行性，实验小组内成员分工完成从样品预处理到成岩模拟等实验操作，以上共1学时。实验预处理样品制备包括“钻-切”2.5 cm岩心柱和酸溶液配置等操作，之后将样品放入成岩模拟装置高压釜内，设定相应的温度和压力，装置的成岩模拟模块自动控制高压泵驱替酸溶液通过样品，孔渗联测系统记录高温高压下样品的物性变化，整个过程仪器自动完成，学生可在15～20 h后取出样品，并在接下来2学时的时间内完成样品抛光、薄片制备，然后利用扫描电镜、偏光显微镜观察样品表面变化。从扫描电镜镜下可看到岩石(或矿物)受酸性溶液强烈溶蚀，表面凹凸不平，粒间方解石胶结物溶蚀强烈形成大量次生孔隙(见图2)，最后结合孔渗物性数据，组内讨论、完成并提交实验报告。

(a) 反应前

(b) 反应后

成岩模拟实验装置可模拟地下高温高压条件，控制不同类型溶液以各种流速通过样品，真实逼近地下高温高压条件，模拟再现流体的演化和水岩反应过程。通过将成岩模拟装置的科研优势应用于沉积学实验教学体系中，极大促进了沉积学课程的实践教学改革，提高了本科的教学质量。区别以往老师演示为主，学生参观学习的实验教学模式，成岩模拟实验教学注重学生与教师、学生与学生之间的互动性，具有直观性、实用性、研究性等优势。在理论学习和老师示范讲解的基础上，学生通过自主设计实验、亲自动手操作完成成岩作用模拟实验、探讨相关实验的反应和机理等一系列过程，提高了发现问题能力和团队协作能力，激发了学生的专业兴趣和上进心，成为学生认识、了解、学习专业课的第二课堂。

3 依托成岩模拟实验室,培养应用型创新人才

大学生是创新的主体，培养大学生的创新能力是实现科教兴国和建设创新型国家的必然要求[15-17]。近年来，许多高校科研实验室不断重视大学生创新创业能力的培养[18-22]。但是，受实验室设备、场地、相关实验人员等资源限制，往往难以满足开展大规模的本科实验教学活动的要求。

成岩模拟实验室鼓励具有创新意识和科研探索精神，专业兴趣浓厚和基础理论知识扎实的本科生进行大学生创新创业实践活动。学生可依托成岩模拟实验室申请国家大学生创新创业计划，增强学生创新能力、实践动手能力和团队协作能力。成岩模拟实验室为地学院“地学科创基金”注入启动基金，鼓励大学生结合专业课学习，积极参加各种创新活动。依托成岩模拟实验室，大学生先后获批并完成了“不同测试方法间碎屑岩粒度参数转化研究”“金沙滩海平面变化与海滩沙粒径关系的研究”“不同组构碎屑岩原始孔隙度量化表征”“现代沉积物储集物性及储集空间特征研究”等国家大学生创新性实验计划项目。其中，1名本科毕业生利用成岩模拟模块和孔渗联测模块，模拟高温高压条件下压实作用和在酸碱交替流体环境中储层敏感性改造的实验，顺利完成本科毕业设计并在《petroleum science》和《现代地质》发表了2篇高水平学术论文，为后期硕士和博士研究生学习打下了坚实基础。

为进一步加强大学生创新能力的培养，2017年将依托成岩模拟实验室，围绕地质流体与水岩作用、细粒沉积与页岩油气等研究方向，设立大学生科研创新基金项目，选拔地质学、资源勘察工程、化学等相关专业大学二、三年级学生参与实际的科研项目，在具体的科研工作中培养学生的专业兴趣和创新能力。

4 结 语

高校科研实验室在满足科研需求的前提下，应该为本科实践教学提供实验设备和场所。成岩模拟实验室在地质学专业本科沉积学实验教学上虽取得一些成效，但仍存在诸多问题：作为科研实验室，实验设备和资源有限，不利于大规模开展和推广实验教学活动；成岩模拟实验室仪器精密，实验模拟涉及高温高压具有一定危险性，对实验环境、人数和操作规范具有严格要求；成岩模拟实验室的高效有序运行应当协调好科研与教学的冲突，做到产学研平衡共同发展。

高校科研实验室在满足科研需求的前提下，应加强本科实践教学和大学生创新能力培养的服务职能，加强科研实验室与教学实验室有机结合，借助科研实验室高水平仪器和设备，变革实验教学模式和方法，促进本科实验教学改革，加强大学生应用创新能力的培养，完善大学生创新培养机制，响应国家“大众创新，万众创业”号召，为高校“双一流”建设助力。