虛擬仿真實驗在能源地質(zhì)教學(xué)中的應(yīng)用探討

韓雙彪 張金川

[摘 要] 能源地質(zhì)研究與評價的主體對象深埋地下，難以觸及，在野外和實驗室有限的物理空間內(nèi)“難以地質(zhì)再現(xiàn)”，虛擬仿真實驗教學(xué)可實現(xiàn)地質(zhì)復(fù)雜特點與虛擬現(xiàn)實的緊密結(jié)合，能夠打破能源地質(zhì)專業(yè)實驗教學(xué)的僵化局面。基于此，探討了能源地質(zhì)虛擬仿真實驗教學(xué)的必要性、建設(shè)思路、功能效果及應(yīng)用前景。

[關(guān) 鍵 詞] 虛擬仿真；實驗教學(xué)；能源地質(zhì)；應(yīng)用前景

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）22-0072-01

能源地質(zhì)專業(yè)教學(xué)中的虛擬仿真需要“硬件支撐、軟件捆綁、軟硬并重”的系統(tǒng)性綜合實驗條件，以現(xiàn)實存在的模型化、虛擬再現(xiàn)的程序化、虛實結(jié)合的關(guān)聯(lián)化等原型創(chuàng)建為特色，以地質(zhì)過程再現(xiàn)、富集機理虛擬、工程平臺仿真等實驗教學(xué)為目的，是能源地質(zhì)專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)建設(shè)與發(fā)展的重要方向[1]，也是有效整合資源、提高教學(xué)質(zhì)量、打造一流能源地質(zhì)專業(yè)的基礎(chǔ)。

一、能源地質(zhì)虛擬仿真實驗教學(xué)必要性

能源地質(zhì)歷史跨度大且不可逆，地下油藏空間人不可及且地質(zhì)過程不可親身經(jīng)歷，油氣地質(zhì)理論抽象，能源分布預(yù)測中的不確定性強，為優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)帶來了較大困難。實驗教學(xué)空間與建設(shè)費用有限，制約了能源地質(zhì)專業(yè)實驗教學(xué)水平的提高，利用“平民化”的虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以極大地推進(jìn)實驗室的建設(shè)和實驗教學(xué)水平的提高，對學(xué)科方向的發(fā)展和建設(shè)也具有十分重要的意義。

能源地質(zhì)虛擬實驗解決了大型儀器難以走進(jìn)課堂教學(xué)現(xiàn)場、難以多機同步實驗等困難，在很大程度上解決了教學(xué)資源緊張問題，極大地拓寬了實驗物理空間和時間范圍。同時，能源地質(zhì)虛擬實驗拉近了時間及空間距離，將過程不可及變?yōu)榭赏挚杉?，地質(zhì)仿真在遠(yuǎn)離鉆探現(xiàn)場的實驗室內(nèi)擺脫了危險性作業(yè)[2]。

二、能源地質(zhì)虛擬仿真實驗教學(xué)建設(shè)思路

能源地質(zhì)虛擬仿真實驗教學(xué)按照“從現(xiàn)實存在到抽象模型、再從虛擬仿真到虛實結(jié)合、最后回歸現(xiàn)實實現(xiàn)系統(tǒng)認(rèn)知”思路展開，即首先在對野外地質(zhì)存在進(jìn)行觀察的基礎(chǔ)上形成地質(zhì)概念和認(rèn)識，結(jié)合典型標(biāo)本形成能源地質(zhì)相關(guān)的微縮景觀地質(zhì)模型，結(jié)合大型作業(yè)現(xiàn)場形成石油工程景觀模型。然后在基礎(chǔ)地質(zhì)原理基礎(chǔ)上建立能源地質(zhì)抽象邏輯，對地質(zhì)過程進(jìn)行虛擬表達(dá)和實現(xiàn)，對石油工程過程及施工現(xiàn)場進(jìn)行仿真模擬，完成系統(tǒng)的能源地質(zhì)虛擬仿真教學(xué)實驗。

根據(jù)能源地質(zhì)與評價特點，虛擬仿真實驗主要涉及六大方面，即盆地過程與構(gòu)造解析、地層沉積與儲層評價、有機地球化學(xué)與應(yīng)用、油氣成藏機理及預(yù)測、油氣田開發(fā)與數(shù)值模擬、能源信息分析與評價等。依托野外實踐教學(xué)基地和現(xiàn)實實驗室設(shè)施配套，基于地質(zhì)實物標(biāo)本和微縮景觀模型，填補野外實習(xí)和虛擬仿真實驗之間的空白，提高虛擬仿真實驗教學(xué)效果。

三、能源地質(zhì)虛擬仿真實驗教學(xué)功能效果及應(yīng)用前景

能源地質(zhì)專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)應(yīng)圍繞“實用性、原創(chuàng)性、導(dǎo)向性”展開，在軟件設(shè)計和編制過程中強調(diào)教學(xué)與生產(chǎn)的緊密結(jié)合，突出理論與實踐的實用性。虛擬仿真實驗需緊密結(jié)合自身科研特點，將科研成果、項目研究方法和手段以及特色思路和技術(shù)匯集成虛擬仿真軟件方案，形成原創(chuàng)性思路，在實驗教學(xué)過程中，可極大地提高教學(xué)質(zhì)量，產(chǎn)生沉浸式教學(xué)效果[3]。

在能源地質(zhì)專業(yè)內(nèi)容教學(xué)過程中，應(yīng)運用實際素材，配合展開虛擬實驗，仿真模擬地質(zhì)過程和石油工程現(xiàn)場。根據(jù)實際地質(zhì)條件和鉆井工程現(xiàn)場，按需求配置虛擬仿真條件，完成從地質(zhì)設(shè)計、工程施工到綜合評價相應(yīng)的系統(tǒng)模擬，使學(xué)生從中加深對地質(zhì)多樣性的理解，掌握對石油工程復(fù)雜性的認(rèn)識，形成系統(tǒng)邏輯。

虛擬仿真可解決能源地質(zhì)教學(xué)中實驗高成本、目標(biāo)難實現(xiàn)等一系列實際問題，對其進(jìn)行推廣應(yīng)用能夠極大地拓展教學(xué)功能，強化實驗教學(xué)效果，在學(xué)生能力培養(yǎng)方面也可預(yù)期取得一批顯著成果。通過模塊組合、場景設(shè)定和要求配置，能夠滿足不同方面虛擬仿真實驗的需求。

通過抽象歷史與虛擬現(xiàn)實過程的結(jié)合，集中發(fā)展并完善包括從地面到地下、從現(xiàn)今到歷史、從井孔到油藏、從常規(guī)到非常規(guī)、從可及到不可及、從虛擬到現(xiàn)實的地質(zhì)過程虛擬仿真，有助于在能源地質(zhì)專業(yè)領(lǐng)域取得“可望又可及”的實驗教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]金文正，丁文龍，樊春.構(gòu)造物理模擬實驗教學(xué)在資源勘查工程本科教育中的應(yīng)用及意義[J].中國地質(zhì)教育，2013（4）：16-19.

[2]劉亞豐，蘇莉，吳元喜，等.虛擬仿真教學(xué)資源開放共享策略探索[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（12）：137-141.

[3]胡今鴻，李鴻飛，黃濤.高校虛擬仿真實驗教學(xué)資源開放共享機制探究[J].實驗室研究與探索，2015（2）：140-144.