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岩石物性测试实验设计研究

摘要:开放性创新实验项目教学,旨在推进以问题为核心的课外探究性实践性学习,激发学生学习兴趣及研究问题的主动性。根据这一目标,岩石物性测试实验室充分利用实验室现有的仪器设备和教师资源,设计了层次不同的开放创新实验。通过教学实践,发现开放性创新实验在创新型人才培养、学生综合能力提高、实验师资队伍素质提高以及实验仪器设备高效率使用等方面,发挥了积极促进作用。

关键词:开放创新;实验设计;岩石物性;实验教学

岩石物理性质是指岩石的导电性、磁性、密度、地震波传播等特性,地下岩石情况不同,岩石的物理性质也随之而变化。各种物理性质都表现为一种或几种不同的物理现象,运用现代技术,完全可以记录到上述物理现象的变化,进而可以了解地下岩石的性质及其分布规律,达到寻找地下油气的目的[1]。岩石物理学[2]是岩石和物理学之间的交叉边缘学科,它通过专门实验技术手段研究地壳和地幔岩石在地球不同深度环境下(即不同温度,压力,流体含量等)原始岩石物理性质、成分变化和地质构造特征,同时为地表地球物理探测成果的正确解释提供科学约束。吉林大学岩石物性测试实验室建于2004年。在国家211工程和985工程的大力支持下,先后购入美国CoreTest公司生产的储层条件下岩石毛管压力和电阻率测量系统RCS-760和覆压孔隙度渗透率测量仪AP608,以及英国生产的岩石核磁测量系统MARANII,后来在校、院的资助与支持下,陆续购进了一些与之配套的小型设备,目前岩石物性测试实验室的仪器设备可以测量岩石的密度、孔隙度、渗透率、电阻率、纵横波速度、毛管压力、核磁共振、磁化率等参数。开放创新实验作为一种新型实验教学模式,在高校素质教育大力推进创新实践能力培养大背景下应运而生。它与课堂实验教学不同,开放创新实验包含“开放”和“创新”两个方面的涵义。“开放”是指实验选题开放、指导方式开放、实验时间开放、实验室开放、实验仪器开放等;“创新”是指实验选题及实验内容具有一定的创新性、综合性等。与课堂实验相比,开放性创新实验注重实验的综合性及探究性,属于提高层次;与大学生创新创业训练计划项目相比,开放性创新实验难度相对较小、实验周期短,具有较好的实验灵活性,可作为创新基础训练的方法。目前,开放性创新实验已在国内高校逐步开展,是高校实践教学发展的新方向和趋势[3-6]。

1教学目标和开放创新实验设计

吉林大学的开放性创新实验是以问题为基础的研究性实验,面向本科生开放。实施开放性创新实验项目教学,旨在推进以问题为核心的课外探究性实践性学习,激发学生学习兴趣及研究问题的主动性。开放性创新实验项目是项目教学组提出的具有研究性、实践性的课题,学生在教师辅助下,自主设计实验方案、技术路线,自主进行实验、分析实验结果,最终解决问题,并独立撰写实验报告。开放性创新实验,定位于吉林大学实践教学体系中的综合训练层次。教学目的为承接课程实验,培养学生分析问题、解决问题能力,培养团队合作意识和创新意识,进而启发大学生创新创业训练项目研究。根据学校的这个目标,岩石物性测试实验室根据已有的仪器和实验设备,充分发挥利用实验室的功能,设计了以下不同能力层次的开放创新实验:岩心粒度分布对孔隙度的影响研究、围压对岩石孔隙度的影响实验研究、岩石样品纵横波速度与孔隙度和含水饱和度关系实验研究,泥质含量对饱和度指数和地层因素的影响分析。

2开放创新实验实践

岩石物性测试实验室开放性创新实验之一是“岩石样品纵横波速度与孔隙度和含水饱和度关系实验研究”。这个实验具体涉及到岩石样品的预处理(洗油,洗盐,烘干等)、岩石物性参数孔隙度,纵横波速度,含水饱和度的测量方法,玻义尔定律,孔隙度测量仪和声波速度测量仪的使用,岩样含水饱和度计算公式推导,以及测试数据之间关系的分析。学生在做实验前,针对孔隙度,纵横波速度,含水饱和度的概念,以及它们之间的关系,查阅相关文献,自己设计实验流程,在老师的指导下,自己操作仪器,完成相关参数的测量。学生们对这个实验很感兴趣,有很多组同学选做了这个,而且实验完成得很好。通过实验,提高了仪器操作技能和数据处理水平,并在计算机应用方面得到训练,更重要的是通过学生自主查阅文献,了解了课本之外的很多知识,对课本上的知识有了更深的理解。这个实验在激发创新意识与提高创新技能方面很有成效,面对自己实验成果,学生很有成就感。岩石物性测试实验室开放性创新实验之二是“泥质含量对饱和度指数和地层因素的影响分析”。这个实验考虑到阿尔奇公式是岩石物理和测井解释中的重要公式,它是地层因素、孔隙度、含水饱和度和地层电阻率之间的经验关系式,是利用测井资料定量计算含油饱和度的基础。这个实验具体涉及到岩石样品的预处理(洗油,洗盐,烘干等)、岩石物性参数孔隙度,不同含水饱和度情况下电阻的测量,地层水溶液的配制,电阻率的计算公式,含水饱和度的计算公式,孔隙度测量仪、电阻率测量仪和分析天平的使用,阿尔奇公式中a,b,m,n的计算,以及最后根据得到的数据,用EXCEL软件分析泥质含量对参数m,n的影响。学生在做实验前,针对孔隙度,电阻率,含水饱和度的概念,以及它们之间的关系,查阅相关文献,自己设计实验流程,在老师的指导下,自己操作仪器,完成相关参数的测量。学生们做完这个实验,有很多感慨,他们说看着公式挺简单的,但拿到测量数据,需要求取参数时,才发现他们虽然课本上学了这个公式,但没有真正理解这个公式,通过这次实验,对这个公式有了更深的理解,而且学会了使用EXCEL软件分析数据之间的关系。

3结语

通过教学实践,深刻体会到开放性创新实验作为一种培养学生创新精神和实践能力的重要途径,在创新型人才培养、学生综合能力提高、实验师资队伍素质提高以及实验仪器设备高效率使用等方面,发挥了积极促进作用。开放性创新实验作为一种新的实验教学模式,有利于提高本科教学质量、提高学生的学习能力和动手能力以及培养学生创新性思维。但在实际操作中,一定要放开学生手脚,不要按教师的思维模式要求学生,即使实验效果不理想,只要有新的想法、新的体会就好,这样才能达到开放性创新实验的效果。借助于计算机处理实验数据,把学生从繁琐的运算和绘图中解脱出来,在实验教学中营造出类似于科学探索的情景,既提高了学生的实验数据处理能力,又积累了从事科研工作的经验。

参考文献:

[1]李舟波,潘保芝,范晓敏,等.地球物理测井数据处理与综合解释[M].北京:地质出版社,2008.

[2]陈颙,黄庭芳.岩石物理学[M].北京:北京大学出版社,2001.

[3]苏飞,束良勇,舒永钢,等.开放性实验在大学生创新能力培养中的作用[J].高教学刊,2015(3):74-75.

[4]安永磊,高淑贞,刘娜,等.开放性创新实验教学模式优化与实践[J].实验技术与管理,2016,33(8):21-23

[5]茅乐,岳艳丽,张颖.面向创新人才培养的开放性实验教学改革与探索[J].实验室科学,2015,18(2):193-195.

[6]张鹏.浅谈开放性实验室的建设[J].贵州工业大学学报:自然科学版,2008,37(4):288-290.

作者:张丽华 潘保芝 单刚义 单位:吉林大学

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