“地质分析测试技术”课程建设探讨

朱毅秀，谢庆宾，季汉成，牛花朋，王春英

中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249

地质分析来源于岩矿分析，从60 年多前的湿化学分析至30 多年前的仪器分析到近20 年自动化、智能化、信息化、高精度、高准确度的整体及微区的现代地质分析。1990 年第一届“地质分析”国际会议在加拿大召开；1997 年6 月“国际地质分析者协会”宣告成立[1]。从此“地质分析”一词已为越来越多的分析者所接受，它比“岩矿分析”具有更广泛、更深刻的内涵，更能表达地质材料分析领域的现代发展[2]。地质分析方法、技术手段的改进和提高，为油气的生成、运移、储藏的理论研究和技术研究发展注入了活力，使石油地质研究能力从宏观走向微观、从表观走向本质，大大提高了石油勘探的准确性和勘探能力范围[3]。地质分析也是现代地学，尤其是地球化学、岩石学、矿物学和环境与生态地质学强有力的技术支撑。为了适应这一变化，同时加强地质实践教学，深化矿物学、岩石学等专业基础课实验教学改革成果，新世纪初我校为地质工程专业（原石油地质勘查专业）新开设了“地质分析测试技术”（选修）课程，下面就课程特点、教学内容及教学方法等课程建设问题进行探讨。

一、“地质分析测试技术”课程特点

“地质分析测试技术”课程2003 年被纳入我校地质工程专业教学计划中，是面向地质类大四年级本科生的一门重要的专业选修课，是培养学生创新精神和实践能力、实施素质教育重要的课程之一。其目的是拓展学生的知识面，提高学生动手能力与实践技能，强化学生应用能力，培养合格的油气矿产资源勘探开发、研究和应用的科技人才。

1.课程涵盖实验方法多

科学的发展引起地质分析测试技术革命性变化，实验测试技术由传统的无机分析发展到有机分析与形态分析，从宏观的整体分析转为微观的微区原位分析，从常规化学分析进化为大型仪器分析，由单元素分析发展成多元素分析与同位素分析，从室内分析拓展至野外现场分析，整体是一个更庞大、更复杂、更困难的综合分析。课程涵盖面广，包括传统的化学分析方法及应用、普通的仪器分析方法及应用，现代大型仪器与现场便捷式仪器分析方法及应用，海量分析数据处理方法等，实验方法几十种到上百种。

2.专业性强

岩石矿物分析技术除少数的经典方法外，传统的化学分析方法大多已被高准确度、高精度、自动化和智能化的多元素快速仪器分析技术所取代[3]。各种技术所涉及实验设备千差万别、大小不一，大型设备技术先进、操作使用与数据处理专业性极强。多所地质院校和综合院校相关专业以纯有机或无机分析测试技术（元素分析与成分分析- 传统岩石矿物分析）、现代分析测试技术、各单项仪器分析技术独立开课，显示测试技术特有的专业性。同时为满足石油天然气勘探开发、研究生产的基本要求，具有鲜明的石油特色，课程主要涉及地质古生物、储层与盖层、烃源岩与油气运移三大方面分析测试，每一方面所采用的方法都较多，不同方法专业性较强。

3.实践应用性强

地质分析测试技术主要是讲解现代地质分析测试技术的基本方法、基本原理、仪器组成、结果分析、样品要求等基础知识，以及多种地质分析测试方法油气地质学应用、多种技术间的区别和联系，达到综合运用各种现代地质测试分析技术解决实际生产问题，其应用性强，与生产实践直接相联系。如X 衍射分析（XRF）可以检测全岩元素种类与含量，特别是粘土矿物含量，利用这一方法就可以测定在常规显微镜下无法检测到的粉末状样品的岩石组分，确定岩石类型，并可以定名。也可以检测泥浆组分，分析钻井工程中泥浆是否符合设计要求，这样可以解决大量生产实际工作问题。

本课程具有理、工兼修的特性，有大量的抽象理论(概念、分析原理)与实验步骤、要求需要理解和记忆，更有精选的十几种具体方法需要通过多种形式的具体实验及海量的实验数据分析来认识及熟练掌握，很容易造成学生难以理解和接受，甚至完不成实验与作业，从而影响教学效果。同时，该课程课时设置仅为32 个学时，一定程度影响了学生对“地质分析测试技术”课程进一步学习，在有限的时间内学生要想全面而系统地掌握地质分析的基本方法存在一定的难度。如何让地质分析能够更好地和油气地质工程专业密切结合起来，为学生的多方面能力与素质提高及全面成才奠定良好的基础，是该课程建设的前提和关键。

二、“地质分析测试技术”课程教学内容建设

课程内容的精心设计与安排是本课程建设的核心，为实现教学目的、达到较好的教学效果，必须在以下方面对教学内容进行精心设计与组织。

1.优化教学内容突出石油专业特色

本课程是一门集理论性、科学性、生产实践、实验测试和地质研究紧密结合的应用地质学课程，是由岩石矿物分析测试技术发展而来的。在石油院校本科生中单独设置课程相对时间较短，初步调查显示在石油院校仅中国石油大学在本科生阶段开设此课程，其他高校（如北京大学、南京大学等）的地球化学、地质学等专业均开设相关的单项测试分析课程，体系庞大、内容繁杂、使学生感到类多条繁、难以掌握，因而需要优化课程内容。

地质分析最原始的基本内容是测定岩石和矿物的化学组成、不同赋存状态下元素及化合物（不同组分）的含量。我校培养的地质工程学生主要面向油气勘探开发生产，在油田行业就业为主，同时在我校已开设有机地球化学方面分析测试选修课程，因而在设计教学内容中就必须做到“有所为、有所不为”，筛选分析科目、弱化仪器本身原理介绍，突出石油专业特色—研究油气的生成、储集和保存及有效开采，确立本课程以沉积岩中砂岩和灰（云）岩（储层）和泥页岩（盖层）特征测试内容为主，重点体现传统岩矿分析技术在油气储盖层研究中应用和现代测试分析技术最新发展成果。

储盖层测试主要确定岩石类型、胶结物特征、孔隙特征、对储层及封盖能力作用评价。主要涉及分析样品—重点是沉积岩（砂岩和灰云岩及泥页岩）样品（地质分析样品取样要求、样品处理及污损防治、标准物质），储油气层常规分析方法（显微镜分析、粒度分析、重矿分析）、X 射线衍射分析法（XRD）及应用、微束分析法与现代表面分析技术（扫描电子显微镜-SEM、透射电子显微镜-TEM、电子探针-EM、X 射线能谱仪-EDS 等）及应用，阴极发光（CL）与荧光分析（FL）及应用，包裹体分析及应用，光谱分析（红外光谱、原子光谱、激光拉曼光谱、核磁共振谱等）及应用，同位素分析及应用，现代盖层及泥页岩基本分析与测试（突破压力测定、纳米微孔隙分析等），其他现代地质分析测试技术及应用简介，野外现场分析技术（岩心分析、现场实验室构成与测试项目）。课程重点在于油气地质学应用，重在解决油气地质研究与生产问题。

在教学内容选择分清主次与特色，理论和方法并重，增加实际方法与应用案例解剖。既要全面介绍相关的地质分析技术及理论，又要把各种方法在围绕为油气储盖层测试分析及应用这一主线上构筑成一个完整的体系。因此，教学内容的组织安排必须突出理论联系实际，融知识传授、能力培养、素质教育于一体，努力提高学生的主动性和创新能力。

2.精心设计实践教学内容

实践教学是巩固理论知识，加深对理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质专门人才的重要环节，更是培养学生科学思维方法，科学研究能力和创新能力，提高学生综合素质的重要平台。在课程建设与整个教学中，坚持理论与实践的教学模式，重在追求实用效果。在学习基础理论、各种方法简介及应用的前提下，精心安排和设计各类实践教学内容。根据课程大纲的要求，设计和安排了四个层次的实践教学环节。

（1）分析样品认识实习教学环节。结合矿物学、岩石学、石油地质学及油矿地质学理论知识，带领学生描述各种储层、盖层岩心，学会区分真假岩屑，野外实地观察与描绘地质现象，认识样品及其空间组合特征。

（2）样品制备实践教学环节。在学习完各种测试技术对样品要求基础上，按要求取样、处理样品，达到熟悉不同地质分析方法及不同类样品取样基本要求，并要求学生熟练掌握其中几种制样方法。如微束分析样品制备，学生自采样，并以样品和具体分析项目在教师指导下对样品进行预处理（洗油、磨制、酸化、净化、干燥）—上桩粘接—镀膜等工序处理，完成制样工作。

（3）大型设备参观认识实验教学环节。这是一种认知型的实验教学环节。通过对校内外各种大型仪器设备（如SEM、EDS、XRD 等）进行参观学习，了解大型仪器工作条件、简要原理与特征、样品要求及地质应用。

（4）测试分析方法综合设计实践教学环节。要求把所学到的知识灵活应用，针对地质生产与研究目的设计多种分析方法，各类地质分析结果串联起来，完成一个综合性实验方案。这是一个综合性和设计性实验，对学生要求高，对每项分析方法均要融会贯通、运用自如，同时还要分析海量、复杂的实验数据，学生须经过一定的专门训练才能达到目的，因而由五人一组共同完成。此环节旨在培养学生在实际工作中运用理论知识及分析技术解决现场问题的能力。

课程中学生具体实验学时为8 个学时，前三层次以作业和实验报告形式检验、以个体完成为主，平均每项两学时。综合性实验课堂安排2 个学时，教师主要在方法、实例及要求介绍，小组成员讨论选择工区和研究方案并分工，最后形成报告与PPT 完成后，并向全班宣讲和大家评判与修改，最后上交综合实验分析报告。

加强实践环节，提高学生分析问题和解决问题的能力是石油地质课程内容建设重点之一[4]。实践教学环节是教学内容中的一个重要组成部分，精心设计实践环节有利于创新班和卓越班及其他以培养创新能力为己任的同学，得到了综合实践的训练，增强了他们发现问题、分析问题和处理解决问题的能力。

3.教材建设

教材建设是课程建设的重要载体[4]。教材是教学体系、课程内容、教学目的与思想的具体反映。教材要求内容丰富、系统完整、重点突出、并能反映国内外新的进展和发展趋势[4-5]。岩石矿物分析类教材较多也较旧，且多为纯有机或无机分析测试论述、分项技术论述（单行本），多见专业性非常强的仪器与测试技术介绍，仪器介绍相对全面，在适用性与综合性上存在一定不足，不符合本课程教学大纲要求，急需进行改革。在此背景下于2009 年设立“地质分析测试技术简明教程”教改项目，迈出课程教材建设的第一步。

课程组在2006 年与2007 年曾两次编写《地质分析测试技术讲义》，进而在2008 年开始编写了《地质分析测试技术简明教程》（试用稿），并于2009、2010 年试用和适当修改。2011 年10 月底编写出《地质分析测试技术简明教程》（征求意见稿），并送请相关专家审阅，得到多位专家建设性与指导性意见。2012 年综合多届学生使用情况反映与意见，听取多位专家修改意见进一步修改，厘定油气特色的内容，摒弃过时的知识，增加时新性、实用性、注重实践性，突出油气储层与盖层测试分析技术特色，完成了《地质分析测试技术简明教程》（送审稿），并在2012 年使用中得到好评。在此基础上进一步完善，力争早日出版。

实验实习指导书是教材的补充和重要组成部分，正在编写与教材相匹配的与各实验教学环节相适应的实验实习指导书。讲义与教程在每一部分中设置一些在教材中或一些参考书中能找到答案的思考题，以培养学生读书的兴趣。

三、地质分析测试技术课程教学方法探讨

教学方法与教学手段改革是课程建设的永恒主题，合理的教学方法和先进的教学手段是保证教学质量的重要前提[4，6]。课程组根据个人特长、专业特点，开展教学方法和教学手段的探讨，灵活运用多种教学方法，取得较好的教学效果。

1.优化教学手段，采用多媒体教学

多媒体教学是当今普遍使用现代化教学手段之一，是提高教学效果的有效途径之一。针对本课程特点使用多媒体教学，一方面可以利用丰富的网络仪器介绍资源，借鉴兄弟院校成熟的单相仪器课程课件，有效地增加课堂上的信息量，促进课程体系的优化，并促使大家查阅更现代分析方法与应用，更便利地将更多的新内容补充到课堂教学之中；另一方面可提高课堂信息传递的质量，使纷繁复杂的仪器分析简化，突出油气地质应用。借助现代化的教育手段，促使抽象的教学内容、复杂的仪器原理更为具体。如地质历史时期形成的自生矿物，经过几万年、几百万年的时间，为了使其重演，使其抽象的形成理论变为可认知的过程，这时就必须使用多媒体技术，才能使同学一目了然、心领神会；教学中通过动画能再现实验和测试过程，模拟错误实验步骤会造成可怕的结果，对比不同方法优劣，形象而让学生记忆深刻，易于学生学会不同的分析方法与掌握正确的实验步骤。这样增加了学生的感性认识，激发了其学习兴趣，有效地提高教学质量。

多媒体课件的制作力求直观、美观、条理清楚、概念准确，内容上多图片、动画、视频，少文字；强调教学内容的概括性、理论知识的条理性、各种插图与动画的生动性，真正能起到教学内容的优化作用。在多媒体课件的设计中，注意课件与教学大纲、教材的有机结合。多媒体课件的内容以教学大纲为准，不是教材的翻版，而是教材内容的精选。

课堂上多媒体教学同时，适当配合板书和实物讲解，传统的板书和实物讲解教学手段不过时。如在岩心描述教学中，多媒体显示了不同地区的碎屑岩、碳酸盐岩、变质岩和岩浆岩岩心图片，信息量大、特征也很明显，学生掌握还是比较困难。教师可以直接拿岩心标本给大家展示，回答同学观察岩心时的疑问，并让同学反过来读图片，大家易于掌握。岩心的认识和标本的认识是一样的，需要通过学生自己去认知，老师只能起一个辅导作用，这种传统的教学手段是不能抛弃的，反而要给予加强。

课程组在教改项目实施及几年教学实践中，深入油田现场调研，了解国内外其他院校课程内容和结构，主动和油田现场（生产一线与实验室）人员结合，了解油田生产所需，收集整理国内外文献与油田生产、研究实验资料，特别收集典型地质测试分析实例，达到校内外结合，归纳总结、反复修改，初步完成了本课程多媒体课件建设，并得到多届同学和多位专家的好评。

2.剖析典型案例法及多种方法手段并用

几年来，课程组每一位成员时刻牢记自己的使命，探讨更加符合石油类地质工程专业所需的地质分析测试技术课程的教学模式，精简知识点，开展典型分析技术教学，解剖典型油气田地质测试分析实例，探讨启发式、讨论式、研讨式、案例式、探索式等新型教学法与教学方式。如解剖砂岩储层中粘土矿物分析，展示并比较SEM、EDS、XRD、EM 等分析技术中不同种粘土矿物及混层矿物的单体及集合体晶体形貌与结构、谱图、组分含量等特征，显示粘土矿物的显微形貌、显微成分分析及元素微区分布特征，借助区分与鉴别粘土矿物这一目的，学习多种地质分析技术方法及在砂岩研究中的应用，使零散乏味的多种方法串起来，也使每种方法的应用得以对比，突出了各自特点，使大家更深刻、更全面地认识了粘土矿物的表征。

课程教学工作中，充分与学生接触和交流，听取多方面意见，针对学生的合理建议，改变传统的“满堂灌”式教学方式，增加启发性思考的课堂时间，确立以学生为学习的主体思想，大胆尝试多种新方式，增强师生互动和学生间的互动。如让一部分同学分析海量实验数据，对多种实验结果进行解释、自圆其说；让另一部分同学描述野外岩石样品与实验室岩心样品并采集照片，完成基础认识实验分析，进一步探讨岩石成因、环境意义和含油气性分析；再让一部分同学在老师指导下自行设计实验完成某一方面测试项目，编制实验方案，分析部分完成实验结果等等。通过这些方式展示大家成果、并讨论，营造了良好的课堂氛围，在参与中提高了同学的学习兴趣与积极性，特别提高了大家的自信心与讲解汇报时的胆量与技巧，从而提高学生分析问题和解决问题的能力。

课后及完成各实验环节后也适当留思考题，让同学课下查阅资料，相互讨论，在研讨展示课上由每个小组选取代表阐述观点、讨论、交流，从而加深印象，启发思维。

以课程建设及教改项目实施为契机，通过对“地质分析测试技术”课程结构优化与课程内容精选、多媒体完善、多种教学手段使用等，使教学内容既继承传统岩矿分析测试技术的方法与理论，又体现出油气储盖层测试分析特色、强化测试结果在石油地质具体研究与生产中的应用，而不过分强调实验原理和步骤的掌握，在有限时间内最大限度地满足教学要求，提高学生学习兴趣，最终为提高“地质分析测试技术”课程教学质量，为培养应用型、创新型人才及学科建设服务。同时也殷切希望能得到地质分析界、教育界以及关注地质分析技术本身发展及人才培养的专家学者有益建议和指导。

[1]Kane R J.Foreword.Geoanalysis’97[J].The Analysts,1997,122(11)：1177.

[2]王毅民，王晓红，高玉淑.地球科学中的现代分析技术[J ].地球科学进展，2003，18(3)：466-482.

[3]徐书荣，王毅民，潘静，等.关注地质分析文献，了解分析技术发展地球科学中的现代分析技术—地质分析技术应用类评述论文评介[J].地质通报，2012，32（6）：994-1016.

[4]柳广弟，高先志，李潍莲，等.“石油地质学”精品课程建设的经验与启示[J].中国地质教育，2008，(4)：109-112.

[5]王文峰，曾勇，郭英海，等.实用型“煤矿地质学”课程建设[J].中国地质教育，2007，(4)：135-137.

[6]吴胜和，徐怀民，吴欣松，等.“油矿地质学”课程建设与改革[J].中国地质教育，2010，(1)：32-35.