安全工程专业“构造地质学”课程改革与探索

冯阵东 史淑珍 魏国营 钟福平

[摘 要]构造地质学是地质学的支柱学科之一，是高等院校资源勘查工程或者地质学专业的核心课程，河南理工大学的安全工程专业是否应该开设该课程，一直存在争议。该文通过结合作者自身教学经验，详细总结了安全工程专业与地质学之间的结合关系，分析了开设课程的必要性;同时讨论了课程的讲授内容以及对煤矿安全的指导作用。在有限课时条件下，尽可能地让本科生掌握相关的构造地质学概念、理论、分析方法，又能最大限度地解决煤矿生产及科研中从业人员的地质基础薄弱问题，为煤矿安全培养合格的瓦斯地质人才。

[关键词]构造地质学;安全工程专业;课程定位;内容设置

[中图分类号] G642.3[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）44-0-02[收稿日期] 2020-04-13

志在为国家煤矿安全生产及科研培养阶梯人才的安全工程瓦斯地质方向开设有多门地质类课程[1，2]，构造地质学作为重要的基础课程，其课程定位及课堂内容设置是关系本科生培养质量的重要一环。笔者结合多年构造地质学学习及教学经验，对开设课程必要性、课程定位、课程内容如何优化等方面进行了探討，借此与同行业专家对教学中的相关经验进行交流。

一、开设构造地质学课程的必要性

河南理工大学安全工程专业开设构造地质学课程，与该校的专业特色有直接关系。河南理工大学的安全工程专业为培养多方面安全人才，下设矿山安全、地下工程安全、瓦斯地质、化工安全等有多个方向，是“大安全”背景下专业针对性更强的本科生培养模式。瓦斯地质方向的设立，既是学科交叉的产物，也是为了满足煤矿安全生产及瓦斯地质高层次人才阶梯培养的需要，从事该方向的生产及科研工作需要更牢固的地质基础。

通过构造地质学的学习，煤矿安全工作者可以更好地把控煤层、煤质、瓦斯的空间变化，总结瓦斯分布规律，为矿山安全提供有力的保障。经典的石油地质理论中强调“构造演化控制沉积地层，控制油气成藏”，而包含在煤系地层之内的煤层作为一种特殊的沉积岩，其内赋存的瓦斯则被石油地质理论中划分为非常规天然气，因此经典的构造地质学理论同样适用于煤田地质，指导煤矿安全生产。

二、课程的定位及内容优化

1.课程的定位。瓦斯地质方向作为安全工程专业下设的一个门类，其本质仍为地质理论加强版的安全工程学科，专业的核心课程应以安全类为主，而构造地质学在内的地质基础课程主要起辅助作用。作为辅助课，其课时量无法像石油院校的石油地质专业或者煤炭院校的煤田地质专业那样充足。河南理工大学安全工程专业瓦斯地质方向的构造地质学作为重要辅助课程，其课时设计仅为32个学时，相关实验方法在课堂讲授，而操作过程由学生在课下完成，作为过程考核内容，计入平时成绩。

2.授课内容的优化。在有限的32学时内，只有合理的安排理论课教学内容，才可以让学生掌握相关的理论方法同时，又可以最大限度的满足煤矿生产安全需要以及相关的瓦斯地质科研研究。主要课时分配及与矿山安全关联特征如下：

第一部分，地质体的产状及接触关系讲授4个学时。主要讲授内容包括地质体的概念、地质体分类及基本产状及表示方法;水平及倾斜岩层特征及岩层、岩体的接触关系;沉积岩的原生构造及利用原生构造确定岩层的顶、底面;简单了解岩浆岩体的原生构造。该部分内容在矿井应用过程中要求学生做到：根据地勘钻孔及野外露头特征可以测量煤系地层的产状，判断顶地面、地层新老关系，根据地层与钻孔关系可以计算煤层真厚度。

第二部分，应力学基础讲授4个学时。由于该专业学生前期学习过“材料力学”课程，该部分重点应放在构造解析、中国应力场特征上。在矿井应用过程中该部分要求学生做到：熟练掌握煤层及围岩随着温度、压力、地层压力、应变速度等条件变化后破裂强度及应力-应变关系;能够分析不同期次构造运动对矿区、矿井的主要影响，分析不同构造形成的期次及对煤层、瓦斯赋存的影响;该部分内容还应该掌握矿井测试地应力的方法，能够在直接测试条件不足的地区利用地球物理资料间接计算地应力。

第三部分褶皱构造，作为构造地质学研究的基本构造类型之一，该部分内容安排8个学时。讲授内容主要包括：掌握褶皱的概念、要素、基本类型;褶皱的波长及波幅;褶皱的形态描述;褶皱的分类方案及包含的褶皱类型;褶皱形成的力学机制。该部分内容在矿井应用过程中要求学生做到：根据区域应力特征能够推断褶皱形成的期次;能够判断褶皱形成过程中是来自于纵向的挤压还是横向拱张，根据派生小褶皱轴面的分布规律能够判断出煤层上下岩层的相对运动关系，分析层间滑动对煤层破碎、煤厚重新分布的影响幅度，按照相关的地质规律大致推断构造煤发育的范围及规律。

第四部分为节理构造，讲授课时6个学时。该章节内容主要包括节理的概念、节理的力学性质分类;节理组合与分期;节理的形成与主应力的关系，包括节理与褶皱、节理与断层、节理与区域构造的关系。该部分内容在矿井应用过程中要求学生做到：能够统计裂缝的产状，编制节理走向玫瑰花图，并判断局部的地应力变化;能够了解节理带分析和预测的方法，掌握测井和地震资料中节理的相应特征，并能对比掌握应力场预测节理的一般资料准备、原理、流程，根据节理带预测判断构造煤的发育规律。

第五部分断裂构造是构造地质学中最难掌握的构造类型，同时也是控制盆地构造演化及格局的关键构造类型，该部分内容因掌握难度较大，该教学环节在所有章节中设置最长，安排10个学时内容。该部分内容主要包括断层的概念、要素、位移;断层的分类组合特征断层的性质及成因机制。在矿井安全生产中要求本科生做到：野外地质调查中能够识别断层，判断断层两盘位移方式，断层的相关褶皱以及对节理带的控制特征;了解矿井利用微地震探测断层的原理、方法，掌握矿井遇断层之前的各项参数变化特征，预判断层的位置及潜在的危险性;能够分析不同断层性质、断裂带内部结构、断裂带伴生构造及内部充填特征的地区对瓦斯赋存的影响程度。

三、课程的教学方法及效果

由于构造地质学专业性强，相关术语十分拗口，对学生的空间想象能力要求较高。因此在课堂上实行“代入式”教学，拉近学生与各种地质构造的距离，主要做法如下：列举矿井生产或者油田勘探中的实例，让同学切身体会到该部分内容实用性强，提高学生的学习兴趣;每种构造类型举例时尽可能选用该专业前期登封野外地质实习过程中遇到的现象，能够勾起学生野外实习时的场景，让构造更直观、更贴切，也可以选择校园内各种景观石中的节理、断层、层理等照片，课堂认识以后课下能够亲临其境，让学生更容易接受该部分知识;借助触手可得的事物再现构造变形的过程，如利用书本的纵向挤压和横向拱张，可以模拟褶皱成因中纵弯褶皱作用和横弯褶皱作用的变形过程，生动展现地层间相对运动的方向;灵活课程的考核方式，更重视学生是否理解该部分知识，不强求学生记住拗口的书面语言，鼓励学生利用画图的方式展现构造的类型、要素、组合和成因。

课程讲解获得了较好的效果，毕业后直接参加工作的学生具有更强的地质基础，更好地服务于煤矿的安全生产外。构造地质学课程开展之后，大部分学生对地质学产生了浓厚的兴趣，先后有同学获得中国石油大学、中国地质大学、太原理工大学构造地质学专业的硕士学位，毕业后仍在从事构造地质相关的工作，也有部分同学正在攻读中国石油大学非常规油气方向的博士学位。可见课程的开设不仅加强了该部分学生的专业基础，同时和拓宽了安全专业的就业面。

参考文献

[1]闫江伟，张明杰.安全工程专业瓦斯地质方向课程体系建设优化[J].科教导刊，2017（30）：57-59.

[2]张明杰，钟福平，闫江伟.基于目标培养的瓦斯地质方向课程体系建设[J].教育教学论坛，2019（4）：70-74.