虚拟岩心网络教学平台的建设及意义

罗超　尹楠鑫　林魂　陈岑　罗逸凡

摘 要 针对岩心获取成本高、保存难度大以及可能存在一定危险性等问题，基于Unity 3D平台构建了沉浸感强、实时交互性好的虚拟岩心网络教学系统。该系统通过引导学员回顾地质综合三大岩类（沉积岩、火成岩及变质岩）基础地质知识，基于地质3D模拟动画（地层构造、油气藏和油气运移），使学员了解钻井取心过程、掌握岩心观察描述等相关的知识体系。整个实验分析过程中需要充分调用钻井地质、虚拟岩心等资料，吸收整理地质背景资料、分析化验资料及测录井资料，以沉积岩石学、石油地质学、储层地质学等理论为指导，开展岩心综合描述分析研究，掌握油气储层综合描述分析的一般流程和技术方法。

关键词 虚拟岩心;网络教学;油气储层综合分析

中图分类号：G642                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.31.016

Construction and Significance of Virtual Core Network Teaching Platform

LUO Chao， YIN Nanxin， LIN Hun， CHEN Cen， LUO Yifan

（Chongqing University of Science & Technology， Chongqing 401331）

Abstract Aiming at the problems of high cost of core acquisition， difficulty of preservation and possible risk， a virtual core network teaching system with strong immersion and good real-time interaction was constructed based on Unity 3D platform. This system guides students to review the basic geological knowledge of three rock types （sedimentary rock， igneous rock and metamorphic rock）， and enables students to understand the process of drilling coring and master the knowledge system of core observation and description based on 3D geological simulation animation （formation structure， oil and gas reservoir and oil and gas migration）. Drilling geology， virtual core and other data need to be fully used in the whole experimental analysis process. Students could absorb and sort out geological background data， analyze laboratory data and log data. Guided by the theories of sedimentary petrology， petroleum geology and reservoir geology， comprehensive core description analysis is carried out to master the general process and technical method of comprehensive description and analysis of oil and gas reservoir.

Keywords virtual core; network teaching; comprehensive analysis of oil and gas reservoirs

前言

巖心是地质专业人员认识地下沉积、成岩、构造等复杂地质作用的重要资料，能为地质找矿、预防地质灾害提供重要参考。[1-2]对于地质类相关专业的学生而言，学会观察岩心，认识沉积、成岩及构造等地质作用，是开展地质调查、从事地质研究的必备基本技能。[3-4]

岩心资料具有如下特征：（1）岩心一般埋藏于地下数千米的深处，获取技术门槛较高，耗费成本高昂，一般只存放在油田、地质调查部门等生产单位;（2）岩心自然风化过程迅速，在常规管理中因频繁搬运、钻孔、采样、观察等原因易发生损坏，保存难度大;（3）部分细粒沉积岩易富集放射性元素，可能具有微弱放射性，在无防护作用下直接接触、观察可能存在一定危险。

在实体教学场所内开展岩心观察描述的教学实习活动，因岩心标本数量少、上课学生数量多，[5-6]使得岩心样本资料面临“供需”不匹配的困境。同一授课时间内，岩心标本数量的限制，使得无法满足多个班级、多个小组同时观察的需求。近年来，移动互联网技术等现代信息技术有力地促进了教学方式方法的变革，[7-9]同时受新冠疫情的影响，线上教学的大趋势对国内外地质类专业人才培养提出了新的要求，使得在目前的教学过程中，建设能供地质类专业学生学会观察岩心的虚拟岩心网络教学平台，显得意义重大。

1 虚拟岩心网络教学平台简介

该平台是一套用户界面友好的开放式学习平台，基于Unity 3D平台运用先进的网络开发工具，以满足学习人员了解钻井取心过程、系统的观察和描述岩心的需求。开发的虚拟岩心网络教学平台，共分为岩石矿物标本、地质综合教学系统、地质3D模拟动画以及虚拟岩心库4个模块。其中岩石矿物标本模块，主要介绍地质综合三大类岩石（火成岩、沉积岩、变质岩）的基本概念;地质综合教学系统涵盖了原油及烃源岩、储集岩观察描述的内容和方法、钻井井场虚拟漫游实训系统（图1）和综合地质专业知识课件4部分内容;地质3D模拟动画主要包括了地层构造、油气藏以及油气运移相关的石油地质知识;虚拟岩心库包含了塔里木盆地海相地层、渤海湾盆地、四川盆地以及准噶尔盆地的相关基础地质资料，该部分是学生实际动手操作的关键环节。

该平台设置有考核模块，通过上机操作、实验报告等方式考核学员对知识点的掌握情况，所有环节考核成绩均会被记录，以此来最终评价学员的学习效果。

2 虚拟岩心网络教学平台应用

该平台可以系统观察陆源碎屑岩的结构类型（粒度、形状、胶结物及胶结类型），火成岩、变质岩的结构特征;初步掌握肉眼观察和描述常见陆源碎屑岩、火成岩、变质岩的方法，掌握各岩类的分类和命名原则（图2）。同时，通过该虚拟岩心网络教学平台可以接触如下知识点：岩矿颜色注意区分自生色、继承色;碎屑成分中石英颗粒、长石颗粒、岩屑、云母等矿物的识别及含量估计;杂基、胶结物（硅质胶结物、钙质胶结物、铁质胶结物以及泥质胶结物）的成分识别及百分含量确定;颗粒大小、分选、圆度、球度等结构特征的确定;胶结类型（基底式、孔隙式、接触式或杂乱式）;其他特征（砾石有无定向排列，有无次生脉穿插，缝洞发及含有情况，含化石的种属和数量）。

观察颜色：采用“美国地质学会岩石颜色标准（The Geological Society of America：Rock-Color Chart）”（簡称GSA色标），对岩心颜色进行判断。

成分观察：碎屑成分主要为石英、长石和岩屑。

估算矿物含量：碎屑成分含量的百分含量估计，首先要指出碎屑占岩石的百分含量，再分别指出不同的碎屑成分（如石英、长石、岩屑）占全部碎屑的百分含量。

观察碎屑颗粒分选：碎屑颗粒分选程度的目估等级分为：极好、好、中等、差、级差。

观察岩心磨圆度：圆度是碎屑颗粒磨圆的程度，一般经历搬运的距离越长，水流等地质作用改造的作用越强，则碎屑颗粒的圆度越好。

观察颗粒接触关系：接触关系是指碎屑颗粒之间相互接触的样式，是评价碎屑颗粒经历成岩作用强弱的重要指示性参数，包含点接触、线接触、凹凸接触和缝合接触。

岩石结构成熟度分析：分结构成熟度高、结构成熟度中等、结构成熟度低3个级别。

沉积构造观察：沉积构造指由于沉积物成分、结构、颜色的不均一性而引起的岩石宏观特征。按成因分为3种类型：机械成因的构造（原生）;化学成因的构造（次生）;生物成因的构造。

观察颗粒粒径：碎屑颗粒的大小，可以反映源岩距离沉积区距离的远近，也可以指示源岩抗物理改造作用能力的强弱。常用单位是毫米和值。

特殊矿物与生物遗迹化石：特殊矿物指示了不同的沉积、成岩及构造条件，是研究油气储层重要的指示依据。生物遗迹化石的类型、数量、特征以及保存状况的差异，可以指示不同的沉积、成岩和构造演化的过程。

含油性描述：是指储层被油气充满的程度，一般储层物性条件越好，油气源越丰富，被油气充满的程度也越高。

钻井岩心定名：采用三级命名法对岩性进行定名，一般先确定基本名，粒级超过50%的粒级作为岩性定名的主要度量，基本名前以“**质”标度含量在25-50%之间的粒级，放在最前的“含**”标度含量在10-25%的粒级。

岩石沉积相分析：基于沉积岩体岩石学特征、古生物特征、沉积物构造特征来概括钻井岩心所处的沉积相环境。沉积相分为陆相组、海相组和海陆过渡相组。

3 虚拟岩心网络教学平台的重要意义

学员进入虚拟岩心网络教学平台后，从塔里木盆地、渤海湾盆地、四川盆地以及准噶尔盆地4个典型实例中，自主选择不同的实际案例数据库，视频中教师通过讲解原理和步骤、然后进行示范性操作，学生跟着教师的步骤进行练习，引导学生完成一整套流程，掌握油气储层综合评价的方法原理以及实践环节。

本实验特色在于为学员提供了一系列油田现场实际的数据资料，针对自己的需求有多重选择，在数据库下面进行仿真练习，对数据进行有目的的分析和处理，加强了自主分析能力和实际动手能力，同时可视化的环境也让可以让学员更直观的感受地下油气储层特征，从而更加吸引学生注意力，保持兴趣。学员在操作的过程中，需要综合运用岩石矿物标本观察与描述技术、沉积微相划分技术、储层成岩作用分析技术等，通过虚拟岩心等资料，研究地下油气储层沉积、构造、成岩特征，让学生通过实际数据的整理分析等操作，可获得地下地层的构造特征或者储层特征等相关结论，获得地下油气地层特征的直观体验。

4 结束语

岩心资料获取难度大、保存条件严格以及可能具有的危害性，使得构建虚拟岩心网络教学平台对地质类专业技能的培养意义重大。该平台系统通过引导学员回顾地质综合三大岩类基础地质知识，基于地质3D模拟动画，使学员了解钻井取心过程、掌握岩心观察描述等相关的知识体系，可以为开展岩心综合描述分析研究、掌握油气储层综合描述分析的一般流程和技术方法，提供有力支撑。

基金资助：重庆科技学院校级虚拟仿真教学项目“井场漫游与钻井岩心分析虚拟仿真实验”研究成果;重庆市自然科学基金，cstc2019jcyj-msxmX0725，页岩储层压裂液渗吸滞留及解除水锁微观作用机制研究

参考文献

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[2] 程艳敏，侯金山.华北油田岩心数字化网络系统的建设及意义[J].中国石油勘探，2009，2：76-79.

[3] 曾健友，杨素怡，徐庆杰.多模态交互在虚拟岩心库设计中的应用[J].工程地球物理学报，2020，17（1）：119-126.

[4] 陈志军，张娅，吕新彪.岩矿石标本三维建模技术及其教学资源库建设[J].实验室研究与探索，2017，36（11）：140-145.

[5] 郑爱玲.石油工程虚拟仿真实验教学实践[J].教育现代化，2018，5（35）：134-135.

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[7] 卢聪.水力压裂实施虚拟仿真实验平台的开发与研究[J].教育教学论坛，2019，47：273-274.

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[9] 罗超，尹楠鑫，李志军.提升资源勘查工程专业生产实习质量的措施研究[J].科教导刊，2021，（24）：39-40+78.