巖石物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究

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摘要:開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)，旨在推進(jìn)以問題為核心的課外探究性實(shí)踐性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及研究問題的主動(dòng)性。根據(jù)這一目標(biāo)，巖石物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備和教師資源，設(shè)計(jì)了層次不同的開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。通過教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、學(xué)生綜合能力提高、實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍素質(zhì)提高以及實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備高效率使用等方面，發(fā)揮了積極促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞:開放創(chuàng)新;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);巖石物性;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

巖石物理性質(zhì)是指巖石的導(dǎo)電性、磁性、密度、地震波傳播等特性，地下巖石情況不同，巖石的物理性質(zhì)也隨之而變化。各種物理性質(zhì)都表現(xiàn)為一種或幾種不同的物理現(xiàn)象，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)，完全可以記錄到上述物理現(xiàn)象的變化，進(jìn)而可以了解地下巖石的性質(zhì)及其分布規(guī)律，達(dá)到尋找地下油氣的目的［1］。巖石物理學(xué)［2］是巖石和物理學(xué)之間的交叉邊緣學(xué)科，它通過專門實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段研究地殼和地幔巖石在地球不同深度環(huán)境下(即不同溫度，壓力，流體含量等)原始巖石物理性質(zhì)、成分變化和地質(zhì)構(gòu)造特征，同時(shí)為地表地球物理探測(cè)成果的正確解釋提供科學(xué)約束。吉林大學(xué)巖石物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室建于2004年。在國(guó)家211工程和985工程的大力支持下，先后購(gòu)入美國(guó)CoreTest公司生產(chǎn)的儲(chǔ)層條件下巖石毛管壓力和電阻率測(cè)量系統(tǒng)RCS-760和覆壓孔隙度滲透率測(cè)量?jī)xAP608，以及英國(guó)生產(chǎn)的巖石核磁測(cè)量系統(tǒng)MARANII，后來在校、院的資助與支持下，陸續(xù)購(gòu)進(jìn)了一些與之配套的小型設(shè)備，目前巖石物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備可以測(cè)量巖石的密度、孔隙度、滲透率、電阻率、縱橫波速度、毛管壓力、核磁共振、磁化率等參數(shù)。開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為一種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在高校素質(zhì)教育大力推進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)大背景下應(yīng)運(yùn)而生。它與課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同，開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)包含“開放”和“創(chuàng)新”兩個(gè)方面的涵義。“開放”是指實(shí)驗(yàn)選題開放、指導(dǎo)方式開放、實(shí)驗(yàn)時(shí)間開放、實(shí)驗(yàn)室開放、實(shí)驗(yàn)儀器開放等;“創(chuàng)新”是指實(shí)驗(yàn)選題及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有一定的創(chuàng)新性、綜合性等。與課堂實(shí)驗(yàn)相比，開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)注重實(shí)驗(yàn)的綜合性及探究性，屬于提高層次;與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目相比，開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)難度相對(duì)較小、實(shí)驗(yàn)周期短，具有較好的實(shí)驗(yàn)靈活性，可作為創(chuàng)新基礎(chǔ)訓(xùn)練的方法。目前，開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)已在國(guó)內(nèi)高校逐步開展，是高校實(shí)踐教學(xué)發(fā)展的新方向和趨勢(shì)［3-6］。

1教學(xué)目標(biāo)和開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

吉林大學(xué)的開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是以問題為基礎(chǔ)的研究性實(shí)驗(yàn)，面向本科生開放。實(shí)施開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)，旨在推進(jìn)以問題為核心的課外探究性實(shí)踐性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及研究問題的主動(dòng)性。開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是項(xiàng)目教學(xué)組提出的具有研究性、實(shí)踐性的課題，學(xué)生在教師輔助下，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、技術(shù)路線，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終解決問題，并獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，定位于吉林大學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系中的綜合訓(xùn)練層次。教學(xué)目的為承接課程實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)而啟發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目研究。根據(jù)學(xué)校的這個(gè)目標(biāo)，巖石物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室根據(jù)已有的儀器和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，充分發(fā)揮利用實(shí)驗(yàn)室的功能，設(shè)計(jì)了以下不同能力層次的開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn):巖心粒度分布對(duì)孔隙度的影響研究、圍壓對(duì)巖石孔隙度的影響實(shí)驗(yàn)研究、巖石樣品縱橫波速度與孔隙度和含水飽和度關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究，泥質(zhì)含量對(duì)飽和度指數(shù)和地層因素的影響分析。

2開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐

巖石物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)之一是“巖石樣品縱橫波速度與孔隙度和含水飽和度關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究”。這個(gè)實(shí)驗(yàn)具體涉及到巖石樣品的預(yù)處理(洗油，洗鹽，烘干等)、巖石物性參數(shù)孔隙度，縱橫波速度，含水飽和度的測(cè)量方法，玻義爾定律，孔隙度測(cè)量?jī)x和聲波速度測(cè)量?jī)x的使用，巖樣含水飽和度計(jì)算公式推導(dǎo)，以及測(cè)試數(shù)據(jù)之間關(guān)系的分析。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前，針對(duì)孔隙度，縱橫波速度，含水飽和度的概念，以及它們之間的關(guān)系，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，在老師的指導(dǎo)下，自己操作儀器，完成相關(guān)參數(shù)的測(cè)量。學(xué)生們對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)很感興趣，有很多組同學(xué)選做了這個(gè)，而且實(shí)驗(yàn)完成得很好。通過實(shí)驗(yàn)，提高了儀器操作技能和數(shù)據(jù)處理水平，并在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面得到訓(xùn)練，更重要的是通過學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)，了解了課本之外的很多知識(shí)，對(duì)課本上的知識(shí)有了更深的理解。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)與提高創(chuàng)新技能方面很有成效，面對(duì)自己實(shí)驗(yàn)成果，學(xué)生很有成就感。巖石物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)之二是“泥質(zhì)含量對(duì)飽和度指數(shù)和地層因素的影響分析”。這個(gè)實(shí)驗(yàn)考慮到阿爾奇公式是巖石物理和測(cè)井解釋中的重要公式，它是地層因素、孔隙度、含水飽和度和地層電阻率之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，是利用測(cè)井資料定量計(jì)算含油飽和度的基礎(chǔ)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)具體涉及到巖石樣品的預(yù)處理(洗油，洗鹽，烘干等)、巖石物性參數(shù)孔隙度，不同含水飽和度情況下電阻的測(cè)量，地層水溶液的配制，電阻率的計(jì)算公式，含水飽和度的計(jì)算公式，孔隙度測(cè)量?jī)x、電阻率測(cè)量?jī)x和分析天平的使用，阿爾奇公式中a，b，m，n的計(jì)算，以及最后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，用EXCEL軟件分析泥質(zhì)含量對(duì)參數(shù)m，n的影響。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前，針對(duì)孔隙度，電阻率，含水飽和度的概念，以及它們之間的關(guān)系，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，在老師的指導(dǎo)下，自己操作儀器，完成相關(guān)參數(shù)的測(cè)量。學(xué)生們做完這個(gè)實(shí)驗(yàn)，有很多感慨，他們說看著公式挺簡(jiǎn)單的，但拿到測(cè)量數(shù)據(jù)，需要求取參數(shù)時(shí)，才發(fā)現(xiàn)他們雖然課本上學(xué)了這個(gè)公式，但沒有真正理解這個(gè)公式，通過這次實(shí)驗(yàn)，對(duì)這個(gè)公式有了更深的理解，而且學(xué)會(huì)了使用EXCEL軟件分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

3結(jié)語(yǔ)

通過教學(xué)實(shí)踐，深刻體會(huì)到開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為一種培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、學(xué)生綜合能力提高、實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍素質(zhì)提高以及實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備高效率使用等方面，發(fā)揮了積極促進(jìn)作用。開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，有利于提高本科教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力以及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維。但在實(shí)際操作中，一定要放開學(xué)生手腳，不要按教師的思維模式要求學(xué)生，即使實(shí)驗(yàn)效果不理想，只要有新的想法、新的體會(huì)就好，這樣才能達(dá)到開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的效果。借助于計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，把學(xué)生從繁瑣的運(yùn)算和繪圖中解脫出來，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中營(yíng)造出類似于科學(xué)探索的情景，既提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力，又積累了從事科研工作的經(jīng)驗(yàn)。

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作者:張麗華 潘保芝 單剛義 單位:吉林大學(xué)