虚拟仿真实验在能源地质教学中的应用探讨

韩双彪 张金川

[摘 要] 能源地质研究与评价的主体对象深埋地下，难以触及，在野外和实验室有限的物理空间内“难以地质再现”，虚拟仿真实验教学可实现地质复杂特点与虚拟现实的紧密结合，能够打破能源地质专业实验教学的僵化局面。基于此，探讨了能源地质虚拟仿真实验教学的必要性、建设思路、功能效果及应用前景。

[关 键 词] 虚拟仿真；实验教学；能源地质；应用前景

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）22-0072-01

能源地质专业教学中的虚拟仿真需要“硬件支撑、软件捆绑、软硬并重”的系统性综合实验条件，以现实存在的模型化、虚拟再现的程序化、虚实结合的关联化等原型创建为特色，以地质过程再现、富集机理虚拟、工程平台仿真等实验教学为目的，是能源地质专业虚拟仿真实验教学建设与发展的重要方向[1]，也是有效整合资源、提高教学质量、打造一流能源地质专业的基础。

一、能源地质虚拟仿真实验教学必要性

能源地质历史跨度大且不可逆，地下油藏空间人不可及且地质过程不可亲身经历，油气地质理论抽象，能源分布预测中的不确定性强，为优质实验教学带来了较大困难。实验教学空间与建设费用有限，制约了能源地质专业实验教学水平的提高，利用“平民化”的虚拟现实技术可以极大地推进实验室的建设和实验教学水平的提高，对学科方向的发展和建设也具有十分重要的意义。

能源地质虚拟实验解决了大型仪器难以走进课堂教学现场、难以多机同步实验等困难，在很大程度上解决了教学资源紧张问题，极大地拓宽了实验物理空间和时间范围。同时，能源地质虚拟实验拉近了时间及空间距离，将过程不可及变为可望又可及，地质仿真在远离钻探现场的实验室内摆脫了危险性作业[2]。

二、能源地质虚拟仿真实验教学建设思路

能源地质虚拟仿真实验教学按照“从现实存在到抽象模型、再从虚拟仿真到虚实结合、最后回归现实实现系统认知”思路展开，即首先在对野外地质存在进行观察的基础上形成地质概念和认识，结合典型标本形成能源地质相关的微缩景观地质模型，结合大型作业现场形成石油工程景观模型。然后在基础地质原理基础上建立能源地质抽象逻辑，对地质过程进行虚拟表达和实现，对石油工程过程及施工现场进行仿真模拟，完成系统的能源地质虚拟仿真教学实验。

根据能源地质与评价特点，虚拟仿真实验主要涉及六大方面，即盆地过程与构造解析、地层沉积与储层评价、有机地球化学与应用、油气成藏机理及预测、油气田开发与数值模拟、能源信息分析与评价等。依托野外实践教学基地和现实实验室设施配套，基于地质实物标本和微缩景观模型，填补野外实习和虚拟仿真实验之间的空白，提高虚拟仿真实验教学效果。

三、能源地质虚拟仿真实验教学功能效果及应用前景

能源地质专业虚拟仿真实验教学应围绕“实用性、原创性、导向性”展开，在软件设计和编制过程中强调教学与生产的紧密结合，突出理论与实践的实用性。虚拟仿真实验需紧密结合自身科研特点，将科研成果、项目研究方法和手段以及特色思路和技术汇集成虚拟仿真软件方案，形成原创性思路，在实验教学过程中，可极大地提高教学质量，产生沉浸式教学效果[3]。

在能源地质专业内容教学过程中，应运用实际素材，配合展开虚拟实验，仿真模拟地质过程和石油工程现场。根据实际地质条件和钻井工程现场，按需求配置虚拟仿真条件，完成从地质设计、工程施工到综合评价相应的系统模拟，使学生从中加深对地质多样性的理解，掌握对石油工程复杂性的认识，形成系统逻辑。

虚拟仿真可解决能源地质教学中实验高成本、目标难实现等一系列实际问题，对其进行推广应用能够极大地拓展教学功能，强化实验教学效果，在学生能力培养方面也可预期取得一批显著成果。通过模块组合、场景设定和要求配置，能够满足不同方面虚拟仿真实验的需求。

通过抽象历史与虚拟现实过程的结合，集中发展并完善包括从地面到地下、从现今到历史、从井孔到油藏、从常规到非常规、从可及到不可及、从虚拟到现实的地质过程虚拟仿真，有助于在能源地质专业领域取得“可望又可及”的实验教学效果。

参考文献：

[1]金文正，丁文龙，樊春.构造物理模拟实验教学在资源勘查工程本科教育中的应用及意义[J].中国地质教育，2013（4）：16-19.

[2]刘亚丰，苏莉，吴元喜，等.虚拟仿真教学资源开放共享策略探索[J].实验技术与管理，2016，33（12）：137-141.

[3]胡今鸿，李鸿飞，黄涛.高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究[J].实验室研究与探索，2015（2）：140-144.