虛擬仿真實驗在能源地質教學中的應用探討

韓雙彪 張金川

[摘 要] 能源地質研究與評價的主體對象深埋地下，難以觸及，在野外和實驗室有限的物理空間內“難以地質再現”，虛擬仿真實驗教學可實現地質復雜特點與虛擬現實的緊密結合，能夠打破能源地質專業實驗教學的僵化局面。基于此，探討了能源地質虛擬仿真實驗教學的必要性、建設思路、功能效果及應用前景。

[關 鍵 詞] 虛擬仿真；實驗教學；能源地質；應用前景

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）22-0072-01

能源地質專業教學中的虛擬仿真需要“硬件支撐、軟件捆綁、軟硬并重”的系統性綜合實驗條件，以現實存在的模型化、虛擬再現的程序化、虛實結合的關聯化等原型創建為特色，以地質過程再現、富集機理虛擬、工程平臺仿真等實驗教學為目的，是能源地質專業虛擬仿真實驗教學建設與發展的重要方向[1]，也是有效整合資源、提高教學質量、打造一流能源地質專業的基礎。

一、能源地質虛擬仿真實驗教學必要性

能源地質歷史跨度大且不可逆，地下油藏空間人不可及且地質過程不可親身經歷，油氣地質理論抽象，能源分布預測中的不確定性強，為優質實驗教學帶來了較大困難。實驗教學空間與建設費用有限，制約了能源地質專業實驗教學水平的提高，利用“平民化”的虛擬現實技術可以極大地推進實驗室的建設和實驗教學水平的提高，對學科方向的發展和建設也具有十分重要的意義。

能源地質虛擬實驗解決了大型儀器難以走進課堂教學現場、難以多機同步實驗等困難，在很大程度上解決了教學資源緊張問題，極大地拓寬了實驗物理空間和時間范圍。同時，能源地質虛擬實驗拉近了時間及空間距離，將過程不可及變為可望又可及，地質仿真在遠離鉆探現場的實驗室內擺脫了危險性作業[2]。

二、能源地質虛擬仿真實驗教學建設思路

能源地質虛擬仿真實驗教學按照“從現實存在到抽象模型、再從虛擬仿真到虛實結合、最后回歸現實實現系統認知”思路展開，即首先在對野外地質存在進行觀察的基礎上形成地質概念和認識，結合典型標本形成能源地質相關的微縮景觀地質模型，結合大型作業現場形成石油工程景觀模型。然后在基礎地質原理基礎上建立能源地質抽象邏輯，對地質過程進行虛擬表達和實現，對石油工程過程及施工現場進行仿真模擬，完成系統的能源地質虛擬仿真教學實驗。

根據能源地質與評價特點，虛擬仿真實驗主要涉及六大方面，即盆地過程與構造解析、地層沉積與儲層評價、有機地球化學與應用、油氣成藏機理及預測、油氣田開發與數值模擬、能源信息分析與評價等。依托野外實踐教學基地和現實實驗室設施配套，基于地質實物標本和微縮景觀模型，填補野外實習和虛擬仿真實驗之間的空白，提高虛擬仿真實驗教學效果。

三、能源地質虛擬仿真實驗教學功能效果及應用前景

能源地質專業虛擬仿真實驗教學應圍繞“實用性、原創性、導向性”展開，在軟件設計和編制過程中強調教學與生產的緊密結合，突出理論與實踐的實用性。虛擬仿真實驗需緊密結合自身科研特點，將科研成果、項目研究方法和手段以及特色思路和技術匯集成虛擬仿真軟件方案，形成原創性思路，在實驗教學過程中，可極大地提高教學質量，產生沉浸式教學效果[3]。

在能源地質專業內容教學過程中，應運用實際素材，配合展開虛擬實驗，仿真模擬地質過程和石油工程現場。根據實際地質條件和鉆井工程現場，按需求配置虛擬仿真條件，完成從地質設計、工程施工到綜合評價相應的系統模擬，使學生從中加深對地質多樣性的理解，掌握對石油工程復雜性的認識，形成系統邏輯。

虛擬仿真可解決能源地質教學中實驗高成本、目標難實現等一系列實際問題，對其進行推廣應用能夠極大地拓展教學功能，強化實驗教學效果，在學生能力培養方面也可預期取得一批顯著成果。通過模塊組合、場景設定和要求配置，能夠滿足不同方面虛擬仿真實驗的需求。

通過抽象歷史與虛擬現實過程的結合，集中發展并完善包括從地面到地下、從現今到歷史、從井孔到油藏、從常規到非常規、從可及到不可及、從虛擬到現實的地質過程虛擬仿真，有助于在能源地質專業領域取得“可望又可及”的實驗教學效果。

參考文獻：

[1]金文正，丁文龍，樊春.構造物理模擬實驗教學在資源勘查工程本科教育中的應用及意義[J].中國地質教育，2013（4）：16-19.

[2]劉亞豐，蘇莉，吳元喜，等.虛擬仿真教學資源開放共享策略探索[J].實驗技術與管理，2016，33（12）：137-141.

[3]胡今鴻，李鴻飛，黃濤.高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究[J].實驗室研究與探索，2015（2）：140-144.