安全工程專業(yè)“構造地質學”課程改革與探索

馮陣東 史淑珍 魏國營 鐘福平

[摘 要]構造地質學是地質學的支柱學科之一，是高等院校資源勘查工程或者地質學專業(yè)的核心課程，河南理工大學的安全工程專業(yè)是否應該開設該課程，一直存在爭議。該文通過結合作者自身教學經驗，詳細總結了安全工程專業(yè)與地質學之間的結合關系，分析了開設課程的必要性;同時討論了課程的講授內容以及對煤礦安全的指導作用。在有限課時條件下，盡可能地讓本科生掌握相關的構造地質學概念、理論、分析方法，又能最大限度地解決煤礦生產及科研中從業(yè)人員的地質基礎薄弱問題，為煤礦安全培養(yǎng)合格的瓦斯地質人才。

[關鍵詞]構造地質學;安全工程專業(yè);課程定位;內容設置

[中圖分類號] G642.3[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）44-0-02[收稿日期] 2020-04-13

志在為國家煤礦安全生產及科研培養(yǎng)階梯人才的安全工程瓦斯地質方向開設有多門地質類課程[1，2]，構造地質學作為重要的基礎課程，其課程定位及課堂內容設置是關系本科生培養(yǎng)質量的重要一環(huán)。筆者結合多年構造地質學學習及教學經驗，對開設課程必要性、課程定位、課程內容如何優(yōu)化等方面進行了探討，借此與同行業(yè)專家對教學中的相關經驗進行交流。

一、開設構造地質學課程的必要性

河南理工大學安全工程專業(yè)開設構造地質學課程，與該校的專業(yè)特色有直接關系。河南理工大學的安全工程專業(yè)為培養(yǎng)多方面安全人才，下設礦山安全、地下工程安全、瓦斯地質、化工安全等有多個方向，是“大安全”背景下專業(yè)針對性更強的本科生培養(yǎng)模式。瓦斯地質方向的設立，既是學科交叉的產物，也是為了滿足煤礦安全生產及瓦斯地質高層次人才階梯培養(yǎng)的需要，從事該方向的生產及科研工作需要更牢固的地質基礎。

通過構造地質學的學習，煤礦安全工作者可以更好地把控煤層、煤質、瓦斯的空間變化，總結瓦斯分布規(guī)律，為礦山安全提供有力的保障。經典的石油地質理論中強調“構造演化控制沉積地層，控制油氣成藏”，而包含在煤系地層之內的煤層作為一種特殊的沉積巖，其內賦存的瓦斯則被石油地質理論中劃分為非常規(guī)天然氣，因此經典的構造地質學理論同樣適用于煤田地質，指導煤礦安全生產。

二、課程的定位及內容優(yōu)化

1.課程的定位。瓦斯地質方向作為安全工程專業(yè)下設的一個門類，其本質仍為地質理論加強版的安全工程學科，專業(yè)的核心課程應以安全類為主，而構造地質學在內的地質基礎課程主要起輔助作用。作為輔助課，其課時量無法像石油院校的石油地質專業(yè)或者煤炭院校的煤田地質專業(yè)那樣充足。河南理工大學安全工程專業(yè)瓦斯地質方向的構造地質學作為重要輔助課程，其課時設計僅為32個學時，相關實驗方法在課堂講授，而操作過程由學生在課下完成，作為過程考核內容，計入平時成績。

2.授課內容的優(yōu)化。在有限的32學時內，只有合理的安排理論課教學內容，才可以讓學生掌握相關的理論方法同時，又可以最大限度的滿足煤礦生產安全需要以及相關的瓦斯地質科研研究。主要課時分配及與礦山安全關聯(lián)特征如下：

第一部分，地質體的產狀及接觸關系講授4個學時。主要講授內容包括地質體的概念、地質體分類及基本產狀及表示方法;水平及傾斜巖層特征及巖層、巖體的接觸關系;沉積巖的原生構造及利用原生構造確定巖層的頂、底面;簡單了解巖漿巖體的原生構造。該部分內容在礦井應用過程中要求學生做到：根據地勘鉆孔及野外露頭特征可以測量煤系地層的產狀，判斷頂?shù)孛妗⒌貙有吕详P系，根據地層與鉆孔關系可以計算煤層真厚度。

第二部分，應力學基礎講授4個學時。由于該專業(yè)學生前期學習過“材料力學”課程，該部分重點應放在構造解析、中國應力場特征上。在礦井應用過程中該部分要求學生做到：熟練掌握煤層及圍巖隨著溫度、壓力、地層壓力、應變速度等條件變化后破裂強度及應力-應變關系;能夠分析不同期次構造運動對礦區(qū)、礦井的主要影響，分析不同構造形成的期次及對煤層、瓦斯賦存的影響;該部分內容還應該掌握礦井測試地應力的方法，能夠在直接測試條件不足的地區(qū)利用地球物理資料間接計算地應力。

第三部分褶皺構造，作為構造地質學研究的基本構造類型之一，該部分內容安排8個學時。講授內容主要包括：掌握褶皺的概念、要素、基本類型;褶皺的波長及波幅;褶皺的形態(tài)描述;褶皺的分類方案及包含的褶皺類型;褶皺形成的力學機制。該部分內容在礦井應用過程中要求學生做到：根據區(qū)域應力特征能夠推斷褶皺形成的期次;能夠判斷褶皺形成過程中是來自于縱向的擠壓還是橫向拱張，根據派生小褶皺軸面的分布規(guī)律能夠判斷出煤層上下巖層的相對運動關系，分析層間滑動對煤層破碎、煤厚重新分布的影響幅度，按照相關的地質規(guī)律大致推斷構造煤發(fā)育的范圍及規(guī)律。

第四部分為節(jié)理構造，講授課時6個學時。該章節(jié)內容主要包括節(jié)理的概念、節(jié)理的力學性質分類;節(jié)理組合與分期;節(jié)理的形成與主應力的關系，包括節(jié)理與褶皺、節(jié)理與斷層、節(jié)理與區(qū)域構造的關系。該部分內容在礦井應用過程中要求學生做到：能夠統(tǒng)計裂縫的產狀，編制節(jié)理走向玫瑰花圖，并判斷局部的地應力變化;能夠了解節(jié)理帶分析和預測的方法，掌握測井和地震資料中節(jié)理的相應特征，并能對比掌握應力場預測節(jié)理的一般資料準備、原理、流程，根據節(jié)理帶預測判斷構造煤的發(fā)育規(guī)律。

第五部分斷裂構造是構造地質學中最難掌握的構造類型，同時也是控制盆地構造演化及格局的關鍵構造類型，該部分內容因掌握難度較大，該教學環(huán)節(jié)在所有章節(jié)中設置最長，安排10個學時內容。該部分內容主要包括斷層的概念、要素、位移;斷層的分類組合特征斷層的性質及成因機制。在礦井安全生產中要求本科生做到：野外地質調查中能夠識別斷層，判斷斷層兩盤位移方式，斷層的相關褶皺以及對節(jié)理帶的控制特征;了解礦井利用微地震探測斷層的原理、方法，掌握礦井遇斷層之前的各項參數(shù)變化特征，預判斷層的位置及潛在的危險性;能夠分析不同斷層性質、斷裂帶內部結構、斷裂帶伴生構造及內部充填特征的地區(qū)對瓦斯賦存的影響程度。

三、課程的教學方法及效果

由于構造地質學專業(yè)性強，相關術語十分拗口，對學生的空間想象能力要求較高。因此在課堂上實行“代入式”教學，拉近學生與各種地質構造的距離，主要做法如下：列舉礦井生產或者油田勘探中的實例，讓同學切身體會到該部分內容實用性強，提高學生的學習興趣;每種構造類型舉例時盡可能選用該專業(yè)前期登封野外地質實習過程中遇到的現(xiàn)象，能夠勾起學生野外實習時的場景，讓構造更直觀、更貼切，也可以選擇校園內各種景觀石中的節(jié)理、斷層、層理等照片，課堂認識以后課下能夠親臨其境，讓學生更容易接受該部分知識;借助觸手可得的事物再現(xiàn)構造變形的過程，如利用書本的縱向擠壓和橫向拱張，可以模擬褶皺成因中縱彎褶皺作用和橫彎褶皺作用的變形過程，生動展現(xiàn)地層間相對運動的方向;靈活課程的考核方式，更重視學生是否理解該部分知識，不強求學生記住拗口的書面語言，鼓勵學生利用畫圖的方式展現(xiàn)構造的類型、要素、組合和成因。

課程講解獲得了較好的效果，畢業(yè)后直接參加工作的學生具有更強的地質基礎，更好地服務于煤礦的安全生產外。構造地質學課程開展之后，大部分學生對地質學產生了濃厚的興趣，先后有同學獲得中國石油大學、中國地質大學、太原理工大學構造地質學專業(yè)的碩士學位，畢業(yè)后仍在從事構造地質相關的工作，也有部分同學正在攻讀中國石油大學非常規(guī)油氣方向的博士學位。可見課程的開設不僅加強了該部分學生的專業(yè)基礎，同時和拓寬了安全專業(yè)的就業(yè)面。

參考文獻

[1]閆江偉，張明杰.安全工程專業(yè)瓦斯地質方向課程體系建設優(yōu)化[J].科教導刊，2017（30）：57-59.

[2]張明杰，鐘福平，閆江偉.基于目標培養(yǎng)的瓦斯地質方向課程體系建設[J].教育教學論壇，2019（4）：70-74.