西北大學地質資源與地質工程學科建設暨十三五科研成果總結
——獻禮西北大學百廿華誕

2022-11-19 10:59:20張志飛劉池陽任戰利王家鼎王建強

西北大學學報(自然科學版) 2022年6期

張志飛，劉池陽，任戰利，王家鼎，王建強

(西北大學地質學系/大陸動力學國家重點實驗室, 陜西西安 710069)

1 學科發展歷程

西北大學地質資源與地質工程一級學科現為陜西省優勢學科, 下設礦產普查與勘探、地球探測與信息技術、地質工程、油氣田地質與開發4個二級學科, 其中礦產普查與勘探學科為國家重點學科; 擁有資源勘查工程與地質工程2個本科一流建設專業, 具備本-碩-博-博士后一體化培養體系。

西北大學地質資源與地質工程學科是在石油地質學科的基礎上發展演變而來。石油地質學科創建于1949 年,“油氣地質與勘查”專業于1950年開始招生,首屆畢業生于1952年走向石油勘探行業,是我國創辦最早的石油地質專業。僅1950—1956年,西北大學地質學系就辦了4屆石油天然氣專修科,為國家培養了648名石油地質專業急需人才;他們奔赴玉門、陜北,挺進克拉瑪依、柴達木,轉戰東北,進軍中原,遠涉東海、南海,成為新中國石油地質戰線的骨干力量。20世紀80年代曾做過統計,全國14個石油勘探局中,有13個局的總地質師和8個局的局長都是西北大學地質學系的畢業生。地質學系為中國石油工業的崛起和發展在人才培養和科學研究方面做出了重大貢獻,因此,西北大學地質學系被稱為“中華石油英才之母”和“中國石油戰線的黃埔軍校”。

改革開放之初,全國各大油田急需大量石油地質人才,西北大學在全國率先與石油工業部、中國石油化學總公司分別簽訂了為期20年的聯合辦學協議。聯合辦學開啟了規模性校企聯合進行高等教育學科建設和人才培養的新途徑,有效地解決了學科建設徘徊不前、辦學經費嚴重不足、學生招生和分配對口難等困擾中國高等教育發展的諸多問題,為中國高等教育體制改革創出了一片新天地。期間,石油地質學科與長慶、中原、河南、大港、大慶、新疆、勝利等油田不斷深化合作,在為中國石油工業培養了大批優秀人才的同時,還為西北大學和地質學系爭取到了兩千多萬元的建設經費,并在石油系統爭取到了各類科研項目百余項。學科建設、科研教學和從本科生到研究生的多層次人才培養等都有了長足發展,整體邁上了新臺階。

1979年主編出版了《石油地質學》全國統編教材;1983年和1986年西北大學石油地質學科分獲碩士和博士學位授予權;1999年“礦產普查與勘探”學科獲準設立“長江學者獎勵計劃”特聘教授崗位;2000年獲批 “地質資源與地質工程”學科一級博士授予點;2003年,以“礦產普查與勘探”為主要支撐的 “地質資源與地質工程” 一級學科博士后科研流動站獲準設立,同年獲批國家“973”項目;2007年“資源勘查工程(原石油與天然氣地質)” 專業成為首批國家級特色專業建設點,“礦產普產與勘探”二級學科入選國家重點建設學科;2010年地球探測與信息技術、地質工程二級學科批準成為陜西省重點學科,“地質資源與地質工程”一級學科博士后流動站獲全國優秀博士后科研流動站榮譽稱號;《石油與天然氣地質學》國家級精品課程建設立項;2014年地質資源與地質工程學科成為陜西省優勢建設學科;2016年二氧化碳捕集與封存技術國家地方聯合工程研究中心獲批建設。2019年9月22日成功舉辦“油氣地質一流人才培養和一流學科建設”研討會暨石油地質學科創建70周年慶祝大會(見圖1),《光明日報》同期刊發《不忘初心共筑石油強國夢——西北大學石油地質學科創建70周年》的報道。

圖1 2019年9月22日石油地質學科創建70周年慶祝大會代表合影

70多年來,本學科已先后為國家培養了逾5 000名石油地質、工程地質領域的專業人才,他們中包括有任紀舜、安啟元、王志武、宋漢良、閻敦實、鐘其權、楊拯陸、馮志強、趙政璋、趙文智、王貴海、徐可強等一大批專業和管理杰出人才,這些學子擔當奉獻、奮發有為,許多成為國家重要企業或機構的領導和技術骨干,為我國石油工業、工程建設的發展、壯大作出了突出貢獻。

目前,西北大學地質資源與地質工程學科,擁有國家重點實驗室、實驗教學示范中心、工程研究中心和多個省級科研教學平臺,及“能源盆地油氣地質”教育部創新團隊;引進了一批知名專家及優秀青年教師,形成了一支由國家“973”首席、杰青、長江學者、陜西省教學名師及優秀青年教師等組成的教學和科研隊伍。入選“全國百篇優秀博士論文”及“提名論文”各 1 篇、“陜西省優秀博士論文”5 篇;近10年來,獲國家科技進步二等獎3項、各類省部級科技獎15余項。

2 “十三五”學科建設與成效

2.1 理工融合、產學研用協同育人

面對工科教育發展新要求和行業發展新態勢,本學科突出產、學、研、用融合協同發展;堅持以立德樹人為根本任務,秉承知識、能力、素質、人格并重的育人理念;探索“核心價值、綜合能力、創新探索”的教學模式改革,實現人才培養內涵式發展;培養擔當奉獻、求是創新、產學研用融合發展的新時代一流人才,服務于國家重大需求。

在教學內容方面,注重理工融合和學科交叉,突出新工科內涵,將能源資源勘探開發實踐、大型工程的勘察設計等新進展及時融入課程體系;圍繞“深水、深層、非常規和地質工程”做專做精 20門高水平研究生課程,聯合校內外高端人才開展授課,提升學生對國際前沿、國家重大需求、交叉科學問題的了解和掌握。在教學實踐體系方面,統籌建設校內-野外-企業等實踐實習基地,增強學生解決復雜工程問題的能力;科教融合,創建立體化教學模式,構建“項目+問題+研討+方案”“實體+虛擬仿真”多維度教學新體系;設立拔尖人才國際化專項基金,資助學生前往國外一流教育、研究機構學習交流,與國外知名高校舉行聯合野外實習;邀請國內外知名學者來校開設學術講座或短期前沿課程,培養學生家國情懷和全球視野。注重學生多元培養,突出創新能力,積極參與國家重大建設密切相關的課題研究。招收“一帶一路”等國家留學生,搭建海外高層次能源和工程專業人才培養與科研合作平臺。實施研究生教育質量提升工程,對研究生教育各環節實行全程精細化管理,建立校、系、學科、導師、學生聯合參與的培養過程質量監控體系;開展研究生學業水平綜合考評,利用“研石”學術論壇等平臺展示學生科研水平與成果,營造“比學趕幫超”的良好氛圍,提高研究生資助標準,吸引優質生源,效果明顯。近五年招收的222名研究生,主要來自國內相關專業院校,其中“雙一流”高校生源占50%以上。

“十三五”期間,本學科“低油價背景下資源勘查工程專業培養方案的動態調整機制研究”入選“首批國家級新工科研究與實踐項目”;“地熱新能源開發利用實踐創新教育示范基地建設”“能源發展新業態下資源勘查工程專業的改造、升級與實踐”成功獲批陜西省“第二批新工科教改項目”;榮獲陜西省高等教育教學成果獎一等獎1項;入選國家級和省級虛擬仿真實驗教學一流課程各1門;獲全國大學青年教師地質課程教學比賽特等獎1項、一等獎2項及二等獎1項;陜西省第三屆高校課堂教學創新大賽二等獎1項;教師榮獲西北大學教學成果獎10余人次,學生獲省級以上學科競賽獎 62 項、陜西省優秀博士論文1人。資源勘查工程和地質工程兩個專業順利通過工程教育國際認證和入選“國家級一流專業建設點”。

2.2 聚焦國家重大戰略需求,服務經濟發展主戰場

圍繞盆山系統及其資源環境災害效應領域,本學科立足西部,面向全國,瞄準能源、工程領域國家重大需求和國際前沿,重點服務中石油、中石化、中海油、延長油田、中鐵、民航等大型國有企業,依托傳統優勢學科的深厚積累,優化學科布局,構建產學研用新機制,發揮現有人才隊伍、學科平臺、交叉創新的優勢,面向國家重大戰略需求,服務經濟發展主戰場。

以我國中西部盆地為研究基地,以鄂爾多斯盆地為重點,針對常規與非常規、深層超深層等油氣勘探面臨的重大、重點難題及學科前沿問題進行攻關,在能源盆地動力學、盆地熱演化史與地熱資源評價、多種能源成藏富集、油氣運移成藏評價、油氣藏開發地質、油氣勘探理論和技術方法等領域形成了一批突出創新成果,為滿足國家重大需求,確保國家能源安全方面做出了重要貢獻;近年來針鄂爾多斯盆地深層中元古界—奧陶系海相油氣資源接替及勘探新領域存在的重大問題,聯合國內多家高校及單位,承擔了中國石油長慶油田分公司科技重大專項“鄂爾多斯盆地中元古界—奧陶系構造沉積演化、成源機制與勘探新領域”項目,展開聯合攻關。在高速鐵路、高速公路、機場跑道等地基黃土振陷、濕陷、液化、填料改良、邊坡穩定性以及滑坡、崩塌、泥石流等地質災害機理、預測和防治方面獲得創新性成果,并直接應用于國家重大工程;成果走出國門,在匈塞高鐵、泛亞鐵路等工程中打通中外鐵路規范標準,聯合使用,起到了引領作用,彰顯了國際影響力。聚焦國家“碳達峰、碳中和”目標,二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)研究團隊圍繞綠色低碳發展、應對氣候環境變化,研究成果與相關技術得到國家、陜西省和國際有關組織的肯定,并開展廣泛合作。多次作為中國政府代表出席重要國際會議,交流研發進展,分享治理經驗,發出了西大聲音,貢獻了西大智慧,提出了西大方案。

“十三五”期間,承擔各類科研項目總經費逾1.50億元。其中,國家重大科研儀器研制項目1項、國家自然科學重點項目4項、國家重點研發計劃課題(任務)3項,國家科技重大專項專題4項、國家自然科學面青項目35項;在國際公認頂級期刊發表論文100余篇、出版專著9部、授權國家發明專利24項;成功舉辦第十六屆全國古地理學及沉積學學術會議(2021),鄂爾多斯盆地三新領域(2020)、深層油氣勘探(2019)、西緣油氣勘探技術(2019)、南緣構造特征(2018)全國性學術研討會等6次;以第一完成單位獲得國家科技進步獎二等獎1項、陜西省科學技術(發明)獎一等獎6項(見圖2),獲國際FIDIC獎1項;批準建設二氧化碳捕集與封存技術國家地方聯合工程研究中心,新增西安市多種能源資源勘探開發重點實驗室、黃土動力災害與防控陜西省高校工程研究中心、陜西省碳中和技術重點實驗室等國家級和省級平臺。學科科技創新能力邁上新臺階,形成了以下三大優勢領域:①油氣等能源地質與勘探,創建了改造盆地原盆恢復、復雜疊合盆地熱史重建與油氣地熱勘探、油氣煤鈾同盆賦存成藏及協同勘探等理論技術方法體系,綜合、定量評價常規、非常規油氣生成、運移、成藏機理、富集規律及勘探目標;②地球探測與CO2地質封存,攻克了地球深部探測、油氣田地質與開發、CCUS 地質封存與監測等領域的若干關鍵技術難題,形成了系列原創性成果;③工程地質與黃土災害,在解決高速鐵路公路、機場等地基黃土特有工程問題、邊坡失穩以及重大工程建設中的地質災害機理、預測和防治難題方面獲得創新成果。系列創新成果指導油氣勘探和高鐵防災成效顯著,創新CCUS 技術對推動碳減排和綠色發展意義重大。

圖2 本學科在“十三五”期間榮獲的國家和部分省級獎勵證書

3 求是創新爭一流,獻禮西大百廿華誕

艱難方顯勇毅,磨礪始得玉成。憶往昔崢嶸歲月，看今朝百舸爭流。展望未來,我們要繼續秉承“公誠勤樸”的西大校訓,弘揚“無私奉獻、團結拼搏、奮發進取、敢為人先”的西大地質精神,秉承“擔當奉獻、克難開拓、求是創新、厚基卓建”的西大石油精神,不等不靠不懈怠,苦干實干加油干,開啟新時代學科建設新格局,人才培養和科學研究更加注重 “厚基”優勢、提升“工科”定位,力求“少而精”、推進“國際化”,為早日爭創一流學科而不斷努力奮斗。

本期專刊圍繞盆山系統及其資源環境災害效應方向,對十三五期間及近年來本學科在能源盆地演化與動力學、深層(水)油氣勘探與評價、油氣勘探與開發相關理論與技術方法應用等進行了總結,為西北大學120周年校慶獻禮。

能源盆地演化及動力學研究方面,主要圍繞沉積盆地類型及其成因,回顧了本學科多年來在盆地類型方面的研究進展,總結了判識和確定的沉積盆地新類型,提出了凝練盆地個性特征和細化盆地類型的應用研究方法,討論了以往關注不夠然較為重要、值得重視的盆地類型,梳理和分析了莫衷一是、或詞不達意的盆地類型稱謂,提出了建議采用的術語[1];系統總結了疊合盆地深層、超深層地溫及熱演化史恢復方法研究新進展,建立了不同地熱狀態盆地超深層溫度、油氣相態與深度關系圖版,恢復了鄂爾多斯盆地深層熱演化史,對復雜疊合盆地熱演化史恢復理論及方法、超深層地溫場及熱演化史差異對油氣相態、油氣成藏評價控制作用進行了深入研究,提出應關注的學科前沿問題[2];綜合對比剖析了我國三大克拉通盆地內走滑斷裂體系變形特征,總結了穩定克拉通內走滑斷裂的共性特征,討論其可能的形成動力學機制[3];綜述了盆地斜坡生長對地層等時劃分對比、沉積充填過程、沉積物分散樣式、源-匯系統演化等方面的沉積學指示作用,剖析了國內外典型實例,進一步指出了當前湖盆斜坡生長研究的薄弱環節與存在問題[4]。

深層海相烴源巖評價方面,以鄂爾多斯盆地靖邊氣田為重點解剖對象, 指出了下古生界馬家溝組的干酪根、分散可溶有機質和酸溶有機質是構成烴源物質的三個重要組成部分,有機酸鹽生烴和TSR作用是造成馬家溝組烴源巖無機碳同位素顯著負漂的主要原因,同時也是馬家溝組烴源巖生烴的主要證據[5];進而,針對下古生界廣泛發育的高演化、低TOC豐度的碳酸鹽巖能否成為有效烴源問題,提出高過成熟碳酸鹽巖烴源巖評價應綜合考慮成烴生物類型與數量、有機碳同位素組成和無機碳同位素負漂等因素[6]。

深層常規與非常規儲層有效性評價方面,針對盆地深層碎屑巖儲層有效性判識和評價的難題,提出了一種可充分反映儲層多層次結構非均質性的單元砂體充填建模方法,建立儲層地質模型,利用有效儲集巖石中獲得的各種物性參數表征儲層中有效儲集空間分布,以準噶爾盆地腹部深層砂巖儲層為例,對其有效性進行了評價,并得到了實際勘探驗證[7];針對我國南方寒武系頁巖氣勘探中遇到的有機孔普遍欠發育的實際地質問題,通過對中上揚子不同地區寒武系頁巖儲層的系統研究,重點討論了下寒武統頁巖孔隙發育特征與總有機碳含量(TOC)和成熟度的關系,以及排烴對下寒武統富有機質頁巖孔隙發育的影響,探討了我國南方深層頁巖有機孔發育的主控因素[8]。

深水盆地勘探與油氣成藏方面,圍繞珠江口盆地白云凹陷,利用鉆測井和三維地震資料,使用三維盆地模擬技術和油氣成藏綜合研究方法,以其深層流體動力和輸導體系為基礎,分析深層油氣運移、成藏條件和動態過程,明確深層的油氣運聚成藏模式,為白云凹陷深層有利區帶預測提供較為可靠的科學證據[9];對南海北部陸緣的珠江口盆地及瓊東南盆地的研究,系統總結中國海域深水區油氣勘探及成藏研究的最新進展,并提出了中國南海北部深水區油氣勘探依然面臨的關鍵瓶頸問題與挑戰[10]。