石油高校勘查技術與工程非地震勘探類課程設置研究

一、勘查專業非地震勘探課程設置背景
　　 勘查技術與工程專業旨在培養具有扎實的數學、物理學、化學、地質學、地球物理學、信息科學等學科的基礎知識，重點掌握地震法、電與電磁法、重力法、磁法、測井、化探、遙感地質等方面的專業知識，能夠根據不同勘查目的的需要進行數據的采集、室內處理、地質解釋及信息服務，能在工程建設、資源和能源勘探、環境評價以及地質減災防災等領域從事相關勘查工程技術方法和設備的研發、信息服務、管理及教學的高級勘查工程技術人才[1]。目前全國有40余家高校設有該專業，包括中國地質大學、中國石油大學、吉林大學、中國海洋大學等。
　　 由該專業的培養目標可以看出，勘查專業在基礎課設置上，重視數學、物理、地質和計算機等方面的課程。在專業課設置上，根據各自學校的特色，分別重視地震、重磁電、測井、化探和遙感等方面的課程。如一般的地質或理工類院校設置的勘查技術與工程專業，地震與重磁電類課程設置的課時量相對均衡，主要是側重研究地球物理勘探在水文地質、金屬和非金屬礦勘探、工程地質等方面的應用;而對石油高校而言，根據培養方向可以分為地球物理勘探和地球物理測井兩個方向。我們所探討的非地震勘探類課程設置，是針對地球物理勘探這個培養方向進行討論的。
　　 地球物理勘探簡稱物探，該方法通過研究和觀測各種地球物理場的變化來探測地層巖性、地質構造等。由于組成地殼的巖石及介質在密度、彈性、導電性、磁性、放射性以及導熱性等方面存在一定的差異，而這些差異會引起相應的地球物理場的局部變化。通過測量這些物理場的分布和變化特征，結合已知地質資料進行分析研究，就可以推斷地質性質和產狀。地球物理勘探的主要手段有四種，即基于密度差異的重力勘探、基于磁性差異的磁法勘探、基于電性差異的電法勘探和基于波阻抗差異的地震勘探技術。重力勘探通過觀測不同巖石引起的重力差異來了解地下地層的巖性和起伏狀態，應用重力勘探可以確定沉積盆地的大致范圍;磁法勘探通過觀測不同巖石的磁性差異了解地下的巖石情況，應用磁法勘探可以確定地下磁性地質體的范圍，確定其性質;電法勘探通過觀測不同巖石的導電性差異了解地下巖石情況，在石油勘探中，應用電法勘探可以確定與油氣有關的沉積巖的位置。其中重磁電三種勘探手段被統稱為非地震勘探。在儀器和技術水平不高的時代，非地震勘探技術的主要應用是對區域進行普查，其勘探周期短，具有一定的精度，是新區勘探時的一種快捷經濟的技術方法。但對于我國的油氣勘探而言，一些大的構造基本都已勘探完畢，現在一般是在復雜構造區域，或精細構造區找油氣;相對而言，非地震技術得到的結果分辨率較低，無法滿足高精度油氣勘探的需求，因此原來油氣勘探首選的手段仍是地震勘探。
　　 自20世紀90年代以來，由于計算機和數據處理技術的進步，非地震勘探技術發展迅速，其應用從油氣田的普查逐步擴大到詳查和精細測量。而由于其成本低、效率高，在油氣田勘探中發揮著越來越不可替代的作用。目前非地震勘探除了進行區域普查之外，還可以對無法進行地震勘探的復雜地表區域、地震勘探效果差的復雜地質構造區域進行勘探，起到了一定的鑲補和替代作用，在開發過程中，還可以對儲層油氣藏開發狀態進行監測。非地震勘探的技術很多，可以在不同的地質條件下應用，隨著技術水平的進步，非地震技術也在逐步完善發展，和地震勘探一起推動油氣勘探開發行業的進步。
　　 二、非地震勘探課程設置現狀及相關分析
　　 （一）國內非石油高校勘查專業非地震勘探課程設置
　　 國內與勘查專業相關的非石油高校，在本文中是指學校的名稱中從未出現過“石油”二字的院校，如吉林大學、中國地質大學等。這類高校在勘查專業學生的培養方面，更注重地球物理勘探方法的全面培養，即重力、磁法、電法、地震方面的課程均有開設，包括方法原理、數據的處理和解釋、方法的前沿等，且各方法開設的學分和課時相差不大。如中國地質大學的勘查技術與工程專業學生培養方案中，重磁電（甚至包括地熱）方面的課程設置有14門（包括選修課），共計22學分[2]，課程設置相對一般石油高校而言要豐富。究其原因，一方面，此類院校科研和就業單位領域較廣，除油氣勘探領域外，在礦產資源勘探與開發、城市地下空間探測及水文、電力、交通等方面均有涉及;另一方面，此類院校的師資相對石油高校而言更加豐富，做非地震勘探方向研究和教學的教師較多，因此可以開設更多、更豐富的非地震勘探類課程，如除了重磁電勘探方法的原理之外，還可以開設重磁勘探新方法新技術、大地電磁測深、瞬變電磁和探地雷達等方法具體深入介紹的課程。相對而言，石油高校教師更多的是在地震勘探方面展開相關的研究工作，從事非地震勘探方面研究和教學的教師較少。 　　 （二）石油高校勘查專業非地震勘探課程設置
　　 石油高校是指學校名稱中出現過“石油”二字的院校，如現在的長江大學（江漢石油學院）、東北石油大學、中國石油大學等。本文以中國石油大學（北京）2019級勘查技術與工程地球物理勘探方向的培養方案為例，介紹勘查專業非地震勘探課程設置相關情況。
　　 在勘查專業的基礎課程中，數學類課程如高等數學、線性代數、復變函數與積分變換、概率論與數理統計等（包括必修和選修課程），共計33.5學分，占所修學分總比重比例為33.5%;物理類課程如大學物理、電磁場論等課程，共計18.5學分，占所修學分比重為11.2%;計算機類課程如C語言程序設計、數據結構、機器學習等，共計19.5學分，占所修學分比重為11.8%。在專業課課程設置方面，地質與地球物理類課程共計83.5學分，占所修學分總比重為50.6%。
　　 由于非地震勘探在油氣勘探過程中應用較少，在專業課程設置上，地震類的課程仍占有非常大的比重。其中地震相關的課程有17門，包括彈性波動力學、地震勘探原理、地震數據的處理與解釋等，共計31學分，占專業課課程的比重為37.1%。而非地震勘探課程，由于其包括了重磁電三種方法，在課程設置上，將重力和磁法勘探合并為重磁勘探原理一門課程（2學分32學時），將電法單獨設置為電法勘探原理（2學分32學時），另外設置一門數據處理和解釋的課程重磁電數據處理與解釋（3學分48學時）;在課程實習上，設置有重磁電綜合實驗與野外實習課程（2學分），增加學生對方法原理與野外數據采集的相關認知;專業選修課中，并未開設非地震類相關的課程。總體來看，非地震類課程占專業課程的比例為10.8%，遠低于地震類課程的比例。
　　 在師資方面，目前中國石油大學（北京）專門從事非地震研究與應用的僅有1人，從事非地震勘探相關教學的教師有2人。因此非地震勘探課程的教學在師資方面十分欠缺，這也是勘查專業地球物理勘探方向只有地震方向的選修課，而沒有非地震選修課程的原因之一。在實習設備方面，中國石油大學（北京）現有彈簧重力儀1臺，質子旋進式磁力儀2臺，高密度電法儀1套，探地雷達儀器1套;借助學校新進教師必須參加至少2周實習的要求，非地震方向實習教師隊伍配置較為齊全，但帶隊教師在相關基礎知識方面仍需加強。在野外實習方面，由于設備臺套數不多，更多的是讓學生對儀器進行了解和認知。近兩年來，通過增加實習時間、學生分組等措施一定程度上解決了上述問題。但在實際數據采集時，由于地下介質情況未知，采集得到的數據沒有太大的現實意義。
　　 經過調研，其他石油高校，如東北石油大學，長江大學等開設的非地震勘探類課程學分和學時和中國石油大學（北京）大致相當，有的甚至要比中國石油大學（北京）還要少。隨著如今油價的振蕩，石油行業的不穩定性增加，石油行業在慢慢走向低谷。非地震勘探在城市工程、環境、水文地質等領域的應用也受到越來越多的重視;因此，必須要重視非地震地球物理勘探方法的教學工作，增強學生的認知，拓寬學生的就業渠道。
　　 三、對石油高校非地震勘探課程設置的認識及建議
　　一方面，與地震勘探相比，非地震勘探成本低、效率高。近些年來，隨著新儀器的開發與應用，非地震勘探技術得到了快速發展，非地震勘探的精度有了很大的提高;計算機硬件的發展和處理技術的進步，也促進了非地震勘探技術在油氣勘探中的應用。另一方面，在國際石油動蕩的大環境下，石油行業存在不穩定性，而非地震勘探技術，由于其廣泛的應用領域，可以大大拓寬勘查專業學生的就業渠道，因此非地震勘探課程的教學與實訓應受到越來越多的重視。筆者對目前石油高校非地震勘探課程的設置有如下建議。
　　 （一）加強師資建設，建立非地震勘探課程師資隊伍，逐步提高教學水平
　　教學是學校的中心工作，教師隊伍是完成教學工作的基本保證。為更好地進行非地震類課程的教學和實習工作，需要吸引更多的教師從事非地震勘探方面的研究和教學。目前中國石油大學（北京）新進教師必須從事至少2周實習的規定，一定程度上為吸引教師從事非地震勘探方向的教學工作奠定了基礎;另一方面，高校越來越重視教學，教學工作在年底考核、績效評比方面所占的比重越來越高，這些都促使教師更加重視教學工作。
　　有了一定的師資隊伍，可以進一步組建非地震勘探教學團隊，建立團隊合作的機制，探討教學內容和方法，開發教學資源，促進教學研討和教學經驗交流，推進教學工作的傳、幫、帶和老中青相結合，提高教師的教學水平。
　　 （二）重視教學過程中的宣傳、實踐等環節
　　 教學過程中，教師要著重闡述非地震類勘探方法在油氣勘探中的不可或缺的作用。如在復雜地表區域和地質構造區，地震信號能量弱，成像困難，電磁法可以更好地穿透地表部分，和地震勘探形成很好的互補，類似的鑲補多樣化應用，在油氣勘探中成功的案例有很多;在地球物理反演過程中，經常用重磁電的大尺度數據對地震數據的反演進行約束，提高反演的準確度;在油氣田開發過程中，重力監測、電阻率法和充電法、井間電磁法等，都可以對油氣儲集層進行高精度的描述和監測。非地震類勘探方法除了在油氣勘探中的應用之外，在尋找礦產、洞穴及溶洞探測、鐵路施工、地熱探測、水文工程地質等方面均有廣泛的應用。這些講述可以一定程度上拓寬學生的認知，在后期就業時也可拓展其就業思路，尋找更多的就業渠道。
　　 同時，在實習時應盡可能的增加儀器臺套數，并盡量能使學生動手操作進行數據的采集，增加其對儀器的認知，重視實習過程中儀器操作的考核。在數據采集時，可以通過對已知地下地質體進行數據采集的方式，使得數據采集變得有意義;促進已有數據處理和解釋知識的應用，使得采集、處理和解釋成體系。如此的訓練操作使得學生畢業后能夠盡快的適應現場的工作環境。
　　 （三）適當宣傳，創新作為，拓寬就業渠道
　　對于石油高校而言，勘查專業學生的就業不僅僅局限在油氣地質行業，也可以在礦產資源與評價、各種地質資源及工程勘察、設計與施工、工程技術管理和科學研究等行業尋找就業機會，可在礦產資源勘查、工程勘察、城市建設、公路交通、鐵路、港口、國防、水利水電、環境保護、地質災害評測與防治等行業和部門從事相關工作。因此，除了教師們在平時授課時講授非地震勘探的應用，拓寬就業認知外，學校的就業部門也應加大宣傳力度，盡可能引進相關行業的企業和公司進校招聘。
　　總之，隨著儀器研發水平的進步及相關處理技術的發展，非地震勘探技術除了在油氣行業內部有了進一步的應用之外，在工程建設等領域也有了更為廣泛的應用。因此對于石油高校勘查專業的非地震勘探類課程教學，應重視其在油氣行業及工程勘察等領域的應用，除了基本原理課程的講授之外，應加強師資隊伍建設，重視教學過程的作用，增強就業認知，拓寬就業渠道，以提升勘查專業的知名度和對口就業率。