陶 樹，湯達(dá)禎，許 浩，李 松

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083

地球化學(xué)是地質(zhì)學(xué)與化學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科，其本質(zhì)上隸屬地球科學(xué)，含油氣地球化學(xué)、元素地球化學(xué)等多個分支[1-3]。“新能源地球化學(xué)”是中國地質(zhì)大學(xué)（北京）新能源地質(zhì)與工程專業(yè)大三年級的一門專業(yè)主干課程，側(cè)重于利用地球化學(xué)方法描述和探究非常規(guī)油氣資源的形成及演化過程，重點(diǎn)應(yīng)用于包括煤層氣、頁巖氣、頁巖油、油頁巖等非常規(guī)油氣資源的成因判識、資源潛力評價(jià)及成藏成礦過程解釋。

當(dāng)前，國際非常規(guī)油氣資源勘探與開發(fā)勢頭迅猛，以美國為代表的諸多國家在頁巖氣、頁巖油、煤層氣、油頁巖、油砂、致密油氣等領(lǐng)域取得了重大突破，非常規(guī)油氣資源已經(jīng)成為能源結(jié)構(gòu)中的重要一員，為緩解當(dāng)今世界日益緊張的能源形勢作出了突出貢獻(xiàn)[4]。我國非常規(guī)油氣資源豐富，自“九五”計(jì)劃以來，國家逐漸加大在非常規(guī)油氣資源領(lǐng)域的勘探與開發(fā)工作，煤層氣、頁巖油氣、致密油氣先后取得了商業(yè)化開發(fā)[5]。近年來，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）在煤層氣、頁巖氣、頁巖油、油砂和油頁巖等非常規(guī)油氣領(lǐng)域做了大量的科研工作。為了培養(yǎng)學(xué)生利用地球化學(xué)方法解決非常規(guī)油氣資源勘探與開發(fā)中存在問題的能力，特此設(shè)置了“新能源地球化學(xué)”課程。由于非常規(guī)油氣資源形成的實(shí)質(zhì)也是有機(jī)碳的沉積和演化的結(jié)果，因此，“新能源地球化學(xué)”課程是以 “石油與天然氣地質(zhì)學(xué)”“煤地質(zhì)學(xué)”和“沉積巖石學(xué)”為基礎(chǔ)，以油氣地球化學(xué)為授課主體，兼顧元素地球化學(xué)（包括微量元素地球化學(xué)、稀土元素地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)等）和有機(jī)巖石學(xué)授課內(nèi)容，著重解決非常規(guī)油氣領(lǐng)域?qū)嶋H問題。

一、學(xué)好基礎(chǔ)、揭示本質(zhì)、機(jī)理應(yīng)用

課堂教學(xué)中注重基礎(chǔ)知識機(jī)理上的闡述，讓學(xué)生掌握分析問題的方法，從而邏輯推理出問題本質(zhì)。學(xué)生只有從機(jī)理上掌握了基礎(chǔ)知識的本質(zhì)，才能融會貫通，用好基礎(chǔ)知識。

例如在講到“生烴”方面的內(nèi)容時(shí)，邏輯上解釋是有機(jī)質(zhì)的生烴，而最大的貢獻(xiàn)者是干酪根，干酪根類型不同決定了有機(jī)質(zhì)是傾向于生油還是生氣。進(jìn)一步引申到干酪根類型取決于沉積有機(jī)質(zhì)的來源，而不同來源的沉積有機(jī)質(zhì)又形成了不同的有機(jī)顯微組分，因此，干酪根生烴的本質(zhì)是干酪根中有機(jī)顯微組分的生烴作用。在了解了本質(zhì)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生思考“哪些有機(jī)顯微組分可以生油”“哪些可以生氣”“煤是否只能生氣”等系列問題。通過研討、分析得出，有機(jī)顯微組分中腐泥組和殼質(zhì)組生油能力較強(qiáng)，鏡質(zhì)組生氣能力較強(qiáng)。煤中有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)組為主，所以主要生氣，形成了非常規(guī)天然氣—煤層氣（如我國沁水盆地、鄂爾多斯盆地煤層氣開發(fā)示范基地），但當(dāng)煤中殼質(zhì)組含量較高時(shí)，也可以大規(guī)模生油，即形成了非常規(guī)石油—煤成油（如我國準(zhǔn)噶爾盆地東部、吐哈盆地等煤系地層中均發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模油田）。

二、追溯同源、探索去向、發(fā)散應(yīng)用

學(xué)起于思，思起于源。歸納總結(jié)能力是學(xué)生素質(zhì)和潛能的重要方面，在學(xué)生思維中占有重要位置?！靶履茉吹厍蚧瘜W(xué)”課程要求學(xué)生在已學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識上，學(xué)會歸納總結(jié)、追溯同源，并采用類比的方法推測，發(fā)散應(yīng)用所學(xué)知識。

例如在講到“有機(jī)質(zhì)熱演化”時(shí)，有機(jī)質(zhì)生成的油氣如果發(fā)生了排烴作用，即油氣從烴源巖中運(yùn)移并儲集在常規(guī)砂巖或碳酸鹽巖等相對松散儲層（孔隙度較大）中時(shí)，就形成了常規(guī)的油氣資源；但是如果生成的油氣儲集在致密儲層如致密砂巖、泥頁巖中時(shí)，則形成了致密油（如美國威利斯頓盆地、阿根廷內(nèi)烏肯盆地、我國松遼盆地和柴達(dá)木盆地等）、致密砂巖氣（如美國西部落基山地區(qū)、加拿大阿爾伯達(dá)盆地、我國四川盆地和鄂爾多斯盆地等）等非常規(guī)油氣資源；如果生成的油氣未發(fā)生排烴作用，或者泥頁巖烴源巖自身儲集了大量的油氣，則形成了頁巖油（如美國二疊盆地、我國塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地等）、頁巖氣（如美國阿巴拉契亞盆地、我國四川盆地和鄂爾多斯盆地等）、煤層氣等非常規(guī)油氣資源。

在此基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)并提出觀點(diǎn)，即：常規(guī)和非常規(guī)油氣資源在很大程度上具有同源性（可能是同一套烴源巖），但在油氣資源形成后的存儲空間不同（去向不同）是常規(guī)和非常規(guī)油氣資源差別叫法的主要原因。同時(shí)，我們可以進(jìn)一步利用后面將要學(xué)習(xí)的同位素地球化學(xué)方法、生物標(biāo)志化合物方法來追溯常規(guī)或非常規(guī)油氣的來源。

三、引出問題、分析問題、啟發(fā)應(yīng)用

圍繞學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)，針對性地引入問題，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)潛在問題的能力，通過思考、分析、討論以解決問題，激發(fā)學(xué)生利用地球化學(xué)方法解決非常規(guī)油氣問題的思維方式。

在追溯常規(guī)和非常規(guī)油氣資源來源的基礎(chǔ)上，繼續(xù)在“有機(jī)質(zhì)熱演化”方面深入討論，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，即我們所列舉的常規(guī)和非常規(guī)油氣資源和有機(jī)質(zhì)熱演化程度是什么關(guān)系。顯然，答案都是在油氣大規(guī)模生成階段，從此方面再引出問題：熱演化程度很低的情況下會不會生烴？油氣藏形成后會不會再發(fā)生變化？

下一步開展問題的分析和討論，需要發(fā)揮教師的啟發(fā)、組織、引導(dǎo)作用，學(xué)生在這個環(huán)節(jié)主要是理解問題要點(diǎn)、理清思路、學(xué)習(xí)相關(guān)知識點(diǎn)，同時(shí)積極參與討論。通過前面分析已經(jīng)得知有機(jī)質(zhì)的生烴實(shí)質(zhì)是有機(jī)顯微組分生烴，而有些生烴組分在熱演化程度很低的情況下就可以生烴，如木栓質(zhì)體和樹脂體；此外，熱演化程度較低通常對應(yīng)于有機(jī)質(zhì)埋藏深度較淺，強(qiáng)烈的細(xì)菌活動會對有機(jī)質(zhì)進(jìn)行降解改造，同樣可以生烴，從而形成了非常規(guī)油氣資源—低熟油（如澳大利亞吉普斯蘭盆地、我國渤海灣盆地等）以及生物成因氣，當(dāng)生物成因氣埋藏于海底地層或永久凍結(jié)帶時(shí)，就形成了另外一種重要的非常規(guī)能源—甲烷水合物（如我國南海海域、祁連山凍土帶等）。先期形成的油藏如果在后期由于地殼抬升而暴露或接近地表，原油中輕質(zhì)組分散失后則形成了非常規(guī)重質(zhì)油如油砂（如加拿大阿爾伯達(dá)盆地、我國松遼盆地等）。

四、反演過去、再現(xiàn)歷史、延伸應(yīng)用

教學(xué)中通常需要利用現(xiàn)代分析技術(shù)反演某個地質(zhì)現(xiàn)象或者地質(zhì)單元的形成古地質(zhì)背景，再現(xiàn)其形成過程，進(jìn)而為現(xiàn)今尋找油氣資源提供支撐。因此，講授反演技術(shù)方法至關(guān)重要，如何在有限的課堂時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生了解直至掌握這些方法，最終應(yīng)用到將來的實(shí)際科研工作中是教學(xué)的難點(diǎn)。通過教學(xué)，一方面要讓學(xué)生明白所學(xué)知識的重要性和適用性，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的科研思維，即要有目的性、方法性和創(chuàng)新性。

首先，要明確目的性，即通過分析需要達(dá)到什么樣的目標(biāo)。通過地球化學(xué)方法可以反演沉積物源、油氣運(yùn)移通道、古沉積環(huán)境等，所以首先要明確具體要實(shí)現(xiàn)什么目的。

其次，要注意方法性，即通過什么方法能達(dá)到要求的目標(biāo)，如生物標(biāo)志化合物方法、同位素地球化學(xué)方法、微量元素地球化學(xué)方法等。進(jìn)一步需要了解不同方法的適用性條件，各種方法所需要的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)獲取的實(shí)驗(yàn)方法等。

最后，在了解基礎(chǔ)方法的基礎(chǔ)上，通過閱讀更多文獻(xiàn)資料，總結(jié)當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域和具體應(yīng)用過程，多積累、多思考，才能有創(chuàng)新。

例如：如何利用元素地球化學(xué)方法再現(xiàn)某個地區(qū)頁巖氣烴源巖形成的古沉積環(huán)境、古氣候、古物源、古構(gòu)造等條件？為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，首先引導(dǎo)學(xué)生使用正確的方法，比如沉積古環(huán)境包括了沉積水體的鹽度，可以通過B元素含量、Sr/Ba比值來反演；沉積水體的氧化還原條件可以通過V/Ni、Th/U等比值來判斷；干旱或溫濕的古氣候條件可以通過Sr/Cu和Rb/Sr比值來確定。古物源、古構(gòu)造條件則可以通過多種圖版來判識，如古物源的TiO2-Al2O3、Th/Sc-Zr/Sc、（La/Yb）n-Cen、La/Th-Hf等圖版，古構(gòu)造的La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10、Th-Sc-Zr/10、La/Y-Sr/Cr等圖版。了解方法以后，讓學(xué)生利用數(shù)據(jù)實(shí)際操作，完成各種古地質(zhì)條件的反演，比較多種方法所得結(jié)果之間的差異性和相關(guān)性，并用實(shí)際地質(zhì)條件相驗(yàn)證，進(jìn)一步遴選適合本區(qū)的地球化學(xué)方法。最后引導(dǎo)學(xué)生把相互關(guān)聯(lián)的地質(zhì)條件聯(lián)系起來，逐漸培養(yǎng)學(xué)生建立宏觀的地質(zhì)思維模式。

五、結(jié)束語

新能源地質(zhì)資源特別是非常規(guī)油氣資源在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置，發(fā)展勢頭迅猛，急需實(shí)干型專業(yè)人才。地球化學(xué)在非常規(guī)油氣資源勘探與開發(fā)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，因而教師在課堂教學(xué)中把學(xué)生所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識串起來，從問題本源出發(fā)，多啟發(fā)、多發(fā)散、多延伸、多解剖、多總結(jié)，逐漸建立學(xué)生“用”的思維，把所學(xué)知識用于實(shí)際問題解決中去，真正做到學(xué)以致用。

[1]李開開，肖玲玲.研究型教學(xué)理念在“油氣地球化學(xué)”課程中的實(shí)踐[J].中國地質(zhì)教育，2015，24（3）：57-60.

[2]馮海艷，楊忠芳.論地球化學(xué)專業(yè)本科生科研動手能力的提高[J].中國地質(zhì)教育，2012，21（3）：108-110.

[3]龔慶杰，葉榮，張德會.《地球化學(xué)》課程的幾種教學(xué)方法[J].中國地質(zhì)教育，2003，12（1）：48-49.

[4]車長波，楊虎林，李富兵，等.非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)政策思考[J].天然氣工業(yè)，2008，28（12）: 4-6.

[5]許浩，唐書恒，湯達(dá)禎，等.新能源勘探開發(fā)一體化創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐[J].中國地質(zhì)教育，2010，19（3）：18-20.