沉積學(xué)發(fā)展及油氣勘探領(lǐng)域熱點(diǎn)問題概述

姜文超，張新榮，2，方石，2，袁魏，王凱，劉林萍

（1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130061；2.東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130026）

沉積學(xué)發(fā)展及油氣勘探領(lǐng)域熱點(diǎn)問題概述

姜文超1，張新榮1，2，方石1，2，袁魏1，王凱1，劉林萍1

（1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130061；2.東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130026）

沉積學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了萌芽與初步形成、沉積巖石學(xué)到沉積學(xué)、沉積學(xué)全面發(fā)展3個(gè)階段.研究范疇從微觀到宏觀，從沉積巖的巖類學(xué)特征深入至成因探討，從巖石觀察到對(duì)沉積相的解釋.層序地層學(xué)、地震沉積學(xué)是沉積學(xué)定性到定量化研究的開端，地球化學(xué)、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)定量化的有效途徑.總結(jié)了當(dāng)前油氣勘探領(lǐng)域中沉積學(xué)的熱點(diǎn)問題，如地震沉積學(xué)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用，深水沉積的識(shí)別，白云巖的成因，淺水三角洲在油氣勘探開發(fā)中的發(fā)展前景，旋回地層學(xué)及全球變化沉積學(xué)的發(fā)展與挑戰(zhàn)等，為新的理論方法和技術(shù)手段的進(jìn)一步完善提供基礎(chǔ)信息.

油氣勘探；沉積學(xué)發(fā)展；理論體系；定量化；熱點(diǎn)問題

0 引言

以標(biāo)準(zhǔn)化石為劃分標(biāo)準(zhǔn)的生物地層學(xué)是沉積學(xué)起源于地層學(xué)的最早記載［1］.作為一門獨(dú)立的學(xué)科形成至今，沉積學(xué)經(jīng)歷了萌芽與初步形成、沉積巖石學(xué)到沉積學(xué)和沉積學(xué)全面發(fā)展3個(gè)時(shí)期（表1），現(xiàn)已具有較完備的理論體系［2-8］.

對(duì)沉積巖最早的認(rèn)識(shí)可追溯到石器時(shí)代，沉積巖顯微鏡鑒定開創(chuàng)了其研究的新紀(jì)元.水槽實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，以2的冪數(shù)做為粒級(jí)界限推動(dòng)著沉積巖石學(xué)走向科學(xué)量化［2］.H.A.Wadell提出的“沉積學(xué)”這一術(shù)語，標(biāo)志對(duì)沉積巖特征描述到成因探討的轉(zhuǎn)變［3-4］.1931年美國沉積地質(zhì)學(xué)協(xié)會(huì)（SEPM）創(chuàng)刊《沉積巖石學(xué)雜志》；20世紀(jì)上半葉，多部經(jīng)典著作問世，如F.H.Hatch的《沉積巖石學(xué)》、F.J.Pettijohn的《沉積巖》等，使沉積巖石學(xué)得到較快發(fā)展［3-4］.這一階段的特點(diǎn)表現(xiàn)為對(duì)沉積巖巖類學(xué)特征、成巖作用、沉積作用與構(gòu)造作用關(guān)系的研究，促使沉積學(xué)的初步形成.

表1 沉積學(xué)發(fā)展中重要理論（事件）的時(shí)間及意義Table 1The time and meaning of significant theories（events）in the development of sedimentology

沉積巖石學(xué)經(jīng)歷了20世紀(jì)30年代到50年代的鼎盛發(fā)展［4］，具備了形成沉積學(xué)的基礎(chǔ)條件.1951年，美國學(xué)者D.J.Doeglas發(fā)表《從沉積巖石學(xué)到沉積學(xué)》一文，提出沉積學(xué)是沉積巖石學(xué)發(fā)展的新階段［2］.1952年，國際沉積學(xué)會(huì)（IAS）成立［2-3］，沉積體系、沉積模式的研究占據(jù)了該領(lǐng)域的主要內(nèi)容.國際上，濁流理論的提出組成了沉積物重力流理論的基礎(chǔ)，促進(jìn)深水沉積的研究；碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)成因分類、沉積相模式的建立是碳酸鹽巖研究的新進(jìn)展［5］.同時(shí)期我國沉積學(xué)起步，并朝著獨(dú)立的學(xué)科發(fā)展.其間《沉積地質(zhì)學(xué)》雜志創(chuàng)刊，老一輩沉積學(xué)家編寫《沉積巖石學(xué)》《沉積巖研究方法》等多本著作［6-7］.總體來看，沉積學(xué)理論有了質(zhì)的提升，沉積學(xué)理論體系基本形成，進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展階段.

20世紀(jì)80年代以后，沉積學(xué)進(jìn)入全面發(fā)展時(shí)期.對(duì)于沉積學(xué)規(guī)律的認(rèn)識(shí)引入時(shí)間坐標(biāo)的概念，并與大地構(gòu)造理論、層序地層學(xué)等學(xué)科緊密結(jié)合［8］.未來沉積學(xué)開始探討四維空間內(nèi)沉積物運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性，是沉積學(xué)新的拓展和升華.計(jì)算機(jī)和地球物理勘探技術(shù)快速發(fā)展提高，“新方法、新技術(shù)、多學(xué)科滲透”的思想深入各國學(xué)者的理念.以沉積學(xué)為基礎(chǔ)、多學(xué)科結(jié)合為支撐、前沿技術(shù)為手段的研究模式成為沉積學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)和方向［4］.

1 沉積學(xué)理論體系

沉積巖石學(xué)的研究包括沉積物來源的分析、搬運(yùn)和沉積作用、沉積分異作用及水動(dòng)力分析等.沉積學(xué)的研究更側(cè)重于宏觀層次上大構(gòu)造背景及盆地演化中沉積物的形成過程、沉積相組合等.陸源碎屑沉積巖和碳酸鹽巖是沉積巖的兩大主要類別，代表沉積巖石學(xué)體系；由沉積巖擴(kuò)大到沉積相、沉積體系的研究是沉積學(xué)的主要內(nèi)容［3，7］.

1.1 陸源碎屑沉積巖和碳酸鹽巖

沉積巖石學(xué)的研究是從陸源碎屑巖開始的.巖類學(xué)特征是碎屑巖研究的一方面，粒級(jí)是其分類的重要標(biāo)準(zhǔn).沉積地球化學(xué)、層序地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等分析方法有效揭示物源區(qū)信息［9］.顯微鏡的使用、粒度分析等使研究深入微觀.碎屑巖的微觀結(jié)構(gòu)更多的決定其物理性質(zhì)［10］.儲(chǔ)層性質(zhì)的評(píng)價(jià)對(duì)石油工業(yè)有重要意義，滲透性是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的重要依據(jù)，沉積巖孔隙影響儲(chǔ)層滲透率.隨著非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)，低滲透儲(chǔ)層的研究深入，加深了對(duì)孔隙微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，成巖環(huán)境影響孔隙的最終結(jié)構(gòu)，孔隙半徑對(duì)滲透率影響較小，喉道半徑是影響滲透率的主要因素（圖1）［11-12］.裂縫同樣影響儲(chǔ)層性質(zhì)，裂縫產(chǎn)生的構(gòu)造機(jī)制、如何通過改造裂縫性質(zhì)提高滲透率是石油地質(zhì)學(xué)中亟待突破的重點(diǎn)、難點(diǎn)［13-14］.

圖1 不同因素對(duì)滲透率的影響（據(jù)熊偉等，2009，修改）Fig.1The impact of different factors on permeability（Modified from Xiong et al.,2009）

碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)成因的碎屑理論是20世紀(jì)沉積學(xué)理論的重要進(jìn)步［2］.相比陸源碎屑巖，碳酸鹽巖多為內(nèi)源沉積.碳酸鹽儲(chǔ)層在石油地質(zhì)學(xué)中占重要比重，日趨成為沉積學(xué)研究的重點(diǎn).碳酸鹽巖的研究還存在于諸多方面：碳酸鹽巖縫合線研究及其油氣地質(zhì)意義；碳酸鹽巖微相的識(shí)別劃分；碳酸鹽巖成巖作用及儲(chǔ)層意義、生油潛力的評(píng)價(jià)；湖相碳酸鹽巖；碳酸鹽巖層序地層學(xué)；生物礁、珊瑚礁等生物成巖作用的研究；白云巖成因問題是長久以來研究的重點(diǎn)之一［15］.

長期以來陸源碎屑巖和碳酸鹽巖的研究都自成體系，混積巖的研究相對(duì)薄弱.控制混合沉積的因素包括構(gòu)造作用、海（湖）平面變化、氣候條件、水動(dòng)力條件和物源供給.混積巖沉積類型有漸變式混合沉積、突變式混合沉積和復(fù)合式混合沉積.其研究趨于對(duì)混合機(jī)制的認(rèn)識(shí)，并深入到混積巖成巖作用特征和沉積構(gòu)造的研究等方面［16］.陸源碎屑巖和碳酸鹽巖均是重要的油氣儲(chǔ)層，混合沉積兼有生儲(chǔ)蓋的特點(diǎn)，其特殊的油氣勘探前景有極大價(jià)值.混合沉積的研究尚未建立成熟的相模式，限定生產(chǎn)中的應(yīng)用，應(yīng)將混積巖的研究同層序地層學(xué)結(jié)合，在等時(shí)格架內(nèi)深入探討混積巖的成因模式和分類［17］.

1.2 沉積相及沉積體系

20世紀(jì)30年代，瓦爾特（J.Walther）沉積相律的提出具有重要意義，是沉積巖石學(xué)到沉積學(xué)的飛躍.20世紀(jì)70年代以來，沉積相的研究范疇涉及當(dāng)今已知的各種沉積環(huán)境，從大陸到海洋、從淺水到深水.沉積體系是由不整合面或相的間斷面限定的沉積地質(zhì)體［3］，沉積體系的提出是相分析理論的發(fā)展，是Walther相律的進(jìn)一步深化.巖心觀察、粒度分析、測(cè)井及地震都是沉積相劃分的有效方法.野外觀察，巖心資料最為直接；粒度分析是判斷沉積環(huán)境及水動(dòng)力條件的良好標(biāo)志，粒度分布是衡量流體搬運(yùn)能力的尺度；測(cè)井資料能反映巖石類型、粒度垂向變化、巖層組合等規(guī)律，間接體現(xiàn)沉積相類型和儲(chǔ)層物性；地震數(shù)據(jù)較好的識(shí)別層序地層單元，確定地層單元厚度及各個(gè)地層單元的沉積相類型和多個(gè)地層單元的空間組合規(guī)律［18］.近30年來，我國地史時(shí)期沉積環(huán)境與沉積體系的研究包含沖積扇、河流、三角洲、湖泊、生物礁、陸架、臺(tái)地、緩坡及重力流、等深流、深水牽引流、風(fēng)暴沉積、潮汐沉積等，沉積相與沉積體系的理論不斷充實(shí)完善［7-8］.

此外，盆地分析理論、火山沉積學(xué)、環(huán)境沉積學(xué)、冰川沉積學(xué)、全球變化沉積學(xué)等交叉學(xué)科的發(fā)展及現(xiàn)代沉積的研究已成為沉積學(xué)理論體系的重要組成部分，是對(duì)沉積學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷深化，沉積學(xué)基本理論在各學(xué)科發(fā)展中起著重要的指導(dǎo)作用.

2 沉積學(xué)研究方法

沉積學(xué)最初的研究方法主要通過野外露頭觀測(cè)、巖心觀察和顯微鏡鑒定.隨著地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展，引入了層序地層學(xué)、地震沉積學(xué)，沉積學(xué)研究進(jìn)入新階段.測(cè)井、地球化學(xué)等資料使沉積相的解釋趨于量化.由定性到定量的研究方法使沉積學(xué)理論更加嚴(yán)謹(jǐn). 2.1層序地層學(xué)

層序地層學(xué)是在地震地層學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，概括了地震地層學(xué)的基本概念和方法，并綜合了生物地層學(xué)、同位素地層學(xué)、磁性地層學(xué)、沉積學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的成果.其基本原理是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、全球絕對(duì)海平面的變化和沉積物供應(yīng)速度綜合作用產(chǎn)生了地層記錄［19］.這些記錄反映了上述作用的規(guī)模、強(qiáng)弱、持續(xù)時(shí)間和影響范圍.構(gòu)造作用與海平面變化的結(jié)合，引起全球性相對(duì)海平面變化，控制沉積物形成的潛在空間.構(gòu)造作用與氣候變化的結(jié)合，控制沉積物的類型和沉積數(shù)量，以及可容納空間中被沉積物充填的比例［20-21］.

層序地層學(xué)的形成源于對(duì)二維垂向地震剖面層序和沉積信息的解釋，它擁有一個(gè)假設(shè)前提——地震反射同相軸是沉積等時(shí)面的反映［22］.層序地層學(xué)通過對(duì)地震、測(cè)井和露頭資料的分析，研究在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海面升降、沉積物供應(yīng)和氣候等因素控制下，造成相對(duì)海平面的升降變化及其與地層層序、層序內(nèi)部不同級(jí)次單位的劃分、分布規(guī)律；研究其相互之間的成因聯(lián)系、界面特征和相帶分布，以建立更精確的全球性地層年代對(duì)比、定量解釋地層沉積史和更科學(xué)地進(jìn)行油藏以及其他沉積礦產(chǎn)的鉆前預(yù)測(cè)［23］.

層序地層學(xué)的在沉積學(xué)上的應(yīng)用要求理論體系和方法技術(shù)上的雙重突破.深水層序地層學(xué)幫助開發(fā)油氣勘探新領(lǐng)域；碳酸鹽巖層序地層學(xué)著重于湖相碳酸鹽巖的成因機(jī)理和分布演化規(guī)律的研究；將層序地層學(xué)用于岸線軌跡與體系域的識(shí)別中，有效指示層序界面和內(nèi)部的體系域界面［24］；層序地層標(biāo)準(zhǔn)化及模擬研究是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)定量化的要求.除傳統(tǒng)的露頭、巖心、測(cè)井和高精度地震資料，地震資料的三維可視化、古生物方法、地球化學(xué)方法、數(shù)值分析和計(jì)算機(jī)模擬等將會(huì)在層序地層學(xué)未來的研究中發(fā)揮很大的作用［25］.

2.2 地震沉積學(xué)

地震沉積學(xué)是建立在高精度三維地震資料基礎(chǔ)上油氣精細(xì)勘探的新思路新方法，運(yùn)用精細(xì)沉積學(xué)模式結(jié)合地球物理技術(shù)，對(duì)沉積體系分布特征及演化進(jìn)行精細(xì)研究.地震沉積學(xué)繼承發(fā)展了地震地層學(xué)、層序地層學(xué)和高分辨率層序地層學(xué)，核心內(nèi)容是地震地貌學(xué)和地震巖石學(xué)，90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片及分頻解釋是地震沉積學(xué)的主要技術(shù)［26］.

地震沉積學(xué)的主導(dǎo)思想綜合了沉積學(xué)研究和現(xiàn)代高精度地震技術(shù)，從三維角度對(duì)地下沉積體進(jìn)行精細(xì)研究.運(yùn)用沉積學(xué)及沉積模式的研究思路結(jié)合高分辨率三維地震資料揭示沉積體內(nèi)部的三維形態(tài)，精確刻畫古沉積體系［27］.在沉積學(xué)理論的指導(dǎo)下，利用地球物理技術(shù)揭示巖相、儲(chǔ)層和沉積體系的展布形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)有利區(qū)帶的預(yù)測(cè)，比地震地層學(xué)和層序地層學(xué)的研究更加精準(zhǔn).地震沉積學(xué)主要用于沉積相的識(shí)別和構(gòu)造精細(xì)解釋.沉積相的識(shí)別基于切片技術(shù)和地震屬性分析的地震相識(shí)別技術(shù)；構(gòu)造精細(xì)解釋應(yīng)用90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)，提高地震剖面上由視覺誤差引起的層位拾取的精度，使層位追蹤更加準(zhǔn)確，且地震相位與巖性測(cè)井曲線更加吻合，使地震相位具有巖性地層的意義［26］.

2.3 其他定量化方法

沉積學(xué)發(fā)展體現(xiàn)在理論知識(shí)的系統(tǒng)化，也表現(xiàn)為定量化研究方法的普遍應(yīng)用.地球化學(xué)、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)技術(shù)是沉積學(xué)定量化研究方法的具體體現(xiàn).

2.3.1 地球化學(xué)

在沉積學(xué)中，地球化學(xué)分析的使用還比較有限.沉積物組成受控于物源區(qū)，與搬運(yùn)、沉積、成巖過程密切相關(guān).水動(dòng)力因素極大改變著沉積物的化學(xué)性質(zhì)，地球化學(xué)數(shù)據(jù)間接反映沉積環(huán)境的變化，幫助恢復(fù)沉積環(huán)境.地球化學(xué)分析通過同位素含量變化、離子比值及元素組合指示沉積環(huán)境，可對(duì)古鹽度特征、古氣候的恢復(fù)以及氧化還原環(huán)境進(jìn)行分析［28-30］.水動(dòng)力環(huán)境深刻的影響沉積巖的化學(xué)性質(zhì)，海水、湖泊、河流沉積物具有不同的元素特征.強(qiáng)烈的蒸發(fā)環(huán)境易形成低的δ37Cl值，Sr/Ba比值指示古鹽度，可判斷海相沉積環(huán)境和陸相沉積環(huán)境；Sr/Cu可用于指示古氣候；V/（N+Ni）比值揭示氧化還原環(huán)境［28-29］.沉積巖中富含的有機(jī)物也是指示環(huán)境的良好標(biāo)志，C/N比值可以識(shí)別有機(jī)質(zhì)物源等［31-32］.

2.3.2 數(shù)值模擬

數(shù)值模擬是定量化還原沉積環(huán)境的有效手段，通過綜合相關(guān)學(xué)科的理論、基本概念建立地質(zhì)模型，再用物理、化學(xué)方程描述地質(zhì)過程并建立數(shù)學(xué)模型，而后編制計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算，最后根據(jù)大的區(qū)域背景及地質(zhì)資料對(duì)計(jì)算結(jié)果做合理分析［33］.沉積學(xué)數(shù)值模擬地質(zhì)模型與盆地模擬緊密相關(guān).地史模擬模型建立是盆地模擬的基礎(chǔ)，重塑油氣盆地演化過程.熱史模型重建有機(jī)質(zhì)的熱成熟史，是盆地模擬的關(guān)鍵.生烴史模型是盆地有機(jī)質(zhì)生烴的過程，已形成較成熟的模型.排烴模型和運(yùn)移聚集史模型還不成熟，初次運(yùn)移機(jī)理的不確定性和二次運(yùn)移中復(fù)雜的地質(zhì)變量增加模型建立的困難.地質(zhì)模型建立的過程有待完善，建立數(shù)學(xué)模型是研究的繼續(xù)深化［33-37］.

2.3.3 實(shí)驗(yàn)技術(shù)

沉積地球化學(xué)和數(shù)值模擬技術(shù)的普及依賴于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的提高.顯微鏡的使用、水槽實(shí)驗(yàn)、粒度分析等實(shí)驗(yàn)技術(shù)在沉積學(xué)發(fā)展中都起到重要作用［38］.電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）分析技術(shù)、X熒光光譜儀可以確定沉積巖的地球化學(xué)組成，較準(zhǔn)確地建立數(shù)學(xué)模型，提高計(jì)算機(jī)程序運(yùn)算精度；波譜技術(shù)、核分析技術(shù)、色譜分析技術(shù)、熱分析技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算技術(shù)等多種測(cè)試技術(shù)廣泛應(yīng)用，使相關(guān)新概念及邊緣學(xué)科不斷涌現(xiàn)，如實(shí)驗(yàn)沉積學(xué)，模擬沉積學(xué)和定量沉積學(xué)等概念的提出，使沉積學(xué)理論體系和研究發(fā)生了重大變革.沉積學(xué)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試技術(shù)、儀器原理、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用技術(shù)及分析方法的實(shí)踐性繼續(xù)增強(qiáng)，使沉積學(xué)研究從宏觀地質(zhì)到微觀地質(zhì)，從實(shí)踐到理論深化［39］.

3 當(dāng)前熱點(diǎn)問題

3.1 地震沉積學(xué)

作為當(dāng)前沉積學(xué)研究的重要手段，地震沉積學(xué)的發(fā)展影響沉積學(xué)的進(jìn)步.對(duì)地震反射同相軸的重新認(rèn)識(shí)是地震沉積學(xué)的重要理論突破.地震反射同相軸具有穿時(shí)性，地震資料的頻率控制地震反射同相軸的傾角和內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)，低頻資料中反射同相軸更多反映巖性界面的信息，高頻資料中反射同相軸更多反映等時(shí)沉積界面的信息［40-41］.高質(zhì)量的三維地震數(shù)據(jù)體垂向分辨率和橫向分辨率應(yīng)該是相同的，但地下沉積體在垂向和橫向上的尺寸往往并不相同，就產(chǎn)生了垂向和橫向上的地震響應(yīng)差異，導(dǎo)致地震手段識(shí)別地下沉積體難易程度的不同［41-42］.地震資料的分辨率及精度影響地震沉積學(xué)的使用發(fā)展.提高地震地層解釋精度的技術(shù)很多，如AVO分析、波阻抗反演等，多用于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)且成本較高，這些處理方法也存在一定的不確定性，依賴于地質(zhì)認(rèn)識(shí)及資料的約束；更重要的是這些處理都是基于巖性單元預(yù)測(cè)和含油氣單元預(yù)測(cè)的，最終的結(jié)果是對(duì)地層巖性和含油氣性的反映，并不能提供高頻等時(shí)沉積界面信息［43］.地震沉積學(xué)的發(fā)展注重成本及收益性的同時(shí)，提高地震解釋精度和地震資料使用的獨(dú)立性，降低對(duì)于其他地質(zhì)資料的依賴性.

地震沉積學(xué)能夠精細(xì)、逼真地刻畫深水濁積水道、深水扇等海相沉積體的形態(tài)特征.陸相地震沉積學(xué)應(yīng)用較少，原因在于陸相地層和海相地層有較大區(qū)別.陸相沉積發(fā)育規(guī)模差，地層構(gòu)造背景不穩(wěn)定，具有多期旋回疊加的特點(diǎn)；近物源、多物源使其沉積體系的分布樣式、疊置形式比海相地層復(fù)雜很多.對(duì)陸相地震相的識(shí)別也過多地通過主觀調(diào)節(jié)地震屬性切片確定沉積相；依靠地震屬性切片所表達(dá)的形態(tài)特征，主觀確定沉積相相模式和相邊界，降低了研究成果的可信性，效果不佳［44］.我國廣泛發(fā)育的陸相地層對(duì)地震沉積學(xué)提出了更高的要求.地震沉積學(xué)注重方法研究而理論創(chuàng)新十分薄弱，還不能稱為一門完善的學(xué)科.在注重方法的同時(shí)提高理論的嚴(yán)謹(jǐn)性，著重在地震巖石學(xué)、地震沉積相模式和地震沉積學(xué)研究規(guī)范三方面進(jìn)行，減少主觀判斷并對(duì)三維地震采集、處理、解釋技術(shù)的繼續(xù)提高和廣泛應(yīng)用是地震沉積學(xué)持續(xù)發(fā)展的要求.

3.2 深水沉積

對(duì)深水沉積的認(rèn)識(shí)過程經(jīng)歷了螺旋式的上升，有關(guān)深水沉積作用及沉積模式的理解仍存在分歧［45］.針對(duì)重力流提出的鮑馬序列和各種扇模式是早期深海探測(cè)的初步認(rèn)識(shí)，重力流分類從早期的流變學(xué)或支撐機(jī)制分類發(fā)展到流變學(xué)與支撐機(jī)制的綜合分類，要建立更加完善的分類體系還需全面概括搬運(yùn)過程和沉積過程中的支撐機(jī)制，尤其是自然界的支撐機(jī)制并對(duì)流變學(xué)加以概括.針對(duì)當(dāng)前分類不統(tǒng)一，新名詞應(yīng)用和定義模糊不清的問題，Mulder提出了一種較全面的分類方案（圖2）［46］.

濁流理論發(fā)展過程中建立的砂質(zhì)碎屑流概念是對(duì)重力流理論的部分否定與補(bǔ)充，濁流理論與砂質(zhì)碎屑流理論共同解釋深水沉積物更加精準(zhǔn)完善.砂質(zhì)碎屑流是黏性與非黏性碎屑流間的連續(xù)作用過程，屬于賓漢塑性流體，具有分散壓力、基質(zhì)強(qiáng)度和浮力等多種支撐機(jī)制；流體濃度較高，泥質(zhì)含量低到中等，顆粒沉積時(shí)整體固結(jié)［47］.砂質(zhì)碎屑流的主要研究有水下碎屑流成因分類體系的建立及重力流分類體系的完善；水下碎屑流發(fā)育機(jī)制深化；重力流泥巖沉積機(jī)制及油氣意義；水下碎屑流主控型重力流沉積模式的建立及應(yīng)用［48］.

等深流和內(nèi)波、內(nèi)潮汐亦是深水沉積的重要產(chǎn)物，對(duì)拓寬油氣勘探領(lǐng)域有重要意義［49-53］.借助地震波譜、遙感等現(xiàn)代手段，進(jìn)行多學(xué)科綜合研究，完善等深丘巖的識(shí)別標(biāo)志，平衡對(duì)現(xiàn)代和古代等深巖丘的研究，是等深流的重要研究方向［51］.內(nèi)波內(nèi)潮汐的沉積構(gòu)造、沉積相及沉積模式鑒別取得較大進(jìn)展，La Fond理論為代表的內(nèi)波沉積具有特征的指向沉積構(gòu)造，對(duì)內(nèi)波傳播方向與沉積物搬運(yùn)方向相反的現(xiàn)象展開定量解釋［53］.

深水沉積的識(shí)別仍是沉積學(xué)發(fā)展的重點(diǎn).地震沉積學(xué)解決深水異地沉積的識(shí)別，在鉆井稀少的深水勘探領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景［54］；多元井震精確時(shí)深標(biāo)定方法，解決深水重力流沉積體頂?shù)捉缑娴木_劃分問題，實(shí)現(xiàn)鉆井砂地比的準(zhǔn)確求取，減少單井上沉積單元?jiǎng)澐值闹饔^性［55］.對(duì)于深水沉積的識(shí)別還需進(jìn)行更加深入的研究.

圖2 T.Mulder和J.Alexander的重力流分類方案（據(jù)李林等，2011）Fig.2T.Mulder and J.Alexander's classification of gravity flow（From Li et al.,2011）

3.3 淺水三角洲

大型淺水三角洲砂體是巖性油氣藏勘探的重要目標(biāo)，系統(tǒng)研究湖盆淺水三角洲的形成背景、發(fā)育條件和沉積特征對(duì)中國陸相盆地巖性油氣藏的深入勘探具有重要意義［56］.淺水三角洲是穩(wěn)定構(gòu)造背景、古水體淺、湖平面升降旋回變化、氣候適宜、砂質(zhì)底載荷河流供源充足地質(zhì)條件下的產(chǎn)物；在剖面上與傳統(tǒng)的吉爾伯特三角洲有所不同，缺少明顯的頂積層、前積層和底積層.近年來，國外淺水三角洲的研究主要集中于淺水三角洲的形成動(dòng)力學(xué)、微相特征和層序格架下相構(gòu)型方面.我國研究集中于形成動(dòng)力學(xué)、形成背景、形成機(jī)制及沉積模式、與傳統(tǒng)三角洲的比較等.淺水三角洲的識(shí)別分類缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，張昌民［57］從現(xiàn)代淺水湖盆三角洲的形成過程分析將淺水三角洲分為分流河道型淺水三角洲、分流沙壩型淺水三角洲；朱筱敏［58］根據(jù)供源體系將淺水三角洲劃分為淺水扇三角洲、淺水辮狀河三角洲及淺水曲流河三角洲.這在一定程度上限制了淺水三角洲的研究.

與此同時(shí)，疊覆式淺水三角洲的研究受到重視.疊覆式淺水三角洲的特點(diǎn)在于三角洲的沉積單元為單個(gè)朵體，而非傳統(tǒng)的成層發(fā)育，朵體相互疊置形成的復(fù)合疊合體構(gòu)成三角洲的骨架砂體.單一朵體接觸關(guān)系及接觸界面的滲流能力決定了油氣富集和注水開發(fā)響應(yīng)特征.朵體遷移、疊置造成的大面積巨厚砂層，可形成大型油氣藏；朵體間泥巖的不均勻分布可能造成砂體局部不連通或朵體間連通性變化，為巖性油氣藏形成創(chuàng)造了條件，并可能影響注水開發(fā)中的注采對(duì)應(yīng)性，進(jìn)而影響水驅(qū)采油效果［59］.

3.4 白云巖的成因

白云巖的形成機(jī)理是沉積學(xué)中最復(fù)雜且至今尚未解決的問題.“白云巖成因”問題存在于兩個(gè)方面，控制白云石結(jié)晶的因素和白云巖成巖模式的研究［60-66］.

影響白云巖結(jié)晶的因素包括Ca2+、Mg2+比值，Mg2+離子的來源［60-61］等.白云巖特殊的結(jié)晶結(jié)構(gòu)使Ca/Mg比值深刻影響其形成.海水能提供足夠的Mg2+離子，其他環(huán)境中形成白云巖的Mg2+來源不能確定，因此多認(rèn)為白云巖是次生作用形成［62］.SO42-的濃度同樣影響白云巖的結(jié)晶，高濃度的SO42-趨于形成石膏等蒸發(fā)巖，低濃度的SO42-條件利于形成白云巖［15］.白云巖形成的另一個(gè)關(guān)鍵條件為流體動(dòng)力學(xué)因素，對(duì)鹵水流體經(jīng)過碳酸鈣地層驅(qū)動(dòng)力的認(rèn)識(shí)還未有統(tǒng)一結(jié)論，經(jīng)過長時(shí)間的研究有學(xué)者將“白云巖問題”歸結(jié)成一個(gè)動(dòng)力學(xué)問題［62］.

圖3 白云巖成因模式圖（據(jù)赫云蘭等，2010）Fig.3Genetic model of dolomite（From He et al.,2010）

在類似地表的實(shí)驗(yàn)室條件下，未能沉淀出完美有序的白云石礦物晶體，現(xiàn)代沉積中又缺乏原生白云巖存在的證據(jù).次生白云巖是白云巖成因的主要觀點(diǎn)，包括蒸發(fā)模式（薩布哈模式）、滲透回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式以及熱液成因模式等（圖3）.薩布哈和滲透回流白云石化模式得到最廣泛的認(rèn)可，混合水模式被用于解釋一些特殊白云巖的成因，海水白云石化機(jī)制研究還比較有限，埋藏白云石化和熱液白云石化受到較多關(guān)注［63］.微生物成巖作用研究逐漸興起，是原生白云巖研究的重要方向［64］.微生物白云石模式在解釋現(xiàn)代自然條件下白云石成因有一定進(jìn)展.特殊的顯微形貌（如球狀或啞鈴狀等）和穩(wěn)定的同位素特征是判斷微生物參與白云石低溫沉淀的重要標(biāo)志.但微生物的成巖規(guī)模受到質(zhì)疑，已證實(shí)的實(shí)例中原生白云石的含量依然稀少，文石、方解石或其他礦物成分較多，認(rèn)為微生物白云石可能不足以形成古代大規(guī)模的厚層白云巖.針對(duì)上述爭議，微生物白云石模式仍需在顯微形態(tài)學(xué)、地球化學(xué)、成巖規(guī)模及古代實(shí)例研究方面進(jìn)行更深入的探索［65］.同時(shí)陸相白云巖的成因探討相繼深入，利用同位素確定物源的方法著重突破土壤中碳酸鹽巖在全球碳循環(huán)過程中的作用［66］.

3.5 旋回地層學(xué)和全球變化沉積學(xué)

旋回地層學(xué)以米蘭科維奇天文軌道旋回為理論基礎(chǔ)，其任務(wù)是研究沉積地層中具有時(shí)間周期的沉積旋回及其他旋回變化，應(yīng)用于地質(zhì)年代學(xué)，提高地層年代框架的精度［67］.旋回地層學(xué)現(xiàn)有理論對(duì)海洋碳酸鹽巖的研究已經(jīng)比較成熟，在海相碎屑巖地層中相對(duì)不足.碎屑巖形成以側(cè)向加積作用為主，受控于風(fēng)暴或波浪作用，形成的地層與高頻海平面變化的響應(yīng)不像碳酸鹽巖那么明顯，這種成因機(jī)制下的米級(jí)旋回容易缺失或者不發(fā)育.旋回地層學(xué)以露頭剖面、巖心等為研究對(duì)象，應(yīng)用地球化學(xué)、光譜分析和時(shí)間序列分析等方法，研究天文軌道參數(shù)周期性變化在地層記錄中的沉積響應(yīng)［68］.日地天文軌道周期是進(jìn)行旋回地層學(xué)研究最有效的方法之一，這樣獲得的數(shù)字年齡值分辨率高，相對(duì)誤差小，盡可能的排除其他影響因素.將地層特征、成因和年齡值的研究融為一體，以建立精度更高的“天文年代表”［69］.對(duì)于地球歷史最年輕部分的地層，天文測(cè)定的方法是目前最有效的.這意味著地層學(xué)進(jìn)入了地球動(dòng)力學(xué)、天文動(dòng)力學(xué)的范疇［70］，旋回地層學(xué)勢(shì)必成為沉積學(xué)研究的重點(diǎn).

近幾十年來，全球氣候異常，土地荒漠化、水資源短缺，特別是溫室效應(yīng)引發(fā)全球性氣候變暖與臭氧層破壞等一系列環(huán)境問題，嚴(yán)重影響日常生活，人們認(rèn)識(shí)到全球變化研究的重要性.全球變化研究運(yùn)用有關(guān)歷史資料和極地冰芯、黃土、深海沉積、湖泊沉積、泥炭、樹輪、珊瑚、洞穴碳酸鹽等信息載體，提取地球系統(tǒng)中生物、物理、化學(xué)過程相互作用的信息及陸地生態(tài)系統(tǒng)中植被、土壤、大氣相互作用的信息和自然因素與人為因素相互作用的關(guān)系，理清現(xiàn)今氣候和生存環(huán)境在自然演變過程中的階段和位置，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來氣候與環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)，改善人類的生存環(huán)境［71］.對(duì)全球古氣候的恢復(fù)，各種方法均有一定不足.如利用植被恢復(fù)氣候時(shí)，該種植物僅存在某一地區(qū)，生長在一定時(shí)間跨度內(nèi)，難以形成全球性對(duì)比；沉積物中保存的信息大多也只反映湖泊、海洋等水體環(huán)境下的氣候特征，對(duì)廣泛的陸地，沙漠地區(qū)難以恢復(fù).全球變化沉積學(xué)剛剛起步，理論和技術(shù)上均存在較大發(fā)展空間.

旋回地層學(xué)和全球變化沉積學(xué)的興起是沉積學(xué)由地區(qū)向全球的發(fā)展，研究區(qū)域不再局限于某狹小地區(qū)，是從全球范圍氣候與海平面變化及板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的相互影響來分析考慮盆地的形成、地層的發(fā)育、沉積體系的演變.研究空間跨度遍布能夠發(fā)生沉積作用的區(qū)域，發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展空間巨大，結(jié)合環(huán)境氣候的演變，實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃.

4 結(jié)語

歷經(jīng)一個(gè)世紀(jì)，沉積學(xué)經(jīng)過了萌芽與初步形成、沉積巖石學(xué)到沉積學(xué)、沉積學(xué)全面發(fā)展3個(gè)時(shí)期，從沉積巖巖石學(xué)特征的研究到沉積相、沉積體系的成因探討.沉積學(xué)理論的進(jìn)一步發(fā)展著重將數(shù)學(xué)、物理等公式化的概念方法引入沉積過程的研究，幫助理清各種變量與沉積邊界間的關(guān)系.

陸源碎屑巖和碳酸鹽巖仍是沉積巖石學(xué)研究的主體.沉積相更精細(xì)的劃分，對(duì)儲(chǔ)層孔隙、滲透率研究更細(xì)更準(zhǔn)的要求，是沉積學(xué)微觀化發(fā)展的體現(xiàn).層序地層學(xué)和地震沉積學(xué)是沉積學(xué)定量化研究的有效手段；地球化學(xué)、盆地?cái)?shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)定量化的必要途徑.沉積學(xué)的研究從二維平剖面發(fā)展到三維立體，從演化的角度解析沉積物在四維時(shí)空中的分布、演變，油氣勘探的需求促進(jìn)四維地震技術(shù)的快速發(fā)展.

提高地震資料使用的獨(dú)立性，加強(qiáng)陸相地震沉積學(xué)的理論研究和應(yīng)用；細(xì)化深水沉積分類，建立完善識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，充實(shí)深水沉積理論；淺水三角洲的開發(fā)利用；“白云巖問題”的繼續(xù)深入；旋回地層學(xué)和全球變化沉積學(xué)的興起都體現(xiàn)了沉積學(xué)理論的進(jìn)步.

近幾十年來，沉積學(xué)發(fā)展表現(xiàn)在概念轉(zhuǎn)變、新技術(shù)新方法的應(yīng)用、理論的完善、學(xué)科的交叉滲透綜合研究等方面.大量交叉學(xué)科的出現(xiàn)給沉積學(xué)注入新的生機(jī)活力，沉積學(xué)研究范疇向更深、更廣的層次發(fā)展.石油工業(yè)極大地促進(jìn)沉積學(xué)的發(fā)展，石油地質(zhì)學(xué)、儲(chǔ)層沉積學(xué)、層序地層學(xué)等的興起是理論向應(yīng)用發(fā)展的良好體現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)沉積學(xué)、環(huán)境沉積學(xué)、全球變化沉積學(xué)也都是依托沉積學(xué)發(fā)展起來的學(xué)科.沉積學(xué)與人們的日常生活相關(guān)聯(lián)，在石油勘探領(lǐng)域和全球變化多領(lǐng)域中將發(fā)揮更顯著的作用.

沈陽地質(zhì)調(diào)查中心科技人員在加拿大參加業(yè)務(wù)交流

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OVERVIEW OF DEVELOPMENT OF SEDIMENTOLOGY AND HOT ISSUES IN OIL AND GAS EXPLORATION

JIANG Wen-chao1,ZHANG Xin-rong1,2,FANG Shi1,2,YUAN Wei1,WANG Kai1,LIU Lin-ping1
（1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China; 2.Key-Lab for Evolution of Past Life and Environment in Northeast Asia,Ministry of Education,Changchun 130026,China）

The development of sedimentology has experienced three stages:germination and initial formation,transition from sedimentary petrology to sedimentology and all-round development.The research field developed from microscopic to macroscopic, from petrographic features of sedimentary rocks further into its genesis, from observation of rocks to explanation of rocks to explanation of sedimentary facies.With sequence stratigraphy and seismic sedimentology as the beginning of qualitative to quantitative study,geochemistry,digital simulation and experimental techniques provide effective methods for its realization.Hot issues related to sedimentology in present oil and gas exploration field are summarized in this paper,such as theoretical research and practical application of seismic sedimentology,identification of deep-water deposition,genesis of dolomite,development prospect of shallow-water deltas in oil and gas exploration,development and challenge for cyclostratigraphy and global change sedimentology,etc.which provide basic information for further development of new theoretical methods and techniquesinsedimentology.

oil and gas exploration;development of sedimentology;theoretical system;quantification;hot issues

1671-1947（2014）04-0398-10

P512.2；TE132.1

A

2013－12－26；

2014-05-08.編輯：周麗、張哲．

姜文超，（1989—），女，碩士研究生，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)，研究方向沉積學(xué)及油氣勘探研究，通信地址吉林省長春市朝陽區(qū)建設(shè)街2199號(hào)，E-mail//jiangwc12@sina.cn

國家自然科學(xué)基金（40702027、40902057、41371202）；國土資源部杰出青年科技人才培養(yǎng)計(jì)劃（201311111）；吉林大學(xué)杰出青年基金項(xiàng)目聯(lián)合資助.