《中國國家地理》雜志主編、著名地理學(xué)家單之薔先生曾把黃河三角洲的形態(tài)比喻為“一朵大大的西蘭花”，西蘭花的花瓣其實(shí)是三角洲在不同發(fā)育階段形成的一個個“朵葉體”，這些朵葉體被埋在地下千萬年后成為巖石，就會形成良好的儲層，儲層就是石油和天然氣的“家”。為了尋找和描述這些油氣儲層之花，長江大學(xué)的一個研究團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了將近10年的時間，組建了兩支隊(duì)伍，一支專門探索地質(zhì)規(guī)律，研究朵葉體的形成和演變機(jī)理；另一支專門建立地質(zhì)模型，對儲層砂體進(jìn)行定量的表征。
圖1 根據(jù)中國科學(xué)院地理與資源研究所葉青超研究成果改繪的黃河三角洲發(fā)展過程示意圖被《中國國家地理》雜志主編、著名地理學(xué)家單之薔先生成為“一朵大大的西蘭花。
2010年初，張昌民和尹太舉教授在指導(dǎo)博士生的沉積學(xué)水槽實(shí)驗(yàn)過程中，驚奇地發(fā)現(xiàn)在水流的沖積下，泥沙被一顆一顆堆積成一片片樹葉狀的砂體，隨著這些樹葉不斷長大，水流會突然發(fā)生側(cè)向擺動或者向前遷移，形成新的葉片，這些大小和形態(tài)各異的葉片疊置形成了一個新的沉積體—三角洲朵葉體，他們把這種三角洲命名為“疊覆三角洲”。
這是一種偶然的過程還是必然的規(guī)律？在自然界的河流三角洲上是否存在同樣的現(xiàn)象？如果這是必然的規(guī)律，他們的實(shí)驗(yàn)很可能揭示了一種新的三角洲沉積機(jī)理，有可能會給尋找三角洲沉積儲層提供一個新的沉積模式。為了探索其中的奧妙，研究團(tuán)隊(duì)借助遙感衛(wèi)星圖像和文獻(xiàn)對國內(nèi)外的海洋和湖泊三角洲進(jìn)行大量的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在阿查法拉亞三角洲、伯德金河三角洲、巴西河三角洲、多瑙河三角洲、瓦克斯湖三角洲、密西西比河三角洲、鄱陽湖、洞庭湖、烏倫古湖等發(fā)育的現(xiàn)代三角洲都顯示明顯的疊覆特征。不僅如此，在現(xiàn)代和古代沖積扇、河流扇、巨型扇、海底扇等重力流沉積體系中，都發(fā)育有相似沉積現(xiàn)象。疊覆現(xiàn)象并非室內(nèi)實(shí)驗(yàn)曇花一現(xiàn)，而是碎屑巖沉積體系的普遍特征，這表明在碎屑沉積體系中存在一種普遍沉積模式——疊覆式沉積模式。
圖2 由大型朵葉體疊覆構(gòu)成的墨西哥灣現(xiàn)代三角洲沉積體系
“疊覆式三角洲沉積模式與傳統(tǒng)的三角洲沉積模式不同，此模式認(rèn)為三角洲沉積以朵葉體為基本構(gòu)成單元，不同朵葉體疊覆形成三角洲沉積體，打破了經(jīng)典的三角洲前積模式，從更宏觀的層次概括碎屑沉積過程，豐富了碎屑巖儲層沉積模式的內(nèi)容。”尹太舉教授以三角洲沉積的疊覆模式為例解釋說：“朵葉體是有層次的，低層次朵葉體就像一片片花瓣，高層次朵葉體好似一朵朵鮮花。朵葉體的排列是多姿多彩的，有些朵葉體呈離散式分布，有些朵葉體瓣瓣相疊構(gòu)成一支完整的花朵；多個朵葉體可能分散排列，象一支支花朵零散地?cái)[放，也可能緊密堆積構(gòu)成朵朵相擁的花團(tuán)”。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年研究，發(fā)現(xiàn)疊覆式沉積體的沉積過程發(fā)育進(jìn)積式和側(cè)積掃描式兩種單朵體成因模式；具有孤立式、側(cè)向拼接、同位疊覆、異位疊覆等四種方式，垂向上呈現(xiàn)出孤立分布、同位收縮疊覆、同位擴(kuò)張疊覆、疊瓦狀前積疊覆、疊瓦狀退積疊覆、主體朵體與局部接觸疊覆、薄層復(fù)合朵體疊覆等七種疊覆方式；形成長條狀、朵狀、腎狀和不規(guī)則狀四種類型復(fù)合砂體。在新的沉積模式指導(dǎo)下，研究團(tuán)隊(duì)先后在準(zhǔn)噶爾盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地、東海陸架盆地開展研究工作，與油田公司合作發(fā)現(xiàn)了一批大中型巖性油氣藏。
圖3 兩種碎屑巖儲層砂體疊覆式沉積模式
沉積砂體之花深埋在數(shù)千米的地下，其結(jié)構(gòu)不象樹上的花瓣那么一目了然。如何根據(jù)沉積模式對油氣儲層巖性、厚度和儲層物性進(jìn)行預(yù)測，不僅影響著油氣開采過程中對井位和工藝的選擇，而且影響石油開采的投資效益。李少華和尹艷樹教授率領(lǐng)的另一只隊(duì)伍就像一批雕刻大師，運(yùn)用現(xiàn)代地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)對疊覆的碎屑巖儲集體進(jìn)行精細(xì)的表征。他們首創(chuàng)了基于B/S架構(gòu)的多源、多層次、多類型儲層地質(zhì)知識庫管理平臺，實(shí)現(xiàn)了多來源、多層次、多類型地質(zhì)知識融合，實(shí)現(xiàn)了露頭庫、水槽實(shí)驗(yàn)庫、現(xiàn)代沉積庫、訓(xùn)練圖像庫、文獻(xiàn)庫等各類數(shù)據(jù)源的采集、校驗(yàn)、存儲、管理和融合；形成了沉積物理模擬和數(shù)值模擬相結(jié)合、現(xiàn)代沉積與地下解剖相驗(yàn)證的地質(zhì)知識采集、校驗(yàn)和融合方法；構(gòu)建了國內(nèi)類型最多、數(shù)據(jù)量最多的儲層建模分類地質(zhì)知識庫，出版了國內(nèi)第一部地質(zhì)知識庫專著。為了精確刻畫儲層砂體和儲層物性的分布，首創(chuàng)了基于地貌的三維訓(xùn)練圖像自動生成技術(shù)和圖像篩選方法，首創(chuàng)考慮地貌要素的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)訓(xùn)練圖像構(gòu)建技術(shù)，解決了訓(xùn)練圖像可靠性評價難題；研發(fā)了基于位置的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了疊覆式朵體非平穩(wěn)建模和復(fù)雜儲層模式再現(xiàn)，開發(fā)的算法和軟件平臺填補(bǔ)了商業(yè)化軟件的空白。
“碎屑巖儲層的疊覆式沉積模式的創(chuàng)建和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了碎屑巖儲層沉積學(xué)理論和技術(shù)在油氣勘探和開發(fā)、常規(guī)和非常規(guī)等方面的應(yīng)用創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了對疊覆式碎屑巖儲層的定量化表征。成果既可應(yīng)用于油氣勘探和評價，又能實(shí)現(xiàn)對高含水老油田的剩余油挖潛”，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張昌民教授說：“研究成果先后在國內(nèi)新疆、江蘇、江漢、中原、大港、渤海、大慶、青海、河南、東海等油田以及中石油一些海外區(qū)塊推廣應(yīng)用，近3年為企業(yè)新增探明儲量1億多噸、新增原油產(chǎn)量130多萬噸、新增產(chǎn)值41億元、新增利潤16億元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，榮獲中國石油與化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會2020年科技進(jìn)步一等獎。我們將不忘初心，繼續(xù)刻苦攻關(guān)，繼續(xù)精雕細(xì)刻碎屑巖沉積學(xué)之花，讓她在中國大地上開得更加鮮艷奪目，讓地下油氣滾滾而來，為維護(hù)國家能源安全，造福人民做出新的貢獻(xiàn)”。