徐長(zhǎng)貴，杜曉峰，徐 偉，趙 夢(mèng)

[中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司,天津 300459]

沉積盆地“源-匯”系統(tǒng)研究新進(jìn)展

徐長(zhǎng)貴，杜曉峰，徐 偉，趙 夢(mèng)

[中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司,天津 300459]

近年來(lái)，“源-匯”研究已逐漸成為沉積學(xué)領(lǐng)域頗為關(guān)注的重要課題。系統(tǒng)梳理了國(guó)內(nèi)外“源-匯”系統(tǒng)研究取得的新進(jìn)展，分析總結(jié)了沉積體系“源-匯”研究思路與多方法綜合分析技術(shù)，并指出了“源-匯”系統(tǒng)研究未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。大陸邊緣盆地沉積體系的“源-匯”研究集中于沉積事件的觸發(fā)機(jī)制和沉積物的搬運(yùn)過(guò)程，復(fù)雜陸相斷陷盆地在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面創(chuàng)新形成了“源-匯”時(shí)空耦合控砂原理及相應(yīng)的控砂模式。“源-匯”研究將多方法物源示蹤分析應(yīng)用于古源區(qū)恢復(fù)與古水系重建中。針對(duì)陸相斷陷盆地局部物源背景下的“源-匯”系統(tǒng)，潛在剝蝕區(qū)的層序地層學(xué)精細(xì)研究恢復(fù)了隱伏物源區(qū)地質(zhì)歷史時(shí)期的真實(shí)面貌?！霸?匯”系統(tǒng)要素的定量化表征與儲(chǔ)層的定量預(yù)測(cè)正在逐步探索之中，建立從源到匯的定量響應(yīng)關(guān)系是最終目的，而在“源-匯”系統(tǒng)定量化約束下的沉積過(guò)程模擬，為少井條件下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了有力支持。重視物源體系研究、定量化儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、多學(xué)科、多方法融合、過(guò)程化與機(jī)制化研究，形成工業(yè)化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是未來(lái)沉積體系“源-匯”研究的發(fā)展趨勢(shì)。

源-匯；物源示蹤；時(shí)空耦合控砂原理；局部物源；定量化；沉積模擬；大陸邊緣盆地；陸相斷陷盆地

美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在1998年正式啟動(dòng)了“洋陸邊緣計(jì)劃”(MARGINS Program)，其沉積學(xué)與地層學(xué)項(xiàng)目組研究專題為“源-匯”(Source-to-Sink，以下簡(jiǎn)稱S2S)[1]。1999年歐洲成立InterMargins，2002年國(guó)際大洋鉆探計(jì)劃IODP開(kāi)始關(guān)注大陸邊緣沉積作用，日本在2003年結(jié)合InterMargins提出“亞洲三角洲演化與近代變化”。國(guó)際S2S研究的焦點(diǎn)在于沉積物從源到匯全過(guò)程的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、古物源區(qū)演化恢復(fù)與古水系重建[2-18]，我國(guó)也于2000年啟動(dòng)了國(guó)家重大基礎(chǔ)研究規(guī)劃項(xiàng)目“中國(guó)邊緣海的形成演化及重要資源的關(guān)鍵問(wèn)題”。在南海西部鶯歌海盆地、瓊東南盆地以及南海北部珠江口盆地，對(duì)“源”區(qū)與“匯”區(qū)綜合運(yùn)用多種物源分析手段，進(jìn)行了物源體系恢復(fù)等相關(guān)研究[19-25]；在南海北部的珠江口盆地嘗試建立了中新統(tǒng)被動(dòng)大陸邊緣陸-洋“源-匯”系統(tǒng)剝蝕-沉積過(guò)程的一般模式[26-27]；針對(duì)復(fù)雜陸相斷陷盆地，渤海海域創(chuàng)新引入“源-匯”思想，形成了“源-匯”時(shí)空耦合控砂理論，顯著地提高了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的成功率，這也是“源-匯”理論在國(guó)內(nèi)油氣勘探工作中的首次成功應(yīng)用[28]?！霸?匯”研究已逐漸成為世界范圍內(nèi)地球科學(xué)領(lǐng)域頗為關(guān)注的重要課題。

總體而言，“源-匯”系統(tǒng)及相關(guān)理論的研究仍處于初級(jí)階段，針對(duì)不同類型的盆地、不同的時(shí)間尺度，研究方法還有待完善，理論與技術(shù)手段還未成熟。本文旨在系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段“源-匯”系統(tǒng)研究取得的新進(jìn)展，包括大陸邊緣沉積物搬運(yùn)過(guò)程、物源示蹤研究，陸相斷陷盆地“源-匯”控砂理論的建立及物源體系研究，“源-匯”系統(tǒng)定量化研究探索以及在此約束下的沉積過(guò)程模擬，分析總結(jié)“源-匯”系統(tǒng)“過(guò)程化”、“機(jī)制化”的研究思路與多方法綜合的沉積物分析技術(shù)，為“源-匯”系統(tǒng)研究在實(shí)際勘探工作，尤其是復(fù)雜陸相斷陷盆地油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作中的應(yīng)用與發(fā)展提供設(shè)想與借鑒。

1 沉積體系“源-匯”研究理論新進(jìn)展

1.1 大陸邊緣“源-匯”研究主要內(nèi)容

基于S2S研究計(jì)劃，國(guó)外學(xué)者在大陸邊緣“源-匯”系統(tǒng)沉積過(guò)程研究方面取得了豐富的成果。大陸邊緣沉積體系的“源-匯”研究集中于沉積事件的觸發(fā)機(jī)制、沉積物的搬運(yùn)方式與沉積響應(yīng)特征等研究。

“源-匯”研究的最終目的是建立完整的沉積過(guò)程。S2S專題以新西蘭大陸邊緣Waipaoa沉積體系為典型代表，基于最后一次冰期沉積地層記錄至近現(xiàn)代地震、風(fēng)暴和人類活動(dòng)事件的記錄，建立了完整的從源(山)到匯(洋)的系統(tǒng)，并對(duì)其間每個(gè)過(guò)程體系中沉積物的搬運(yùn)與分散方式進(jìn)行了描述[3-4]。①對(duì)于源頭流域的物源，沉積地層所記錄的暴風(fēng)雨與地震事件是其形成與搬運(yùn)的主要驅(qū)動(dòng)力；②陸上山地到泛濫平原，夏季濕潤(rùn)河谷沖刷，冬季(冰期)河道充填殘留沉積物；③泛濫平原到海岸平原，辮狀河體系逐漸匯聚為單支主河道，向海岸區(qū)輸送沉積物；④陸架區(qū)沉積物儲(chǔ)存與過(guò)路作用，陸架區(qū)既可以作為第一個(gè)沉積物匯聚區(qū)，又可以作為下游沉積區(qū)的物源供應(yīng)區(qū)；⑤陸坡沉積物搬運(yùn)路徑與匯聚，嚴(yán)重溝谷化的上斜坡、坡度較緩的中斜坡平臺(tái)、變形帶前緣再次V型侵蝕的河口、變形形成的大型平臺(tái)共同控制了沉積物的搬運(yùn)與儲(chǔ)存；⑥深海匯聚區(qū)沉積物以崩塌作用沉積在不斷變化中的斜坡前緣(圖1)。

圖1 Waipaoa“源-匯”系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)制與搬運(yùn)過(guò)程的響應(yīng)特征[4]Fig.1 Main drivers and related processes together with associated responses features through the Waipaoa “Source-to-Sink” system[4]

國(guó)內(nèi)近年針對(duì)被動(dòng)大陸邊緣“源-匯”系統(tǒng)也開(kāi)展了一些嘗試性的研究，主要集中于南海北部的珠江口盆地。陸架斜坡至深海區(qū)是從陸到洋的源-匯系統(tǒng)的最終沉積區(qū)，這一地貌帶的研究常常聚焦于陸架坡折帶的地貌與海底扇體系發(fā)育關(guān)系。祝彥賀等[26]提出，對(duì)于陸架-陸坡的“源-匯”系統(tǒng)而言，影響其發(fā)育的主要控制因素包括沉積物供給強(qiáng)度、相對(duì)海平面變化、陸架坡折演化和海洋水動(dòng)力作用，各要素之間的辯證關(guān)系決定了系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)特征。林暢松[27]則總結(jié)了珠江口盆地陸-洋“源-匯”系統(tǒng)剝蝕-沉積過(guò)程的一般模式，劃分出3類具有特定物源背景、水道或溝谷體系，以及相應(yīng)的沉積體系的“源-匯”類型，不同區(qū)帶的溝道和沉積體系的形態(tài)存在明顯差異，反映了地形地貌、構(gòu)造作用及海平面變化等多因素的控制作用。

從含油氣盆地沉積地質(zhì)分析的角度，研究從物源、水道到沉積體的不同“源-匯”類型的地形地貌、水系構(gòu)成、沉積分散過(guò)程及沉積體的形態(tài)和分布，將是一項(xiàng)極其重要的研究課題。揭示不同“源-匯”系統(tǒng)的地層結(jié)構(gòu)和沉積構(gòu)成的控制機(jī)制，即構(gòu)造、氣候和海平面變化等因素相互作用的地表地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程，是建立具有預(yù)測(cè)或類比意義的“源-匯”模式的關(guān)鍵。

1.2 陸相斷陷盆地“源-匯”研究逐漸興起并在油氣勘探中發(fā)揮重要作用

陸相斷陷盆地構(gòu)造極其復(fù)雜，受構(gòu)造幕式多期活動(dòng)和盆內(nèi)盆外多物源水系影響，沉積相變化快，富砂沉積儲(chǔ)層預(yù)測(cè)困難。近年來(lái)，以渤海海域?yàn)榇恚诳偨Y(jié)分析傳統(tǒng)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)思路與方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合渤?？碧綄?shí)踐，創(chuàng)新形成了陸相斷陷盆地“源-匯”控砂理論，顯著地提高了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成功率。

1.2.1 陸相斷陷盆地控砂作用研究傳統(tǒng)方法及存在問(wèn)題

以往研究揭示，砂巖體的形成和分布受多種地質(zhì)因素的控制。總結(jié)國(guó)內(nèi)對(duì)于控砂因素的認(rèn)識(shí)一般包括古地貌和層序發(fā)育模式兩大方面，其中古地貌又包括溝谷類型和坡折帶類型。

溝谷是沉積物搬運(yùn)的主要通道。20世紀(jì)60年代學(xué)者們就注意到了溝谷體系對(duì)扇體形成的重要作用，溝谷與扇體一般具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[29-30]。國(guó)內(nèi)勝利油田在東營(yíng)凹陷北部陡坡帶勘探過(guò)程中認(rèn)識(shí)到了溝-扇對(duì)應(yīng)關(guān)系，有效地指導(dǎo)了陡坡扇砂礫巖體的勘探。在渤海海域，古溝谷研究較為深入，常見(jiàn)的溝谷類型主要包括U型溝谷、V型溝谷、W型溝谷、單斷槽型和雙斷槽型，不同類型的溝谷具有不同的輸砂能力[31]。

在坡折帶控砂方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到，同沉積斷裂活動(dòng)導(dǎo)致的古地貌差異，尤其是傳遞帶斷層下降盤的古地貌低地對(duì)物源供給水系起著匯聚和引導(dǎo)作用。對(duì)于陸相斷陷盆地而言，常見(jiàn)的控砂型斷裂坡折帶一般包括平行斷階坡折、梳狀斷裂坡折、帚狀斷裂坡折、叉狀斷裂坡折和調(diào)節(jié)斷裂坡折。坡折帶控砂理論在渤海灣盆地進(jìn)行了大量的實(shí)踐應(yīng)用，取得了豐碩的勘探成果[32-36]。

陸相斷陷盆地中引入層序地層學(xué)的概念后，建立了陸相層序地層格架砂巖分布模式，在砂體預(yù)測(cè)中起到了重要的作用，對(duì)沉積學(xué)的發(fā)展和油氣勘探起到了巨大的推動(dòng)作用[37-39]。但目前關(guān)于層序控砂理論的認(rèn)識(shí)還局限于層序界面附近富砂，即低位域和高位域富砂，基準(zhǔn)面變化控制疊加樣式，即低位進(jìn)積、高位加積和湖泛退積。

隨著勘探工作的不斷深入與進(jìn)步，上述原理在復(fù)雜陸相斷陷盆地中的應(yīng)用均遇到了不同程度的問(wèn)題，例如溝和扇不一定對(duì)應(yīng)，坡折不一定控砂，低位域不一定富砂，這些單一的控砂作用研究很難揭示復(fù)雜陸相斷陷盆地的砂巖富集規(guī)律?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)仍然主要集中于單因素控砂機(jī)制研究，缺乏對(duì)物源、溝谷、坡折體系和沉積區(qū)特征等綜合性研究，尤其是對(duì)物源區(qū)巖性與范圍的恢復(fù)，同時(shí)也欠缺沉積物搬運(yùn)在空間與時(shí)間上匹配關(guān)系的研究，這些都是導(dǎo)致在實(shí)際勘探工作中儲(chǔ)層預(yù)測(cè)失敗的主要原因。

因此，將“源-匯”思想引入到陸相斷陷盆地沉積作用研究中來(lái)，把沉積物從剝蝕到搬運(yùn)、沉積的整個(gè)沉積動(dòng)力學(xué)過(guò)程看成一個(gè)完整的“源-匯”系統(tǒng)來(lái)探討砂巖的富集機(jī)理，強(qiáng)調(diào)“過(guò)程”與“機(jī)制”，是控砂機(jī)制研究的必然趨勢(shì)。

1.2.2 “山-溝-坡-面”—“源-匯”控砂理論的雛形

徐長(zhǎng)貴[40]在研究渤海海域古近系坡折帶對(duì)沉積體系的控制作用時(shí)提出，陸相斷陷盆地坡折帶是陸相斷陷盆地碎屑物質(zhì)的主要富集場(chǎng)所，但坡折帶是扇體發(fā)育的一個(gè)必要條件而不是充分條件，在坡折處形成扇體必須具備一個(gè)條件，即“山(有效物源)-溝(大型長(zhǎng)期侵蝕溝谷)-坡(古坡折體系)-面(層序界面)”的有效配置。“山-溝-坡”的有效配置決定了砂體在平面上的分布位置，層序界面決定了砂體發(fā)育的有利時(shí)期。在復(fù)雜的陸相斷陷盆地預(yù)測(cè)砂體，必須強(qiáng)調(diào)多因素控砂，不能片面強(qiáng)調(diào)某一單因素的作用?！吧?溝-坡-面”理論是“源-匯”思想在國(guó)內(nèi)油氣地質(zhì)勘探工作的首次實(shí)踐與運(yùn)用，也是陸相斷陷盆地“源-匯”控砂理論的雛形。

1.2.3 陸相斷陷盆地“源-匯”控砂理論的形成及沉積響應(yīng)模式的建立

徐長(zhǎng)貴[28]在“山-溝-坡-面”控砂理論的基礎(chǔ)上，首次提出了陸相斷陷盆地“源-匯”時(shí)空耦合控砂原理(圖2)，系統(tǒng)地對(duì)陸相斷陷盆地“源-匯”控砂理論進(jìn)行了闡述。物源區(qū)風(fēng)化剝蝕產(chǎn)生的碎屑物質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列的輸砂通道搬運(yùn)后，經(jīng)特定的時(shí)間與空間后沉積下來(lái)，構(gòu)成了一個(gè)完整的“源-匯”時(shí)空耦合控砂系統(tǒng)?！霸?匯”時(shí)空耦合系統(tǒng)包括有效物源體系、高效匯聚體系和基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)換體系。有效物源體系包括顯性物源體系和在時(shí)空上難以識(shí)別的隱性物源體系，高效匯聚體系由輸砂通道、坡折帶和碎屑物質(zhì)的可容納空間共同構(gòu)成，基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)換體系主要控制了一個(gè)層序內(nèi)砂體發(fā)育的時(shí)期，3個(gè)因素共同控制砂體的分布特征，缺一不可。

在“源-匯”時(shí)空耦合控砂理論的指導(dǎo)下，在渤海海域識(shí)別并總結(jié)出常見(jiàn)的8種富砂型“源-匯”系統(tǒng)(圖3)，分別是區(qū)域物源-盆源斜坡-三角洲砂體富集模式、局部物源-梳狀斷裂坡折帶-扇三角洲砂體富集模式、局部物源-同向消減型坡折-扇三角洲砂體富集模式、局部物源-軸向溝谷-辨狀三角洲砂體富集模式、復(fù)雜走滑帶砂體富集模式、局部物源-墻角型坡折-扇三角洲砂體富集模式、局部物源-走向斜坡-辨狀三角洲砂體富集模式和局部物源-陡坡帶-近岸扇砂體富集模式。

1.2.4 陸相斷陷盆地“源-匯”控砂理論在渤海海域油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中發(fā)揮了重要作用

在“源-匯”時(shí)空耦合控砂理論與技術(shù)體系的推動(dòng)下，渤海海域古近系儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成功率從40%提高到了80%，這不僅為推動(dòng)渤海古近系勘探做出了重要貢獻(xiàn)，對(duì)其他類似盆地沉積體系分析和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)也具有重要的借鑒意義。

遼西低凸起北段的錦州20-2北油田的發(fā)現(xiàn)完全得益于源-匯體系控砂理論及其技術(shù)方法。因?yàn)殄\州20-2北地區(qū)位于遼西低凸起的長(zhǎng)軸方向，一直以來(lái)，認(rèn)為該地區(qū)儲(chǔ)層不夠發(fā)育，早先周邊鉆井也沒(méi)有鉆遇良好的儲(chǔ)層，所以該構(gòu)造經(jīng)歷了20余年的勘探，沒(méi)有獲得油氣商業(yè)性發(fā)現(xiàn)。但是，在源-匯控砂理論的指導(dǎo)下，通過(guò)精細(xì)的層序地層分析，精細(xì)恢復(fù)了沙河街組二段沉積早期的隱性物源體系，并精細(xì)刻畫(huà)了長(zhǎng)軸方向的溝谷體系，識(shí)別了坡折體系，通過(guò)地震地質(zhì)一體化方法準(zhǔn)確識(shí)別出了沙二段優(yōu)質(zhì)砂體的分布(圖4)。

1.3 盆內(nèi)局部物源背景下“源-匯”系統(tǒng)越來(lái)越受到重視

在渤海海域古近系沉積作用的研究中，發(fā)現(xiàn)兩種類型的物源體系：一類是長(zhǎng)期存在的繼承性區(qū)域物源，包括盆地邊緣大型古陸、隆起區(qū)、古高地等；另一類是受多期走滑拉分作用影響，基底發(fā)生掀斜或走滑扭動(dòng)，在區(qū)域裂陷幕及次級(jí)裂陷幕之間的間歇期，于盆地內(nèi)部形成的眾多小型物源區(qū)，一般表現(xiàn)為小型古高地、凸起傾末端、低凸起、凹中低隆等次級(jí)正向地貌單元，在基準(zhǔn)面下降期，能夠暴露地表接受剝蝕，規(guī)模較小、存在時(shí)間較短。

圖2 陸相斷陷盆地“源-匯”時(shí)空耦合體系基本概念及空間關(guān)系示意圖[28]Fig.2 Schematic diagram showing the concept of the“Source-to-Sink” spatial and temporal coupled system and spatial relationship in continental rift basins[28]

圖3 渤海海域古近系“源-匯”時(shí)空耦合控砂模式[28]Fig.3 Sandstone distribution model in the spatial and temporal coupled “Source-to-Sink” system of the Palaeogene in the Bohai Sea[28]

圖4 源-匯控砂理論在渤海灣盆地錦州20-2地區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用Fig.4 Application of the“Source-to-Sink” theory in the reservoir prediction of Jinzhou 20-2 area,the Bohai Bay Basina.沙河街組(A井)綜合柱狀圖；b.沙河街組沉積充填剖面；c.“源-匯”系統(tǒng)示意圖

盆內(nèi)局部物源是指現(xiàn)今殘余規(guī)模較小，但能在特定的構(gòu)造位置和特殊的地史時(shí)期遭受剝蝕，并能夠形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的盆內(nèi)局部構(gòu)造區(qū)劃。而局部物源區(qū)以及依托局部物源區(qū)所形成的溝谷坡折、近源沉積扇體及其三者之間相互聯(lián)系互為驗(yàn)證的關(guān)系就構(gòu)成了“局部源-匯”體系，其中至關(guān)重要的問(wèn)題就是對(duì)局部物源特征與性質(zhì)的研究。

局部物源背景下砂體往往具有富集性發(fā)育特征，這是由于較小面積物源區(qū)不斷抬升，剝蝕能力在垂向上持續(xù)得到補(bǔ)充，下降盤可容納空間持續(xù)增加，砂體能夠多期不斷匯聚富集。同時(shí)，砂體整體呈“環(huán)物源分布、差異富集”的特征，由于溝谷體系和坡折體系輸砂能力存在差異，其周邊不同的構(gòu)造位置儲(chǔ)層發(fā)育程度差異性明顯，根據(jù)不同的源-溝(坡折)組合樣式，共總結(jié)劃分出6類砂體富集模式(圖3)。

基于上述局部物源體系創(chuàng)新認(rèn)識(shí)，集成建立了渤海海域盆內(nèi)局部物源富砂沉積儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)序列，在渤海油田古近系中深部勘探中獲得了顯著勘探成效，直接指導(dǎo)了一批大中型油氣田的勘探發(fā)現(xiàn)，多個(gè)傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)上的勘探禁區(qū)獲得油氣發(fā)現(xiàn)重大突破。

2 沉積體系“源-匯”分析技術(shù)新進(jìn)展

2.1 物源分析技術(shù)逐漸由單一方法向多方法綜合應(yīng)用發(fā)展

物源分析(provenance analysis)與“源-匯”計(jì)劃(S2S)都屬于“從地形到地質(zhì)記錄”這一大研究格局下的一部分[41]。物源分析研究通過(guò)對(duì)比潛在母巖區(qū)與沉積區(qū)的巖石成分來(lái)示蹤沉積物搬運(yùn)路徑。與S2S專題沉積體系研究不同，盆地物源分析研究出現(xiàn)較早，更多關(guān)注較長(zhǎng)時(shí)間尺度的地質(zhì)記錄，但研究重點(diǎn)同樣在“源”和“匯”兩個(gè)單元。

早期的物源分析集中在沉積物的成分特征上。以Dickinson為代表的QFL砂巖組分判別分析法[42-43]、以Rollinson為代表的元素分析法[44]及以Morton為代表的重礦物組合及重礦物指數(shù)分析法[45]等傳統(tǒng)物源分析法已相對(duì)成熟并在盆地物源分析中應(yīng)用廣泛。近年來(lái)，物源分析學(xué)科進(jìn)一步發(fā)展，沉積物碎屑鋯石U-Pb定年、礦物顆粒形態(tài)學(xué)、單礦物元素分析、Nd同位素分析等新的物源分析方法開(kāi)始被普及應(yīng)用于更多的研究區(qū)域[45-56]。

物源分析主要應(yīng)用于古物源區(qū)的恢復(fù)。Nie等對(duì)南美哥倫比亞Middle Magdlena Valley盆地潛在物源區(qū)進(jìn)行了調(diào)研和采樣分析[57]，采用了碎屑鋯石U-Pb定年、重礦物、Nd同位素及砂巖組分分析，再與盆地內(nèi)古新世-中新世的地層剖面取樣分析結(jié)果對(duì)比，重建了古地理格局、古源匯體系及其演化過(guò)程。對(duì)盆地“源”與“匯”系統(tǒng)化、多元化的物源分析手段最終重建了相對(duì)高分辨率的盆地物源演化史。多種方法綜合運(yùn)用排除了采用單一方法時(shí)難以忽略的化學(xué)風(fēng)化、沉積再循環(huán)等因素的影響，不但能夠再現(xiàn)研究區(qū)的主要物源變化，更能實(shí)現(xiàn)源區(qū)演化的定性描述，甚至可以識(shí)別出僅短暫出露過(guò)的古高地源區(qū)，即“匯-源-匯”的轉(zhuǎn)變過(guò)程。

多方法物源分析還可以應(yīng)用于古水系重建工作中。對(duì)比古構(gòu)造單元潛在物源區(qū)，綜合利用重礦物組合分析、重礦物指數(shù)分析、碎屑鋯石U-Pb定年分析、顆粒形態(tài)學(xué)分析及鋯石、電氣石單顆粒礦物元素分析等方法，從沉積區(qū)沉積物特征，倒推恢復(fù)古物源區(qū)，可以重建古水系分布，并進(jìn)一步應(yīng)用于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中。在少井的深水勘探前緣盆地，可以利用相對(duì)有效和相對(duì)低成本的重礦物、碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)等資料進(jìn)行物源和地層研究，進(jìn)而重建古水系，約束儲(chǔ)層砂巖分布[58]。

我國(guó)南海西部鶯歌海盆地、瓊東南盆地以及南海東部珠江口盆地，物源分析研究也已從起步階段的單一手段，逐步發(fā)展為多種物源分析手段綜合運(yùn)用，并且隨著對(duì)盆地內(nèi)部“匯”區(qū)沉積物分析程度提高，以上3個(gè)盆地均有不同程度的對(duì)盆地“源”區(qū)的研究開(kāi)展[19-25]。

總體而言，物源分析逐漸由單一方法向多方法綜合應(yīng)用發(fā)展，國(guó)際上開(kāi)始對(duì)“源”與“匯”同時(shí)開(kāi)展沉積物分析，通過(guò)“匯”的時(shí)間序列恢復(fù)“源”的古地理演化，重建古水系，而國(guó)內(nèi)的物源示蹤分析以確定物質(zhì)來(lái)源為主，欠缺對(duì)物源區(qū)演化的恢復(fù)。

2.2 “源-匯”分析從定性化研究逐漸向定量化研究發(fā)展

“源-匯”定量化研究的思想最先體現(xiàn)在剝蝕量與沉積物通量關(guān)系研究中，這類研究建立了“源”與“匯”之間的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系。渤海海域在石臼坨凸起東段開(kāi)展了“源-匯”系統(tǒng)內(nèi)基于剝蝕-沉積響應(yīng)的沉積儲(chǔ)層半定量預(yù)測(cè)工作。在剝蝕作用與沉積動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程分析的基礎(chǔ)上，利用巖礦、重礦物和微量元素等化驗(yàn)資料，以物源示蹤法進(jìn)行沉積體母巖巖性恢復(fù)和地質(zhì)年代限定，進(jìn)行剝蝕-沉積關(guān)系的定性恢復(fù)(圖5)，并借助三維地震及井資料，計(jì)算沉積體砂礫巖量，通過(guò)剝蝕地層恢復(fù)計(jì)算剝蝕量，最終建立起了剝蝕與沉積響應(yīng)的半定量關(guān)系(圖6)，并形成相應(yīng)的技術(shù)序列，首次實(shí)現(xiàn)渤海古近系中深部沉積儲(chǔ)層半定量預(yù)測(cè)。

上述研究建立了“源”與“匯”之間的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系，而沒(méi)有考慮造成“源”與“匯”對(duì)應(yīng)關(guān)系的過(guò)程以及機(jī)制，這似乎又忽略了“源-匯”思想所強(qiáng)調(diào)的“過(guò)程”

性。因此，對(duì)于沉積物搬運(yùn)與沉積的定量化研究應(yīng)該貫穿于“源-匯”系統(tǒng)的每一個(gè)階段，渤海海域也逐漸開(kāi)始重視并嘗試探索“源-匯”沉積過(guò)程中某一階段的定量化研究。在運(yùn)用“源-匯”思想對(duì)渤海海域沙壘田凸起圍區(qū)古近系進(jìn)行沉積體系研究時(shí)，首先明確了不同類型溝谷、坡折體系的性質(zhì)與發(fā)育特征，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步嘗試探索扇體面積與溝谷截面積、邊界條件、匯水區(qū)面積之間的定量化關(guān)系。雖然難于形成對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，但仍初步建立了“源-匯”響應(yīng)關(guān)系的定量化表征方法，得出了“源-匯”系統(tǒng)各要素與扇體展布面積之間的匹配關(guān)系：溝谷截面積指數(shù)大，斷坡寬緩，形成源區(qū)匯水面積大，扇體面積相應(yīng)較大；溝谷截面積指數(shù)小，斷坡限制性強(qiáng)，源區(qū)匯水面積小，扇體面積相應(yīng)較小。

圖5 渤海灣盆地石臼坨凸起東段剝蝕-沉積過(guò)程平面演化Fig.5 Plane view of the evolution process of erosion to deposition in Shijiutuo Uplift,the Bohai Bay Basina.孔店組—沙河街組四段；b.沙河街組三段；c.沙河街組一段二亞段；d.現(xiàn)今沉積與物源區(qū)殘留巖性特征

圖6 剝蝕與砂礫巖沉積定量關(guān)系Fig.6 Quantitative correlation between erosion and glutenite deposition

隨著地質(zhì)學(xué)科的發(fā)展以及實(shí)際勘探工作的需求，對(duì)于沉積過(guò)程的定量化研究逐漸成為必然的趨勢(shì)?！霸?匯”系統(tǒng)的研究也是如此，系統(tǒng)中各體系的定量化表征以及相互之間定量匹配關(guān)系研究，決定了沉積體與儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)的最終實(shí)現(xiàn)。

2.3 物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬廣泛應(yīng)用于 “源-匯”約束下的沉積過(guò)程再現(xiàn)

沉積過(guò)程的正演模擬一般包括兩種方法，即物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M與計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模擬。兩種方法均是以既定的地質(zhì)認(rèn)識(shí)為約束條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而利用得出的結(jié)果來(lái)驗(yàn)證認(rèn)識(shí)的正確性。

2.3.1 物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M

國(guó)內(nèi)對(duì)于沉積過(guò)程的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M，主要針對(duì)沖積扇、三角洲、扇三角洲、河道和重力流等沉積體系[29-67]，對(duì)其約束條件的設(shè)置一般包括宏觀沉積地形、水流強(qiáng)度、物源供給強(qiáng)度和湖平面變化等。除上述一些典型沉積相的模擬實(shí)驗(yàn)外，我國(guó)學(xué)者也開(kāi)展了一些其他探索，如沉積坡折帶控砂模擬實(shí)驗(yàn)研究[68]。通過(guò)這些沉積物理模擬實(shí)驗(yàn)，不僅可以更直觀地了解沉積相的形成發(fā)展過(guò)程，豐富理論知識(shí)，也能對(duì)沉積相帶的時(shí)空分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，指導(dǎo)油氣勘探。

但現(xiàn)今的模擬實(shí)驗(yàn)只是通過(guò)諸如活動(dòng)底板的升降來(lái)模擬構(gòu)造沉降，通過(guò)沉積物供應(yīng)參數(shù)的變化來(lái)反映物源差異，通過(guò)水流量的大小來(lái)反映氣候變化，而且多為單因素作用下的沉積過(guò)程模擬，因此只能對(duì)簡(jiǎn)單的沉積過(guò)程進(jìn)行重現(xiàn)。然而，自然界中的沉積過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，往往受多種復(fù)雜地質(zhì)控制因素共同影響，并且在不同時(shí)期的沉積過(guò)程中，這些因素具有動(dòng)態(tài)的變化特征，所以很多因素(如物源隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化、不同類型坡折帶的演化)都無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬。

2.3.2 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬

相較于物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M，沉積計(jì)算機(jī)數(shù)值模具有高效低成本的特點(diǎn)，并且不受比例尺和實(shí)驗(yàn)室條件限制，可以排除人為影響，大大減小原型和模型之間的差異性。沉積數(shù)值模擬建立在對(duì)沉積過(guò)程定量化分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)古地貌恢復(fù)，得到相對(duì)真實(shí)的沉積背景。對(duì)剝蝕期次的劃分與剝蝕量的恢復(fù)，可以確定物源供給參數(shù)。湖平面變化曲線的建立可以提供定量的可容空間變化參數(shù)。對(duì)輸砂(溝谷、坡折)體系特征的地質(zhì)研究則可確定沉積物的搬運(yùn)方式。綜合以上各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算模擬，可以建立少井條件下沉積體的分布模式。近年來(lái)，運(yùn)用上述方法，渤海海域在遼中凹陷、石臼坨凸起傾末端、黃河口凹陷西南緩坡帶以及渤中28-34等構(gòu)造區(qū)進(jìn)行了大量的沉積模擬工作，取得了很好的效果，為海上少井條件下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與目標(biāo)優(yōu)選提供了有力支持。

物理模擬是數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，并可驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。反過(guò)來(lái)，數(shù)值模擬在一定程度上又能指導(dǎo)物理模擬，兩者相輔相成，相互補(bǔ)充，相互促進(jìn)?，F(xiàn)在已有很多模擬研究將兩者結(jié)合起來(lái)，并取得了很好的成果[69-71]，物理模擬與數(shù)值模擬的日益結(jié)合無(wú)疑仍是未來(lái)沉積模擬技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

3 沉積體系“源-匯”研究未來(lái)發(fā)展方向

國(guó)內(nèi)外“源-匯”系統(tǒng)研究在大陸邊緣沉積過(guò)程研究取得了豐碩的成果，陸相斷陷盆地“源-匯”控砂理論在勘探實(shí)踐中也得到了良好運(yùn)用，但總體而言，“源-匯”系統(tǒng)研究仍處于初級(jí)階段，未來(lái)仍需不斷的深入探索與應(yīng)用。沉積體系“源-匯”研究主要有以下幾方面發(fā)展趨勢(shì)。

1) 重視物源體系研究

物源是“源-匯”系統(tǒng)的物質(zhì)來(lái)源，也是“源-匯”研究的根本。對(duì)物源體系的研究趨勢(shì)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是多種方法綜合應(yīng)用，進(jìn)行有效的物源示蹤分析，排除單一方法的缺陷，準(zhǔn)確地恢復(fù)地質(zhì)歷史時(shí)期“源”區(qū)巖性序列；二是對(duì)物源區(qū)進(jìn)行精細(xì)層序地層分析，重建物源區(qū)分布范圍與地層演化模式。

2) 定量化儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

運(yùn)用“源-匯”思想進(jìn)行定量?jī)?chǔ)層預(yù)測(cè)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向。要達(dá)到定量的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，就必須完成以下3項(xiàng)工作：第一，較為準(zhǔn)確地計(jì)算物源區(qū)在某一地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)的剝蝕量；第二，通過(guò)精確的古地貌恢復(fù)，測(cè)量地質(zhì)時(shí)期古地貌(溝谷、坡折)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)匯聚體系的定量化表征；第三，精確計(jì)算同時(shí)期內(nèi)沉積體體積。在此基礎(chǔ)上，最終建立剝蝕-搬運(yùn)-沉積整個(gè)過(guò)程的定量響應(yīng)關(guān)系，達(dá)到定量化儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的目的，并以此推動(dòng)陸相斷陷盆地的精細(xì)勘探。

3) 多學(xué)科、多方法融合

“源-匯”系統(tǒng)是極其復(fù)雜的過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究需要涉及地球化學(xué)、古構(gòu)造恢復(fù)、層序地層學(xué)分析、沉積學(xué)分析等等，隨著研究程度的深入，會(huì)有越來(lái)越多的學(xué)科被應(yīng)用到“源-匯”系統(tǒng)的研究中。

4) 過(guò)程化與機(jī)制化研究

“源-匯”系統(tǒng)是沉積物剝蝕-搬運(yùn)-沉積的一個(gè)完整的過(guò)程，將研究集中于“源”或者“匯”兩個(gè)端元，已經(jīng)無(wú)法滿足研究需求，因此，需要將其作為整體，對(duì)沉積物的搬運(yùn)的全過(guò)程進(jìn)行研究；同時(shí)，沉積物在“源-匯”系統(tǒng)每個(gè)階段中的產(chǎn)生與輸送，都具有一定觸發(fā)與搬運(yùn)機(jī)制，只有明確各階段內(nèi)不同的沉積物分散機(jī)制，才能準(zhǔn)確掌握沉積物的分布規(guī)律，從而達(dá)到預(yù)測(cè)沉積體與儲(chǔ)層的目的。

5) 油氣勘探工業(yè)化應(yīng)用將形成標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

在油氣勘探中，“源-匯”系統(tǒng)在之前的發(fā)展都局限在理論與技術(shù)方法探索以及局部地區(qū)的應(yīng)用，沒(méi)有形成工業(yè)化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，隨著這一理論方法在油氣勘探儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的廣泛應(yīng)用，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，一定要形成相對(duì)應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，油氣勘探中的常規(guī)沉積體系編圖將逐漸被“源-匯”系統(tǒng)編圖所替代。

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(編輯 張玉銀)

New advances of the “Source-to-Sink” system research in sedimentary basin

Xu Changgui,Du Xiaofeng,Xu Wei,Zhao Meng

(TianjinBranch,CNOOCLimited,Tianjin300459,China)

The “Source-to-Sink” system has been the focus of sedimentology research in recent years.In this paper，new research advances of “Source-to-Sink” at home and abroad are systematically reviewed,research methods and multi-methods integrated analysis technologies of the“Source-to-Sink” system are summarized and research trends are predicted.The “Source-to-Sink” system in continental margin basins focuses on the drivers of sedimentary event and transportation process,while in complex continental rift basins,principle of temporal-spatial coupled “Source-to-Sink” sandstone control and corresponding sandstone distribution models have been innovatively established.The “Source-to-Sink” research also focuses on application of multiple methods in sediment tracing to reveal paleo-provenance and reconstruct paleo-drainage.For the “Source-to-Sink” system in a provenance of continental rift basins,detailed analysis of sequence stratigraphy in potential eroded zone recovers the initial features of disappeared provenance in geological history.Quantitative characterization of the elements in the“Source-to-Sink” system and quantitative reservoir prediction has been under study,and establishment of quantitative relationship from source to sink is the final purpose.Sedimentary process simulation under the quantitative constraint provides significant support to reservoir prediction in sparse wells conditions.The research trends of “Source-to-Sink” include the following aspects:to improve provenance system research,to experiment on quantitative reservoir prediction,to combine multiple subjects and methods,to emphasize on process and mechanism analysis,and to form industrial application standard.

Source-to-Sink,provenance tracing,principle of spatial-temporal coupled sandstone control,regional provenance,quantification,sedimentary simulation,continental margin basin,continental rift basin

2016-08-03;

2016-11-13。

徐長(zhǎng)貴，男，(1971—)，博士、教授級(jí)高級(jí)工程師，石油地質(zhì)與勘探。E-mail:xuchg@cnooc.com.cn。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023-002)。

0253-9985(2017)01-0001-11

10.11743/ogg20170101

TE121.3

A