張昌民，張祥輝，朱 銳，馮文杰，尹太舉，尹艷樹，Adrian J.HARTLEY

（1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100；2.阿伯丁大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，英國 蘇格蘭 阿伯丁 AB24 3UE）

0 引言

“十四五”及以后的相當(dāng)長時期，中國油氣勘探將以深層、前陸沖斷帶和非常規(guī)等領(lǐng)域為重點，高成本成為制約油氣勘探開發(fā)的瓶頸［1-2］。隨著鉆探成本和勘探風(fēng)險不斷增加，對盆地規(guī)模、沉積體系規(guī)模和儲層砂體規(guī)模的儲集特征等的預(yù)測提出了更高的要求，但現(xiàn)有的儲層沉積模式一般以沖積扇、辮狀河、曲流河和三角洲等單個沉積單元為主體，較少關(guān)注各單元之間的相互聯(lián)系，在表征盆地范圍內(nèi)沉積體系的展布規(guī)律等方面存在明顯的不足，亟需創(chuàng)新發(fā)展。分支河流體系（distributive fluvial system，以下簡稱DFS）是從一頂點呈放射狀展布的河流沉積［3-4］，該概念以聯(lián)系的、系統(tǒng)的思維重新審視陸相盆地沉積體系格局，建立新的沉積模式，為預(yù)測儲層沉積體系展布和非均質(zhì)性提供了新思路。應(yīng)用DFS 的理念可以將分布在盆地邊緣、盆地中部及中心等不同部位的礫巖、砂巖和泥頁巖儲層聯(lián)系成一個有機整體，建立儲層預(yù)測模型，為闡明各類儲層之間的聯(lián)系和定量預(yù)測各類儲層的分布提供理論依據(jù)，為儲層沉積學(xué)創(chuàng)新發(fā)展提供新理念。當(dāng)前，油氣勘探開發(fā)技術(shù)正走向與大數(shù)據(jù)和人工智能相結(jié)合的發(fā)展道路［5-6］，DFS 研究著眼于盆地范圍沉積體系的展布規(guī)律和定量預(yù)測，符合油氣勘探開發(fā)向大數(shù)據(jù)和智能化發(fā)展的新趨勢，并有可能將儲層建模技術(shù)從油氣田開發(fā)階段推廣應(yīng)用于油氣勘探階段，提高儲層預(yù)測的精度，促進降本增效，解決制約油氣勘探開發(fā)的“卡脖子”難題。

由于DFS 潛在的沉積學(xué)和油氣勘探意義，這一概念自提出以來就受到國內(nèi)學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注［7-8］。張昌民等［9-10］介紹了DFS 基本概念及其對油氣勘探開發(fā)的意義；張元福等［11］對國際上關(guān)于河流扇的最新進展和爭議進行了綜述，將DFS 作為河流扇的同義詞，認為河流扇的研究將豐富傳統(tǒng)的沉積學(xué)認知，對現(xiàn)代河流扇體系的研究將在水利建設(shè)、環(huán)境評估、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防等方面具有一定意義，而對古代河流扇沉積的研究將為油氣儲集層研究提供新的思路；石雨昕等［12］研究了新疆博斯騰湖北緣現(xiàn)代沖積扇與扇三角洲平原分支河流體系；張祥輝等［13-14］和黃若鑫等［15］對河西走廊盆地、蘇干湖盆地、塔里木盆地柯坪地區(qū)發(fā)育的現(xiàn)代DFS 進行了測量；何苗等［16］研究了東海盆地花港組的分支河流體系；李相博等［17］用河流扇的觀點解釋了鄂爾多斯盆地延長組“滿盆砂”的成因；張金亮［18］認為鄂爾多斯盆地發(fā)育大型河流扇（DFS）沉積，并提出了新的沉積模式。然而，由于DFS與已有的河流沉積學(xué)概念和研究方法存在一定的交叉，這一概念也受到一些質(zhì)疑。同時，DFS 研究還處于初期階段，目前還沒有建立系統(tǒng)的沉積模式，缺乏典型的DFS 研究范例和建模方法。因此，有必要對其概念的內(nèi)涵及其在沉積學(xué)理論發(fā)展和油氣勘探開發(fā)應(yīng)用方面的潛力做進一步分析，推動這一研究領(lǐng)域的發(fā)展。

在大量文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，從理論和應(yīng)用的角度對一些DFS 概念相關(guān)問題進行探討，分析DFS 對陸相盆地儲層沉積學(xué)發(fā)展的理論意義及其在陸相盆地資源挖潛中的應(yīng)用前景，以期消除該方面研究中的疑慮和爭論，為油氣勘探開發(fā)提供新的理論支持。

1 DFS 研究進展

1.1 概念之爭

Weissmann 等［3］首次提出DFS 是河流從某一頂點開始進入盆地并呈放射狀展布的沉積體系，通常也被稱為沖積扇、洪積扇和巨型扇，并指出盆地內(nèi)大多數(shù)河道都分布在DFS 上。同年，Hartley 等［4］公布了對全球724 個沉積盆地DFS 的測量結(jié)果，并對其中415 個大型DFS 進行了統(tǒng)計，指出沉積盆地中發(fā)育的DFS 的規(guī)模、數(shù)量、表面坡度和水系形態(tài)等受盆地構(gòu)造、氣候以及流域大小、源區(qū)母巖性質(zhì)等盆地外部和內(nèi)部因素共同控制，DFS 是指呈放射狀分布的分支河道模式，但這些分支河道并不都有流水活動，也并非所有的DFS 都呈扇形。Hartley 等［4］還提出了識別現(xiàn)代DFS 的6 項特征和判別DFS 終端的4 個標(biāo)準(zhǔn)。6 項特征：①有一個明顯的頂點，從此開始河道體系（包括活動的和廢棄的）向下游分汊；②以頂點為中心發(fā)育斜坡，斜坡向側(cè)向和下游傾斜；③與DFS 相關(guān)的河流一般呈現(xiàn)分流特征，常常分汊形成更小的河道；④沒有其他支流水系連接到頂點之下的DFS 中；⑤遠離頂點發(fā)育分汊或弧形廢棄河道；⑥徑向長度大于30 km。判別DFS 終端的4 個標(biāo)準(zhǔn)：①DFS 河道與其他支流河道交匯，即進入其他支流水系；②DFS 末端匯合形成一條主河道或DFS 的主河道演變?yōu)檩S向體系，水流轉(zhuǎn)為垂直于DFS 上水流方向流動；③末端與盆地軸向的河流體系匯合；④DFS 的主河道與海岸線或沙漠邊緣相交，在盆地的海岸、湖泊、干鹽湖或沙漠邊緣終止。Weissmann 等［19］在后續(xù)的研究中對這些特征進行了總結(jié)，提出了進積型DFS 沉積模式（圖1）。

圖1 DFS 的沉積環(huán)境平面分布模式（a）及進積序列的橫剖面預(yù)測（b）（據(jù)文獻［19］修改）Fig.1 Ideal model of planimetric depositional environmental distribution of DFS（a）and ideal vertical succession of progradational DFS sequence（b）

DFS 概念提出后受到一些質(zhì)疑［20-21］，最具代表性的是Fielding 等［21］對DFS 相關(guān)概念提出了批判性的評論，其主要觀點概括如下：①“分支”這個術(shù)語將不同時間形成的向下游呈放射狀分布的河道體系及其物理過程和沉積記錄整合到一起，沒有分類學(xué)意義；②因為已經(jīng)存在“分流（distributary）”一詞，并定義為“一條河流從主干流出而且不再返回主干河道”，再使用“分支（distributive）”一詞是多余的，況且這一術(shù)語并沒有出現(xiàn)在任何字典或地質(zhì)術(shù)語表中；③一個新術(shù)語應(yīng)該是對一種新現(xiàn)象的描述并有具體的科學(xué)意義，但學(xué)者們已經(jīng)提出了“分流體系（distributary river system）”的概念，“分支河流體系（distributive fluvial system）”這個術(shù)語既不新也不是范式；④DFS 的放射狀水道與決口水道和非DFS 河道難以區(qū)分；⑤目前還沒有可供野外露頭描述中識別古代DFS 的確定性地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而且在文獻中很少有公開的古代DFS 描述；⑥扇上水道往往不是分支河道形態(tài)或放射狀，有可能平行分布，通常是一條或幾條大河主導(dǎo)扇體沉積作用；⑦一些沉積體系是在不同的地貌環(huán)境下發(fā)育形成的扇狀形態(tài)，其形成過程和沉積特征不具有統(tǒng)一性；⑧衛(wèi)星圖像關(guān)于分支河道的影像存在假象，雨季和旱季的沉積體系差異很大；⑨使用谷歌地球圖像來識別河流樣式只是時間上的快照，難以區(qū)分地貌單元之間的時間聯(lián)系，而且僅捕捉了現(xiàn)代河流的二維形態(tài)，只反映了第四紀(jì)沉積物的表層現(xiàn)象，難以提供沉積體的規(guī)模、地層和內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)等信息；⑩Weissmann等［3］提出“DFS 是所有陸相沉積盆地中主導(dǎo)的沉積模式”這一結(jié)論未經(jīng)證實，存在統(tǒng)計錯誤。這10 項批評在河流沉積學(xué)界引起了重要的反響，在一定程度上抑制了DFS 概念的傳播。然而，認真分析發(fā)現(xiàn)第1條所否定的恰恰是DFS 概念的優(yōu)點，DFS 概念用連續(xù)的而不是斷續(xù)的，聯(lián)系的而不是孤立的觀點來看待不同河道體系及其物理過程和沉積記錄；第2 條和第3條實際上混淆了分流河道和分支河道的差異；第4 條和第5 條是DFS 研究需要開展的內(nèi)容，不能將目前還沒有成熟的沉積模式作為概念本身的缺陷，任何沉積模式都是經(jīng)過長期研究不斷完善的；第6 條關(guān)于河道形態(tài)和分布樣式的批評不影響對DFS 放射狀分支河道的論述，任何DFS 上都不可能發(fā)育標(biāo)準(zhǔn)的放射狀水系，就像任何扇狀體系不可能是標(biāo)準(zhǔn)的扇形一樣；第8 和第9 條其實是對將今論古基本原理的否定；第10 條否定了“DFS 是所有陸相沉積盆地中主導(dǎo)的沉積模式”這一論斷，但即使DFS 不能成為所有盆地中主導(dǎo)的沉積體系，也并不影響DFS 體系本身的存在。

Hartley 等［22］和Weissmann 等［23］對學(xué)術(shù)界提出的質(zhì)疑進行了回復(fù)，并持續(xù)開展DFS 現(xiàn)代和古代沉積研究［24-25］，推動了DFS 研究的發(fā)展。近十年來，DFS 研究在現(xiàn)代沉積［12-15］、露頭解剖［26-27］、地下地質(zhì)分析［16-18］甚至行星沉積學(xué)［28-29］等領(lǐng)域全面展開，研究方法和理論成果日趨系統(tǒng)化，逐漸顯露出這一概念的科學(xué)特質(zhì)和應(yīng)用價值［30］。目前最重要的不應(yīng)是持續(xù)爭論如何命名，而應(yīng)積極挖掘DFS 的科學(xué)內(nèi)涵，開展現(xiàn)代和古代DFS 實例分析，完善DFS 的識別標(biāo)志，形成研究工作流程，探討其應(yīng)用價值。

1.2 DFS 與沖積扇、辮狀河、曲流河等沉積體系的關(guān)系

質(zhì)疑分支河流體系的理由之一是認為該術(shù)語與已有的沖積扇和河流扇產(chǎn)生了重復(fù)，然而這是對DFS 的誤解。Weissmann 等［3］和Hartley 等［4］明確提出DFS 包括沖積扇、河流扇和巨型扇，DFS 不排斥已有的沉積相概念，而是對相似沉積相和沉積體系的概括?；仡櫤恿鞒练e學(xué)的歷史，有關(guān)河流、沖積扇、河流扇、巨型扇和DFS 的概念都是隨著學(xué)科的發(fā)展不斷積累完善的，從河型分類到曲流河、辮狀河和網(wǎng)狀河等沉積模式的建立，正是一個個新概念的出現(xiàn)才促進了河流沉積學(xué)的發(fā)展。以沖積扇沉積學(xué)為例，自Drew［31］研究沖積扇沉積以來，一般認為沖積扇上主要發(fā)育泥石流沉積、辮狀河道沉積、篩積物和片流沉積等4 種沉積物，扇體規(guī)模（半徑）小于10 km［32-33］。20 世紀(jì)80 年代，Galloway等［34］將沖積扇劃分為干扇和濕扇，后來又根據(jù)水動力條件劃分出泥石流扇、河流扇和片流扇［35］，Stanistreet 等［36］提出了泥石流扇、辮狀河扇（低彎度河流扇）和曲流河扇，但仍然使用沖積扇的概念。當(dāng)研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的沉積模式已經(jīng)難以解釋大型扇狀體系的沉積過程和沉積特征時，Blair 等［33］提出沖積扇半徑一般小于10 km，半徑大于10 km 的扇狀體系應(yīng)該稱為河流或者河流扇（rivers or river called fans），之后河流扇、巨型扇（megafan）［37-39］、大型河流扇（large fluvial fan）［40］、大型洪積扇（alluvial megafan）［41］等概念不斷涌現(xiàn)。20 世紀(jì)70 年代還出現(xiàn)了末端扇［42-44］。由于大量的研究積累，沖積扇沉積學(xué)和河流沉積學(xué)不斷發(fā)展新的研究領(lǐng)域，并從相互獨立的分支逐漸走向融合。

Hartley 等［4］吸收了以往學(xué)者們對扇狀體系類型的認識，提出分支河流體系包括最大規(guī)模的巨型扇（半徑大于100 km），較大規(guī)模的河流扇（半徑為30～100 km）以及小規(guī)模的沖積扇（半徑小于30 km）。這一觀點不僅指出了巨型扇、河流扇和沖積扇之間的差異，更重要的是發(fā)現(xiàn)了這些沉積體系之間的共同特征。DFS 這一術(shù)語強調(diào)放射狀河道體系的共同特征，在此基礎(chǔ)上討論DFS 上河道類型的演變，探討不同沉積體系和沉積相的成因及其展布規(guī)律，促進了河流沉積學(xué)和沖積扇沉積學(xué)的融合和創(chuàng)新。DFS 與曲流河、辮狀河等術(shù)語非同一內(nèi)涵層次的詞，不能把DFS 理解為一種新的河道類型。大型DFS 表面一般發(fā)育多河型的河道，從上游往下游發(fā)生有規(guī)律的河型演變，形成獨特的DFS 河道網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了DFS 沉積體系格架。以喜馬拉雅山南坡上發(fā)育的DFS 為例，發(fā)育曲流河、辮狀河以及河道間泛濫平原濕地和湖泊，眾多活動的和不活動的河道構(gòu)成了DFS 的河道網(wǎng)絡(luò)（圖2）。要研究DFS 的沉積相分布和砂體結(jié)構(gòu)，必須首先分析單個河道的沉積特征及其發(fā)育的砂體特征。因此，研究DFS 不是放棄對曲流河、辮狀河等各種河道的探索，而是要更加深入探討不同沉積相類型和不同類型河道沉積砂體之間的聯(lián)系，探索由DFS 頂點到末端河流砂體及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，為預(yù)測有利儲層和儲層非均質(zhì)性提供理論依據(jù)。

圖2 喜馬拉雅山南坡上發(fā)育的DFS 衛(wèi)星圖Fig.2 DFS developed on the southern slope of Himalayas

1.3 河道網(wǎng)絡(luò)和河型轉(zhuǎn)換

砂體分布是油氣勘探關(guān)注的重要問題。當(dāng)探井鉆遇有利的河道砂體之后，勘探評價需要進一步預(yù)測是否存在新的砂體以及各砂體的展布方向、延伸長度、形態(tài)、規(guī)模和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化趨勢等，為后續(xù)勘探和開發(fā)奠定地質(zhì)基礎(chǔ)。按照傳統(tǒng)的沉積相分析方法，只能對所鉆遇的砂體類型和規(guī)模進行一定預(yù)測，難以預(yù)測在橫向上和縱向上是否發(fā)育其他砂體，也難以預(yù)測砂體形態(tài)和結(jié)構(gòu)的遠距離變化。DFS 理論的優(yōu)點在于強調(diào)辮狀河、曲流河、三角洲等沉積單元在平面上的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)換，建立沉積體系各單元間的定量關(guān)系。

預(yù)測新砂體及其分布涉及河流沉積學(xué)的2 個主要問題，一是建立DFS 河網(wǎng)模型，二是建立河床（道）演變的定量模型。Hartley 等［4］將DFS 的河道體系歸納為6 種模式，并認為隨著向DFS 下游河流流量變小、河床運輸能力減弱，河道總體上具有寬度和深度均變小的趨勢。Weissmann 等［19］指出DFS近端主要發(fā)育低彎度辮狀河道，DFS 中部河道分汊加強，DFS 遠端河道持續(xù)分汊并發(fā)育大面積廢棄河道。還有大量研究關(guān)注河道沿流程的變化［45-46］，但關(guān)于古代沉積記錄中河道網(wǎng)絡(luò)和河型演變的研究目前還很缺乏，理論和方法還不成熟。

建立DFS 的河網(wǎng)模型可以借鑒河流地貌學(xué)中關(guān)于流域河網(wǎng)建模的理論和技術(shù)。河網(wǎng)形態(tài)學(xué)用Horton 定律分析流域的河道分布規(guī)律［47］（圖3），認為不同級別的河道及下一級別河道的數(shù)量之間符合一定的比值，這一定律可以拓展應(yīng)用于建立不同級別河道長度和面積模型。Horton 定律產(chǎn)生于對匯流體系的描述，也被嘗試應(yīng)用于建立DFS 的河網(wǎng)模型［48］。在DFS 現(xiàn)代沉積研究中，可以借鑒Horton定律，運用GⅠS 建立基于河網(wǎng)空間形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的河網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型［49］，基于數(shù)字高程模型和利用ArcGⅠS 軟件平臺構(gòu)建流域等方法提取河網(wǎng)模型［50］。

圖3 美國加州馬林縣河網(wǎng)分布（a）與田納西州Daddy 河支流數(shù)目、長度及灌溉面積與河流級別的關(guān)系（b）（據(jù)文獻［47］修改）Fig.3 Channel-network in Marin County，California，USA（a）and the relationship between the number，length and irrigation area of the tributaries of the Daddy River in State of Tennessee and the tributary grade（b）

盡管河型的多樣性和相互轉(zhuǎn)化是普遍現(xiàn)象［51-52］，但在沉積相分析中學(xué)者們還是習(xí)慣用單一河型來分析研究對象，對河型的沿程變化關(guān)注不夠。近年來有學(xué)者關(guān)注河型轉(zhuǎn)換的沉積學(xué)問題［53-54］，但目前表征地質(zhì)記錄中河型演變的理論依據(jù)和定量技術(shù)還不夠成熟。要建立可用于古代沉積物的河型轉(zhuǎn)換模型，需要借鑒水利學(xué)和河流地貌學(xué)領(lǐng)域河床演變的理論成果，還需要開展大量現(xiàn)代沉積和露頭調(diào)查，建立DFS 形態(tài)規(guī)模、河網(wǎng)結(jié)構(gòu)、河型演變、相帶轉(zhuǎn)換、沉積結(jié)構(gòu)和砂體形態(tài)等沉積特征參數(shù)的定量關(guān)系模型，并注重用聯(lián)系的、定量的觀點分析各沉積單元之間的關(guān)系，建立新的陸相盆地沉積模式。

1.4 沉積模式

沉積相模式是沉積環(huán)境的概括。建立沉積相模式是對古代和現(xiàn)代沉積環(huán)境的特征、規(guī)模、非均質(zhì)狀況及其控制因素的綜合化，目的是通過收集不同沉積環(huán)境的現(xiàn)代沉積和巖石特征，將這些特征進行綜合形成模式并用來判別沉積環(huán)境。曲流河側(cè)向加積模式、辮狀河的垂向?qū)有蚰Ｊ健⒕W(wǎng)狀河的江心洲模式以及眾多的沖積扇、三角洲沉積等陸相和海相沉積模式已經(jīng)成熟并廣為應(yīng)用，但DFS沉積模式還在探索之中。

Weissmann 等［3］提出的分流和匯流盆地河道分布樣式可以作為最早的DFS 沉積模式，但該模式僅表達了DFS 河道的分汊和匯合樣式，缺乏沉積特征和其他沉積環(huán)境信息，尚不具備沉積學(xué)指導(dǎo)意義。Weissmann 等［23］認為DFS 遠端通常由濕地和洪泛平原沉積包圍的孤立河道組成；中段河道規(guī)模較大、土壤排水相對良好；近端顯示了大規(guī)模疊置河道帶與少量土壤沉積。隨著沉積盆地的氣候、濕地和季節(jié)性濕潤程度變化，DFS 不斷進積，遠端沉積物可能被排水良好的中段沉積物覆蓋，后者又被疊置河道帶沉積物覆蓋，由此形成向上粒度變大的沉積演化序列。這一模式從輪廓上看與經(jīng)典的沖積扇模式非常相似，但不再強調(diào)泥石流、篩積物和大面積的片流沉積，而河流沉積成為這一模式的主體。Hartley 等［55］進一步細化了DFS 沉積模式，更詳細地刻畫了DFS 河道形態(tài)和垂向砂體結(jié)構(gòu)特征（圖4），并將DFS 沉積模式用于儲層非均質(zhì)性解釋，指出了DFS 上儲層砂體結(jié)構(gòu)、砂地比、砂體寬深比的變化規(guī)律。

圖4 DFS 河道分布、沉積環(huán)境特征（a）及其進積形成的地層層序和砂體結(jié)構(gòu)模式（b）（據(jù)文獻［25］修改）Fig.4 DFS channel distribution，sedimentary environment characteristics（a）and its progradational stratigraphic model with sand body architectural characteristics（b）

一些新的DFS 沉積模式認識正在形成。Davidson 等［56］提出了3 種地貌單元模式：①以阿富汗Harut 河、阿拉斯加Canning 河、玻利維亞Parapeti河和我國黑河為代表的辮狀分汊型DFS 體系，河道坡降較大，主干辮狀河道向下游分汊形成曲流河道，從頂端至末端，河道彎曲度增加幅度最大。②以澳大利亞Gregory 河、俄羅斯Kur 河、納米比亞Zambezi 河和我國葉爾羌河為代表的多分支網(wǎng)狀DFS 體系（multi-thread anabranching DFS），以多條線狀河道為特征向下游方向逐漸發(fā)生分汊，河道彎曲度向下游增大。③以伊拉克Euphrates 河、巴西Paraguay 河和阿富汗Helmand 河為代表的高彎單河道分支DFS 體系，以單個線狀河道為主的曲流河向下游方向分汊形成不同彎曲度的小型河道。這3 種DFS體系均發(fā)育不同數(shù)目的分支河道、泛濫平原、沼澤濕地、暫時性湖泊、廢棄河道、廢棄沙壩和風(fēng)成沙丘等沉積微相，各微相發(fā)育的位置也存在差異。在古代DFS研究方面，美國西南部上侏羅統(tǒng)莫里森組鹽洗段（Salt Wash）是目前研究最為深入的DFS 沉積體系，長度超過500 km，面積達8×104km2，是目前發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的DFS 體系。Owen 等［57］結(jié)合露頭和地下地質(zhì)信息對其巖石特征、微相類型、沉積層序、砂體結(jié)構(gòu)等進行了系統(tǒng)地分析，從砂巖的含量、疊置河道砂體所占的比例、泛濫平原所占的比例以及砂體的疊置方式等方面對DFS 近端、中部和遠端的沉積特征進行了總結(jié)，建立的鹽洗段DFS 沉積模式（圖5）顯示，DFS 砂巖的厚度和河道砂體疊置程度均向下游減小，而泛濫平原沉積厚度向下游增大?，F(xiàn)代和古代DFS 沉積研究都顯示，近端是粗粒沉積物堆積的主要場所，主要發(fā)育低彎辮狀河道，沉積物主要由復(fù)合河道沉積和少量漫灘細粒沉積組成，河道砂體連通性好；中段是砂質(zhì)沉積的主要場所，可容空間與沉積物供給的比值（A/S）變大，河道分汊加強，彎曲度增大，發(fā)生過較大規(guī)模的決口，沉積物從以礫巖為主向砂礫巖互層、砂巖以及砂泥巖互層轉(zhuǎn)變；遠端以細粒沉積為主，發(fā)育大面積廢棄河道、牛軛湖、泛濫平原岸后湖泊和沼澤，發(fā)育河湖交互體系。此外，張元福等［11］從河流扇成因及形態(tài)出發(fā)，考慮扇體內(nèi)部的河道形態(tài)和扇體外部的宏觀形態(tài)，將河流扇內(nèi)部的河道形態(tài)劃分為順直型、彎曲型、分汊型和游蕩型，再根據(jù)演化形態(tài)，將扇體分為迭進型、擺動型和次生型。李相博等［17］用干旱環(huán)境河流扇模式解釋了鄂爾多斯盆地延長組“滿盆砂”的成因。

圖5 美國西南部上侏羅統(tǒng)莫里森組鹽洗段（Salt Wash）DFS 沉積模式（據(jù)文獻［57］修改）Fig.5 Sedimentary model of Salt Wash DFS of Upper Jurassic Morrison Formation in southwestern United States

沉積模式具有4 個方面的功能，即一般意義上的比較功能、作為進一步研究的指導(dǎo)功能、對沉積展布的預(yù)測功能以及對沉積現(xiàn)象的解釋功能［58］。近十年來，DFS 沉積模式研究取得了重要的進展，但針對不同構(gòu)造背景和氣候條件下所形成的各種DFS 沉積特征的差異，還需要在大量現(xiàn)代沉積調(diào)查基礎(chǔ)上開展DFS 分類，建立不同類型的DFS 沉積識別標(biāo)志，總結(jié)其沉積模式，同時要注重沉積模式的定量化和模型化，提高沉積模式的預(yù)測功能。

1.5 儲層預(yù)測模型

沉積學(xué)源-匯體系研究致力于建立從物源區(qū)到沉積盆地內(nèi)各種沉積動力過程和沉積體系的有機聯(lián)系［59-60］，其研究目的和重點是預(yù)測盆地內(nèi)沉積體系的分布，但目前主要依靠地震資料和地層對比建立源-匯關(guān)系模型，對盆地內(nèi)沉積體系的定量預(yù)測技術(shù)尚不成熟。DFS 研究與源-匯體系分析具有異曲同工、相輔相成的作用，研究DFS 需要分析物源區(qū)流域面積、地形地貌、氣候和母巖性質(zhì)等背景條件，著重強調(diào)河流從匯水流域轉(zhuǎn)向分流體系后河道及其相關(guān)體系在盆地中的分布規(guī)律。目前在利用遙感技術(shù)建立流域盆地DFS幾何形態(tài)的定量關(guān)系［61］（圖6）、定量確定DFS 頂點、建立河道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、預(yù)測河道分汊節(jié)點等方面做了一些嘗試，但尚未見定量的DFS 三維儲層預(yù)測模型。

圖6 阿根廷加斯特雷盆地幾何形態(tài)定量關(guān)系分析（據(jù)文獻［61］修改）Fig.6 Control of drainage basins area，horizontal accommodation space and basin slope on DFSs geometry and scale in the Gastere Basin，Argentina

快速發(fā)展的儲層地質(zhì)建模技術(shù)有可能提供新的DFS 研究方法［62-63］，但當(dāng)前儲層建模主要應(yīng)用于油藏開發(fā)階段，針對的是油藏規(guī)模沉積砂體，目的是預(yù)測砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)和儲層非均質(zhì)性。在油氣勘探階段，如何應(yīng)用有限的鉆井資料對全盆地范圍的沉積體系展布做出可靠的預(yù)測，從而明確有利儲層區(qū)帶分布一直是沉積學(xué)研究的難題。目前的儲層建模方法只能從概念上表述沉積體系的特征［64-65］，難以對沉積體系條件化，做不到對沉積體系的展布進行準(zhǔn)確預(yù)測。沉積數(shù)值模擬技術(shù)能夠重現(xiàn)沉積過程和物質(zhì)分布，但主要用于揭示沉積機理、建立沉積模式［66］或作為訓(xùn)練圖像，服務(wù)于多點地質(zhì)統(tǒng)計建模［67］，而且由于沉積邊界參數(shù)繁多、沉積過程復(fù)雜多變，該技術(shù)還遠不能滿足精確預(yù)測的要求。室內(nèi)水槽實驗可以再現(xiàn)沉積機理，但還不能按照比尺模型進行過程模擬。遙感圖像分析、現(xiàn)代沉積和露頭調(diào)查仍然是獲取建模資料建立DFS 模型的重要手段。

根據(jù)沉積體系的層次性和規(guī)模大小，可以在分層次建立儲層預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的、內(nèi)部互為聯(lián)系的DFS 儲層預(yù)測模型。這一模型包含反映源-匯關(guān)系的DFS沉積體系規(guī)模預(yù)測模型、反映DFS內(nèi)部沉積動力演變的相帶規(guī)模預(yù)測模型、反映局部沉積環(huán)境特征的砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)預(yù)測模型。不同規(guī)模的預(yù)測模型采用不同建模方法，沉積模擬、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)為多種建模技術(shù)融合提供了新的手段，而地質(zhì)學(xué)家?guī)е冗M設(shè)備重返露頭和現(xiàn)代沉積研究為建模提供了更齊全的資料庫信息［68］，大大提高了構(gòu)建全盆地的DFS 沉積儲層智能預(yù)測模型的可行性。

2 DFS 理論的應(yīng)用前景

2.1 促進陸相盆地沉積儲層理論創(chuàng)新

我國是以陸相油氣為主的國家，陸相盆地沉積與儲集層理論是我國陸相油氣地質(zhì)理論體系的重要組成部分［1］。自20 世紀(jì)80 年代以來，陸相含油氣盆地沉積與儲集層理論得到了巨大的發(fā)展［69-70］，在盆地構(gòu)造-沉積響應(yīng)、巖相古地理、陸相層序地層學(xué)、源-渠-匯沉積動力學(xué)、儲層沉積學(xué)、地震沉積學(xué)、沉積物理模擬等領(lǐng)域都取得了豐富的研究成果，建立了包括扇三角洲與粗粒沉積、細粒沉積、淺水三角洲、灘壩、深水重力流、混積體系等多種沉積體系的沉積模式。吳崇筠［71］在沖積扇、辮狀河、曲流河、三角洲平原和三角洲前緣等沉積模式的基礎(chǔ)上，將陸相盆地的河流-三角洲沉積體系歸納為近岸水下扇、靠山型扇三角洲、靠扇型扇三角洲、短河流三角洲和長河流三角洲等5 種模式（圖7），構(gòu)建了斷陷型湖泊深陷擴張期沉積模式、斷陷型湖泊收縮期沉積模式、坳陷型湖泊深陷擴張期沉積模式、坳陷型湖泊收縮期沉積模式。這些模式一直在指導(dǎo)含油氣盆地的沉積學(xué)研究，推動陸相含油氣盆地沉積儲層理論和技術(shù)的不斷進步，為中國和世界范圍的陸相沉積盆地分析提供了理論依據(jù)。經(jīng)過30 年的發(fā)展，以DFS 的視角再次審視這些經(jīng)典的沉積模式，可以發(fā)現(xiàn)至少在以下6 個方面還需要繼續(xù)發(fā)展：①原有的5 種模式難以概括陸相盆地的沉積體系特征，需要增添新的內(nèi)容；②經(jīng)典模式對與沖積扇相關(guān)的三角洲平原沒有做嚴格的定義，導(dǎo)致許多研究把沖積扇等同于扇三角洲平原；③將沖積扇與其下游的河流體系劃分為不同的段落，忽略了各段落的內(nèi)在聯(lián)系；④沖積扇—辮狀河—曲流河的演變是一個常見現(xiàn)象，但并不是所有沉積體系的固定特征，有些沉積體系可能不存在沖積扇或者辮狀河等沉積單元；⑤難以完整表征沉積環(huán)境特征，沒有顯示河道間沉積微相的存在；⑥沒有闡述從上游到下游各種沉積單元之間的聯(lián)系，對沉積體系的預(yù)測精度較低。

圖7 中國陸相盆地河流-三角洲沉積的5 種模式（據(jù)文獻［71］修改）Fig.7 Five fluvial-deltaic sedimentary models in Chinese nonmarine basins

國內(nèi)學(xué)術(shù)界對DFS、河流扇和巨型扇的研究常習(xí)慣于依照經(jīng)典模式開展陸相盆地沉積相分析，而經(jīng)典模式雖然更適于對局部的單個沉積類型的分析，卻難以建立全盆地范圍內(nèi)的沉積體系分布格局。多年以來雖然建立了大量的沉積體系模式，但這些模式多針對沖積扇、辮狀河、曲流河、扇三角洲、辮狀河三角洲等單個沉積端元，很少能夠把沖積扇和不同的河流類型聯(lián)系起來。即使有些模式顯示了河流類型的沿程變化，但缺乏確定河型分布范圍的定量依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)有沉積模式，在資料較少的條件下，難以預(yù)測沉積相分布。DFS 將發(fā)育在盆地不同位置的沉積單元作為一個完整的沉積體系，致力于定量表征在同一沉積體系框架下的沉積相轉(zhuǎn)換，從理論上彌補了傳統(tǒng)沉積相分析方法的缺陷。這種聯(lián)系的、系統(tǒng)化的、定量的方法不僅適用于河流沉積學(xué)，也可以推廣應(yīng)用于對盆地范圍沉積體系格局、單個沉積體系、沉積相內(nèi)部構(gòu)成等多個層次的沉積相分析和儲層表征，由此建立起層序地層學(xué)、源-匯體系動力學(xué)、沉積相分析與定量地質(zhì)建模之間的橋梁，推動陸相盆地沉積儲層理論創(chuàng)新和技術(shù)進步。

2.2 挖掘陸相盆地的油氣資源

理論研究和勘探實踐均表明，我國各含油氣盆地仍然存在巨大的資源潛力，但新發(fā)現(xiàn)的油氣以深層、非常規(guī)、巖性和地層油氣藏為主，按照傳統(tǒng)的沉積模式尋找大規(guī)模有利儲集體十分困難，需要借鑒DFS 新理論重新刻畫含油氣盆地的沉積模式和沉積相分布，重新把握盆地沉積體系格局，定量描繪不同沉積體系的排列組合方式、預(yù)測地質(zhì)歷史時期沉積體系的展布范圍，尋找有利儲層發(fā)育區(qū)。

DFS 在我國含油氣盆地廣泛發(fā)育。渤海灣盆地黃驊坳陷、冀中坳陷、下遼河斷陷、東濮凹陷、南襄盆地和蘇北盆地等沉積盆地的斷陷期均發(fā)育沖積扇和扇三角洲等小型DFS［72-73］；斷坳過渡期均沉積辮狀河-三角洲、辮狀河-曲流河-三角洲等大型DFS［74］；在坳陷階段則發(fā)育巨型DFS［75-76］。在柴達木、江漢等鹽湖盆地，發(fā)育多種與巖鹽和干旱氣候相關(guān)的DFS［77］。在松遼、鄂爾多斯、四川和準(zhǔn)噶爾等大型、特大型復(fù)合盆地，DFS 的規(guī)模隨著盆地構(gòu)造和氣候演化變化巨大，規(guī)模最大的DFS 延伸長度超過400 km［75］。對準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷的研究顯示，二疊紀(jì)—三疊紀(jì)，盆地由斷陷向坳陷型盆地轉(zhuǎn)變，DFS 由小型的沖積扇和扇三角洲體系不斷向河流扇、巨型扇及其形成的三角洲沉積體系演變，沉積體系的規(guī)模逐漸增大，DFS 半徑由大于10 km 增加到大于100 km（圖8）。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系—三疊系地層剖面（a）及DFS 規(guī)模演變特征（b）Fig.8 Stratigraphic profile（a）and DFS evolution characteristics（b）of Permian-Triassic in Mahu Sag，Junggar Basin

經(jīng)過多年的鉆探和研究，各沉積盆地均積累了大量的沉積相分析資料，但對于分布在盆地不同區(qū)域的沉積相之間的聯(lián)系尚不明確。以源-匯體系和DFS 理論為指導(dǎo)，建立從盆地邊緣到盆地中心各沉積相帶之間的成因聯(lián)系，結(jié)合已有的鉆探成果，預(yù)測新的有利儲層發(fā)育區(qū)帶是探索發(fā)現(xiàn)剩余油氣資源的有效手段。然而，因為斷陷盆地、坳陷盆地、前陸盆地、裂谷盆地、走滑盆地的沉積體系展布各不相同［78］，各盆地內(nèi)所發(fā)育的河流、湖泊、濕地和三角洲的形態(tài)、砂體類型、沉積物結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征也千差萬別。此外，干旱和濕潤地區(qū)的河流沉積差異巨大，熱帶、溫帶湖泊與寒區(qū)湖泊的沉積過程也都不一致。如何定量表征不同盆地類型，同一盆地在不同發(fā)育階段、不同氣候背景下DFS 沉積模式、相帶分布、砂體類型、砂體建筑結(jié)構(gòu)和砂體內(nèi)部儲層非均質(zhì)性是老油區(qū)勘探開發(fā)［79-81］中面臨的重要理論和技術(shù)難題。因此，實現(xiàn)針對不同盆地構(gòu)造背景，按照DFS 類型分層次地建立砂體規(guī)模沉積模式和儲層定量預(yù)測模型是一項長期而艱巨的任務(wù)。

已有的井網(wǎng)信息、動態(tài)數(shù)據(jù)和地質(zhì)、地球物理資料為研究沉積相帶之間的聯(lián)系、開展區(qū)域儲層預(yù)測奠定了大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。新疆瑪湖油田的勘探實踐證明，受沉積分布規(guī)律控制，從盆地邊緣向中心地區(qū)發(fā)育著不同的儲集相帶，形成了不同類型的油氣藏，其中盆地邊緣以礫巖油氣藏為主，中部以砂巖油氣藏為主，中心地區(qū)發(fā)育細粒非常規(guī)泥頁巖油氣藏［82-83］。鄂爾多斯盆地北部邊緣發(fā)育礫巖和砂礫巖為主的蘇里格氣田，盆地腹部則以致密砂巖油氣藏為主，頁巖油氣主要發(fā)育在盆地南部沉降區(qū)，根據(jù)鄒才能等［84］、付金華等［85］的研究，該區(qū)油藏的差異性分布與DFS 末端三角洲和深水體系有關(guān)。這些現(xiàn)象都說明了不同類型的油氣藏可能與DFS 背景下沉積相帶分布趨勢有關(guān)，也說明DFS 沉積模式不僅建立了粗粒、細粒和常規(guī)碎屑沉積間的有機聯(lián)系，也架設(shè)了常規(guī)與非常規(guī)儲層之間的橋梁。由于當(dāng)前DFS 沉積模式還不夠完善，對沉積體系和油氣藏分布關(guān)系的認識還處于朦朧階段，利用盆地大數(shù)據(jù)，建立油氣儲層和不同油氣藏的區(qū)域聯(lián)系，有可能成為進一步挖掘盆地油氣資源的潛力途徑。

3 DFS 研究的發(fā)展趨勢

DFS 研究是沉積學(xué)與地貌學(xué)、地理學(xué)、遙感技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代地球信息技術(shù)交叉融合產(chǎn)生的新領(lǐng)域。DFS 地貌和現(xiàn)代沉積研究主要是依靠高分辨率衛(wèi)星地圖對沉積盆地地貌單元和沉積體系進行整體的、全面的、系統(tǒng)的觀察和快速準(zhǔn)確的測量，使用衛(wèi)星圖像和無人機航空攝影研究河道決口、地貌分區(qū)，重建第四紀(jì)以來的DFS 變遷［86-88］。DFS 露頭調(diào)查中較多使用無人飛行器（UAV）和運動恢復(fù)結(jié)構(gòu)（SFM）攝影測量、地面激光掃描儀（TLS）以及衛(wèi)星影像云數(shù)據(jù)測量沉積建筑結(jié)構(gòu)要素［89-90］，重建沉積巖相古地理。DFS 地下地質(zhì)分析的案例還比較少，重要原因可能是DFS 是在全盆地展布的大型沉積體系，對單個油藏或油田的研究難以表征其整體特征。沉積標(biāo)志和沉積模式不成熟限制了DFS 概念的推廣應(yīng)用，未來的DFS 研究應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)代沉積調(diào)查為最主要手段，結(jié)合沉積模擬實驗、露頭調(diào)查和地下地質(zhì)研究建立DFS 沉積儲層數(shù)據(jù)庫，建立不同DFS 的沉積模式和識別標(biāo)志，形成DFS 河網(wǎng)體系和河型演變定量預(yù)測模型。

大數(shù)據(jù)和智能化正在成為油氣勘探開發(fā)的新趨勢，而定量化是智能化的前提。20 世紀(jì)90 年代以來，儲層地質(zhì)建模技術(shù)不斷發(fā)展［91-92］，從最初以變差函數(shù)為基礎(chǔ)的克里金技術(shù)發(fā)展到依靠訓(xùn)練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)技術(shù)［93］，促進了儲層砂體構(gòu)型描述的定量化，為油田開發(fā)方案制定、剩余油挖潛提供了有力工具。然而，目前儲層地質(zhì)建模技術(shù)僅應(yīng)用在油氣田開發(fā)階段，而勘探階段缺乏成熟的表征地層結(jié)構(gòu)和儲層物性的建模技術(shù)，使用較多的仍然是宏觀的盆地模擬技術(shù)，建模表征的對象主要是砂體內(nèi)部、沉積相規(guī)模的沉積結(jié)構(gòu)以及儲層物性特征（圖9），缺乏針對大型沉積體系規(guī)模的建模技術(shù)，現(xiàn)有的建模軟件通常只用于建立單一類型砂體的地質(zhì)模型，難以適應(yīng)多種沉積相、多砂體類型的建模需要。要實現(xiàn)DFS 全體系規(guī)模甚至全盆地規(guī)模建模的需要，必須研究新的建模技術(shù)。當(dāng)前地質(zhì)工程一體化、勘探開發(fā)相融合的進程正在加快，新的計算機技術(shù)迅速發(fā)展，為建立盆地規(guī)模的儲層預(yù)測模型提出了要求也提供了條件。在DFS 沉積模式基礎(chǔ)上，將地質(zhì)模型建模技術(shù)從油氣田開發(fā)階段前置應(yīng)用到勘探階段，研究針對不同規(guī)模沉積體的儲層預(yù)測模型，實現(xiàn)不同建模方法的融合歸一，為勘探開發(fā)智能化提供新的技術(shù)，是DFS 研究的發(fā)展趨勢和著陸點。

4 結(jié)論

（1）分支河流體系是河流從某一頂點開始進入盆地并呈放射狀展布的沉積體系，通常也被稱為沖積扇、洪積扇和巨型扇；DFS 與曲流河、辮狀河等術(shù)語不是同一個內(nèi)涵層次的專業(yè)詞匯，不能把DFS 理解為一種新的河道類型；研究DFS 不是放棄對各種河道沉積特征和沉積模式的探索，而是更加深入探討不同沉積相類型和不同類型河道沉積砂體之間的聯(lián)系，探索DFS 內(nèi)部沉積結(jié)構(gòu)演化規(guī)律；當(dāng)前應(yīng)積極挖掘DFS 的科學(xué)內(nèi)涵，探討其應(yīng)用價值，開展現(xiàn)代和古代DFS 實例分析，完善DFS 的識別標(biāo)志和沉積模式，形成研究工作流程。

（2）建立DFS 的河道網(wǎng)絡(luò)模型和河床演變模型是進行沉積體系定量預(yù)測的關(guān)鍵，可以借鑒河流地貌學(xué)中關(guān)于流域河網(wǎng)建模的理論方法，利用Horton定律分析流域的河道分布規(guī)律，開展現(xiàn)代沉積和露頭調(diào)查，研究建立DFS 形態(tài)規(guī)模、河網(wǎng)結(jié)構(gòu)、河型演變、沉積相帶轉(zhuǎn)換、儲層砂體結(jié)構(gòu)、砂體幾何形態(tài)等沉積參數(shù)的定量關(guān)系模型，結(jié)合源-匯體系理論和儲層地質(zhì)建模方法建立DFS 儲層預(yù)測模型。

（3）應(yīng)用分支河流體系理論能夠定量表征不同盆地類型、盆地發(fā)育不同階段、不同氣候背景下DFS沉積模式、相帶分布、砂體類型、砂體建筑結(jié)構(gòu)和砂體內(nèi)部儲層非均質(zhì)性，能夠推動陸相盆地沉積儲層理論創(chuàng)新發(fā)展。我國陸相盆地廣泛發(fā)育DFS 沉積體系，以DFS 和源-匯體系理論為指導(dǎo)，預(yù)測新的有利儲層發(fā)育區(qū)帶，是探索發(fā)現(xiàn)剩余油氣資源的有效手段，而分層次建立沉積體系到砂體規(guī)模沉積模式和定量儲層預(yù)測模型是一項長期而艱巨的任務(wù)。

（4）DFS 研究是沉積學(xué)與地貌學(xué)、地理學(xué)、遙感技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代地球信息技術(shù)交叉融合產(chǎn)生的新領(lǐng)域。未來應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)代沉積調(diào)查為主要手段，結(jié)合沉積模擬實驗、露頭調(diào)查和地下地質(zhì)研究建立DFS 沉積儲層數(shù)據(jù)庫，建立不同DFS 的沉積模式和識別標(biāo)志，形成DFS 河網(wǎng)體系和河型演變定量預(yù)測模型；將地質(zhì)模型建模技術(shù)從油氣田開發(fā)階段前置應(yīng)用到勘探階段，實現(xiàn)不同建模方法的融合歸一，促進勘探開發(fā)智能發(fā)展，是DFS 研究未來的發(fā)展的趨勢和著陸點。