《中國國家地理》雜志主編、著名地理學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，長江大學的一個研究團隊花費了將近10年的時間，組建了兩支隊伍，一支專門探索地質規(guī)律，研究朵葉體的形成和演變機理；另一支專門建立地質模型，對儲層砂體進行定量的表征。

圖1 根據(jù)中國科學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博士生的沉積學水槽實驗過程中，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，他們的實驗很可能揭示了一種新的三角洲沉積機理，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，研究團隊借助遙感衛(wèi)星圖像和文獻對國內外的海洋和湖泊三角洲進行大量的調查，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)象并非室內實驗曇花一現(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，此模式認為三角洲沉積以朵葉體為基本構成單元，不同朵葉體疊覆形成三角洲沉積體，打破了經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容?！币e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擺放，也可能緊密堆積構成朵朵相擁的花團”。研究團隊經過多年研究，發(fā)現(xiàn)疊覆式沉積體的沉積過程發(fā)育進積式和側積掃描式兩種單朵體成因模式；具有孤立式、側向拼接、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)則狀四種類型復合砂體。在新的沉積模式指導下，研究團隊先后在準噶爾盆地、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，其結構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、厚度和儲層物性進行預測，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的另一只隊伍就像一批雕刻大師，運用現(xiàn)代地質統(tǒng)計學、人工智能和大數(shù)據(jù)技術對疊覆的碎屑巖儲集體進行精細的表征。他們首創(chuàng)了基于B/S架構的多源、多層次、多類型儲層地質知識庫管理平臺，實現(xiàn)了多來源、多層次、多類型地質知識融合，實現(xiàn)了露頭庫、水槽實驗庫、現(xiàn)代沉積庫、訓練圖像庫、文獻庫等各類數(shù)據(jù)源的采集、校驗、存儲、管理和融合；形成了沉積物理模擬和數(shù)值模擬相結合、現(xiàn)代沉積與地下解剖相驗證的地質知識采集、校驗和融合方法；構建了國內類型最多、數(shù)據(jù)量最多的儲層建模分類地質知識庫，出版了國內第一部地質知識庫專著。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練圖像自動生成技術和圖像篩選方法，首創(chuàng)考慮地貌要素的多點地質統(tǒng)計學訓練圖像構建技術，解決了訓練圖像可靠性評價難題；研發(fā)了基于位置的多點地質統(tǒng)計學建模技術，實現(xiàn)了疊覆式朵體非平穩(wěn)建模和復雜儲層模式再現(xiàn)，開發(fā)的算法和軟件平臺填補了商業(yè)化軟件的空白。

“碎屑巖儲層的疊覆式沉積模式的創(chuàng)建和應用，實現(xiàn)了碎屑巖儲層沉積學理論和技術在油氣勘探和開發(fā)、常規(guī)和非常規(guī)等方面的應用創(chuàng)新，實現(xiàn)了對疊覆式碎屑巖儲層的定量化表征。成果既可應用于油氣勘探和評價，又能實現(xiàn)對高含水老油田的剩余油挖潛”，項目負責人張昌民教授說：“研究成果先后在國內新疆、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)塊推廣應用，近3年為企業(yè)新增探明儲量1億多噸、新增原油產量130多萬噸、新增產值41億元、新增利潤16億元，取得了顯著的經濟效益和社會效益，榮獲中國石油與化學工業(yè)聯(lián)合會2020年科技進步一等獎。我們將不忘初心，繼續(xù)刻苦攻關，繼續(xù)精雕細刻碎屑巖沉積學之花，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，為維護國家能源安全，造福人民做出新的貢獻”。