沉积地质学理论创新的突破口在哪里？

沉积地质学自诞生以来，尤其30年代以来，一直高歌猛进，因为这门知识与油气、煤、铝土矿等多种沉积矿产的勘探关系密切，其作用将远不止如此，还将迈向路桥工程、建筑工程、地质旅游等经济领域。

如果以1777年德国地质学家魏纳（A. G. Werner，1749-1817年)首次系统提出水成论为标志，沉积地质学迄今已有近250年的发展历史。不过沉积地质学理论大爆发并成为一门成熟的学科却是在上世纪40-80年代这40年间，例如多个沉积模式的建立、砂岩的成分分类（Krynine，1949）、石灰岩的结构分类（Folk，1959）、白云岩的形成机理、浊流理论、风暴流理论、成岩作用机理等等。沉积地质学之所以能够快速发展，是因为这个时期世界上相继发现了一系列大油田，而油气分布预测和钻探成功率都离不开沉积地质学的支撑，沉积地质学在油气等沉积矿产勘探中具有“预测”的功能。这也说明，一门学科是否具有生命力，关键要看对国家经济和社会发展是否有用，或将来是否有用。作用越大，生命力就越强。

1949年以前，我国从事沉积地质研究的人本就寥寥无几，更谈不上理论贡献。1949年以来，尤其因为找油的迫切需要，沉积地质学研究在我国受到了广泛重视，从业人数以及研究的强度飞速提升，但以应用研究为主，迄今由我国沉积地质学者贡献的新理论并不多，翻开教科书看看有多少中国人的名字就知道。这与我国的沉积地质大国地位不相配。已经研究了70多年了，理论创新成果为什么较少？应该是战略研究方向选错了，战略突破口选错了。就像攻城，如果找不到容易突破的薄弱环节，即使费很大气力，也攻不破。

我国沉积地质研究的重点一直放在了古代沉积之上，放在了直接找油气等矿产上。

笔者认为，研究古代沉积并不容易取得理论突破，因为古代沉积现象都发生在几万、几十万年以前，没有人看到是怎么形成的，其成因只能靠解释。解释结论的可靠程度取决于找到的证据是否足够多、足够过硬。很多情况下，找不到那么多、那么过硬的证据，因此结论常常具有多解性。例如，同一套地层，有的学者会解释为河流沉积，认为当时的古地理环境是河流；有的会解释为三角洲沉积，认为当时的古地理环境是三角洲。由于证据都不充分，谁也说服不了谁，究竟谁对，并不确定。再如恐龙灭绝的原因，全世界那么多人研究了那么多年，仍无定论：有的说是天体撞击引起；有的说是超级火山爆发导致；有的说是恐龙饭量太大、数量太多，没有那么多食物，是饿死的；有的说恐龙排出的粪便太多，分解后释放出大量温室气体，导致气候变化而饿死，等等。

不能亲眼看见，是古代沉积研究最大的缺陷。如果把理论建立在对现象的主观解释之上，无异就像把大厦建立在了沙滩上。

笔者认为，我国的沉积地质研究应主要围绕其“预测”功能展开，不断提高各类预测的准确度，更好地服务经济和社会发展。其“预测”功能是其生命力所在。

沉积地质学理论创新的突破口在哪里？笔者认为，创新突破口至少有两个：现代沉积和模拟实验。现代沉积和模拟实验是沉积地质理论创新的两个重要源泉。

1.现代沉积研究

有地质学之父之称的James Hutton对地质学最大的贡献应该是提出了著名的“均变论”。均变论的核心思想是：现在是过去的钥匙。这就是沉积地质学发展的基石。几乎所有理论都来自对现代沉积的观察和研究，例如各类沉积环境（洪积扇、河流、湖泊、三角洲、冰川、沙漠、海洋碎屑岩沉积、海洋碳酸盐岩沉积等等）的沉积特征、沉积模式和识别标志都是通过现代沉积研究得到的；风暴流沉积的提出是因为看到了现代风暴；泥石流沉积的提出是因为看到了现代的泥石流，等等等等。现代沉积研究是创新的源泉，过去是，现在是，将来还是。

国外油公司的一些做法值得借鉴，为了找油，却常常资助看似与找油无直接关系的课题，研究地区并不限制在油田，研究目标也不是直接确定油气聚集区，例如资助了大量现代沉积研究。然而，正是通过现代沉积研究取得了一系列新理论，这些理论又有效地指导了地下油气勘探。又例如，他们常花巨资在山上打井，目的不是为了找油，而是为了摸清地质规律，再用地质规律指导油田的勘探。“他山之石可以攻玉”。有点像攻城，直接对着城墙发起一波又一波冲锋未必能攻破，如果换个思路，例如采取迂回战略，断水道、断粮道等，常能收到奇效。

下面根据自己的研究体会，列举根据现代沉积研究取得的部分理论创新。

（1）在对一些湖泊和海洋现代三角洲考察时，发现在三角洲前缘并没有发育教科书里强调的“水下分流河道”，为什么没有呢？带着这个问题，我们进行了更多现代三角洲的考察，并结合模拟实验和理论分析，最终得出一个观点：三角洲前缘一般不发育水下分流河道（金振奎等，2011，新疆石油地质；金振奎等，2014，沉积学报；金振奎等，2014，古地理学报），并分析了原因。这个观点颠覆了我国教科书传统三角洲沉积模式中三角洲前缘广泛发育水下分流河道、是水上分流河道的水下自然延伸的认识。现在越来越多的学者接受了我们的这种观点。在金振奎等2021年出版的《沉积地质学》中，对这个问题进行了更广泛、更深入的讨论。如果只研究古代三角洲沉积，很难发现这一问题。

（2）几年前，我们在对鄱阳湖现代三角洲考察研究时，在三角洲平原分流河道中发现了两类新型砂体：汊口滩和并口滩，分别发育在分流河道分汊处与合并处，进一步完善了三角洲沉积模式（金振奎等，2014，沉积学报；金振奎等，2021，《沉积地质学》）。如果只研究古代三角洲沉积，很难发现这两类砂体。

（3）我们在对鄱阳湖现代三角洲考察研究时，还发现了从上游向下游分流河道宽度、深度、弯曲度、分汊频率、流速、沉积物粒度等多个参数的变化规律及其控制因素，提出了“流量守恒”定律，很好地解释了上述各种变化，为砂体预测提供了理论基础（金振奎等，2014，沉积学报；金振奎等，2021，《沉积地质学》）。如果只研究古代三角洲沉积，很难发现这些规律。

（4）根据对现代沉积环境的观察，我们提出了两类新的沉积相：湿地和泥漠。湿地似水非水，似陆非陆，是水陆之间的过渡环境。我们从沉积地质学角度重新定义了湿地，与生态学上的湿地概念不同，并可进一步划分为湿原和沼泽，总结了两者的沉积特征和识别标志（金振奎等，2011，中国石油大学学报；金振奎等，2011，新疆石油地质；金振奎等，2021，《沉积地质学》）。泥漠是通过观察黄土高原而提出来的（金振奎等，2021，《沉积地质学》）。黄土高原的黄土沉积物不是水成的，不属于河流泛滥平原，而是风成的，与沙漠类似，但沉积物主要是泥，这与沙漠不同。柴达木盆地古近系中广泛发育的厚度巨大的红色泥岩应是泥漠沉积。这两类新的沉积环境不太可能通过研究古代沉积而提出。

（5）根据对黄河和天津大港泥质海岸的考察，提出了载荷饱和度的概念，并提出了动荡环境中泥质发生沉积的机理（金振奎等，2021，《沉积地质学》）。这种概念和机理不太可能通过研究古代沉积而提出。

（6）通过青海湖考察，发现了滩坝沉积的ABC序列及其形成机理（Peng Biao, Jin Zhenkui等，2018；金振奎等，2021，《沉积地质学》）

（7）受山脚下崩塌沉积的启示，我们提出了崩塌流的概念和其沉积模式（金振奎等，2021，《沉积地质学》）。

（8）通过观察现代河流不同部分流速的变化，提出了平直河边滩的形成机理（金振奎等，2021，《沉积地质学》）。

（9）通过对现代海岸冲洗带和大坝闸门放水的观察，提出了“高速层流”，并提出平行层理就是高速层流沉积形成的（金振奎等，2021，《沉积地质学》）。如果不是收到现代海岸冲洗带和大坝闸门放水的启示，很难想到会有“高速层流”。

（10）以往，对古沉积环境分析只能定性地确定是深海（或深湖），究竟深海（或深湖）有多少米深，就不知道了。我们通过了解现代深海和深湖的特征，提出了定量确定古水深（尤其水深超过100m后）的方法（金振奎等，2021，《沉积地质学》）。

对于古代沉积研究，虽然也提出了多个新观点和理论，但都有待验证，例如“玄武岩淡水淋滤白云化”（金振奎等，1999，沉积学报）、“深水回流准同生白云化”（金振奎等，2012，古地理学报）、“深部优质砂岩储层形成机理”（金振奎等，2011，石油学报）、“优质页岩储层形成机理和预测方法”（王金艺、金振奎等，2021，沉积学报；金振奎等，2021，《沉积地质学》）等等。

所以，我国要在沉积地质理论方面不断创新，必须重视并广泛开展现代沉积研究。现代沉积环境及其沉积物中一定仍有很多沉积作用和现象等待去发现，其背后的机理等待去揭示。

2.模拟实验研究

1914年，吉尔伯特（Gilbert）首次用各种粒径的砂和不同的水流强度进行了水槽实验，开创了用实验方法进行沉积地质研究的先例。

很多地质作用和地质事件持续时间很长，以至于没有人能观察到其全过程，如三角洲的形成和演化过程、河道的迁移和演化过程。但这些地质作用和地质事件常常可以通过模拟实验来实现。模拟实验尽管不能丝毫不差地模拟各种地质作用和地质事件，但可以无限逼近真实，揭示客观规律。

从模拟内容上，模拟实验可分沉积模拟和成岩模拟。

从模拟形式上，模拟实验可分物理模拟和数值模拟。物理模拟就是用实物进行模拟，而数值模拟就是用计算机模拟。数值模拟的好处是可以通过调参数实现多种模拟，且对沉积体可以任意切各个方向的剖面，但难点是设置的各种参数必须准确，与实际贴近。这需要沉积地质学者与计算机专家密切。

模拟实验可以验证一些观点和结论，例如微生物白云岩形成机理，如果没有模拟实验证实，很难被广泛接受。模拟实验还可揭示一些在自然界里不容易观察到的现象和机理，例如波痕、层理等多种沉积构造的形成过程、流速与沉积物粒度之间的定量关系等等。

目前我国从事沉积地质研究的高校和科研院所中，只有少数有沉积模拟实验室，例如长江大学的沉积模拟实验室、中国石油大学（北京）刚建造的沉积模拟实验室。还有少数建造了成岩模拟装置（还称不上实验室），如中国石油大学（北京）和中石油勘探开发研究院的成岩模拟装置。成岩模拟难度更大些，因为许多成岩作用的发生是缓慢的。其实，每所相关高校和科研院所都应有相应的模拟实验室，这是进行广泛模拟实验的基础。此外，还需要有关部门积极资助模拟实验研究。

如果现代沉积研究和模拟实验研究如火如荼，沉积地质的新理论必会层出不穷，我国在沉积地质领域必会进入世界先进行列，教科书里必会出现更多中国人的名字。

（以上是本人对沉积地质学理论创新突破口的思考，仅供参考）

部分教材和专著：

1.金振奎、王金艺、梁婷、朱小二等编著，2021.沉积地质学（上、下册）. 北京：石油工业出版社

2.金振奎、朱小二、王金艺等，2020. 天津冀州区元古宇地层与沉积考察指导书（中英对照）. 北京：石油工业出版社

3.金振奎、金明、贾若溪编著，2018.科研论文写作方法与技巧. 北京：石油工业出版社

4.Jin Zhenkui, Sun Dianqing, Liu Zerong, Xue Qian,1997.Shandong-Hebei Broom Structure and Its Control on Migration and Accumulation of Oil and Gas(中英文对照).山东东营：石油大学出版社

5.Ian J Fairchild, Feng Zengzhao, Jin Zhenkui, A.K.Satterley, Enzo Insalaco,1998. Carbonate Platform Sediments. Holland:Elsivier  

6.冯增昭、金振奎等著，1994. 滇黔桂地区二叠纪岩相古地理. 北京：地质出版社

7.吴胜和、金振奎等编著，1999. 储层建模. 北京：石油工业出版社

8.冯增昭、彭勇民、金振奎等著，2001.中国南方寒武纪-奥陶纪岩相古地理. 北京：地质出版社

9.冯增昭、杨玉卿、金振奎著，1997.中国南方二叠纪岩相古地理. 山东东营：石油大学出版社

10.冯增昭、杨玉卿、鲍志东、金振奎著，1998.中国南方石炭纪岩相古地理. 北京：地质出版社

11.冯增昭、张家强、王国力、金振奎等著，2000.中国西北地区寒武纪-奥陶纪岩相古地理. 山东东营：石油大学出版社

部分论文：

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金振奎, 冯增昭, 1993. 华北地台东部下古生界白云岩的类型及储集性能. 沉积学报, 11(2):11-19.

金振奎, 冯增昭, 1994. 云贵地区二叠系瘤石灰岩的成因. 岩石矿物学杂志, 13(2):133-137.

金振奎, 蒋盘良, 冯增昭, 1995. 黔东湘西寒武纪碳酸盐斜坡上的风暴沉积. 石油大学学报（自然科学版）, 19(3):1-6.

金振奎, 冯增昭, 1999. 滇东-川西下二叠统白云岩的形成机理-玄武岩淋滤白云化. 沉积学报, 17(3):383-389.

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