【决胜一流】破译油气储层的地质沉积密码

新闻网讯（记者 杨云锋 实习记者 程欣睿 陶清怡）在知音湖畔，一座能“倒转时光”的实验室正悄然改变着中国油气勘探的版图。通过精确控制水流、坡度等参数，30米长的实验水槽中，百万年的地质沉积过程被浓缩至数周重现，它就是长江大学沉积模拟实验室。

40年磨砺，它从一纸蓝图中破茧，累计支撑发现油气当量超50亿吨，成长为国际沉积学界的“中国地标”，在中国能源勘探史上镌刻下跨越式创新的年轮。

图为沉积模拟实验室

破土：一场实验室的“造陆运动”

“一直以来，地质学家都在反演沉积岩的形成过程，能不能通过实验室模拟的方式来正推沉积岩的形成机制呢？”1985年的大庆油田会议上，吴崇筠教授首次提出建设河湖沉积模拟实验室的构想。

在这之前，地质勘探像考古，发现露头后，再反推历史，根据“已知”探索“未知”，而岩层经历了一系列的地质运动，时间上的细节都难以确定。而河湖沉积模拟实验则可化身时间旅者，从岩石“胚胎”阶段开始全程记录。通俗来说，传统方法好比果实落地之后，再推测种子的生长过程。新方法在三维空间的基础上添加时间轴，让实验成为更加立体的四维，就像在种子入土瞬间启动延时摄影，不仅记录下每圈年轮的诞生，连何时遭遇病虫害等不同时间段的生长细节也一并展现出来，大大减少了实验过程中的不确定性。

吴崇筠教授的倡议犹如一颗蕴含着无尽可能的种子，在赖志云的心中生根发芽。1985年开始，赖志云等研究人员开启了实验室建设的征程。他们实地走访了清华大学泥沙实验室、中国科学院地理研究所等国内外知名高校与科研机构，并在校内建设简易实验装置进行探索。此后3年间，赖志云几乎跑遍了国内和沉积模拟相关的实验室，并多次向中国石油天然气总公司科技局汇报实验室建设方案，最终确定了带有活动底板的湖盆沉积模拟实验室建设方案。

1988年6月召开的中国油气储层评价会议上，中国石油天然气总公司决定，由江汉石油学院（长江大学前身）建设湖盆沉积模拟实验室。这一决策为种子的萌芽提供了肥沃的土壤。

1989年，中石油科技发展部批准湖盆沉积模拟实验室建设方案，同年，5m×2.5m×0.5m有活动底板的湖盆实验装置建成，标志着实验室建设迈出了实质性的第一步。加入活动底板后，水槽实验装置能够模拟多种构造变形形式，重现隆起、坳陷、单断陷、双断陷、斜坡等地形的构造演化与沉积充填关系。3年后，16m×6m×0.6m的湖盆实验装置建成，进一步扩大了实验研究的规模和范围。

随着能源学科资源整合及油气勘探技术发展需求，长江大学于2019年召开专项论证会确定实验室升级方案。在学校和多名地球科学学院教师的支持下，历经五年建设周期，2024年实验室主体工程竣工，建成了包含30m×12m×1m带有10m×8m活动底板的大水槽，同时建设了15m×1m×0.8m可调节坡度玻璃水槽和21m×0.4m×0.6m环形水槽，形成多尺度、多功能沉积模拟实验平台。搭配微地貌3D扫描、DELFT 3D水动力模型等技术手段，科研团队用激光扫描仪给不同时期沉积物“体检”，开发出专属人工智能算法将百万个数据点转化为数字高程模型，识别出不同粒度等级的沉积物，并重现地质演化过程，让沉积过程首次实现从“看轮廓”到“测体形”的跨越。

“我们正在拓展模拟波浪和潮汐的功能，实现造浪造潮功能后，实验平台将能模拟浪控和潮控沉积体系，模拟对象从陆相扩展到海相。”实验室负责人胡光明教授指着正在调试的水槽介绍，“下一步，我们还将利用现代人工智能手段实现远程控制，推动实验室往智能化方向发展。”

80平方米的活动底板可模拟动床条件下的各种沉积体系，21米长的环形水槽能观察重力流及细粒沉积的沉积过程，从荆州老校区到武汉新基地，设备的每次迭代都对应着我国油气勘探的战略转向。如今，历经三代科研人接力，这个最初仅有3×5米的水槽“沙盘”，已演变成破解“地下迷宫”密码的“地质王国”。

解谜：给大地做“CT”

2019年1月，长江大学地球科学学院张昌民教授团队参加的研究项目“凹陷区砾岩油藏勘探理论技术与玛湖特大型油田发现”荣获国家科学技术进步奖一等奖。

“该奖项的首个创新点，便是准噶尔盆地凹陷区大型退覆式浅水扇三角洲砾岩沉积模式的建立。而其中，沉积模拟实验室发挥了不可替代的作用。”团队成员尹太举教授介绍。

如果把沉积盆地想象成一个“超级筛子”，油气藏形成的奥秘就藏在“筛网”的缝隙里。常规油气传统勘探思路认为，盆地沉积遵循这样的规律：山体风化剥蚀的碎屑物被水流裹挟而下，靠近山脚的盆地边缘水动力强，粗砂、砾石等“大块头”最先沉积，就像建筑用的粗骨料——颗粒之间缝隙多、孔隙大，天然形成油气储存的“地下仓库”。随着水流向盆地中央延伸，搬运能力逐渐减弱，细如面粉的黏土、粉砂最终沉积。这类细粒沉积物颗粒紧密，孔隙比头发丝还细，如同密实的“防水层”，既难储油也难渗流。这种“边缘粗、中心细”的沉积规律，让地质学家长期把勘探重点锁定在盆地周缘的山前带——这里砂体发育，储集空间充足。而盆地中央因缺乏优质储层，一度被视为勘探“禁区”。

随着油气勘探技术不断升级，结合中国“找油经验”的启示和玛湖凹陷“天生优越”的地质条件、区位，新疆油田的地质学家们意识到：想要在准噶尔盆地玛湖凹陷寻找“新宝藏”，必须跳出传统勘探思路，向西斜坡这片“潜力区”进军。

地质学家们仔细研究西斜坡钻取的岩心发现，西斜坡确实存在油气，然而这却与传统的理论相违背。沉积地层怎么形成的？优势储集层怎么分布的？解决这些问题，要么找到国内类似地层进行类比，要么通过实验来模拟。

在时任新疆油田副总经理匡立春的邀请下，张昌民教授前往玛湖凹陷西斜坡开展实地研究。根据西斜坡的地质条件和沉积环境特征，张昌民教授带领课题组开始了为期数年的实验研究。通过实验发现，相较于陡坡，缓坡地形下沉积物被推送得更远。在先陡后缓的古地形下，水流将砂石砾岩源源不断地输向盆地，中途遭遇了数道地质台阶（坡折带），就像水流遇台阶形成瀑布，沉积物在此逐级“刹车”堆积。随着不同历史时期玛湖水域扩张，沉积物不断向陆地后退，迫使砂砾岩在不同海拔停下脚步，最终形成多层巨型扇体纵向堆叠、横向拼接的壮观结构，宛如地下埋藏着三块相互咬合的“能源拼图”。这种新发现的沉积模式被新疆油田命名为大型浅水退覆式扇三角洲沉积模式。

在该沉积模式指导下，新疆油田打破“围着断裂带打转”的勘探定式，在玛湖凹陷展开了一场颠覆认知的“寻宝革命”。他们发现，古代浅水区如同“退潮沙滩”般层层后退形成的扇三角洲前缘带，竟是隐藏的“油气大粮仓”。经过实地打井勘探，玛湖凹陷南斜坡玛湖1井、西斜坡玛18井、东斜坡盐北1井均获高产工业油流，随后玛湖凹陷中心玛中2井、玛中4井获工业油气流，终于揭开了玛湖凹陷“满凹含油”的奥秘。

玛湖凹陷的突破，仅仅是该实验室产学研融合的冰山一角。

40年来，这支科研团队就像手握“地质透视仪”，针对浅水、深水、咸水等不同沉积环境开展全维度“CT”扫描，先后破解了不同地层的沉积密码。在渤海湾，科研团队通过实验动态再现渤海湾盆充填过程，为发现深层大型整装气田提供支撑，斩获国家科技进步奖一等奖；从中原到刚果，实验室的沉积模型成为跨国找油的“导航仪”，支撑国内外油田发现10亿方原油，新增300万吨产能，拿下湖北省科技进步奖一等奖；在吉木萨尔页岩油战场，助推200万吨级产能崛起，打造出国家级页岩油开发样板间。

从给大地做“CT”到给油田装“导航”，这支团队用40年证明：实验室里的水槽模拟，真能撬动地下亿吨级油藏。随着“深地工程”启动，这座走过40载的实验室，正将“视距”延伸向地球深部，在万米地层中续写新的“沉积传奇”。

（审核 杨全辉 编辑 李胜杰）