数智时代背景下,人工智能、大数据等颠覆性技术正驱动沉积学经历第4次研究范式转型。这场转型深刻重塑了学科研究理念与方法体系,不仅关乎沉积学自身理论技术革新,更紧扣国家能源安全、生态环境治理等重大战略需求。为厘清学科发展脉络、明确核心挑战与迎变路径,作者系统梳理沉积学数智化演进、问题类型、技术革新及应用拓展。研究表明,沉积学数智化可分为萌芽与探索期、机器学习兴起期等4个发展时期,其本质是从经验驱动向数据与知识协同驱动转变; 借鉴自然科学4大问题类型,沉积学面临灵魂之问、奥秘之问等核心命题,“物-坡”耦合、陆相储集层非均质性等是沉积地质研究的关键突破点。当前,人工智能在沉积学应用中仍存在方法论冲突、数据碎片化、理论滞后等挑战,对此,学科自身需主动打破传统思维定式,摒弃跟随性研究与概念堆砌,树立“理论—技术—数据”融合的全新思维,积极调整发展策略以主动迎接智能化转型。其中,AI 大数据模型的部署与优化是数智化转型的核心关键,其重点在于“落地应用、实时监控、持续迭代”全过程,通过模型落地适配现场实际需求、实时监控规避数据漂移隐患、结合新数据持续迭代优化,让 AI 技术真正服务于学科核心研究。作者提出,唯有立足沉积学学科本体,强化 AI 模型部署与优化,深度融合人工智能与沉积动力学机制,构建 “数据—模拟—验证”闭环,深化学科交叉、拓展深地深海勘探、碳中和等新兴领域应用,推动新质油气的发展,才能推动沉积学从“分析解释”向“模拟生成”跨越,实现更精准、更可预测的高质量发展,从而为国家能源安全与生态文明建设提供坚实科学支撑。

以晚古生代华北陆表海盆地、中国南海边缘海盆地等4个成煤盆地为解剖对象,进行原位泥炭沼泽和异位泥炭沼泽形成及演化特点的比较分析。指出了原位与异位泥炭沼泽所形成煤层的识别标志,总结了2类不同属性的泥炭沼泽在泥炭物质聚集/积、所形成煤层结构、煤分层与夹石层之间的界面特点、古土壤层等的差异性,重点阐明了“异位泥炭沼泽”的属性特点。研究认为泥炭沼泽是发生成煤作用的载体,是沉积环境的重要类型,是盆地古地理中的特殊景观。其意义和价值表现在于: 盆地属性不同,原位与异位泥炭沼泽的古地理特征不同,2类泥炭沼泽发育、演化是盆地成煤环境演化中的重要事件; 晚古生代华北陆表海盆海侵事件的频发,使得泥炭沼泽在受到抑制的同时,也使得泥炭物质得以保存,形成海侵层与煤层直接接触的特殊组合,海侵事件形成典型的原位泥炭沼泽古地理景观; 黄县陆相湖泊断陷盆地和珠江口盆地北部坳陷盆地泥炭沼泽形成与演化分析表明,构造活动对盆地充填与泥炭沼泽发育、演化起主导作用,陡坡发育不稳定的原位泥炭沼泽、缓坡发育稳定的原位泥炭沼泽,而在盆地演化关键期,盆地水域区形成了稳定的异位泥炭沼泽,形成了煤与油页岩组合的特殊沉积组合。

细粒浊流沉积作为陆相湖盆深水环境细粒沉积物输送的核心动力机制之一,其沉积序列的精细刻画和成因解析,是揭示陆相页岩油成藏机制、完善页岩油类型划分体系的关键切入点。以松辽盆地长岭凹陷上白垩统青山口组一段为研究对象,基于3口全取心井资料共识别出9种沉积单元,采用马尔科夫链方法分析浊流沉积序列,揭示了前三角洲—半深湖—深湖环境中浊流事件从启动、高能搬运到末端衰减的转移规律。依托本研究区实际资料刻画了陆相湖盆细粒浊流沉积特征,并建立了陆相湖盆细粒浊流沉积序列模式,其中细粒浊流沉积包括T₁-T₇单元,清晰反映浊流从高能到低能沉积演化规律。综合岩性组合、沉积构造、砂地比等参数,提出了研究区页岩油类型划分方案。不同类型页岩油特征受细粒浊流沉积控制显著: 夹层型受控于近源浊流沉积,砂岩和粉砂岩夹层为页岩油提供优质储集空间; 纹层型与远源浊流沉积有关,以高频薄层粉砂质泥岩和页岩为主,具有较好的储集层物性和脆性; 块状型和末端浊流沉积与湖盆静水沉积复合作用有关,储集层物性和脆性较差。

鄂尔多斯盆地为超级盆地,但目前对其古生代—中生代早期构造-沉积演化阶段及主要阶段盆地原型仍缺乏统一的认识。通过系统梳理兴—蒙造山带、秦—祁造山带构造-沉积演化,盆地内古生界区域不整合发育与分布,火山凝灰岩事件地层成因、发育与分布,古生代—中三叠世沉积充填特征,将鄂尔多斯古生代—中三叠世构造-沉积演化分为8个阶段,其中寒武纪、早中奥陶世发育西南缘被动大陆边缘坳陷、西北缘坳拉槽、中东部克拉通内坳陷3类并列盆地原型,晚奥陶世发育西南缘弧后裂谷、西北缘坳拉槽2类并列盆地原型,晚石炭世—早二叠世发育克拉通内坳陷与西北缘弧后裂谷2类并列盆地原型,中二叠世的造陆运动后,晚二叠世—中三叠世发育克拉通坳陷与包头前陆盆地。根据寒武纪—中三叠世盆地原型发育与分布、迭加组合关系及其控制的油气地质条件,结合最新勘探进展,提出鄂尔多斯盆地南缘下古生界、中东部盐下、西缘上奥陶统页岩油气、上古生界多类型天然气是鄂尔多斯超级盆地油气接替领域。

海相红层因其特殊的颜色、复杂的成因、多样的沉积类型以及蕴藏的古海洋、古气候甚至生物演化信息而备受关注。然而,目前对于海相红层的关注度和研究存在明显的时代、层位和区域差异,以前寒武纪、早古生代、早三叠世、侏罗纪—白垩纪的海相红层最受关注。志留纪晚期—早泥盆世是全球海陆分布、大气成分、生态系统发生转换的关键期,但该时期的海相红层却很少受到关注。新疆北部是中国志留纪晚期—早泥盆世地层发育较连续的地区之一,基于前人研究资料,并结合近年来笔者团队广泛的区域地质调查和新获取的以牙形石为主的化石材料和沉积相标志,初步查明了该地区海相红层的时空分布、岩性组合和生物组合特征,并与国内同期海相红层进行了对比。在此基础上,对志留纪晚期—早泥盆世的海相红层研究提出展望: 在建立高精度生物—年代地层格架的前提下,构建志留纪晚期—早泥盆世海相红层的全球数据库,查明该时期海相红层的时空分布规律与特点,并开展综合对比,探讨其与该时期重要生物—环境事件之间的联系,以更全面、更系统和更深入地认识和理解志留纪晚期—早泥盆世地球多圈层变革及其耦合关系的特质。

针对鄂尔多斯盆地西北缘奥陶系拉什仲组一段深水重力流沉积演化过程不明确的问题,以露头、岩石薄片和粒度等为基础,对重力流沉积特征和演化规律展开研究,最终建立沉积模式。结果表明: (1)研究区共发育5种岩相,分别为水平层理页岩相(岩相1)、块状层理砾屑灰岩相(岩相2)、粒序层理细砂岩相(岩相3)、平行层理细砂岩—粉砂岩相(岩相4)和小型交错层理粉砂岩相(岩相5)。(2)根据砂岩形态和叠置样式共识别出4种深水重力流沉积类型: 即复合水道沉积、迁移水道沉积、近端朵叶沉积和远端朵叶沉积。 (3)从下至上依次发育复合水道、朵叶、迁移水道和朵叶沉积。 (4)重力流沉积可以划分为2个阶段,第1阶段重力流能量强,形成复合水道,随着能量降低,发育小规模朵叶; 第2阶段新一期重力流爆发,能量弱于第1阶段,形成迁移水道,随着重力流能量持续降低,以沉积作用为主,垂向上水道向朵叶转化,近端朵叶和远端朵叶依次发育。该研究可提升对重力流沉积演化规律的认识,为深水油气勘探提供帮助。

陆相咸化湖盆页岩油混合细粒沉积环境频繁变化,对有机质聚集、烃源岩发育与甜点展布有先决控制作用。针对典型咸化湖盆准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组和苏北盆地高邮凹陷阜宁组二段,通过系统的沉积岩石学、有机—无机地球化学方法,从岩相沉积成因的视角开展对比研究,揭示了不同咸化湖盆背景下页岩油成烃环境的系统性差异及其对甜点的控制。结果表明,芦草沟组和阜二段岩相类型及沉积成因具明显差异: 芦草沟组4类主要岩相发育于较寒冷干旱的咸化水体环境,受控于“咸化深水保存—淡化浅水生产力”复合模式,泥岩类生产力高、生烃潜力最好,碳酸盐岩和粉砂岩为优质甜点,形成夹层/互层型页岩油,沉积环境存在突变。相较而言,阜二段发育6类主要岩相,整体为温暖湿润气候下“咸化浅水保存—淡化深水生产力”模式,TOC含量最高的纹层状长英质-黏土质混积页岩、层状含黏土长英质页岩发育于相对淡化的深水环境,高生产力和良好保存条件共同促进其优质生烃潜力。阜二段沉积相带渐变叠置,不同岩相兼具生烃、储集能力,与芦草沟组源储分离型甜点不同,形成源储共生的混积页岩型页岩油。本研究强调咸化湖盆动荡环境驱动下形成的不同岩相差异成烃背景,可望为页岩油勘探实践中甜点展布预测及评价提供一定的科学参考。

富有机质的形成是全球性地质事件和区域性关键地质事件在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈物理—化学—生物综合作用的结果。中国东部陆相湖盆古近系始新世富有机质页岩分布广、有机质丰度高、厚度大,是研究圈层相互作用下富有机质页岩形成的良好对象。本研究以渤海湾盆地济阳坳陷中始新统沙河街组为例,利用总有机碳/硫含量、有机碳同位素、铁组分和黄铁矿硫同位素等数据,结合中国东部盆地同时期其他层系特征,揭示了关键地质事件驱动的圈层相互作用下富有机质页岩形成与有机碳埋藏之间的关系。结果表明,沙河街组TOC在1%~10%之间,大多数TOC与总硫的比值超过2,活性铁与总铁的比值大于0.38且黄铁矿铁与活性铁的比值小于0.6,指示富有机质页岩是在温暖潮湿的中始新世时期高初级生产力的结果,同时受到火山、热液以及海侵等地质事件的影响。综合中国东部其他盆地研究表明,中始新世广泛的有机碳埋藏是深部地质过程引起的关键地质事件作用下跨圈层物质和能量交换的结果,尽管火山、热液或海侵可能带来额外的硫,但细菌硫酸盐还原反应会有效地耗尽硫酸盐池,利于形成缺氧含铁的沉积水体,为有机质的有效保存提供了基础。

为研究川北龙岗地区侏罗系大安寨段页岩油储集层孔隙结构特征,基于有机碳分析、场发射扫描电镜、XRD全岩、氮气吸附及核磁共振实验,对大安寨段页岩孔隙特征及控制因素进行了系统分析。结果表明: (1)大安寨段页岩油储集层孔隙类型以黏土晶间孔为主,其次方解石晶间孔、石英晶间孔,少量有机质孔隙、黄铁矿晶间孔。(2)黏土含量控制了页岩的孔体积和比表面积,有机质含量对孔隙影响小。(3)方解石晶间孔主要贡献大孔隙,但数量少、体积小。微观上主要见于生物介壳内部,介壳边缘致密无孔,沥青充填程度低,连通性较差。方解石晶间孔发育程度受控于介壳的重结晶作用,大介壳更易重结晶形成晶间孔隙。(4)自生石英晶间孔分布于介壳边缘,孔隙连通性优于方解石晶间孔,形成早于有机质生烃阶段,常被烃类充注,对有效储集空间贡献大。自生石英孔隙的发育受控于介壳硅质交代程度,大介壳更易被交代形成石英晶间孔隙。(5)黏土和介壳的混积作用导致储集空间呈现明显的“二元”结构: 富黏土位置以高比表面积、小孔径、良好吸附性的孔隙为主; 而富介壳区域则以低比表面积、大孔径但连通性受限的孔隙为主。

川西南邛西—白马庙地区须四段底部致密砂岩储集层自生高岭石发育,为探究其形成与保存机制及与优质储集层分布的关系,综合运用物性分析、铸体薄片、扫描电镜、流体包裹体、阴极发光、原位微区碳氧同位素等资料,对研究区须四段致密砂岩储集层自生高岭石微观特征、期次、形成与保存机制及其对储集层物性的影响进行分析讨论。研究发现,须四段致密砂岩储集层岩性为岩屑砂岩,储集空间以粒内溶孔为主,且主要发育岩屑粒内溶孔。储集层中自生高岭石多呈“蠕虫状”、“手风琴状”充填粒间孔和粒内溶孔; 储集层中发育早、晚2期自生高岭石,且均来源于储集层内含铝硅酸盐岩屑和长石的溶蚀,其中早期溶蚀流体为邻近煤系地层产生的腐殖酸,晚期溶蚀流体来源于泥岩中有机质成熟脱羧产生的有机酸。须四段砂岩储集层钾长石含量较少,仅能提供极少量K⁺,晚期有机酸充注时地层温度较低,而随着成岩作用的进行,有机酸逐渐被消耗,同时来自泥岩中的Fe²⁺、Mg²⁺大量参与铁白云石沉淀被消耗,因而成岩流体中的K⁺、Fe²⁺和Mg²⁺无法达到自生高岭石大规模伊利石化和绿泥石化所需的含量,地层温度和有机酸浓度无法同时达到自生高岭石地开石化所需的条件,导致自生高岭石无法大量向伊利石、绿泥石和地开石转化并得以保存至今。因此,在强水动力条件下形成的粒度较粗、分选较好的砂岩溶蚀作用较强,储集层内自生高岭石发育且物性较好。研究表明: 研究区须四段自生高岭石独特的保存机制,在一定程度上保持了储集层的孔隙度与渗透率,并使得其含量能够反映溶蚀作用的强弱,进而指示储集层物性的好坏,可作为川西南邛西—白马庙地区须四段致密砂岩优质储集层发育的标志。

陆坡微盆地内部可汇聚大量的海底扇沉积,其古地貌控制着海底扇的构型特征。顺源延伸的同生正断层作用下相关微盆地内可形成侧向断槽并伴生纵向多级坡折,这种纵向多级坡折对海底扇储层构型具有重要的影响,但控制作用与机理尚不清楚。本研究以英国北海X油田上侏罗统B4油组为例,挖掘井震信息,开展古地貌恢复与储层构型解剖,揭示纵向多级坡折对海底扇构型的控制作用。研究表明: 研究区海底扇形成于一个陆坡断槽内部,西侧发育一级上斜坡,坡度约为7.5°,内部发育3个深水坡折,一级坡折上下斜坡的坡度差为6.3°,而二级与三级坡折上下斜坡的坡度差均小于3°。纵向多级坡折控制了研究区海底扇构型单元平面组合样式与迁移叠置样式,研究区供给强度大、一级上斜坡陡,导致下坡折水流流速快、佛罗德数大,形成近源过路型海底扇,一级下斜坡沉积过路; 一级坡折上下斜坡的坡度差大,导致海底扇砂体厚度大; 下斜坡之间的坡折小,水流速度逐渐减小,在二级至三级下斜坡逐渐发育多分支决口水道—溢岸、水道—朵叶体、朵叶体。随着高级次的下斜坡被充填堆高,朵叶体优先沉积于可容空间较大的低级次下斜坡中,表现出溯源退积叠置,并随着侧向限制性增强,朵叶体延伸方向可发生偏转,形态由朵状变为舌状。

陆坡微盆地作为深水海底扇的重要沉积场所,存在着巨大的石油天然气资源。然而,对于微盆地尤其是泥岩底辟型微盆地内部发育的深水朵叶研究相对薄弱。为此,以西非尼日尔三角洲盆地陆坡区一处泥岩底辟型微盆地为研究对象,基于三维高分辨率浅层地震资料与RGB分频属性融合技术,分析泥岩底辟型微盆地内部深水沉积体系地层结构和构型特征,揭示相关沉积演化的控制因素与形成过程。研究表明,该微盆地内发育块体搬运沉积、水道沉积和朵叶体沉积,其中朵叶体沉积占据主导地位。通过地震剖面与平面RGB分频属性特征分析,将该微盆地内的朵叶划分为复合朵叶与单一朵叶2个构型级次单元,复合朵叶由5期单一朵叶组成,各期单一朵叶在径向上表现出前积与退积的叠置样式,而在横向上表现为侧向迁移。这些沉积单元分布和叠置样式反映了微盆地的初始地形和前期沉积体起伏对后期沉积物流的影响。此外,微盆地内沉积体系演化主要经历了4个阶段: 初始沉积物对原始地形的充填、地形地貌对沉积物流的调节限制、不同期次朵叶的补偿叠置、微盆地充填完全后发生的水道侵蚀。不同期次单一朵叶叠置分布样式以及沉积演化阶段对深水朵叶储集层的物性与连通性有很大影响,通过这一研究对高效开发微盆地内朵叶油藏具有一定参考价值。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组广泛发育夹层型页岩油,其重要储集场所是湖相重力流朵叶体“夹层”,受限于地下资料分辨率,单一朵叶体内部构型样式尚不明确,制约了水平井钻遇率及生产效率。因此,亟需明确朵叶体内部构型特征,为提高水平井钻遇率和生产效率提供理论依据。以鄂尔多斯盆地马泉地区马泉剖面三叠系延长组长7油层组(长7段)为研究对象,结合地质勘测、无人机数字建模及取样分析等技术,开展拗陷湖盆湖底扇重力流朵叶体内部构型精细研究。研究表明: (1)马泉剖面主要发育朵叶体、深湖泥岩和滑塌体3种沉积微相,内部发育块状细砂岩相(Sm)、正粒序层理粉砂岩相(Sg)、块状泥质粉砂岩相(Mp)、包卷层理粉砂岩相(Ssd)、块状泥岩相(Mm)、水平层理页岩相(Sh)和凝灰岩相(Tb)共7种岩石相类型; (2)在顺源方向上,单一朵叶体呈丘状,由多期叠合的块状细砂岩、极细砂岩和黑色泥页岩组成; (3)单一朵叶体内部朵叶单元之间叠置样式受洪水期强物源供给的影响,呈前积式叠置; 朵叶单元之间前积接触样式受单期洪水规模的控制,呈现“侵蚀型”和“披覆型”2种差异前积叠置样式。当洪水规模较大时,朵叶单元沉积厚度较大,早期朵叶单元被侵蚀,朵叶单元之间接触面参差不齐,前积角度较大,呈侵蚀型叠置; 当洪水规模较小时,朵叶单元沉积厚度较小,接触面沉积薄层泥岩,朵叶单元之间接触面平整,前积角度较小,呈披覆型叠置。研究成果丰富了湖底扇朵叶体沉积构型的理论体系,并为夹层型页岩油的水平井开发提供理论支持。

鄂尔多斯盆地中东部横山地区二叠系太原组以含煤系陆源碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积为特征,生烃及成储潜力巨大,但关于层序—沉积充填过程尚存争议,制约了对源储发育规律和配置关系的准确认识。本研究基于太原组最新的钻井取心及测井资料,系统梳理不同级别层序界面特征,通过精细的层序划分与对比,揭示太原组沉积充填规律及源储发育机制。结果表明: (1)太原组发育1个二级层序、5个三级层序(SQ1-SQ5)及多个四级层序,均为二分体系域结构,不发育低位体系域。其中,二级层序下部发育碎屑岩,中上部发育碳酸盐岩,三级层序顶部普遍发育煤层,SQ2-SQ4为太原组石灰岩和颗粒滩发育的主要层段,SQ5缺失程度较高,四级层序地层厚度小,最大海泛面位于斜道段内部; (2)太原组地层存在“沉积中心迁移”、“填平补齐”和“顶削”的沉积充填过程,南部为石灰岩沉积中心,北部为碎屑岩沉积中心; (3)太原组源储发育均受控于层序—沉积演化,表现为“三级层序控制煤系烃源岩发育,四级层序控制储集层纵向叠置分布”,横向上,颗粒滩集中发育在斜坡部位。研究认为,毛儿沟段和斜道段沉积期古地貌斜坡区是天然气勘探的有利区。

利用露头剖面及钻井岩心资料对吐哈盆地台北凹陷中侏罗统西山窑组层序—古地理及聚煤规律进行研究。将台北凹陷西山窑组划分为2个三级层序,层序Ⅰ对应西山窑组一、二段,层序Ⅱ对应西山窑组三、四段。基于对地层厚度、砂岩厚度及砂泥比等单因素等值线图的综合分析,恢复了2个三级层序的岩相古地理格局。台北凹陷南北两侧主要发育辫状河三角洲和曲流河三角洲古地理单元,中部主要发育湖泊古地理单元; 物源来自北部的博格达山和南部的觉罗塔格山。从西山窑组一、二段到西山窑组三、四段,台北凹陷经历了沼泽化(层序Ⅰ)—湖泊化(层序Ⅱ)的过程,总体为河湖相沉积背景。聚煤作用以层序Ⅰ中的西山窑组二段最强,聚煤中心位于台北凹陷北部山前带柯柯亚地区,分布在三角洲平原泥炭沼泽古地理单元; 层序Ⅱ聚煤作用弱,不含或仅含少量薄煤层。研究基于层序地层学与古地理学理论,系统分析聚煤作用及煤层分布特征,可为区内煤层气资源的勘探开发及勘探区块的评价和优选提供理论支持。

豫东地区位于华北盆地南缘,是目前中国进行煤系气勘探开发的主要地区之一,石炭—二叠纪是其主要聚煤期。在对钻孔岩心、露头剖面及测井资料分析的基础上,建立了豫东地区石炭—二叠纪海陆过渡相含煤岩系的层序地层格架,将含煤岩系划分为3个三级层序。并结合地层厚度、石灰岩含量、泥岩厚度、砂泥比、煤层厚度等值线图,恢复了各层序的古地理图,主要的古地理单元有三角洲、潮汐沙坝、潮坪—潟湖和碳酸盐岩台地等,层序Ⅰ和层序Ⅱ煤层形成于潮坪—潟湖环境,层序Ⅲ煤层形成于三角洲平原环境以及潮坪—潟湖环境。豫东地区层序Ⅰ底部的0号煤层以及顶部的一₅煤层和层序Ⅲ的二₁煤层发育较好,0号煤层和一₅煤层形成于浅水陆棚淤浅而成的泥炭沼泽环境中,位于层序Ⅰ的初始海泛面附近和高位体系域末期,此时海平面上升速率慢,较慢的可容空间增长速率与较慢的泥炭聚集速率相平衡,形成厚煤层,层序Ⅰ时期0号煤层在柘城一带发育较好,一₅煤层在淮阳附近发育较好; 二₁煤层形成于分流间湾淤浅而成的泥炭沼泽中,在层序格架中,位于层序Ⅲ最大海泛面附近,此时海平面上升速率较快,较快的可容空间的增长速率与较高的泥炭聚集速率相平衡,形成该厚煤层,二₁煤层在柘城以及太康、淮阳等地区发育较好。

维管植物是陆地植物中最具优势的一大分支,为古生代植物登陆演化的主体。化石记录表明,维管植物最早出现于志留纪,在泥盆纪迎来辐射发展,而志留纪—泥盆纪植物是现代支系如石松类、木贼类、真蕨类及种子植物的祖先类群(干群),预示着这些现代支系的分化。维管植物大化石的属级总体多样性自志留纪逐步上升,至早泥盆世布拉格期达到第1次峰值,之后呈现2次下降、上升波动,在吉维特期晚期及法门期晚期分别达到峰值。志留纪—早泥盆世植被包括莱尼蕨类草地、工蕨类草地、工蕨类—早期真叶植物混生草地等,零星出现灌丛、湿地;中、晚泥盆世草地、湿地、灌丛继续发育,新出现枝蕨类森林、石松类森林和前裸子植物森林等。随着志留纪—泥盆纪植物的辐射演化,植被碳库显著扩大,钙质古土壤记录剧增,表明土壤无机碳库也呈扩大趋势,一些下泥盆统古土壤中的无机碳密度已与现代最高值相近;中泥盆世以来煤(古有机土)的记录逐渐增多,表明土壤有机碳含量的显著增大;因此,志留纪—泥盆纪陆地碳埋藏的增加主要体现在有机土、钙质土等富碳土壤记录的增多。通过成岩作用,古土壤将表层系统中的碳转变为岩石圈碳库的一部分,进而达到长期碳封存的效果。未来需继续加强植物化石的系统分类及古植物群落生态、早期植被分类和区划的研究,进一步通过古植物个体及群落重建、模型模拟等研究估算当时的植被碳库,定量估算不同地质时期的地表土壤碳储量以及古土壤碳的埋藏效率,以约束地球系统模型中的碳循环过程。

云南曲靖及周边地区是中国中泥盆统研究最早且较为深入的地区之一。该地区既发育以碎屑岩为主的陆相—海陆过渡相沉积,又发育碳酸盐岩夹碎屑岩的正常浅海沉积,因此是研究中泥盆世晚期海陆分布的理想地区之一。依据岩性特征及其与下伏地层的接触关系,笔者对研究区内中泥盆统上部地层进行了梳理,建议该套地层宜使用西冲组或曲靖组,而不宜继续使用海口组,中泥盆统自下而上应为穿洞组、上双河组、西冲组/曲靖组(同期异相)。研究区内中泥盆统上部地层可划分为碎屑岩、碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积、碳酸盐岩3个分布区,其中碎屑岩分布区又可分为周边不整合和中间连续沉积2个亚区。基于古生物证据、沉积学特征和初步地球化学分析,提出西冲组主要为陆相沉积,也发育陆海过渡相沉积,而同期异相的曲靖组为正常浅海沉积。中泥盆世晚期,研究区环境自西向东依次为古陆剥蚀区、陆相沉积环境(河流等)、海陆交互环境和正常浅海,这种海陆分布演变既受控于区域的古地理格局,同时也受到加里东期构造运动的宏观影响。

Drepanophycus(镰蕨属)是早期石松类的代表类群之一,其在全球广泛分布,时间延限为早泥盆世至晚泥盆世。本研究首次描述了产自云南曲靖太和剖面中泥盆统海口组中的Drepanophycus qujingensis Li et Edwards,其营养轴平躺或穿层保存,长度可达172.0 mm, 三角形、镰刀形的小型叶稀疏排列在营养轴上,长约4.6 mm,气孔类型为无规律型。另外,回顾了Drepanophycus在中国的百年研究历史,分析和总结了该属的分类学特征。新材料的发现及对前人标本的重新研究确凿地证明了Drepanophycus在华南地区可延伸至中泥盆世,且华南地区中泥盆世植物群既有Drepanophycus和真叶植物基部类群等“始植物群”分子,又有异孢石松类和似真蕨类等“古生代植物群”分子。在同一剖面海口组中还观察到大量古土壤发育,其中的根状茎极可能属于Drepanophycus,表明草本石松类在中泥盆世发挥了固定土壤、减缓侵蚀、塑造地球景观的功能。

云南曲靖中泥盆统海口组植物化石是南方植物区系的典型代表,植物组合以石松类为主,兼具大量的地方性特色植物,被称为海口植物群或西冲植物群。本研究基于云南曲靖中泥盆统海口组的植物化石新材料,识别出2种石松类: Lepidodendropsis zhanyiense Zheng,Wang,Li,Liu et Xue sp. nov.(沾益拟鳞木,新种)和Minarodendron cathaysiense(Schweitzer et Cai)Li(华夏小木)。沾益拟鳞木具假轮状排列的简单叶基,细枝的叶基上部有向两侧延伸的浅沟状假叶痕,在粗枝上假叶痕呈规则的M型结构; 营养叶不分叉,纤细,呈线形; 孢子叶呈勺状,在茎干密集排列形成长达18 cm的繁殖区,孢子囊椭圆形,着生于孢子叶的近轴面。华夏小木的标本显示了与前人描述相似的茎轴形态及叶基排列方式。在新材料的基础上,通过计算机三维建模的方法,探讨了泥盆纪石松类植物的叶基形态变化,指出沾益拟鳞木及其他相似植物叶基上的M型结构并非叶舌穴。中泥盆世石松类植物显示出相似的、原始的叶基形态,且一些类型演化为较大的体型(即树型习性),体现了它们在营养结构方面相似的进化程度。华南中泥盆世石松类植物群主要分布于河流或滨岸,具有显著的区域性特征,可能反映出华南地区较为隔离的古地理位置。研究成果进一步丰富了华南中泥盆世的植物多样性,也为石松类植物的演化提供了新的证据。

大气二氧化碳(pCO₂)浓度升高被广泛认为是全球变暖的主要驱动因素。重建地质时期的pCO₂浓度对预测未来全球气候变化具有重要意义。侏罗纪是地质历史上典型的温室气候期,前人通过模拟计算和地质记录等多种方法估算了该时期的pCO₂浓度。然而,目前根据不同指标重建的侏罗纪pCO₂分辨率较低且存在较大差异。本研究系统收集了侏罗纪1808个C₃植物有机碳同位素数据,采用pCO₂重建新指标(C₃陆生植物有机碳同位素)恢复了侏罗纪高分辨率pCO₂连续变化趋势。研究表明,侏罗纪pCO₂浓度范围在407×10^-6~7540×10^-6之间,与前人研究结果基本一致。此外,该时期pCO₂整体呈现逐渐下降的趋势,并在早侏罗世和晚侏罗世中存在3次大气CO₂浓度高值区间。与同期地质事件相比,显示出良好的对应关系,表明研究结果具有较高的准确性。尽管研究结果表明早侏罗世托阿尔期的大气pCO₂浓度显著高于其他替代指标,可能由于所收集的C₃陆生植物有机碳同位素数据受区域因素影响,但该研究依然能够准确地反映侏罗纪pCO₂浓度的变化趋势,并具有一定的科学意义。

槭属(Acer Linn.)是现今北温带阔叶林的重要组成分子,广泛分布于北温带和部分亚热带地区。本研究对内蒙古赤峰中新统老梁底组的9块槭属叶片化石和2块槭属翅果化石进行了系统分类学研究,将其鉴定为鸡爪槭组(section Palmata)的中华槭(相似种)Acer cf. sinense Pax和全缘槭组(section Oblonga)的三角槭(相似种)Acer cf. buergerianum Miq.。依据化石记录,重建了鸡爪槭组和全缘槭组的传播路径: 鸡爪槭组在古新世时仅生长于东亚地区,至晚始新世越过图尔盖海峡扩散至欧洲地区,渐新世和中新世鸡爪槭组分布于欧亚大陆,上新世和更新世鸡爪槭组退缩到东亚地区,而在全新世,该组从东亚向北美地区扩散,形成当今东亚—北美间断分布的格局。全缘槭组在晚始新世可能通过白令陆桥从北美高纬度地区传播至东亚中纬度地区,自中新世之后,该组在北美地区消失,当前仅在东亚地区广泛分布。鸡爪槭组和全缘槭组的传播路径存在一定的差异,表明分组对槭属植物传播路径进行研究的必要性。结合现生中华槭和三角槭分布区及内蒙古赤峰已报道的早中新世植物化石的现生亲缘种分布区的气候参数,推测赤峰地区早中新世的年均气温为10.6~18.2 ℃,年均降水量为950~1492 mm,气候温暖湿润。本研究不仅进一步丰富了内蒙古东部早中新世的植物多样性,也为该地区早中新世的气候研究提供了新的证据。

针对松辽盆地南部乾安油田乾深区块青三段x小层致密砂岩储集层有利区评价中权重确定偏主观、评价标准存在模糊性的问题,探索了一套结合主客观权重的综合评价方法。该方法先通过层次分析法计算专家经验权重,再利用CRITIC法分析数据得出客观权重,最后将二者结合得到综合权重。同时引入正态云模型,基于评价等级分值区间并结合边界隶属度阈值约束推导标准云参数(期望E_x、熵E_n、超熵H_e),建立评价等级与实测数据之间的灵活对应关系,有效处理评价过程中的不确定性问题。实际应用表明,沉积相带、含油性和有效厚度是影响有利区的主要因素,其综合权重分别为0.253、0.182和0.124。对20口井的评价结果显示,一类区12口、二类区5口、三类区3口,结果与前人认识符合率达到95%,Kappa系数κ=0.91。证明这套方法在致密砂岩储集层有利区评价中具有较好的实用价值。

相对湖平面变化曲线是经典层序地层学的研究基础,但由于断陷湖盆相比于海盆沉积背景更为复杂,且难以刻画相对湖平面升降,故本研究引入滨线轨迹分析方法,结合钻井、测井和三维地震资料,以渤中凹陷西洼古近系东营组二段下亚段(简称“东二下亚段”)(对应为一个三级层序SQd₂)为研究目的层,开展层序格架和沉积充填分析。层序SQd₂发育S形前积反射、斜交型前积反射和小型丘状反射及平行—亚平行反射,解释为三角洲、湖底扇和湖泊沉积。依据滨线轨迹的运动方向和轨迹形态,识别出上凸上升前进型、下凹上升前进型、上凸下降前进型和上凸上升后退型4类轨迹,并分别解释为低位体系域、高位体系域、强制湖退体系域和湖侵体系域。层序SQd₂晚期发育大规模三角洲,下凹上升型代表正常湖退过程,形成“厚顶积层、厚前积层”的大型三角洲,在重力驱动下,可形成小型湖底扇; 上凸下降型指示强制湖退过程,在相对湖平面下降的背景下,形成“薄顶积层、厚前积层”的大型三角洲,碎屑物质更易进入深水湖盆形成大型湖底扇。综上,本研究通过滨线轨迹迁移分析,将一个完整的层序划分为4个体系域,指出断陷湖盆强制湖退阶段更易形成富砂三角洲,并在深水湖盆形成相对富砂的湖底扇,是寻找有利储集相带和发现岩性圈闭的有利位置。

浅水三角洲河道网络结构复杂,以往分流河道形态表征研究中,缺乏河宽空间连续性定量化数据支撑。作者聚焦于河道形态参数的定量化表征,研究赣江三角洲分流河道宽度的空间连续变化特征,旨在为储集层构型研究提供河道宽度空间变化的约束条件,进而完善储集层构型表征方法体系。基于Google Earth Engine(GEE)大数据云计算平台,改进RivWidthCloud河宽提取算法,实现了赣江三角洲分流河道连续宽度数据的自动化提取,揭示浅水三角洲平原分流河道宽度的空间连续变化规律。结果表明: (1)算法优化后提取的河宽数据与实测值具有显著相关性(R²=0.84),验证了该方法在河道形态监测中的可靠性与适用性; (2)赣江主支河道宽度季节变幅显著(旱季平均河宽444.85 m,雨季平均河宽650.75 m,增幅46%),明显高于其他2条分流河道; (3)河道宽度与分汊频率呈显著空间耦合关系: 分汊口上游段宽度急剧增加,分汊后次级河道宽度显著减小; (4)根据连续河道宽度曲线(即连续河宽数据点变化趋势线),向三角洲下游方向,分流河道宽度数据有整体降低趋势,但仍呈多级次波动的震荡变化; (5)70%的类心滩发育区呈现“滩头宽,滩颈窄,滩尾较宽”的宽度变化模式,对应河道宽度曲线表现为“高—低—较高”的三段式特征。连续河宽量化方法为现代三角洲沉积研究提供了新工具,其揭示的河道尺度变化规律可为分流河道规模的精细表征、储集层构型建模的几何约束及小尺度沉积相图编制提供定量依据。