在知音湖畔，一座能“倒轉(zhuǎn)時(shí)光”的實(shí)驗(yàn)室正悄然改變著中國(guó)油氣勘探的版圖。通過(guò)精確控制水流、坡度等參數(shù)，30米長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)水槽中，百萬(wàn)年的地質(zhì)沉積過(guò)程被濃縮至數(shù)周重現(xiàn)，它就是長(zhǎng)江大學(xué)沉積模擬實(shí)驗(yàn)室。

　　40年磨礪，它從一紙藍(lán)圖中破繭，累計(jì)支撐發(fā)現(xiàn)油氣當(dāng)量超50億噸，成長(zhǎng)為國(guó)際沉積學(xué)界的“中國(guó)地標(biāo)”，在中國(guó)能源勘探史上鐫刻下跨越式創(chuàng)新的年輪。

　　破土：一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的“造陸運(yùn)動(dòng)”

　　“一直以來(lái)，地質(zhì)學(xué)家都在反演沉積巖的形成過(guò)程，能不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬的方式來(lái)正推沉積巖的形成機(jī)制呢？”1985年的大慶油田會(huì)議上，吳崇筠教授首次提出建設(shè)河湖沉積模擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)想。

　　在這之前，地質(zhì)勘探像考古，發(fā)現(xiàn)露頭后，再反推歷史，根據(jù)“已知”探索“未知”，而巖層經(jīng)歷了一系列的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，時(shí)間上的細(xì)節(jié)都難以確定。而河湖沉積模擬實(shí)驗(yàn)則可化身時(shí)間旅者，從巖石“胚胎”階段開始全程記錄。通俗來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)方法好比果實(shí)落地之后，再推測(cè)種子的生長(zhǎng)過(guò)程。新方法在三維空間的基礎(chǔ)上添加時(shí)間軸，讓實(shí)驗(yàn)成為更加立體的四維，就像在種子入土瞬間啟動(dòng)延時(shí)攝影，不僅記錄下每圈年輪的誕生，連何時(shí)遭遇病蟲害等不同時(shí)間段的生長(zhǎng)細(xì)節(jié)也一并展現(xiàn)出來(lái)，大大減少了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的不確定性。

　　吳崇筠教授的倡議猶如一顆蘊(yùn)含著無(wú)盡可能的種子，在賴志云的心中生根發(fā)芽。經(jīng)過(guò)與中國(guó)石油天然氣總公司、學(xué)校多次溝通協(xié)調(diào)，1988年6月召開的中國(guó)油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)會(huì)議上，中國(guó)石油天然氣總公司決定，由江漢石油學(xué)院（長(zhǎng)江大學(xué)前身）建設(shè)“湖盆沉積模擬實(shí)驗(yàn)室”。這一決策為種子的萌芽提供了肥沃的土壤。1989年，中石油科技發(fā)展部批準(zhǔn)湖盆沉積模擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，同年，3m×5m×0.5m的湖盆實(shí)驗(yàn)裝置建成，標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)室建設(shè)邁出了實(shí)質(zhì)性的第一步。3年后，實(shí)驗(yàn)裝置再次擴(kuò)容，16m×6m×0.8m的湖盆實(shí)驗(yàn)裝置建成，進(jìn)一步擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)研究的規(guī)模和范圍。

　　然而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，賴志云、張春生、劉忠保等研究人員發(fā)現(xiàn)，湖盆實(shí)驗(yàn)裝置只能模擬單一的地形，并不能重現(xiàn)隆起、坳陷、單斷陷、雙斷陷、斜坡等地形的構(gòu)造演化與沉積充填關(guān)系。一次偶然的機(jī)會(huì)，研究人員在查閱資料時(shí)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)科學(xué)院流水地貌實(shí)驗(yàn)室安裝了活動(dòng)底板裝置，模擬多種構(gòu)造變形形式，研究構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地貌體的影響。受此啟發(fā)，賴志云、張春生就想，“能否借鑒流水地貌實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)底板的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合油氣勘探及開發(fā)的需求，研制類似的模擬裝置？”

　　和課題組研究人員交流了這一想法后，大家的思路一拍即合。結(jié)合實(shí)地考察情況，在華北莊、胡俊華、汪琦生等教授的幫助下，有活動(dòng)底板的水槽實(shí)驗(yàn)裝置被成功研制出來(lái)。加入活動(dòng)底板后，水槽實(shí)驗(yàn)裝置從只能模擬一種地形的定床，升級(jí)為能模擬不同復(fù)雜地形的動(dòng)床。

　　隨著能源學(xué)科資源整合及油氣勘探技術(shù)發(fā)展需求，長(zhǎng)江大學(xué)于2019年召開專項(xiàng)論證會(huì)確定實(shí)驗(yàn)室升級(jí)方案。歷經(jīng)五年建設(shè)周期，2024年實(shí)驗(yàn)室主體工程竣工，建成了包含30m×12m×1m帶有10m×8m活動(dòng)底板的大水槽，同時(shí)建設(shè)了15m×1m×0.8m可調(diào)節(jié)坡度玻璃水槽和21m×0.4m×0.6m環(huán)形水槽，形成多尺度、多功能沉積模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。搭配微地貌3D掃描、DELFT 3D水動(dòng)力模型等技術(shù)手段，科研團(tuán)隊(duì)用激光掃描儀給不同時(shí)期沉積物“體檢”，開發(fā)出專屬人工智能算法將百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)字高程模型，識(shí)別出不同粒度等級(jí)的沉積物，并重現(xiàn)地質(zhì)演化過(guò)程，讓沉積過(guò)程首次實(shí)現(xiàn)從“看輪廓”到“測(cè)體形”的跨越。

　　“我們正在拓展模擬波浪和潮汐的功能，實(shí)現(xiàn)造浪造潮功能后，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將能模擬浪控和潮控沉積體系，模擬對(duì)象從陸相擴(kuò)展到海相�！睂�(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人胡光明教授指著正在調(diào)試的水槽介紹，“下一步，我們還將利用現(xiàn)代人工智能手段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室往智能化方向發(fā)展。”

　　80平方米的活動(dòng)底板可模擬動(dòng)床條件下的各種沉積體系，21米長(zhǎng)的環(huán)形水槽能觀察重力流及細(xì)粒沉積的沉積過(guò)程，從荊州老校區(qū)到武漢新基地，設(shè)備的每次迭代都對(duì)應(yīng)著我國(guó)油氣勘探的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向。如今，歷經(jīng)三代科研人接力，這個(gè)最初僅有3×5米的水槽“沙盤”，已演變成破解“地下迷宮”密碼的“地質(zhì)王國(guó)”。

　　解謎：給大地做“CT”

　　2019年1月，長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院張昌民教授團(tuán)隊(duì)參加的研究項(xiàng)目“凹陷區(qū)礫巖油藏勘探理論技術(shù)與瑪湖特大型油田發(fā)現(xiàn)”榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　“該獎(jiǎng)項(xiàng)的首個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，便是準(zhǔn)噶爾盆地凹陷區(qū)大型退覆式淺水扇三角洲礫巖沉積模式的建立。而其中，沉積模擬實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮了不可替代的作用�！眻F(tuán)隊(duì)成員尹太舉教授介紹。

　　如果把沉積盆地想象成一個(gè)“超級(jí)篩子”，油氣藏形成的奧秘就藏在“篩網(wǎng)”的縫隙里。常規(guī)油氣傳統(tǒng)勘探思路認(rèn)為，盆地沉積遵循這樣的規(guī)律：山體風(fēng)化剝蝕的碎屑物被水流裹挾而下，靠近山腳的盆地邊緣水動(dòng)力強(qiáng)，粗砂、礫石等“大塊頭”最先沉積，就像建筑用的粗骨料——顆粒之間縫隙多、孔隙大，天然形成油氣儲(chǔ)存的“地下倉(cāng)庫(kù)”。隨著水流向盆地中央延伸，搬運(yùn)能力逐漸減弱，細(xì)如面粉的黏土、粉砂最終沉積。這類細(xì)粒沉積物顆粒緊密，孔隙比頭發(fā)絲還細(xì)，如同密實(shí)的“防水層”，既難儲(chǔ)油也難滲流。這種“邊緣粗、中心細(xì)”的沉積規(guī)律，讓地質(zhì)學(xué)家長(zhǎng)期把勘探重點(diǎn)鎖定在盆地周緣的山前帶——這里砂體發(fā)育，儲(chǔ)集空間充足。而盆地中央因缺乏優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，一度被視為勘探“禁區(qū)”。

　　隨著油氣勘探技術(shù)不斷升級(jí)，結(jié)合中國(guó)“找油經(jīng)驗(yàn)”的啟示和瑪湖凹陷“天生優(yōu)越”的地質(zhì)條件、區(qū)位，新疆油田的地質(zhì)學(xué)家們意識(shí)到：想要在準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷尋找“新寶藏”，必須跳出傳統(tǒng)勘探思路，向西斜坡這片“潛力區(qū)”進(jìn)軍。

　　地質(zhì)學(xué)家們仔細(xì)研究西斜坡鉆取的巖心發(fā)現(xiàn)，西斜坡確實(shí)存在油氣，然而這卻與傳統(tǒng)的理論相違背。沉積地層怎么形成的？?jī)?yōu)勢(shì)儲(chǔ)集層怎么分布的？解決這些問(wèn)題，要么找到國(guó)內(nèi)類似地層進(jìn)行類比，要么通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬。

　　在時(shí)任新疆油田副總經(jīng)理匡立春的邀請(qǐng)下，張昌民教授前往瑪湖凹陷西斜坡開展實(shí)地研究。根據(jù)西斜坡的地質(zhì)條件和沉積環(huán)境特征，張昌民教授帶領(lǐng)課題組開始了為期數(shù)年的實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相較于陡坡，緩坡地形下沉積物被推送得更遠(yuǎn)。在先陡后緩的古地形下，水流將砂石礫巖源源不斷地輸向盆地，中途遭遇了數(shù)道地質(zhì)臺(tái)階（坡折帶），就像水流遇臺(tái)階形成瀑布，沉積物在此逐級(jí)“剎車”堆積。隨著不同歷史時(shí)期瑪湖水域擴(kuò)張，沉積物不斷向陸地后退，迫使砂礫巖在不同海拔停下腳步，最終形成多層巨型扇體縱向堆疊、橫向拼接的壯觀結(jié)構(gòu)，宛如地下埋藏著三塊相互咬合的“能源拼圖”。這種新發(fā)現(xiàn)的沉積模式被新疆油田命名為大型淺水退覆式扇三角洲沉積模式。

　　在該沉積模式指導(dǎo)下，新疆油田打破“圍著斷裂帶打轉(zhuǎn)”的勘探定式，在瑪湖凹陷展開了一場(chǎng)顛覆認(rèn)知的“尋寶革命”。他們發(fā)現(xiàn)，古代淺水區(qū)如同“退潮沙灘”般層層后退形成的扇三角洲前緣帶，竟是隱藏的“油氣大糧倉(cāng)”。經(jīng)過(guò)實(shí)地打井勘探，瑪湖凹陷南斜坡瑪湖1井、西斜坡瑪18井、東斜坡鹽北1井均獲高產(chǎn)工業(yè)油流，隨后瑪湖凹陷中心瑪中2井、瑪中4井獲工業(yè)油氣流，終于揭開了瑪湖凹陷“滿凹含油”的奧秘。

　　瑪湖凹陷的突破，僅僅是該實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)學(xué)研融合的冰山一角。

　　40年來(lái)，這支科研團(tuán)隊(duì)就像手握“地質(zhì)透視儀”，針對(duì)淺水、深水、咸水等不同沉積環(huán)境開展全維度“CT”掃描，先后破解了不同地層的沉積密碼。在渤海灣，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)再現(xiàn)渤海灣盆充填過(guò)程，為發(fā)現(xiàn)深層大型整裝氣田提供支撐，斬獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；從中原到剛果，實(shí)驗(yàn)室的沉積模型成為跨國(guó)找油的“導(dǎo)航儀”，支撐國(guó)內(nèi)外油田發(fā)現(xiàn)10億方原油，新增300萬(wàn)噸產(chǎn)能，拿下湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；在吉木薩爾頁(yè)巖油戰(zhàn)場(chǎng)，助推200萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)能崛起，打造出國(guó)家級(jí)頁(yè)巖油開發(fā)樣板間。

　　從給大地做“CT”到給油田裝“導(dǎo)航”，這支團(tuán)隊(duì)用40年證明：實(shí)驗(yàn)室里的水槽模擬，真能撬動(dòng)地下億噸級(jí)油藏。隨著“深地工程”啟動(dòng)，這座走過(guò)40載的實(shí)驗(yàn)室，正將“視距”延伸向地球深部，在萬(wàn)米地層中續(xù)寫新的“沉積傳奇”。