金之钧院士团队：沉积盆地波动过程分析

波是一种物质，波动是物质的基本运动形式。波动的两个特性是时间上的周期性或旋回性，空间上的运动或能量等的波状传播。地壳波动的概念是在20世纪30年代由范贝梅提出的，20世纪70年代张伯声先生提出了地壳波浪状镶嵌学说。20世纪80年代初期，张一伟先生创造性地将波动概念引入到盆地分析中。并于1983 年在石油学报上发表《山东西部箕状凹陷形成的探讨——初论地壳波状运动》，提出波状运动是板块内部地壳运动的一种主要形式，并根据波动的叠加分析渤海湾盆地的沉降中心迁移和油气资源富集规律（图1）。同期，来自加拿大渥太华大学的Digby J. Mclaren认为地球生物大灭绝与太阳系穿越银河系的动力过程有关。20世纪80年代后期，前苏联学者施比伊曼和缅斯尼科娃提出盆地波动分析思路和方法。这一时期，位于亚洲、欧洲和北美洲大陆的学者从不同角度提出地质历史时期旋回和盆地波动分析的学术思想。20世纪90年代，作者本人和张一伟先生将盆地波动思路和方法引进国内，并在随后研究中逐渐发展形成了盆地波动分析的定量化研究方法，开发了相关软件。

图1 地壳波状运动控制箕状凹陷演化示意图（张一伟，1983，修编）

沉积盆地作为地壳的一部分，其形成演化受控于构造、全球海平面变化、气候变化和剥蚀－沉积过程。因此，沉积盆地中的沉积充填和所保存的构造形迹蕴含着丰富的地球动力学信息和地壳变动信息，同时它也是石油、天然气等矿藏赋存的主要场所。沉积盆地的演化作为地球系统各种波动过程相互叠加干涉的结果，体现了地壳波状运动。盆地内部构造的等距性、同向性、旋回性等都是地壳波状运动的表现，沉积（沉降）中心与隆起中心的迁移、箕状坳陷的形成与分布等，都可以通过地壳波状运动观点得到解释。油气成藏表现出旋回性，与盆地构造和沉积波动过程相关，油气藏在平面上的分布受波状分布着的构造的影响。

沉积盆地波动过程分析主要有三个方面的内容：一是理论方面的，涉及地壳运动和成盆动力学，主要从地球系统观出发，考虑天文因素和地球内部因素，探索盆地波动机理；二是方法学方面的，即对盆地波动演化过程研究方法的探索，包括定年方法和波动要素分离方法等；三是应用方面的，即如何将盆地波动观点、方法和波动要素分离结果应用于盆地沉积、构造和油气生成及成藏过程的分析当中。

沉积盆地波动过程分析工作流程是综合利用野外露头、岩心、地层古生物、钻井、录井、测井和地震资料，建立地层年代格架，恢复地层的原始厚度，进而计算出不同时期的沉积速率，借助数理方法和计算机手段提取不同尺度的周期波曲线。通过剖面的对比，可以分析沉积和沉降中心的迁移规律、主要剥蚀期的抬升过程，解释目前地层格架的形成机理，认识生油层、储集层和盖层的分布规律，进而预测它们的空间展布特征。利用波动分析提供的埋藏史曲线，可以更准确地分析油气藏的形成及破坏过程，并结合盆地的石油地质研究，指出有利远景区（图2）。

图2 盆地波动分析流程图

（金之钧 等著. 北京: 科学出版社，2023. 9）一书以张一伟地壳波动学术思想为出发点，全面阐述了盆地波动过程分析的理论基础和研究方法，结合我国塔里木盆地、鄂尔多斯盆地和渤海湾盆地的实例，对研究成果进行了较为系统的梳理：①提出了盆地波动过程分析的概念，总结了其提出的历史背景和发展过程。②对地壳的波动现象和引起沉积盆地波动演化的天文因素和地内因素进行了总结。③发展了定量化的盆地波动分析流程，实现了波动过程分析与层序地层学和旋回地层学研究的结合，以及裂变径迹分析等与利用波动方程计算不整合剥蚀量的结合，并利用波动方程建立埋藏史模型。④将盆地波动过程研究应用于油气成藏过程分析，预测油气分布特征，指导了油气勘探。

应当指出的是，盆地波动研究中存在一些重要的科学问题和方法学难题远未得到解决。关键在于，百万年以上尺度的天文周期模型需要深入探索；在沉积间断时间远大于有沉积记录的时间的地质背景下，如何有效开展周期信号处理及其置信检验是重要挑战。盆地波动过程分析需要大数据挖掘、地球系统数值模拟、高精度地质定年、广泛的地球化学示踪、稳健的数字信号处理等先进技术支持。

沉积盆地长期波动的产生机制既有天文周期驱动，也有地球动力学旋回作用。面对这类竞争性的科学假说，我们应当保持开放的心态。通过对不同沉积盆地长期波动过程进行比较和分析，可以寻找共性和规律。希望地壳波动的学术思想和研究方法在研究圈层相互作用方面有更大的发挥空间，通过建立普适性波动曲线，为地球系统演变机制提供更完备的解释方案。

因此，未来的盆地波动研究有几个发展方向值得关注：①开展“深时”太阳系轨道力驱动的地球圈层演化研究；②开展地球深部动力学旋回驱动的沉积盆地波动演化研究；③通过地质证据与数值模拟技术相结合，完善盆地波动过程分析方法；④协同天文与地内因素以全面理解圈层相互作用与资源环境效应。

虽然波动是物质运动的终极方式，但地壳波动学说不是放之四海而皆准的理论，不能解决所有的地质问题，它是一种物理学原理在地球系统科学中的应用，需要我们理性看待。毋庸置疑的是，如果本书的学术思想对未来地球科学研究新范式甚至新理论的出现带来启发，即实现了作者初衷。

本文摘编自《沉积盆地波动过程分析》（金之钧 等著. 北京: 科学出版社，2023. 9）一书“前言”和“后记”，有删减修改。

责任编辑: 焦 健

本书以物理学的波动理论和地球系统科学中的圈层相互作用思想为指导，探讨了盆地沉降及隆升剥蚀的形成过程，建立起波动方程等定量的概念。具体阐述了地壳波状运动的研究历程，总结了盆地波动过程分析的理论基础和研究方法。以各圈层周期节律的耦合为纽带，着重探讨了天文旋回对沉积盆地演化的控制。以我国典型含油气盆地，如塔里木盆地、鄂尔多斯盆地和渤海湾盆地为分析对象，论述了盆地波动过程对油气成藏和油气分布的控制作用，并探讨了盆地波动过程分析方法在页岩油气勘探中的应用。

本书适用于从事石油地质学、地层学、构造地质学以及地球系统科学交叉学科的地质科技人员、勘探工程师和相关专业的研究生参考阅读。

（本文编辑：刘四旦）

一起阅读科学!

科学出版社│微信ID：sciencepress-cspm

专业品质 学术价值

原创好读 科学品位

科学出版社视频号

硬核有料 视听科学