在知音湖畔，一座能“倒轉(zhuǎn)時光”的實驗室正悄然改變著中國油氣勘探的版圖。通過精確控制水流、坡度等參數(shù)，30米長的實驗水槽中，百萬年的地質(zhì)沉積過程被濃縮至數(shù)周重現(xiàn)，它就是長江大學(xué)沉積模擬實驗室。

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

　　破土：一場實驗室的“造陸運動”

　　“一直以來，地質(zhì)學(xué)家都在反演沉積巖的形成過程，能不能通過實驗室模擬的方式來正推沉積巖的形成機制呢？”1985年的大慶油田會議上，吳崇筠教授首次提出建設(shè)河湖沉積模擬實驗室的構(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)運動，時間上的細節(jié)都難以確定。而河湖沉積模擬實驗則可化身時間旅者，從巖石“胚胎”階段開始全程記錄。通俗來說，傳統(tǒng)方法好比果實落地之后，再推測種子的生長過程。新方法在三維空間的基礎(chǔ)上添加時間軸，讓實驗成為更加立體的四維，就像在種子入土瞬間啟動延時攝影，不僅記錄下每圈年輪的誕生，連何時遭遇病蟲害等不同時間段的生長細節(jié)也一并展現(xiàn)出來，大大減少了實驗過程中的不確定性。

　　吳崇筠教授的倡議猶如一顆蘊含著無盡可能的種子，在賴志云的心中生根發(fā)芽。經(jīng)過與中國石油天然氣總公司、學(xué)校多次溝通協(xié)調(diào)，1988年6月召開的中國油氣儲層評價會議上，中國石油天然氣總公司決定，由江漢石油學(xué)院（長江大學(xué)前身）建設(shè)“湖盆沉積模擬實驗室”。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)展部批準湖盆沉積模擬實驗室建設(shè)方案，同年，3m×5m×0.5m的湖盆實驗裝置建成，標志著實驗室建設(shè)邁出了實質(zhì)性的第一步。3年后，實驗裝置再次擴容，16m×6m×0.8m的湖盆實驗裝置建成，進一步擴大了實驗研究的規(guī)模和范圍。

　　然而在實驗過程中，賴志云、張春生、劉忠保等研究人員發(fā)現(xiàn)，湖盆實驗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。一次偶然的機會，研究人員在查閱資料時發(fā)現(xiàn)，中國科學(xué)院流水地貌實驗室安裝了活動底板裝置，模擬多種構(gòu)造變形形式，研究構(gòu)造運動對地貌體的影響。受此啟發(fā)，賴志云、張春生就想，“能否借鑒流水地貌實驗室活動底板的設(shè)計理念，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，有活動底板的水槽實驗裝置被成功研制出來。加入活動底板后，水槽實驗裝置從只能模擬一種地形的定床，升級為能模擬不同復(fù)雜地形的動床。

　　隨著能源學(xué)科資源整合及油氣勘探技術(shù)發(fā)展需求，長江大學(xué)于2019年召開專項論證會確定實驗室升級方案。歷經(jīng)五年建設(shè)周期，2024年實驗室主體工程竣工，建成了包含30m×12m×1m帶有10m×8m活動底板的大水槽，同時建設(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、多功能沉積模擬實驗平臺。搭配微地貌3D掃描、DELFT 3D水動力模型等技術(shù)手段，科研團隊用激光掃描儀給不同時期沉積物“體檢”，開發(fā)出專屬人工智能算法將百萬個數(shù)據(jù)點轉(zhuǎn)化為數(shù)字高程模型，識別出不同粒度等級的沉積物，并重現(xiàn)地質(zhì)演化過程，讓沉積過程首次實現(xiàn)從“看輪廓”到“測體形”的跨越。

　　“我們正在拓展模擬波浪和潮汐的功能，實現(xiàn)造浪造潮功能后，實驗平臺將能模擬浪控和潮控沉積體系，模擬對象從陸相擴展到海相�！睂嶒炇邑撠熑撕�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)代人工智能手段實現(xiàn)遠程控制，推動實驗室往智能化方向發(fā)展�！�

　　80平方米的活動底板可模擬動床條件下的各種沉積體系，21米長的環(huán)形水槽能觀察重力流及細粒沉積的沉積過程，從荊州老校區(qū)到武漢新基地，設(shè)備的每次迭代都對應(yīng)著我國油氣勘探的戰(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”。

　　解謎：給大地做“CT”

　　2019年1月，長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院張昌民教授團隊參加的研究項目“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)”榮獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。

　　“該獎項的首個創(chuàng)新點，便是準噶爾盆地凹陷區(qū)大型退覆式淺水扇三角洲礫巖沉積模式的建立。而其中，沉積模擬實驗室發(fā)揮了不可替代的作用�！眻F隊成員尹太舉教授介紹。

　　如果把沉積盆地想象成一個“超級篩子”，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力強，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，天然形成油氣儲存的“地下倉庫”。隨著水流向盆地中央延伸，搬運能力逐漸減弱，細如面粉的黏土、粉砂最終沉積。這類細粒沉積物顆粒緊密，孔隙比頭發(fā)絲還細，如同密實的“防水層”，既難儲油也難滲流。這種“邊緣粗、中心細”的沉積規(guī)律，讓地質(zhì)學(xué)家長期把勘探重點鎖定在盆地周緣的山前帶——這里砂體發(fā)育，儲集空間充足。而盆地中央因缺乏優(yōu)質(zhì)儲層，一度被視為勘探“禁區(qū)”。

　　隨著油氣勘探技術(shù)不斷升級，結(jié)合中國“找油經(jīng)驗”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)家們意識到：想要在準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)”進軍。

　　地質(zhì)學(xué)家們仔細研究西斜坡鉆取的巖心發(fā)現(xiàn)，西斜坡確實存在油氣，然而這卻與傳統(tǒng)的理論相違背。沉積地層怎么形成的？優(yōu)勢儲集層怎么分布的？解決這些問題，要么找到國內(nèi)類似地層進行類比，要么通過實驗來模擬。

　　在時任新疆油田副總經(jīng)理匡立春的邀請下，張昌民教授前往瑪湖凹陷西斜坡開展實地研究。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)年的實驗研究。通過實驗發(fā)現(xiàn)，相較于陡坡，緩坡地形下沉積物被推送得更遠。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)臺階（坡折帶），就像水流遇臺階形成瀑布，沉積物在此逐級“剎車”堆積。隨著不同歷史時期瑪湖水域擴張，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顛覆認知的“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”。經(jīng)過實地打井勘探，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，僅僅是該實驗室產(chǎn)學(xué)研融合的冰山一角。

　　40年來，這支科研團隊就像手握“地質(zhì)透視儀”，針對淺水、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，科研團隊通過實驗動態(tài)再現(xiàn)渤海灣盆充填過程，為發(fā)現(xiàn)深層大型整裝氣田提供支撐，斬獲國家科技進步獎一等獎；從中原到剛果，實驗室的沉積模型成為跨國找油的“導(dǎo)航儀”，支撐國內(nèi)外油田發(fā)現(xiàn)10億方原油，新增300萬噸產(chǎn)能，拿下湖北省科技進步獎一等獎；在吉木薩爾頁巖油戰(zhàn)場，助推200萬噸級產(chǎn)能崛起，打造出國家級頁巖油開發(fā)樣板間。

　　從給大地做“CT”到給油田裝“導(dǎo)航”，這支團隊用40年證明：實驗室里的水槽模擬，真能撬動地下億噸級油藏。隨著“深地工程”啟動，這座走過40載的實驗室，正將“視距”延伸向地球深部，在萬米地層中續(xù)寫新的“沉積傳奇”。