物理沉積模擬研究歷史及現(xiàn)狀

沉積物理模擬研究始于19世紀(jì)末期，至今己走過了逾百年坎坷不平的研究歷程。可將沉積模擬研究分為三個階段：即19世紀(jì)末至20世紀(jì)60年代的初期階段、20世紀(jì)60年代至80年代的迅速發(fā)展階段和90年代以來的半定量研究及湖盆砂體模擬階段，每個階段都有其研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)?？梢哉J(rèn)為，20世紀(jì)60年代以后的沉積模擬研究成果推動了不同學(xué)科的交叉與繁榮，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)沉積學(xué)的飛速發(fā)展，奠定了現(xiàn)代沉積學(xué)的基礎(chǔ)。（一）沉積物理模擬技術(shù)的研究歷史1.以現(xiàn)象觀察描述為主要研究內(nèi)容的初級階段19世紀(jì)末，笛康（Deacon，1894）首次在一條玻璃水槽中觀察到泥砂運(yùn)動形成的波痕，并對其進(jìn)行描述。吉爾伯特（Gilbert，1914）第一次用各種粒徑的砂在不同的水流強(qiáng)度下進(jìn)行了水槽實(shí)驗(yàn)，較詳細(xì)地觀察和描述了一系列沉積現(xiàn)象和沉積構(gòu)造，他當(dāng)時描述的砂丘后來被其他研究者命名為不對稱波痕。此后在20世紀(jì)四五十年代，愛因斯坦（Einstein，1950）、布魯克斯（Brooks，1965）、伯格諾爾多（Bagnold，l954，1966）等亦完成了一些開拓性的實(shí)驗(yàn)，并建立了實(shí)驗(yàn)沉積學(xué)的一些基本方法，但這一時期的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容總體比較簡單，多以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和描述為主，缺乏理論分析和指導(dǎo)。西蒙斯和理查德森（Simons et al.，1961，1965）關(guān)于水槽實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)研究報(bào)告在沉積學(xué)界引起震動，應(yīng)看做是該時期實(shí)驗(yàn)研究的代表性成果。Simons的實(shí)驗(yàn)是在一長為150ft、寬8ft、深2ft的傾斜循環(huán)水槽上進(jìn)行的，水槽的坡度可在0～0.013°之間變化，流量變化范圍為2～22ft3/s。此外，Simons等人的特殊研究還用到一個長60ft、寬2ft、深2.5ft的較小的傾斜循環(huán)水槽，小水槽的底坡可在0～0.025°之間變化。2ft寬的小水槽中進(jìn)行特殊研究是為了確定黏度、河床質(zhì)密度和河床質(zhì)的分選情況在沖積河道流動中的重要作用而進(jìn)行的。Simons給出了8ft寬的大水槽中用到的河床質(zhì)的粒徑分布和2ft寬的小水槽中用到的河床質(zhì)的粒徑分布。除特別規(guī)定外，粒徑分布均以沉降粒徑表示（Colby，1964），這一分布曲線是建立在試驗(yàn)研究期間和試驗(yàn)研究之后對隨機(jī)抽取的大量砂樣進(jìn)行粒度分析的基礎(chǔ)之上。Simons和Richardson自1956、1965年完成了一系列的實(shí)驗(yàn)，每次試驗(yàn)的一般步驟是：就一給定的水-泥砂混合物流量進(jìn)行循環(huán)，直到建立起平衡流動條件為止。Simons把平衡流動定義成這樣的一種流動，即除進(jìn)出口效應(yīng)波及的范圍不計(jì)外，在整個水槽上流動所確立的床面形態(tài)和底坡與流體流動和河床質(zhì)特征相一致，也就是說，水流的時均水面坡度為一常數(shù)，并與時均河床底坡平行，而且河床質(zhì)流量的濃度為一常數(shù)。注意，Simons等在此特別強(qiáng)調(diào)，這里不應(yīng)把平衡流動與恒定均勻流動的概念混淆起來，因?yàn)閷τ谒捌胶饬鲃?，流速在同一空間點(diǎn)以及從這一空間點(diǎn)到另一空間點(diǎn)都可以變化。即除平坦底形外，在沖積河道中并不存在經(jīng)典定義的恒定均勻流的情況。2.以沉積機(jī)理研究為主要內(nèi)容的迅速發(fā)展時期20世紀(jì)60～80年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，模擬實(shí)驗(yàn)的裝備及技術(shù)日趨完善，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容己不僅僅局限在沉積現(xiàn)象的觀察與描述方面，而深入到沉積機(jī)理的研究。Schumm（1968，1971，1977）和Williams用水槽實(shí)驗(yàn)研究了凹凸不平的底床對流量變化的反應(yīng)；Kailinske（1987）、Cheel（1986）、Fraser（1990）、Bridge（1981）、Leeder（1983）、Luque（1974）、Crowley（1983）、Bridge（1988，1976）、Yalin（1979，1972）、Coleman（1973）、Dietrich（1978）、Bridge et al.（1976）、Saunderson（1983）和趙霞飛（1982）從室內(nèi)到野外研究了各類底形的生長情況；麻省理工學(xué)院地球和行星科學(xué)系的蘇薩德與他的同事博格瓦爾（Southard et al.，1973）用一條長6m、寬17cm、深30cm的傾斜水槽進(jìn)行了從波紋到下部平坦床砂的實(shí)驗(yàn)研究，繼而在1981年，又與加拿大學(xué)者科斯特羅（Costello et al.，1981）合作，在一條長11.5m、寬0.92m的水槽中用分選很好的粗砂研究下部流態(tài)底形的幾何、遷移和水力學(xué)特征。Southard（1971）還與新澤西州立大學(xué)地質(zhì)科學(xué)系的埃施里（Ashley，1982）分別用水槽模擬爬升波紋層理的沉積特征，應(yīng)用水深和平均速度來表征在松散泥砂河床的明渠均勻流中的床面形態(tài)，如果以無因次水深、速度和粒徑（或者以這三個變量本身）為坐標(biāo)，便可得到一種三維空間曲面圖形，圖中各點(diǎn)可能的床面形態(tài)具有一一對應(yīng)的特點(diǎn)。這一時期有三個學(xué)者值得提及，他們是J.B.Southand、J.R.L.Allen和J.L.Best，由于他們的出色工作，使沉積學(xué)科有了穩(wěn)固的基礎(chǔ)，也使沉積模擬研究煥發(fā)了新的生命力。本階段后期，模擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容已十分廣泛，如濁流模擬實(shí)驗(yàn)、風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)、風(fēng)暴模擬實(shí)驗(yàn)等。這些模擬實(shí)驗(yàn)不僅促進(jìn)了沉積學(xué)理論的發(fā)展，而且對油氣勘探開發(fā)具有重要的實(shí)際意義。例如美國地質(zhì)調(diào)查局自20世紀(jì)70年代開始用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究風(fēng)成砂丘的特征，并深入研究砂層的滲濾特征，從而為研究采收率服務(wù)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)也經(jīng)歷了漫長的歷程，40～60年代，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)主要用于研究砂和土壤的搬運(yùn)機(jī)理，學(xué)者有伯格諾爾多（Bagnold，1914）、切皮爾和烏德拉夫（Chepil et al.，1963）等，70～80年代，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)已用于風(fēng)成沉積構(gòu)造和形成機(jī)理的研究。邁克等（Mckee et al，1971）用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究了風(fēng)成砂丘背風(fēng)面由滑塌作用形成的各種變形構(gòu)造，弗里傅格和施恩克（Fryberger et al.，1981）的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)有了進(jìn)一步發(fā)展，這個風(fēng)洞由一個槽和盆組成，槽長4.27m，寬61cm，高45.7cm，盆長4.27m，寬61cm，高1.83m。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)著重研究波痕、滑塌和顆粒降落形成的沉積特征，并描述它們的形成條件。60年代以后，濁流模擬實(shí)驗(yàn)也越來越受到重視，從事這方面工作的有米德爾頓（Middleton，1976b，1976，1977）、里德爾（Riddell，1969）和拉瓦爾等（Laval et al，1988）。70年代的模擬實(shí)驗(yàn)雖有所深入，但還未能利用數(shù)學(xué)模型來預(yù)測砂丘規(guī)模（包括長度和厚度）的變化。雖然塞利（Selley，1979）和艾倫（Allen，1976）曾提出過充滿希望的方法，但未能在控制條件下，用這些方法詳細(xì)而準(zhǔn)確地預(yù)測底形變化。這一時期，從事實(shí)驗(yàn)研究的學(xué)者還有拉斯本等（Rathbun et al，1969）、威廉姆斯（Williams，1967）、李斯（Rees，1966）等。3.以砂體形成過程和演化規(guī)律為主要研究內(nèi)容的湖盆砂體模擬階段20世紀(jì)80～90年代，沉積模擬研究進(jìn)入了以砂體形成過程和演化規(guī)律為主要研究內(nèi)容的湖盆砂體模擬階段。該階段不僅注重解決理論問題，更注重解決實(shí)際問題，與油氣勘探開發(fā)結(jié)合起來。如果仔細(xì)研究20世紀(jì)80年代以前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及國外文獻(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)，在此之前沉積模擬實(shí)驗(yàn)存在的問題主要有三個方面：一是實(shí)驗(yàn)條件，以前的水槽實(shí)驗(yàn)多采用分選好的砂，忽視粉砂和礫的沉積作用；另外，實(shí)驗(yàn)過程多采用均勻流，忽視非均勻流；多在穩(wěn)定狀態(tài)平衡條件下進(jìn)行，忽視非穩(wěn)定狀態(tài)的影響，而這些被忽視的因素正是自然環(huán)境下普遍存在的底床形成條件。二是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以前的水槽實(shí)驗(yàn)主要模擬河流及濁流的搬運(yùn)與沉積作用，對盆地沉積體系和砂體展布的模擬實(shí)驗(yàn)以及對砂體規(guī)模和延伸的定量預(yù)測則不夠或者說基本沒開展此方面的研究。三是實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，以前的水槽?shí)驗(yàn)主要著眼于沉積學(xué)基礎(chǔ)理論的研究，對實(shí)際應(yīng)用考慮不多，其原因就在于從事這方面的實(shí)驗(yàn)有許多實(shí)際困難，例如，做礫級沉積物的實(shí)驗(yàn)需要更寬、更深、流量更大的水槽，做粉砂級實(shí)驗(yàn)需要更嚴(yán)格的化學(xué)和物理?xiàng)l件，做大型盆地沉積體系的模擬實(shí)驗(yàn)耗資大，需要更高級的技術(shù)裝備和控制系統(tǒng)等。20世紀(jì)80年代之后，針對上述方面存在的嚴(yán)重不足，各國實(shí)驗(yàn)沉積學(xué)家調(diào)整研究思路，克服重重困難，在盡量保持原有特色的基礎(chǔ)上，或?qū)υ械膶?shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大規(guī)模的改造或重新建立適合于砂體模擬的大型實(shí)驗(yàn)室。值得提及的有下面三個。1）科羅拉多州立大學(xué)工程研究中心的大型流水地貌實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置主要模擬河流沉積作用，同時可模擬天然降雨對河流地貌的影響，以及在不同邊界條件下河床變形規(guī)律、單砂體的形成機(jī)制等。美國許多實(shí)驗(yàn)沉積學(xué)家在該實(shí)驗(yàn)室完成了一系列實(shí)驗(yàn)（Baridge，1993；Bryant，1993），我國訪問學(xué)者賴志云教授也在此完成了鳥足狀三角洲形成及演變的模擬實(shí)驗(yàn)。2）瑞士聯(lián)邦工業(yè)學(xué)院Delft模擬實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室隸屬于荷蘭河流和導(dǎo)航分局，是一個較現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室。為了從事應(yīng)用基礎(chǔ)研究，該室專門建成了一個大型水槽，水槽用加固混凝土建造，觀察段由帶玻璃窗的鋼架構(gòu)成。水槽總長98m，寬2.5m，帶玻璃窗段長50m，測量段長30m，測量段寬為0.3m和1.5m。沒有沉積物時的最大水深為1m。水槽周圍安裝了各種控制和測量裝置，微機(jī)和微信息處理機(jī)能自動取得數(shù)據(jù)和自動改變各種邊界條件（如流量）等。在玻璃窗段的上方架設(shè)軌道，供儀器車運(yùn)行。儀器車上安裝了三個剖面顯示器和一個水位儀，這樣可以測量三條縱向底床水平剖面，通常一條位于水槽中間，另兩條位于距槽壁1/6槽寬處。記錄的資料由微機(jī)收集、儲存和計(jì)算，最后輸出成果。1983年，該室的項(xiàng)目工程師Wijbenga和項(xiàng)目顧問Klaasen用這個裝置研究了在不穩(wěn)定流條件下底形規(guī)模的變化，資料處理以后，針對每個過渡帶，自動繪出水深與時間、砂丘高度與時間、砂丘長度與時間的關(guān)系曲線，從而確定底形規(guī)模的變化規(guī)律。歐洲學(xué)者在此完成了小型沖積扇和扇三角洲形成過程的模擬實(shí)驗(yàn)，取得了一些定性和半定量的成果。3）日本筑波大學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室長343m，寬數(shù)米（具體數(shù)字不詳），自動化程度較高，監(jiān)測設(shè)備相對齊全，分析手段比較先進(jìn)，相繼完成了海浪對沉積物的搬運(yùn)和改造、飽和輸砂及非飽和輸砂的河流沉積體系、湖泊沉積與水動力學(xué)等一系列實(shí)驗(yàn)，有一批世界各地的客座研究人員，定期發(fā)布研究成果。由此看來，20世紀(jì)80～90年代沉積模擬有兩個特點(diǎn)，一個是逐漸由定性型描述向半定量或定量型研究轉(zhuǎn)變，另一個是由小型水槽實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向大型盆地沉積體系模擬。（二）國內(nèi)沉積物理模擬技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.國內(nèi)沉積物理模擬研究的基本概況1985年以前，我國的水槽實(shí)驗(yàn)室主要集中于水利、水電和地理部門的有關(guān)院校和研究單位，從事泥砂運(yùn)動規(guī)律、河道演變和大型水利水電樞紐工程等的實(shí)驗(yàn)研究。70年代末，長春地質(zhì)學(xué)院建成了第一個用于沉積學(xué)研究的小型玻璃水槽，這個水槽長6m，高80cm，寬25cm，主要研究底形的形成與發(fā)展。80年代，中國科學(xué)院地質(zhì)研究所也用自己的小型水槽做了一部分研究工作。這是我國曾經(jīng)僅有的兩條以沉積學(xué)研究為主而建立的水槽，雖然在研究內(nèi)容、深度和廣度上與國際水平相比還有一定差距，但為我國沉積模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)展邁開了第一步。隨著沉積學(xué)理論的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)必須轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的需要，我國的油氣勘探開發(fā)形勢對定量沉積學(xué)、儲層沉積學(xué)和沉積模擬實(shí)驗(yàn)提出了一些急待解決的實(shí)際問題。多年來，在我國東部陸相斷陷湖盆的研究中，一直存在一些爭論不休的問題，如湖盆陡坡沉積體系、扇三角洲、水下扇的形成條件和分布規(guī)律以及裂谷湖盆與坳陷湖盆沉積體系的區(qū)別等，都期待著沉積模擬實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證；不同類型的單砂層的形態(tài)、規(guī)模和延伸方向等也需要沉積模擬實(shí)驗(yàn)予以合理預(yù)測。因此，1985年以后，許多沉積學(xué)家積極呼吁：根據(jù)當(dāng)前世界沉積學(xué)發(fā)展的動向以及我國油氣勘探開發(fā)的生產(chǎn)實(shí)際和今后發(fā)展的需要，應(yīng)建立我國的沉積模擬實(shí)驗(yàn)室。專家認(rèn)為，該實(shí)驗(yàn)室應(yīng)以模擬陸相盆地沉積砂體為主要對象，以儲層研究為重點(diǎn)，解決生產(chǎn)實(shí)際中的問題，以陸相湖盆中砂體的分布、各類砂體規(guī)模和性能的定量預(yù)測、提高勘探成功率和開發(fā)效益為主要目標(biāo)；此外，實(shí)驗(yàn)室的建立還應(yīng)兼顧沉積學(xué)的各項(xiàng)基礎(chǔ)研究，為人才培養(yǎng)、對外交流等提供條件，推動我國沉積學(xué)理論的發(fā)展，并逐步發(fā)展成為面向全國的沉積模擬實(shí)驗(yàn)室。這一實(shí)驗(yàn)室的建立也是理論研究轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的重要手段，是與世界范圍內(nèi)油氣勘探開發(fā)中以儲層為主攻目標(biāo)的動向相一致，于是CNPC沉積模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室便應(yīng)運(yùn)而生。2.CNPC沉積模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)裝置簡介（1）裝置規(guī)模CNPC沉積模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)裝置長16m，寬6m，深0.8m，距地平面高2.2m，湖盆前部設(shè)進(jìn)（出）水口1個，兩側(cè)各設(shè)進(jìn)（出）水口2個，用于模擬復(fù)合沉積體系，尾部設(shè)出（進(jìn)）水口一個。整個湖盆采用混凝土澆鑄，以保證不滲不漏。湖盆四周設(shè)環(huán)形水道。湖盆屋頂采用槽鋼石棉瓦結(jié)構(gòu)，能夠保證實(shí)驗(yàn)過程不受天氣變化的影響并有利于采光。（2）活動底板及控制系統(tǒng)活動底板系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分。針對我國東部斷陷盆地的實(shí)際情況，沒有基底的升降，便不能產(chǎn)生斷裂體系，構(gòu)造運(yùn)動便不能模擬，構(gòu)造對沉積控制作用的模擬便不能實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室的功能和作用將大大降低，因此，在湖盆區(qū)設(shè)置活動底板是必要的。實(shí)驗(yàn)室活動底板區(qū)由四塊活動底板組成，每塊活動底板面積2.5m×2.5m=6.25m2，活動底板能向四周同步傾斜、異步傾斜、同步升降、異步升降。活動區(qū)傾斜坡度arctan 0.35、上升幅度10cm、下降幅度35cm、同步誤差小于2mm。每塊底板由四根支柱支撐，不漏水不漏砂，而且運(yùn)動靈活可靠，基本滿足實(shí)驗(yàn)要求?；顒拥装宓目刂朴?6臺步進(jìn)電機(jī)、16臺減速機(jī)、四臺驅(qū)動電源、計(jì)算機(jī)及電子元器件實(shí)現(xiàn)，由計(jì)算機(jī)輸出脈沖數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，并轉(zhuǎn)化為活動底板的升降。步進(jìn)電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以精確控制運(yùn)動狀態(tài)，升降速度可根據(jù)需要調(diào)整，從而滿足自然界地殼運(yùn)動特點(diǎn)的要求。（3）檢測橋驅(qū)動定位系統(tǒng)為了對砂體沉積過程實(shí)施有效監(jiān)控，并便于砂體檢測，目前在湖盆上設(shè)置一座6m跨度、1m寬度的檢測橋。測橋具有以下幾個功能：①測橋可在縱向16m范圍內(nèi)自由移動并自動定位，導(dǎo)軌和測橋的機(jī)械誤差小于2mm，以保證達(dá)到高精度砂體形態(tài)檢測的要求；②測橋一端設(shè)置控制平臺，以便控制測橋的自動定位和自動檢測；③測橋上設(shè)置一套CCD激光光柵檢測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)可橫向移動6m，用于疊加檢測，以提高測量精度；④測橋中部設(shè)置一個檢測小車，可在6m跨度內(nèi)移動，對砂體沉積過程進(jìn)行掃描。3.中國石油大學(xué)（華東）沉積學(xué)水槽實(shí)驗(yàn)室簡介斷陷盆地是我國東部地區(qū)中新生代以來形成的一類典型的陸內(nèi)裂谷盆地，蘊(yùn)含豐富的油氣資源。隨著油氣勘探重點(diǎn)向地層、巖性油藏的轉(zhuǎn)移，斷陷盆地內(nèi)部的濁積巖砂體也成為隱蔽油氣藏勘探的重要領(lǐng)域。然而，由于斷陷盆地濁積巖砂體的形成和分布受到多種因素的影響，形成過程又具有一定的突發(fā)性，致使目前對其的認(rèn)識仍停留在通過地震、鉆井資料的定性分析階段，對其成因和動力學(xué)機(jī)制認(rèn)識不深刻，也沒有形成能夠有效預(yù)測的方法。而物理沉積模擬可以再現(xiàn)濁積砂體的形成過程、發(fā)展演化規(guī)律，從而建立流體流動模型，預(yù)測砂體形態(tài)和分布規(guī)律，探討濁積砂體發(fā)育的控制因素。中國石油大學(xué)（華東）沉積學(xué)水槽實(shí)驗(yàn)室正是在此前提下建立起來的。中國石油大學(xué)（華東）沉積學(xué)水槽實(shí)驗(yàn)室始建于2002年，由實(shí)驗(yàn)水槽、加砂槽和內(nèi)置底形模板三部分組成，經(jīng)過多次改造，成功進(jìn)行了斷陷盆地陡岸砂礫巖體、扇三角洲、三角洲前緣滑塌濁積體、震濁積巖等實(shí)驗(yàn)?zāi)M。實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)壁長5m、寬2m、高1m，長軸側(cè)壁為玻璃，便于觀察和照相，短軸側(cè)壁及底面均為厚25cm的水泥壁，整個水槽置于高40cm的底座之上。短軸側(cè)壁一端裝有進(jìn)水口，另一端裝有出水口，進(jìn)水口處外接一加砂槽，沉積物與水同時由加砂槽注入水槽。水槽內(nèi)放一活動金屬支架，支架表面鋪設(shè)鐵板，用來模擬原始底形，通過升降控制桿可調(diào)節(jié)底形坡度。支架上固定一金屬管，作為震源觸發(fā)點(diǎn)，通過施加外力敲擊金屬管模擬震動的發(fā)生（圖10-1，圖10-2）。圖10-1 水槽模擬實(shí)驗(yàn)裝置剖面圖（單位：cm）（三）沉積模擬研究的發(fā)展趨勢20世紀(jì)90年代以后，沉積物理模擬技術(shù)出現(xiàn)了一些新的發(fā)展動態(tài)和趨勢，這些發(fā)展趨勢可概括為以下五個方面。1.物理模擬與數(shù)值模擬的日益結(jié)合沉積模擬研究經(jīng)過了一個世紀(jì)的發(fā)展歷程，取得了一批優(yōu)秀的學(xué)術(shù)成果。然而這些成果主要集中在物理模擬研究方面，隨著計(jì)算機(jī)在地學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的普遍應(yīng)用，碎屑砂體沉積過程的數(shù)值模擬研究正逐漸發(fā)展成為沉積模擬技術(shù)的一個重要分支，并且日益與物理模擬相互滲透，二者相輔相成，相互依賴，相互促進(jìn)。碎屑沉積過程的物理模擬與數(shù)值模擬的多層面結(jié)合是沉積模擬技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。通過物理模擬與數(shù)值模擬的結(jié)合，數(shù)值模擬研究可以擺脫人為因素的干擾，物理模擬過程可為計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬提供定量的參數(shù)，使數(shù)值模擬有可靠的物理基礎(chǔ)，更接近于油田生產(chǎn)實(shí)際，從而更有效地指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)。圖10-2 水槽模擬實(shí)驗(yàn)裝置立體圖（單位：cm）數(shù)值模擬之所以正逐漸發(fā)展成為沉積模擬技術(shù)的一個重要分支，是因?yàn)樗樾忌绑w形成過程的數(shù)值模擬與物理模擬相比，數(shù)值模擬具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下四個方面。1）數(shù)值模擬的所有條件都以數(shù)值給出，不受比尺和實(shí)驗(yàn)條件的限制，可以嚴(yán)格控制井隨時間改變邊界條件及其他條件；2）數(shù)值模擬具有通用性，只要研制出適合的應(yīng)用軟件，就可以應(yīng)用于不同的實(shí)際問題，因而數(shù)值模擬具有高效的特點(diǎn)；3）數(shù)值模擬還具有理想的抗干擾性能，重復(fù)模擬可以得到完全相同的結(jié)果，這是物理模擬難以達(dá)到的；4）隨著計(jì)算機(jī)的迅速升級換代，功能不斷加強(qiáng)，成本不斷降低，相對來說費(fèi)用比較便宜。2.提供勘探早期儲層預(yù)測的新方法在一個盆地或區(qū)塊勘探早期，一般鉆井較少，僅有幾口評價井，但是往往有比較詳細(xì)的地震資料。通過地震資料的解釋，可以明確盆地或區(qū)塊的邊界類型及條件以及沉積體系的類型，結(jié)合鉆井資料，可以建立概念化的地質(zhì)模型，并抽取主要控制因素建立物理模型，在物理模型指導(dǎo)下就可開展物理模擬實(shí)驗(yàn)。由物理模擬提供的參數(shù)可以開展數(shù)值模擬研究，從而可以較準(zhǔn)確地預(yù)測盆地沉積體系的展布規(guī)律以及優(yōu)質(zhì)儲層的分布，為勘探目標(biāo)的選擇提供依據(jù)，這是沉積模擬研究為油氣勘探開發(fā)服務(wù)的一個重要方面，并成為沉積模擬技術(shù)發(fā)展的一個顯著趨勢。3.提供開發(fā)后期砂體非均質(zhì)性描述的新技術(shù)油田開發(fā)后期一般靜動態(tài)資料較多，可以利用較豐富的油田開發(fā)生產(chǎn)資料，建立精細(xì)的地質(zhì)模型，分砂層組或單砂層開展模擬實(shí)驗(yàn)，并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果與已有的靜動態(tài)資料進(jìn)行對比，如果在井點(diǎn)上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與靜動態(tài)資料所反映的砂體特征吻合程度較高，就可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可靠的。對于井點(diǎn)之間原型砂體的特征可由實(shí)驗(yàn)砂體（模型砂體）對應(yīng)井點(diǎn)之間的特征來描述，從而定量預(yù)測井間儲層分布和非均質(zhì)特征以及剩余油的分布規(guī)律，這是沉積模擬技術(shù)發(fā)展的另一個重要動向。4.與儲層建筑結(jié)構(gòu)要素分析方法的結(jié)合儲層構(gòu)型要素分析方法的實(shí)質(zhì)是儲層的層次性，層次性是儲層形成過程的一個重要特征，也是地質(zhì)現(xiàn)象的普遍規(guī)律。每個層次都具有兩個要素，即層次界面和層次實(shí)體（林克湘等，1995）。沉積模擬實(shí)驗(yàn)的主要優(yōu)勢就是可以按形成過程的時間單元詳細(xì)地描述這些界面的形態(tài)、起伏、連續(xù)性、分布范圍和厚度變化以及它們所代表的級別，并與現(xiàn)代沉積和露頭調(diào)查成果相互印證，建立儲層預(yù)測的地質(zhì)知識庫和儲層參數(shù)模型，提出砂體形成和分布的控制因素以及演變的地質(zhì)規(guī)律，這是其他研究方法所不具備的。近些年，國內(nèi)外的部分文獻(xiàn)都在努力探索二者結(jié)合的可能性（Miall，1985，1988），并取得了一些創(chuàng)新性成果，形成沉積模擬技術(shù)發(fā)展的一個新動向。5.與流動單元劃分及高分辨率層序地層研究相結(jié)合油氣田開發(fā)后期，研究剩余油分布規(guī)律的一個重要手段就是對流動單元進(jìn)行重新劃分和識別。在該過程中，高分辨率層序的研究是基礎(chǔ)，近來沉積模擬技術(shù)也在該項(xiàng)研究中擔(dān)當(dāng)相當(dāng)重要的角色。因?yàn)楦叻直媛蕦有虻貙友芯康年P(guān)鍵就是對等時界面進(jìn)行精細(xì)劃分，而沉積模擬技術(shù)正好具備這一優(yōu)勢，無論是砂體形成過程的物理模擬實(shí)驗(yàn)或是數(shù)值模擬研究都可以提供砂體形成過程中任一階段的時間界面以及該時間段內(nèi)的儲層分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，同時可以指出下一時間段內(nèi)的儲層演化趨勢及生長變化特征。所以說，沉積模擬技術(shù)與高分辨率層序地層研究相結(jié)合，必將在細(xì)分流動單元和剩余油預(yù)測方面顯示出強(qiáng)大的生命力。國內(nèi)外不少學(xué)者在以不同方式開展此方面的工作，有理由相信，在未來幾年內(nèi)該方法會發(fā)展成為剩余油分布預(yù)測的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)。綜上所述，進(jìn)入21世紀(jì)后，沉積模擬研究除了保持其原有的沉積學(xué)理論研究的優(yōu)勢之外，主要的發(fā)展趨勢是與計(jì)算機(jī)及其他地質(zhì)研究方法相結(jié)合，在預(yù)測儲層生長變化及演化趨勢方面形成綜合性的實(shí)用技術(shù)。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。