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沉积学相关实验室及设备现状与展望是王成善院士主持的国家自然科学基金重点项目“中国沉积学与古环境发展战略研究”中的一个专题。此项目在国际沉积学科发展动态的基础上，研究学科发展规律和趋势；结合中国地球科学发展现状和发展趋势、国家社会经济发展的重大战略需求、我国地域优势和沉积学科研究基础，凝练关键问题和战略方向，达到提出学科领域战略布局的意见和建议的研究目标。
依据该项目总体研究目的针对我国沉积学相关实验室及实验仪器进行调研。论文数据主要源于三方面:1) 6个国内外数据库。包括中国知网、万方数据知识服务平台、中文科技期刊数据库、EBSCOhost、Web of Science、Science Direct[1-6]；2) 102个实验室网站的资料数据。包括国家级、省部级重点实验室等78个国内实验室官方网站数据与美国能源部国家实验室(United States Department of Energy National Laboratories)、美国地质勘探局(United States Geological Survey，USGS)、英国地质勘探局(British Geological Survey，BGS)、美国石油地质学家协会(American Association of Petroleum Geologists，AAPG)、国际沉积学家协会(International Association of Sedimentologists，IAS)等24个国外相关机构官方网站资料[7-108]；3) 5个搜索引擎[109-113]。包括百度学术、必应学术、读秀、Google Scholar、Microsoft Academic，搜索关键词包括实验沉积学、地质分析、矿物成分与结构、水槽实验、沉积实验模拟、质谱仪、实验室设备、粒度分析、同位素分析等。
通过对调研结果统计与归纳，总结了我国沉积学实验研究发展主要经历的三个阶段：1950—1980年起步阶段、1980—2010年快速发展阶段和2010年以来稳步发展阶段。我国沉积学实验研究发展至今仍存在诸多问题。这些问题大体可分为三种类型，一是，显现出不断加剧趋势的一类问题。如沉积学相关实验室地域分布过于集中，实验室与所研究的自然对象(即，典型地质现象发育区)相互分离且越来越远。这种研究目标与自然对象相互脱离的现象，显现出不断加剧的趋势，应给予注意。二是，长期被忽视、但又事关沉积学基础研究的问题。通过调研发现，1980年代至今国民经济和相关学科实验室条件都发生了飞跃式进步，而沉积学专门实验室却长期停滞不前，还有逐渐萎缩的趋势。以水槽实验为例，我国早在20世纪80年代初就有国际先进的水槽实验室，而如今老的水槽装置拆除，后建的也寥寥无几。而且，迄今全国还没有一个专门化的沉积学实验室。三是, 人们对专门化的沉积学仪器设备及方法重视不够。最近20多年来，科研项目研究周期的不断缩短，以往专门用于沉积学研究的实验仪器设备和方法(如沉降分离仪、费氏台法等)因耗时较长逐渐被废弃。但另一方面，我们又没有及时引进、消化吸收国外新技术方法，更没有研发出自己的沉积学专门化仪器设备。其结果是，长期以来我们的沉积学研究实际上是在缺乏坚实可靠的实验条件支撑下的维持性运行。这是会给我国沉积学与时俱进发展造成釜底抽薪式伤害的严重问题，因此必须引起高度重视。
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通过调研我国沉积学相关实验室成立时间和各实验室历史沿革情况，对我国沉积学实验研究发展过程进行分析总结。结果显示，我国沉积学实验研究发展主要经历了三个阶段(图 1)：
图 1 中国沉积学相关实验室按成立和运行时间统计
Figure 1. Establishment time and run time of laboratories which are related to sedimentology in China
(1) 1950—1980年为我国沉积学实验研究的起步阶段。这一阶段我国沉积学实验室数量增长较慢，沉积学相关实验室从原有的6个增长至19个。这一阶段前期(1950—1970年)沉积学实验室设备简单并且实验室大多以研究小组或者研究室的形式出现，是沉积学实验室最初的组织形式，例如中国科学院海洋地质与环境重点实验室追溯至初期为1956年成立的中国科学院海洋地质研究小组。该阶段实验室主要由设有地质专业的各高等院校设立，这些实验室同时兼具了实验研究与教学的任务[114]。
(2) 1980—2010年为我国沉积学实验研究的快速发展阶段。这一时期沉积学相关实验室数量增长速度快，截止至2010年底沉积学相关实验室从原有的19个增长至85个，是目前为止我国沉积学相关实验室数量增长最快的20年。这一阶段全国范围内地质科学研究中心和高校相继建立实验室，如1984年原国家计委组织实施了国家重点实验室建设计划，在教育部、中科院等部门的有关大学和研究所中，依托原有基础建设一批国家重点实验室；1998年由教育部开始启动建设教育部重点实验室，重点针对高校实验室建设。
(3) 2010年以来我国沉积学实验研究进入了稳步提升阶段。该阶段沉积学相关实验室数量保持较为稳定的增长速度，相比上一阶段增长速度有所下降，截止至2016年12月全国共有101个沉积学相关的实验室，包括国家级、省部级、中科院、地科院等重点实验室，可以开展沉积学相关的专业分析测试工作。根据调研结果发现该阶段沉积学相关实验室数量增加主要来源于国土资源部新增重点实验室，如沉积盆地与油气资源重点实验室、东北亚古生物演化重点实验室、沉积盆地与油气资源重点实验室等。
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通过调研我国78个沉积学相关实验室[7-84]，包括27个国家级实验室，21个国土资源部、教育部重点实验室，12个中国科学院重点实验室，5个中国地质科学院重点实验室，9个企业重点实验室，4个校级重点实验室，并将78个重点实验室按不同的分类方式进行统计。按成立与运行时间统计，大部分沉积学相关实验室在2000年之后成立且运行时间大多不超过15年，平均运行时间为10.8年，目前全国共有101个沉积学相关的实验室(图 1)；按学科进行分类统计，根据实验室的研究主题与方向将调研实验室分为10种类型包括构造模拟、岩石圈大陆动力地球深部、固体矿产、油气和煤、海洋等，其中以能源领域(油气和煤)的实验室数量最多17个占总量的22%，其次为地球化学分析测试、海洋、固体矿产等，构造模拟类实验室数量最少4个仅占总量的5%(图 2)；按地域分布统计，沉积学相关实验室主要分布在我国经济与教育发展较好的中部和东南部地区，其中仅北京就有28个，而西部地区沉积学相关实验室数量少(图 3)。
图 2 中国沉积学相关实验室按不同领域数量统计
Figure 2. The amount of laboratories in different fields which are related to sedimentology in China
图 3 中国沉积学相关实验室按地域分布情况统计
Figure 3. Geographic distribution of laboratories which are related to sedimentology in China
然而根据调研结果来看，目前我国沉积学相关实验室存在以下主要问题：
(1) 实验室与所研究的自然对象(即典型地质现象发育区)相互分离，并且显现出不断加剧的趋势。表现为实验室在地域分布上过于集中，资源主要集中地区与研究对象发育地区相分离趋势不断加剧。国家的重点实验室多数集中在高校和科研院所，且重点院校与科研院所大多集中在经济较发达的中部与东南部地区，尤其以北京、上海、广州、南京等十几个大城市为分布重点，其中仅北京市就有28个实验室。而有些典型地质现象发育地区资源却相对匮乏，例如西部地区为典型黄土、冻土发育地区，黄土、冻土发育好、分布范围广却没有相对应的国家级、省部级重点实验室；东北地区湿地资源丰富缺少相关实验室。
(2) 事关沉积学基础研究的实验室建设长期被忽视。通过调研发现，1980年代至今国民经济和相关学科实验室条件都发生了飞跃式进步，而沉积学专门实验室却长期停滞不前，还有逐渐萎缩的趋势。具体表现为，从学科分类统计结果来看，针对沉积环境、沉积演化以及自然界典型的沉积过程等沉积学基础研究的实验室数量少。以水槽实验为例，我国早在20世纪80年代初就有国际先进的水槽实验室，而如今老的水槽装置拆除，后建的也寥寥无几。而且，迄今全国还没有一个国家级或省部级专门化的沉积学实验室。
(3) 就成立时间与运行时间来看，我国沉积学相关实验室存在成立时间晚、运行时间短的问题，大部分实验室在2000年之后成立，运行时间不超过15年。虽然部分实验室经历了较长的历史沿革，但是作为国家级、省部级等重点实验室建设与运行时间较短，部分实验室目前仍处于建设阶段。
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对调研的78所沉积学相关重点实验室的仪器设备情况作了统计，共有沉积学相关实验仪器62种717个，根据对相关实验仪器的调研结果，将实验仪器按功能分为7大类[115]，分别是：矿物成分分析、化学成分分析、有机地球化学分析、结构组构及物性分析、地质年龄测定、古地磁分析、过程模拟，并将常用于沉积学测试分析的仪器及其沉积学中应用进行归纳(附表 1)。其中化学成分分析类实验仪器数量最多296个，占总量的41%，其次为矿物成分分析、结构组构及物性分析，其中种类与数量最少的是过程模拟类实验仪器17个占总量的2%(图 4)。
图 4 中国沉积学相关实验仪器按不同仪器类型数量统计
Figure 4. Different types of instruments which are related to sedimentology in China
表 1 实验仪器在我国沉积学领域应用情况[7-84, 115-148]
Table 1. Present situation on instruments applied to sedimentology in China
大类 类型 常见型号 沉积学应用 矿物成分分析 激光拉曼光谱仪 RenishawRM2000 流体包裹体气体成分分析，非破坏性地测量代原始成矿溶液流体包裹体的成分，适用于测量CH4、CO2、H2S等气体 阴极荧光光谱仪 MonoCL4+ 通过获取矿物的阴极发光图像，可以鉴定矿物、研究矿物中的微量元素研究矿物成因，研究矿物的蚀变程度，分析储矿空间的形成、演化及矿产在空间的分布规律 穆斯堡尔光谱仪 MS-96 可以分析某些含有Fe、Sn等岩石的微观结构、物质组成、化合价等，从而推断形成岩石结构时的地质条件 X射线衍射仪 XRD-6000 黏土矿物、沸石、盐类矿物等定性与定量分析，间层比计算，全岩X射线定性和定量分析(主要测定以下非黏土矿物)，黏土矿物与沸石矿物的高温X射线研究 透射电子显微镜 CM12 微区内部观察，结构与成分分析，可用于界面成分分析、元素赋存状态分析及各种形貌、粒度、孔隙度分析，测定晶胞参数、晶体取向关系，测定位错的柏格斯矢量等 扫描电子显微镜 JSM-35CF 微区内部观察和成分定性分析，主要应用于碎屑岩储层研究中，通过晶体形态分析，即可初步判断黏土矿物的类型，在碳酸盐沉积物(岩)中应用于储层、体化石、超微化石的鉴别、胶结物成分的鉴别，以及石英颗粒表面特征的研究 环境扫描式电子显微镜 Quanta200 用于固态样品的表面形貌分析和表面微区成份分析；可观测物质的微区形貌和微观结构，可观测导电的、干燥的固体样品，同时还可以观察非导电、干燥固体样品和非导电的、含微量水、少量油及放气的固体样品 场发射扫描电子显微镜 Quanta450FEG 低真空状态下可以观察含水或含油样品，进行样品表面微细节的观察与研究，二次电子成分像观察与分析以及对小于0.1 μm的细节进行成分的点、线和面分析 原子力显微镜 NanoscopeIIIa 矿物表面成像观察与结构研究，可用于矿物及环境颗粒物的表面结构及其微观形貌观测，黏土矿物表面原子分辨图像观察研究，黏土矿物结构弛豫与层状硅酸盐矿物吸附重金属离子的表面形貌研究，以及观察煤中显微组分镜质组和惰性组的表面形貌，并且可以利用AFM的量化功能分析显微组分表面的粗糙度和硬度 激光扫描共聚焦显微镜 VisiTech 对包裹体、孢粉、原油等内部结构研究，例如储层孔隙和微裂缝的三维结构重建，储层中原油形态，裂缝中次生包裹体特征及形成期次研究，以及微体化石内部构造的研究 偏光显微镜 AxioLab.A1pol 可用于对各种矿物及结晶体的偏光检测，鉴别岩石及矿物的成分与各成分含量以及观察岩石及矿物间的结构 化学成分分析 原子吸收光谱仪 AA-7050 测定样品中的微量金属元素硼、锶、镓、镍等元素的含量及Sr/Ga，B/Ga，Cr/V等元素含量的比值等 电感耦合等离子体原子发射光谱仪 IRISAdvantage、JYULTIMA-2 可测定SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O等氧化物含量，以及矿物、岩石中的微量元素，特别是15种稀土元素，及Zr，Hf元素 原子荧光光谱仪 AF-7500 测定样品中痕量元素As、Sb、Bi、Hg、Se、Te等的含量 红外光谱仪(IR红外光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪) VERTEX70 测定样品化学组成、结构特点和生烃能力 火焰光度计 F-300 监测样品中钠和钾的含量，沉积学中常用于检测硅酸盐、无机矿、金属矿中的钠和钾含量 紫外分光光度计 Cary300 对物质的组成、含量和结构进行分析、测定、推断 X射线光电子能谱仪 INCA 对矿物或岩石样品表面的元素进行定性或定量分析，以及其中所含元素化学态和电子态 俄歇电子能谱仪 PHI710 确定矿物或岩石样品表面元素组成和微形貌研究 X射线荧光光谱仪 Rigaku100e、XRF 对岩矿石的原生露头、块状岩石矿石、土壤、运动的矿浆、不同颗粒度的粉末样品进行常量元素分析，稀土元素分析 岩芯扫描X荧光光谱仪 AVAATECH 对海洋沉积物柱状岩芯进行快速、无损的元素成份分析，测量元素范围Al-U 电子探针 JEOLJXA-8100 测定样品的化学成分、各元素的成分与含量，根据这些信息确定矿物的类型，如沸石、长石、石膏、石盐、黄铁矿等矿物；对各种门类的古生物的钙质壳、硅质壳进行成分测定 稳定同位素质谱仪 MicromassIsoprobeGC C、N、O、H等元素的同位素分析，例如通过测定有机物如石油、天然气中的碳和氢等轻同位素，原油进行分类、对比和鉴别, 从而确定原油的性质和来源；通过研究深海有孔虫、淡水介形虫、溶洞钟乳石、地表黄土的碳氢氧同位素，特别是碳同位素，可以追溯近几百万年以来的全球气候变化规律 热电离质谱仪 TritonTI Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb、Re-Os、238U-234U-230Th和B、Cl等同位素体系或稳定同位素分析，进行同位素示踪与定年，例如通过测定Re-Os同位素体系可以进行金属硫化物定年，岩浆物质来源示踪及陨石研究 离子色谱仪 DionexICS-1500 定量测试F-，Cl-，Br-，NO2-，NO3-，SO42-，PO43-等多种离子及甲酸，乙酸，柠檬酸等酸根离子，在沉积学中可用于检测矿物气液包裹体的气相和液相成分，含煤的样品中的氟等 有机地球化学分析 气相色谱质谱联用仪 HP6890GC 可以对岩石、矿石、矿物、沉积物、包裹体、土壤、黄土、水、雪、冰、大气、生物体、石油、化石等介质中的超痕量有机质进行富集、分离和纯化；能对各种量级(超痕量、痕量、微量、常量等)有机化合物进行分析鉴定，并提供各种有机化合物的定性、定量数据及系列图谱 气相色谱仪 Agilent6460 C1-C6、CO2、H2S、O2、N2、饱和烃、芳烃、非烃、沥青质等分析，沉积学中可用于包裹体气体成分分析，井场随钻分析，油气成分及性质分析等 高效液相色谱仪 WatersE2695 Alliance 测定油页岩、含油砂岩、现代沉积等中的高沸点化合物，难挥发及热不稳定的化合物，离子型化合物及高聚物等有机化合物如芳香化合物、甾萜烷、卟啉，可有助于了解油气的化学组成，评价烃源岩的地球化学特征和烃源岩的生烃能力 凝胶色谱仪 Waterse2695-2414RIDetector 通过对油田水的聚丙烯酰胺的分析，可以有效的鉴别组成和性质不同的原油 有机碳硫分析仪 HCS-KRA 用于测定土壤、水系沉积物、岩石样品中碳、硫的含量 有机元素分析仪 EA1110 测定各类地质样品的有机元素，分析无机碳(碳酸盐)的组成，在沉积学中常用于测定沉积物中总N、C、S的含量和干酪根样品中的氧元素含量 结构组构及物性分析 核磁共振波谱仪 BrukerA400 确定样品的内部结构，例如确定岩石孔隙尺寸的分布，研究岩石孔隙尺寸决定的渗透性，分析干酪根结构，探测地层中水分布信息 CT扫描与驱替装置 (UltraXRM-L200) 对物体内部裂缝及孔喉等结构进行研究，可用于对实验岩芯的非均质性和每一驱替过程不同驱替时刻的微观剩余油进行定量分析 激光粒度分析仪 MS-2000 测试颗粒尺寸及各级颗粒百分含量，平均颗粒大小，并通过计算得到颗粒表面积，从而可以进行沉积环境、水动力条件以及气候因素等方面的分析 全自动比表面和孔径分析仪 Autosorb-iQ2 可进行固体样品比表面积、孔径、孔体积及孔分布测定 流体包裹体显微测温仪 可针对透明矿物、半透明矿物和部分不透明矿物中的流体包裹体、熔融包裹体和油气包裹体进行流体包裹体岩相学观察和温度-盐度测定 同步热分析仪 STA449F3 用于研究物质的熔融、结晶、相变、氧化还原、吸附解吸等物理化学变化 地震CT MiniSeis24 获取岩性分布、断裂构造、矿体位置及形态的结构图像，通过地震波走时及地震波能量变化的观测，经计算机处理重现地下岩体的岩性分布、断裂构造、矿体位置及形态的结构图像 地质年龄测定 全自动光释光/热释光系统 TL/OSL-DA-20 沉积物地质年代测定，可以对黄土地层、沙漠沙丘活化、海岸砂体变化、湖泊沉积物、地震事件、古洪水沉积物、河流阶地等进行地质年龄测定 稀有气体同位素质谱仪 GVI-5400Ar K-Ar，Ar-Ar测年及惰性气体He等的分析，地幔流体示踪，成矿流体来源分析，陨石宇宙暴露年龄测定 电感耦合等离子质谱仪 ThermoXSeries2 样品微区原位微量元素分析及U-Pb定年测定，准确测定稀土元素、部分过渡族元素、碱金属和碱土金属元素 激光加热(U-Th)/He定年设备 测定各种富含U、Th元素的矿物其中的He的含量，此方法可用于地质体定年、低温热年代史演化、地形地貌演化等研究 二次离子探针质谱仪 IMS-1280 U-Pb/Pb-Pb定年，锆石、石英、橄榄石、磷灰石、方解石等氧同位素分析 电子顺磁共振仪 AXM-09 对于顺磁性物质内部结构分析，地质年龄测定，可应用于矿物中类质同像置换，矿物颜色起因与矿物中微量杂质的分布状态或存在形式的研究，以及测定地质体所含的有机质中自由基的含量和结构来探讨它们的地质意义 裂变径迹仪 AutoscanFTD-AS3000B 应用于三大岩类的磷灰石、锆石裂变径迹的密度、长度等分布进行年龄测定，热历史模拟与沉积物源示踪等 γ能谱仪 PGS-6000G 探测样品中放射性衰变过程中释放的伽马射线强度，通过不同能级的伽马射线强度来确定放射性核素的活度，沉积学中应用于近现代沉积物定年(210Pb/137Cs) 古地磁分析 磁化率仪 SM-30 测定岩石、矿物等材料的磁化率，沉积学中可通过测定各类岩石磁化率特征对地层划分起到辅助作用，还可用于测定磁铁矿床矿石品位，以及研究中国黄土地层磁化率值与成壤作用的关系等 热退磁仪 MMTD80 主要用于古地磁强度研究，对岩石样品进行加热，将岩石样品中不稳定的剩余磁性去除而只保留岩石样品中稳定的原生剩余磁性 交变退磁力仪 LDA-3A 用于黏滞剩磁较弱的岩石样品退磁(如松散的现代沉积物样品等) 超导岩石磁力仪 C-110 可防止各种电磁干扰用于测定各种不同岩性的岩样的剩余磁性, 能测定体积很小或磁性极弱的样品，并且可用超导磁力仪测量无磁性的碳酸盐类岩石等的天然剩余磁性 SQUID磁强计 77KVHF 可精确测量样品在确定磁场下的磁化强度随温度的变化，测量样品在确定温度下的磁化曲线和磁滞回线 旋转磁力仪 JR-6A 旋转磁力仪主要用来测量岩石剩磁方向和强度，应用于大地构造、地层年代对比及地下岩芯方位恢复等方面 过程模拟 湖盆沉积模拟水槽 主要应用于沉积模拟、现代沉积、古代露头、储层非均质性、精细地质描述、砂体建筑要素分析、储层建模及界面识别等领域，可以进行长江现代沉积、扇三角洲与辫状河沉积物理模拟、洪水流砂体形成及分布的模拟实验、盆地陡坡带储层沉积体系模拟实验、三角洲砂体形成及分布的模拟实验、曲流河沉积等的模拟 河流相沉积单向水流水槽 实验装置主要由储水箱、水槽主体、动力系统组成，水槽长5.62 m宽0.25 m高0.792 m，属于中小型单向水槽。实验室主要研究河流沉积物底形如何形成，通过改变水流速度观察沉积物底形变化情况，探究水流速度与沉积物底形的关系 风—浪—流实验水槽 可开展机械波、风浪、流动实验，机械造波系统可编程实现规则波、不规则波、不同组成波叠加产生破碎、以靶谱形式造波等多种造波功能 内波实验水槽 针对层化海洋中海洋内波生成、传播、相互作用及耗散作用过程模拟研究 热力学旋转平台系统 可用于研究旋转效应下热力强迫流体的普遍规律，例如：地幔对流、海洋深对流等问题 高温高压成岩成矿实验装置 用于水—岩反应、硅酸盐熔体合成演化、水热体系的流体-矿物相互作用以及壳幔演化相互作用研究 盆地构造变形物理模拟设备 构造物理模拟是构造研究的重要手段，可用于造山带和盆地构造的研究，为构造形成过程和成因机制研究提供依据，在油气勘探中可为地震剖面解释提供模式和思路 油气生成与排驱物理模拟系统 能迅速产生高温高压，既可以模拟开放系统又可以模拟封闭系统，可模拟地层温压条件下的油气生成排驱过程 储层成岩模拟系统 可开展成岩物理模拟实验研究，为储层成岩演化和孔隙演化过程的定量表征及储层成因机理分析提供基础参数，为储层评价预测和有效储层的评价提供理论基础 高温高压溶解动力学物模装置 可用于高温高压条件下对碳酸盐储层进行流动式溶解动力学实验研究，以寻找良好储层的主控因素和时空分布规律 -
随着我国沉积学实验研究的发展主要地质科研院所和高校中已经配置了一批沉积学相关测试仪器，可以定性和定量地进行沉积学相关综合测试分析，但是根据调研结果来看我国沉积学实验仪器仍然存在一些问题。
目前我国沉积学实验仪器设备存在的问题主要表现为对专门化的沉积学仪器设备及方法重视不够。最近20多年来，随着生活节奏加快和项目研究周期的不断缩短，以往专门用于沉积学研究的实验仪器设备和方法(如沉降分离仪、费氏台法等)因耗时较长逐渐被视为老旧过时的东西长期被搁置不用。但另一方面，我们又没有及时引进、消化吸收国外新技术方法，更没有研发出我们自己的沉积学专门化仪器设备。具体表现为目前我国实验室中如宏观沉积过程研究等专门用于沉积学研究的仪器数量很少。另外，部分测试仪器如测年仪器离子探针、等离子体质谱仪等数量少，预约测试周期较长，样品不能得到及时处理。这种重视不足的结果是，长期以来我们的沉积学研究实际上是在缺乏坚实可靠的实验条件支撑下的维持性运行，这一问题无疑会严重阻碍我国沉积学的发展。
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通过调研国外相关大学、美国国家实验室、USGS、BGS、AAPG、IAS等网站资料，以美国能源部国家实验室为例与我国沉积学相关实验室与仪器状况进行了对比分析，从中发现我国实沉积学实验研究的差距与不足之处。
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从地域分布来看，美国能源部国家实验室分布较为均匀，调研的17个实验室分布于美国的16个州分散在美国的东部、西部与中部。在美国沉积学相关实验室建立历史普遍比较长，而且在长期的发展历程中每个实验室都能够不忘初衷保持自己的特色。尤其值得指出的是美国的沉积学实验室都密切结合研究的自然对象，把室内实验与野外地质现象联合起来构建天然—人工合二而一的沉积学实验体系。与之相比，我国的沉积学相关实验室更多的是建在北京这样的超大城市内，给人以较为浓郁的“因人设庙”的行政色彩。由此导致了实验室与实验对象(自然过程)逐渐分离，且渐行渐远。这种“理论与实际相脱离”的现象呈现加速趋势。笔者认为，这会伤害沉积学的健康发展，值得注意(图 5)。
图 5 美国能源部国家实验室成立时间与运行时间
Figure 5. Establishment time and run time of National Laboratories run by United States Department of Energy
美国实验室的长期、平稳、高效运行，也是值得我们借鉴的，其中14个实验室成立于1970年之前，平均运行时间长达58年[85-101]。比较而言，我国沉积学实验室不仅表现为地域分布过于集中，国家的大型仪器设备主要集中在中部与东南部地区的重点高校和科研院所，而欠发达地区高校乃至地区仪器设备资源相对匮乏。而且，尽管我国沉积学相关实验室成立时间较晚，大部分实验室运行时间不超过15年，但运转效率和资源共享方面与美国相比尚有差距，值得认真研究改进。
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我国沉积学在实验室数量、建设运行时间，仪器开发程度等方面与发达国家仍然存在差距，为不断完善我国沉积学实验仪器，增强我国沉积学实验室研究能力，构建高水平的研究平台，进一步加强中国沉积学的实验研究能力，笔者认为，我们应考虑从以下几个方面着手。
首先，鉴于沉积学作为矿产资源、化石能源、环境灾害及海洋地质研究的基础性支撑学科，迄今国内还没有一个专门化的沉积学实验室，因此，应该考虑在适当时候组建国家级沉积学实验室。
其次，在已有的实验室基础上建立一些专门化实验室，针对沉积过程与沉积产物进行研究。例如地表动力过程和机械搬运沉积产物实验室；生物化学、深部过程和机械搬运混合沉积产物实验室；建立地质微生物实验室；成岩作用研究实验室；近地表地球化学和地质生物学实验室；沉积学粒径实验室等。建立学科交叉的综合性沉积学研究实验室。例如火山沉积和地质灾害实验室：山洪和海啸、火山喷发和火山灰的散布、火山碎屑沉积、滑坡、泥石流研究。
最后，增加沉积学专门化仪器设备，例如海洋和河流、湖泊过程长期观测系统，综合水槽模拟装置可用于模拟牵引流—浊流，单向—双向水流，流动底形，以及不同初始与边界条件下的流动与沉积实验，与完善的计算机模拟系统相结合。健全围绕大型设备的基础配套设施及基本的设备。
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我国沉积学实验研究经历了三个阶段：1950—1980年起步阶段、1980—2010快速发展阶段和2010年以来稳步发展阶段。目前我国共有101个沉积学相关的实验室，并且实验室数量仍在稳步增长中，实验室中配备的测试仪器可以定量和定性地进行沉积学相关测试分析，主要应用于沉积学的测试内容包括：矿物成分分析、化学成分分析、有机质分析、结构组构及物性分析、地质年龄测定、古地磁分析、过程模拟。
我国的沉积学研究长期以来，一直是化石能源与沉积矿产、海洋过程与资源、区域环境和可持续发展，等事关国计民生的相关基础科学研究的重要组成部分。就目前沉积学实验研究的发展现状来看，实验室建设和仪器设备与发达国家相比的还存在一定的差距，其中存在的问题包括：实验室地域分布上过于集中，专门用于沉积学研究的实验仪器和设备很少，实验室运行效率和资源共享有待提高等。一方面我国的沉积学在国民经济和社会发展中发挥着重要的基础研究作用，另一方面相关支撑条件又相对薄弱。因此，这些问题无疑将会阻碍我国沉积学未来的健康发展。
通过此次“中国沉积学发展战略”调研，首次对我国建国以来高校和研究所及国外沉积学相关实验室和仪器设备情况进行了较为系统的摸底调查和分析比较。在此基础上，我们理清了问题，例如，没有专门化沉积学实验室、缺少专门化仪器设备和实验条件，已经成为我国沉积学面临的主要的条件支撑问题。同时我们也看到了不足，例如，在实验室运行效率和资源共享方面尚有较大提升空间。在此，希望与同行分享我们的调研成果，同时更希望引起相关专家和管理部门的注意，在条件允许时能够及时解决影响我国沉积学发展的上述瓶颈问题。未来我国沉积学将会向着学科更加综合、研究更加细化的方向发展，沉积学实验研究也必将在国民经济和社会发展中发挥着越来越重要的基础研究作用。
The Future of Sedimentology in China:Review on and Look Forward to Laboratory and Instrument
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摘要: 通过国内外资料调研和1950年以来我国相关实验室的考证，研究我国沉积学相关实验室及其仪器设备的历史和现状，揭示存在问题，提出相关建议。数据主要源于三方面，包括国内外数据库6个，国内外沉积学相关实验室官方网站102个以及国内外搜索引擎5个。对访问和调研结果进行统计分析，研究我国沉积学相关实验室及仪器设备的种类、数量及其地区和年代分布，并与国外相关实验室进行对比分析，探索我国沉积学的发展历程、现状和存在问题，并据此展望我国沉积学的未来发展趋势。结果显示，我国沉积学发展经历了1950—1980年的起步阶段，1980—2010年的快速发展阶段，以及2010年以来的稳步提升阶段。作为研究陆表岩石—水—大气—生物相互作用的过程、结果和机制的专门学科，沉积学与资源、环境、全球变化等人类面临的重大挑战都密切相关。我国的沉积学研究长期以来，一直是化石能源与沉积矿产、海洋过程与资源、区域环境和可持续发展等，事关国计民生的相关基础科学研究的重要组成部分。然而，从分析结果看，作为一个重要的地学基础学科，我国沉积学目前面临着以下问题：1）迄今全国还没有一个专门化的沉积学实验室；2）专门用于沉积学研究的实验仪器和设备很少；3）目前与沉积学相关的实验室分布过于集中，实验室与所研究的对象（自然界典型的沉积过程）相互脱离的现象日趋明显且不断加剧。由此可见，一方面我国的沉积学在国民经济和社会发展中发挥着重要的基础研究作用，另一方面相关支撑条件又相对薄弱且存在理论与实际相脱离的趋势。这些问题无疑将会阻碍我国沉积学未来的健康发展。通过此次“中国沉积学发展战略”调研，进一步摸清了家底、理清了问题、看到了不足，希望在此与同行分享我们的调研成果，同时更希望引起相关专家和管理部门的注意，在条件允许时能够不失时机地解决影响我国沉积学发展的上述瓶颈问题。Abstract: Based on literature investigation and data analysis, we have investigated the history and the status quo of China's sedimentology concerning aspects of laboratories and instruments. The data used in this study mainly consist of three sources which include 6 databases at home and abroad, 102 official website of Chinese and foreign laboratories related to sedimentology and 5 search engines including Bing Academic, Duxiu Academic, Baidu Academic, Google Scholar, Microsoft Academic. Our result shows that development procedure of sedimentology in China has experienced initial stage (1950-1980), rapid progress stage (1980-2010), and steady improvement stage (2010-Today).We found some existing problems and proposed relevant suggestions according to our investigation. Sedimentology in China is currently facing with three crucial problems. They include, 1) There is no special sedimentology laboratory in China up to now; 2) The kinds and numbers of special instruments and equipment applied to sedimentology are insufficient; 3) The distribution of laboratories related to sedimentology is too concentrated in the supper big cities like Beijing where are far distance away from the places which sedimentary processes really happen. And more so, the trend of pull-apart between laboratory and studying objects (typical deposition process in nature) is becoming more and more serious. As we all know, sedimentology plays an important role in national economic and social development, especially in such a big country as China. However, the supporting conditions for sedimentology study are relatively weak. It is no doubt that these problems will hinder the development of sedimentology in China in the near future. Here we suggest that relevant experts and related management departments should pay enough attention to these bottleneck problems and solve them timely.
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图 1 中国沉积学相关实验室按成立和运行时间统计
a.可追溯最早年份和运行时间；b.成立年份和运行时间；c.数量和年份
Figure 1. Establishment time and run time of laboratories which are related to sedimentology in China
a.traceable time and run time; b. the year of establishment and run time; c. quantity and time
图 2 中国沉积学相关实验室按不同领域数量统计
Figure 2. The amount of laboratories in different fields which are related to sedimentology in China
图 3 中国沉积学相关实验室按地域分布情况统计
Figure 3. Geographic distribution of laboratories which are related to sedimentology in China
图 4 中国沉积学相关实验仪器按不同仪器类型数量统计
Figure 4. Different types of instruments which are related to sedimentology in China
图 5 美国能源部国家实验室成立时间与运行时间
Figure 5. Establishment time and run time of National Laboratories run by United States Department of Energy
表 1 实验仪器在我国沉积学领域应用情况[7-84, 115-148]
Table 1. Present situation on instruments applied to sedimentology in China
大类 类型 常见型号 沉积学应用 矿物成分分析 激光拉曼光谱仪 RenishawRM2000 流体包裹体气体成分分析，非破坏性地测量代原始成矿溶液流体包裹体的成分，适用于测量CH4、CO2、H2S等气体 阴极荧光光谱仪 MonoCL4+ 通过获取矿物的阴极发光图像，可以鉴定矿物、研究矿物中的微量元素研究矿物成因，研究矿物的蚀变程度，分析储矿空间的形成、演化及矿产在空间的分布规律 穆斯堡尔光谱仪 MS-96 可以分析某些含有Fe、Sn等岩石的微观结构、物质组成、化合价等，从而推断形成岩石结构时的地质条件 X射线衍射仪 XRD-6000 黏土矿物、沸石、盐类矿物等定性与定量分析，间层比计算，全岩X射线定性和定量分析(主要测定以下非黏土矿物)，黏土矿物与沸石矿物的高温X射线研究 透射电子显微镜 CM12 微区内部观察，结构与成分分析，可用于界面成分分析、元素赋存状态分析及各种形貌、粒度、孔隙度分析，测定晶胞参数、晶体取向关系，测定位错的柏格斯矢量等 扫描电子显微镜 JSM-35CF 微区内部观察和成分定性分析，主要应用于碎屑岩储层研究中，通过晶体形态分析，即可初步判断黏土矿物的类型，在碳酸盐沉积物(岩)中应用于储层、体化石、超微化石的鉴别、胶结物成分的鉴别，以及石英颗粒表面特征的研究 环境扫描式电子显微镜 Quanta200 用于固态样品的表面形貌分析和表面微区成份分析；可观测物质的微区形貌和微观结构，可观测导电的、干燥的固体样品，同时还可以观察非导电、干燥固体样品和非导电的、含微量水、少量油及放气的固体样品 场发射扫描电子显微镜 Quanta450FEG 低真空状态下可以观察含水或含油样品，进行样品表面微细节的观察与研究，二次电子成分像观察与分析以及对小于0.1 μm的细节进行成分的点、线和面分析 原子力显微镜 NanoscopeIIIa 矿物表面成像观察与结构研究，可用于矿物及环境颗粒物的表面结构及其微观形貌观测，黏土矿物表面原子分辨图像观察研究，黏土矿物结构弛豫与层状硅酸盐矿物吸附重金属离子的表面形貌研究，以及观察煤中显微组分镜质组和惰性组的表面形貌，并且可以利用AFM的量化功能分析显微组分表面的粗糙度和硬度 激光扫描共聚焦显微镜 VisiTech 对包裹体、孢粉、原油等内部结构研究，例如储层孔隙和微裂缝的三维结构重建，储层中原油形态，裂缝中次生包裹体特征及形成期次研究，以及微体化石内部构造的研究 偏光显微镜 AxioLab.A1pol 可用于对各种矿物及结晶体的偏光检测，鉴别岩石及矿物的成分与各成分含量以及观察岩石及矿物间的结构 化学成分分析 原子吸收光谱仪 AA-7050 测定样品中的微量金属元素硼、锶、镓、镍等元素的含量及Sr/Ga，B/Ga，Cr/V等元素含量的比值等 电感耦合等离子体原子发射光谱仪 IRISAdvantage、JYULTIMA-2 可测定SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O等氧化物含量，以及矿物、岩石中的微量元素，特别是15种稀土元素，及Zr，Hf元素 原子荧光光谱仪 AF-7500 测定样品中痕量元素As、Sb、Bi、Hg、Se、Te等的含量 红外光谱仪(IR红外光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪) VERTEX70 测定样品化学组成、结构特点和生烃能力 火焰光度计 F-300 监测样品中钠和钾的含量，沉积学中常用于检测硅酸盐、无机矿、金属矿中的钠和钾含量 紫外分光光度计 Cary300 对物质的组成、含量和结构进行分析、测定、推断 X射线光电子能谱仪 INCA 对矿物或岩石样品表面的元素进行定性或定量分析，以及其中所含元素化学态和电子态 俄歇电子能谱仪 PHI710 确定矿物或岩石样品表面元素组成和微形貌研究 X射线荧光光谱仪 Rigaku100e、XRF 对岩矿石的原生露头、块状岩石矿石、土壤、运动的矿浆、不同颗粒度的粉末样品进行常量元素分析，稀土元素分析 岩芯扫描X荧光光谱仪 AVAATECH 对海洋沉积物柱状岩芯进行快速、无损的元素成份分析，测量元素范围Al-U 电子探针 JEOLJXA-8100 测定样品的化学成分、各元素的成分与含量，根据这些信息确定矿物的类型，如沸石、长石、石膏、石盐、黄铁矿等矿物；对各种门类的古生物的钙质壳、硅质壳进行成分测定 稳定同位素质谱仪 MicromassIsoprobeGC C、N、O、H等元素的同位素分析，例如通过测定有机物如石油、天然气中的碳和氢等轻同位素，原油进行分类、对比和鉴别, 从而确定原油的性质和来源；通过研究深海有孔虫、淡水介形虫、溶洞钟乳石、地表黄土的碳氢氧同位素，特别是碳同位素，可以追溯近几百万年以来的全球气候变化规律 热电离质谱仪 TritonTI Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb、Re-Os、238U-234U-230Th和B、Cl等同位素体系或稳定同位素分析，进行同位素示踪与定年，例如通过测定Re-Os同位素体系可以进行金属硫化物定年，岩浆物质来源示踪及陨石研究 离子色谱仪 DionexICS-1500 定量测试F-，Cl-，Br-，NO2-，NO3-，SO42-，PO43-等多种离子及甲酸，乙酸，柠檬酸等酸根离子，在沉积学中可用于检测矿物气液包裹体的气相和液相成分，含煤的样品中的氟等 有机地球化学分析 气相色谱质谱联用仪 HP6890GC 可以对岩石、矿石、矿物、沉积物、包裹体、土壤、黄土、水、雪、冰、大气、生物体、石油、化石等介质中的超痕量有机质进行富集、分离和纯化；能对各种量级(超痕量、痕量、微量、常量等)有机化合物进行分析鉴定，并提供各种有机化合物的定性、定量数据及系列图谱 气相色谱仪 Agilent6460 C1-C6、CO2、H2S、O2、N2、饱和烃、芳烃、非烃、沥青质等分析，沉积学中可用于包裹体气体成分分析，井场随钻分析，油气成分及性质分析等 高效液相色谱仪 WatersE2695 Alliance 测定油页岩、含油砂岩、现代沉积等中的高沸点化合物，难挥发及热不稳定的化合物，离子型化合物及高聚物等有机化合物如芳香化合物、甾萜烷、卟啉，可有助于了解油气的化学组成，评价烃源岩的地球化学特征和烃源岩的生烃能力 凝胶色谱仪 Waterse2695-2414RIDetector 通过对油田水的聚丙烯酰胺的分析，可以有效的鉴别组成和性质不同的原油 有机碳硫分析仪 HCS-KRA 用于测定土壤、水系沉积物、岩石样品中碳、硫的含量 有机元素分析仪 EA1110 测定各类地质样品的有机元素，分析无机碳(碳酸盐)的组成，在沉积学中常用于测定沉积物中总N、C、S的含量和干酪根样品中的氧元素含量 结构组构及物性分析 核磁共振波谱仪 BrukerA400 确定样品的内部结构，例如确定岩石孔隙尺寸的分布，研究岩石孔隙尺寸决定的渗透性，分析干酪根结构，探测地层中水分布信息 CT扫描与驱替装置 (UltraXRM-L200) 对物体内部裂缝及孔喉等结构进行研究，可用于对实验岩芯的非均质性和每一驱替过程不同驱替时刻的微观剩余油进行定量分析 激光粒度分析仪 MS-2000 测试颗粒尺寸及各级颗粒百分含量，平均颗粒大小，并通过计算得到颗粒表面积，从而可以进行沉积环境、水动力条件以及气候因素等方面的分析 全自动比表面和孔径分析仪 Autosorb-iQ2 可进行固体样品比表面积、孔径、孔体积及孔分布测定 流体包裹体显微测温仪 可针对透明矿物、半透明矿物和部分不透明矿物中的流体包裹体、熔融包裹体和油气包裹体进行流体包裹体岩相学观察和温度-盐度测定 同步热分析仪 STA449F3 用于研究物质的熔融、结晶、相变、氧化还原、吸附解吸等物理化学变化 地震CT MiniSeis24 获取岩性分布、断裂构造、矿体位置及形态的结构图像，通过地震波走时及地震波能量变化的观测，经计算机处理重现地下岩体的岩性分布、断裂构造、矿体位置及形态的结构图像 地质年龄测定 全自动光释光/热释光系统 TL/OSL-DA-20 沉积物地质年代测定，可以对黄土地层、沙漠沙丘活化、海岸砂体变化、湖泊沉积物、地震事件、古洪水沉积物、河流阶地等进行地质年龄测定 稀有气体同位素质谱仪 GVI-5400Ar K-Ar，Ar-Ar测年及惰性气体He等的分析，地幔流体示踪，成矿流体来源分析，陨石宇宙暴露年龄测定 电感耦合等离子质谱仪 ThermoXSeries2 样品微区原位微量元素分析及U-Pb定年测定，准确测定稀土元素、部分过渡族元素、碱金属和碱土金属元素 激光加热(U-Th)/He定年设备 测定各种富含U、Th元素的矿物其中的He的含量，此方法可用于地质体定年、低温热年代史演化、地形地貌演化等研究 二次离子探针质谱仪 IMS-1280 U-Pb/Pb-Pb定年，锆石、石英、橄榄石、磷灰石、方解石等氧同位素分析 电子顺磁共振仪 AXM-09 对于顺磁性物质内部结构分析，地质年龄测定，可应用于矿物中类质同像置换，矿物颜色起因与矿物中微量杂质的分布状态或存在形式的研究，以及测定地质体所含的有机质中自由基的含量和结构来探讨它们的地质意义 裂变径迹仪 AutoscanFTD-AS3000B 应用于三大岩类的磷灰石、锆石裂变径迹的密度、长度等分布进行年龄测定，热历史模拟与沉积物源示踪等 γ能谱仪 PGS-6000G 探测样品中放射性衰变过程中释放的伽马射线强度，通过不同能级的伽马射线强度来确定放射性核素的活度，沉积学中应用于近现代沉积物定年(210Pb/137Cs) 古地磁分析 磁化率仪 SM-30 测定岩石、矿物等材料的磁化率，沉积学中可通过测定各类岩石磁化率特征对地层划分起到辅助作用，还可用于测定磁铁矿床矿石品位，以及研究中国黄土地层磁化率值与成壤作用的关系等 热退磁仪 MMTD80 主要用于古地磁强度研究，对岩石样品进行加热，将岩石样品中不稳定的剩余磁性去除而只保留岩石样品中稳定的原生剩余磁性 交变退磁力仪 LDA-3A 用于黏滞剩磁较弱的岩石样品退磁(如松散的现代沉积物样品等) 超导岩石磁力仪 C-110 可防止各种电磁干扰用于测定各种不同岩性的岩样的剩余磁性, 能测定体积很小或磁性极弱的样品，并且可用超导磁力仪测量无磁性的碳酸盐类岩石等的天然剩余磁性 SQUID磁强计 77KVHF 可精确测量样品在确定磁场下的磁化强度随温度的变化，测量样品在确定温度下的磁化曲线和磁滞回线 旋转磁力仪 JR-6A 旋转磁力仪主要用来测量岩石剩磁方向和强度，应用于大地构造、地层年代对比及地下岩芯方位恢复等方面 过程模拟 湖盆沉积模拟水槽 主要应用于沉积模拟、现代沉积、古代露头、储层非均质性、精细地质描述、砂体建筑要素分析、储层建模及界面识别等领域，可以进行长江现代沉积、扇三角洲与辫状河沉积物理模拟、洪水流砂体形成及分布的模拟实验、盆地陡坡带储层沉积体系模拟实验、三角洲砂体形成及分布的模拟实验、曲流河沉积等的模拟 河流相沉积单向水流水槽 实验装置主要由储水箱、水槽主体、动力系统组成，水槽长5.62 m宽0.25 m高0.792 m，属于中小型单向水槽。实验室主要研究河流沉积物底形如何形成，通过改变水流速度观察沉积物底形变化情况，探究水流速度与沉积物底形的关系 风—浪—流实验水槽 可开展机械波、风浪、流动实验，机械造波系统可编程实现规则波、不规则波、不同组成波叠加产生破碎、以靶谱形式造波等多种造波功能 内波实验水槽 针对层化海洋中海洋内波生成、传播、相互作用及耗散作用过程模拟研究 热力学旋转平台系统 可用于研究旋转效应下热力强迫流体的普遍规律，例如：地幔对流、海洋深对流等问题 高温高压成岩成矿实验装置 用于水—岩反应、硅酸盐熔体合成演化、水热体系的流体-矿物相互作用以及壳幔演化相互作用研究 盆地构造变形物理模拟设备 构造物理模拟是构造研究的重要手段，可用于造山带和盆地构造的研究，为构造形成过程和成因机制研究提供依据，在油气勘探中可为地震剖面解释提供模式和思路 油气生成与排驱物理模拟系统 能迅速产生高温高压，既可以模拟开放系统又可以模拟封闭系统，可模拟地层温压条件下的油气生成排驱过程 储层成岩模拟系统 可开展成岩物理模拟实验研究，为储层成岩演化和孔隙演化过程的定量表征及储层成因机理分析提供基础参数，为储层评价预测和有效储层的评价提供理论基础 高温高压溶解动力学物模装置 可用于高温高压条件下对碳酸盐储层进行流动式溶解动力学实验研究，以寻找良好储层的主控因素和时空分布规律 
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