A New Journey in Sedimentology from the Pacific to the Himalayas: Analysis of research hotpots from the 21st International Sedimentological Congress

第21届国际沉积学大会于2022年8月下旬在北京通过线上平台召开,聚焦“沉积学新征程：从太平洋到喜马拉雅”的主题,旨在探讨国际沉积学前沿科学问题,促进沉积学理论与技术创新,同时向世界展示中国沉积学取得的长足进展。本次大会共设置了11个科学主题（Scientific Theme,简称T）,具体包括：T1-深时气候与环境,T2-构造与火山沉积学,T3-环境与灾害沉积学,T4-生物沉积过程,T5-陆相碎屑沉积体系,T6-海相碎屑沉积体系,T7-海相碳酸盐岩沉积,T8-现代沉积过程,T9-资源沉积学,T10-沉积地球化学,T11-地球科学进展与新技术。上述科学主题下设67个专题（Session）（表1）。大会期间,8名国内外知名沉积学家受邀做了受到参会者广泛关注的大会主旨报告,其内容涉及碳酸盐成岩过程、晚新生代东亚水文气候时空演变、细粒沉积岩的沉积学研究、深时生物地貌学研究、火山沉积与构造演化、火山“源—汇”系统、深海沉积物的源—汇迁移过程和沉积学未来发展方向等多个方面。

此外,大会设置了4个会前短期课程（Short Course,简称SC）,具体包括：SC1-碳酸盐岩沉积微相与成岩作用,SC2-层序地层学：原理与应用,SC3-全岩与黏土矿物定量分析,SC4-沉积物粒度趋势分析；5个青年科学家活动（Early Career Scientists Activities）,以及15条线上野外路线（含1条青年沉积学家野外路线）。

依据本次大会11个科学主题及其下属的67个专题的设置情况（表1）,作者分析统计了各个专题中论文的分布态势（图1）。本次大会共接收了1 502篇摘要,其中895篇为口头报告,607篇为展板讨论。与往届国际沉积学大会相比,深时气候与环境、现代沉积过程、碎屑沉积和生物沉积、海相碳酸盐岩沉积等依然是当前沉积学的研究热点,而火山沉积学、碳中和沉积学、灾害沉积学等受到广泛关注,深海油气资源及沉积矿床等相关研究发展迅速,大数据与人工智能在沉积学中的应用也成为本次大会亮点之一^[1]。在所有接收摘要中,第一作者以中国通讯单位为地址的摘要共1 301篇,占总摘要数量的86%（图1）。统计研究表明,国内学者论文主要集中在深时气候与环境、陆相碎屑沉积体系、生物沉积过程、现代沉积过程、海相碎屑沉积体系、海相碳酸盐岩沉积、资源沉积学及地球科学进展与新技术等方面（图1）,而国外学者论文主要集中在构造与火山沉积学、环境与灾害沉积学、现代沉积过程、陆相碎屑沉积体系、海相碳酸盐岩沉积及沉积地球化学等方面（图1）。

Figure 1.  Statistical histogram of conference abstracts in different sessions and those from Chinese scholars in the 21st International Sedimentological Congress

几十年来,大气中二氧化碳含量的急剧增加导致了全球气候变化加剧,迫切需要评估全球气候变化对生态系统、沉积过程、能源矿产和宜居性的影响^[2]。伴随着最近几千年到几十万年地球气候系统复杂动力学的深入理解,第四纪之前的沉积记录在预测未来气候变化的作用愈显重要,特别是在气候转变及其对深时记录气候阈值的影响方面^[2⁃4]。

陆地和边缘海盆地中的新生代沉积物是研究印度和欧亚大陆碰撞相关的构造隆起及气候变化的最佳记录。在印度板块不断向北挤压下,亚洲地貌和气候条件相应发生了重大变化,体现在亚洲地貌的隆升、不同时间尺度上的季风演变以及亚洲内陆和西伯利亚地区的干旱^[3]。基于尼玛盆地约2 000年分辨率的旋回地层分析以及环境磁性参数的周期性干湿波动和轨道周期的研究,认为南亚季风降水至少在约27.4 Ma前已经向青藏高原中心推进,更新了亚洲季风是在渐新世—中新世界限附近形成的传统认识^[5]。基于南中国海南部岩心样品中的黏土矿物、主量元素和Sr-Nd同位素分析,重建了过去45年湄公河流域的化学风化历史,指出湄公河是南中国海南部的主要陆源沉积碎屑来源,且在MIS 2期间化学风化减弱,意味着东亚季风演变显著控制了湄公河流域的化学风化,这是导致南中国海南部的陆源沉积物变化的重要原因^[6]。

与新生代地层年龄、气候环境变化、风化侵蚀过程以及亚洲山脉,特别是青藏高原隆起的生物多样性演化相关的构造和沉积记录,是揭示新生代亚洲—青藏高原气候变化驱动机制及沉积响应的关键^[2,7⁃8]。青藏高原湖泊的水文循环对亚洲内陆气候与环境演变产生了深远影响,而晚中新世被认为是青藏高原大型古湖泊的发育时期。Zhang et al.^[8]通过漫反射光谱、古地磁构造旋转等分析,指出青藏高原东北部湖泊水文系统在约11 Ma发生重大变化,主导该变化的是构造活动和地貌隆升,而非气候变化或太阳辐射量变化。板块构造过程一直被认为是新生代全球碳循环的主要原因^[7,9]。然而,新生代加速的CO₂消耗和火山脱气产生的相对稳定的CO₂输入导致的不平衡可能在几百万年内耗尽大气中的CO₂。Fang et al. ^[7]研究了青藏高原北部大陆岩石的古近纪硅酸盐风化强度记录,指出该构造不活跃区域的硅酸盐风化受到全球温度的调节,古近纪全球冷却也受到温度反馈机制的强烈影响（图2）。

Figure 2.  Conceptual models showing negative feedback mechanisms in geological carbon cycles (modified from Fang et al.^[7])

随着盘古大陆于中生代发生解体,与其裂解过程相关的裂陷盆地内部的火山作用脱气,造成大气中CO₂浓度上升,形成了典型的温室地球。中生代地球经历了一系列交替的温室条件：凉爽的温室、温暖的温室和炎热的温室状态,叠加在这些温室状态之上的是地质上的短暂变化,对地球系统造成巨大扰动,并在不同的温室条件下产生深远影响^[4,9]。白垩纪是地球历史上的一个关键温室时期,被认为是理解未来温室世界的重要研究对象,例如Zhang et al.^[8]通过对哈密盆地白垩纪陆相地层古地理、古生态学及化学风化条件分析,认为早白垩世—中白垩世气候从干热向湿热过渡,主要归因于大气CO₂浓度的持续上升和哈德利环流的急剧收缩。

地层学对于解释古气候变化和理解地球历史事件的因果关系至关重要。全球变暖事件的沉积记录被广泛保存,例如P-T界限生物大灭绝事件、卡尼期洪积事件、T-J界限生物大灭绝事件、早侏罗世和白垩纪海洋缺氧事件以及古新世—始新世极热事件等^[4]。这些重要的地质事件通常与轻碳同位素大量快速释放到海洋大气系统中导致大规模全球变暖有关。始新世中期经历了几次快速升温,导致沉积相和微化石含量发生变化。例如基于沉积学、生物地层学、稳定同位素和旋回地层学分析,Messaoud^[10]指出突尼斯中部和东北部Reneiche-Siouf组沼状石灰岩的发育与中始新世气候变暖事件直接相关,而不是与海平面波动相关,中始新世气候变暖期间的营养环境和干旱—半干旱气候以及相应的高海平面有利于沼状石灰岩沉积。全球变暖对生态系统的长期影响超出了人类记录所涵盖的范围。然而,根据短期变暖事件的详细研究可推断全球变暖造成的生态系统响应。如德国北部Helmstedt褐煤矿区古近系孢粉分析表明,古近纪极热事件导致孢粉植物群快速变化,而在极热事件以外的时间里,孢粉植物群的强烈变化与水文条件、营养量变化及泥炭沉积对沼泽林的影响有关^[11]。

近年来,对地质记录中古环境危机和大规模生物灭绝的研究在数量和复杂性上都有明显增加。聚焦于高古纬度地区低地陆相环境对二叠纪末环境应力的响应,Fielding et al.^[12]等研究澳大利亚东部盆地上二叠统—中三叠统的完整地层序列,认为二叠系顶部煤层记录了舌形目植物群的突然灭绝。然而该事件发生在煤山P-T界限海洋灭绝事件之前约20~60万年,气候模型研究表明,跨过煤层气候向更温暖、更具季节性的特征转变,这为澳大利亚东部二叠纪末陆地生物危机提供了新见解。气候和环境的快速变化被认为是二叠纪末舌形目植物群灭绝的主要原因^[12⁃13]。Frank et al.^[14]借助化学风化和地表温度等地球化学分析,指出澳大利亚东部伯恩盆地和悉尼盆地上二叠统至中三叠统物种灭绝与强烈的化学风化和峰值变暖相吻合,为冈瓦纳东南部高古纬度地区二叠纪末陆地气候和环境变化相关的生物大灭绝提供了新证据。

地球演化不同阶段广泛分布的火山—沉积岩层系在约束构造过程上发挥了关键作用。火山—沉积岩层系提供了大陆地壳生成和演化的关键时空记录。该科学主题包括了超大陆沉积记录与关联对比、火山源—汇系统之间的沉积学分析,火山作用与沉积盆地相互作用过程,以及特提斯构造与沉积作用等研究^[15⁃18]。

沉积盆地的形成和演化受到大地构造以及潜在物源区位置的影响,特别是受到超大陆聚集和裂解的控制。裂谷盆地的沉积充填物和边界构造结构可以提供有关沉积物源变化、正断层生长—消亡过程以及更重要的超大陆破裂期间大陆早期裂谷作用的有用信息^[15⁃18]。例如基于华北板块西缘鄂尔多斯盆地发育的一系列中元古代NE向雁列裂谷的分布特征,认为在平移剪切作用下,局部伸展断层呈NW向雁列式发育,而在边界转换断层末端的走向转折点,NW向雁列式断裂呈现出自东向西的偏转,最终在鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区形成了分叉裂谷,创新性地提出了边界转换断层的构造成因^[19]。

在超大陆的汇聚和裂解过程中形成的同期沉积盆地的沉积学、层序地层学和地球化学已广泛应用于古地理重建。例如,青藏高原柴达木盆地西部由古近系的五大源汇体系转变为新近系的四大源汇体系,这种转变受到了青藏高原隆升过程的驱动。这对于明确青藏高原的隆升机制、探讨气候和环境的影响以及指导油气勘探均有重要的科学意义^[20]。

火山沉积盆地多发育于地球固体（地壳、地幔）和表层（大气、海洋、生物圈）介质之间,提供了全球或区域构造、火山作用、基底断层和上覆沉积层之间相互作用过程的关键时空记录。结合不断发展的碎屑重矿物（如锆石、磷灰石、金红石等）同位素分析方法与技术,加深了对大陆地壳演化及地球系统内部地质循环的理解^[16⁃18]。火山系统是构造、岩浆作用和基底块体差异运动相互作用的综合结果。一方面,它们可能控制沉积盆地的沉降与沉积中心,显著改变盆地源与汇之间关系；另一方面,它们是地表和地下盆地充填物的重要组成部分,且埋藏在沉积盆地中的火山机构对后续盆地形成、沉积充填和沉积类型及其组合存在重要影响^[15,18,21]。

火山与沉积盆地相互作用过程是沉积学和火山学最具挑战性的前沿之一。近地表过程的火山活动能够重塑地貌及其内部的汇水盆地,火山碎屑物可填充裂谷地貌低势区,降低地貌的粗糙度,同时,熔岩和火山碎屑流可在平缓盆内地貌上发育火山正向建造,阻碍沉积体系的分散过程,导致裂谷内沉积体系的分叉及转向^[15]（图3）。火山喷发物质能快速补充盆地碎屑通量,火山活动区的沉积物通量较贫火山活动区高几个数量级,导致碎屑沉积体系规模明显增大。火山活动的日益增加不仅带来了严重的环境问题,同时也极大地威胁着火山岛弧周缘及海岸带人口聚集区安全。聚焦于火山“源—汇”系统,通过深水火山碎屑重力流沉积记录解耦地质历史时期不同规模、不同频率的火山喷发事件,有助于推进火山地质灾害的预测及评估^[22]。

Figure 3.  Modification of basin geomorphology by magmatic intrusions and pyroclastic processes in the Shaleitian uplift area, Bohai Bay Basin (after Chen et al.^[15])

特提斯地区各大洋的打开和关闭记录了大陆碎片和岛弧组合,即冈瓦纳大陆向西伯利亚的断裂和转移导致显生宙欧亚大陆的逐步扩大^[16,23]。与特提斯洋相关的各个盆地的地层和火山沉积记录,可有效揭示欧亚大陆的生长、冈瓦纳大陆的古地理以及各个大洋盆地的年龄和持续时间^[23⁃24]。撒丁岛中三叠统层序对理解古欧洲南缘古地理演化具有重要意义,Stori et al.^[24]等基于孢粉学研究,指示安尼期晚期—拉丁期早期,撒丁岛—米诺卡岛和卡斯特隆岛东部地区发育高地,充当了古特提斯（东北部）和新特提斯（东南部）地区之间的屏障。阿尔卑斯造山带东部的上白垩统是中生代地球动力学演化的重要产物,Özyurt et al.^[23]研究显示其内部黄色砂岩为岛弧岩浆作用的酸性和中间产物,沉积碎屑经历了中等风化过程和轻微再循环过程,通过较短的运输距离进入盆地,这为新特提斯洋的古环境条件和构造沉积演化提供了新证据。

传统沉积学研究将矿产资源勘查作为主要应用方向,以保障国民经济和社会发展的需求。随着人类社会的人口、资源、环境及气候问题日益突出,环境与灾害沉积学逐渐成为沉积学研究的热点分支学科。在本届大会中,自然灾害、风暴沉积学及碳中和沉积学等相关专题受到了国内外学者的关注。

自然灾害和沉积记录专题围绕古代与现代海啸沉积、震积岩、火山灰流及软沉积变形等相关事件性沉积展开热烈的讨论。Purkis et al.^[25]基于潜水器海底调查、地质年代学分析、海底多波束资料分析等多种研究方法认识到红海蒂朗海峡中海底滑坡局部触发的海啸与九级地震触发的海啸强度相当,滑坡数值模拟研究表明初始滑坡在埃及沿岸区域所引起的波高最大可达10 m。对日本环太平洋弧前斜坡盆地数千年来发育的多期浊积岩展开精细的沉积学与同位素年代学研究,发现这套浊流沉积并不是由地震诱发的海底滑坡所触发,而与地震作用触发的表层松散沉积物再悬浮作用密切相关^[26]。在持续地质时间为22万年的死海深水岩心中识别出多套震浊积岩,反映了低滑移速率板块边缘的强烈地震活动。这类事件性沉积可作为一种“古地震仪”,依据震浊积岩的开尔文—亥姆霍兹不稳定性特征能够对古地震的震级进行定量恢复^[27]。

全球气候变暖可能造成风暴事件的加剧,时刻威胁着沿海城市居民的居住安全。近千百年来的气候变化与风暴记录的识别对于未来的极端事件强度和频率预测具有重要的指导意义^[28]。在传统沉积学、地质年代学及地球化学研究基础上,多学科交叉的水动力有限元模拟与现代遥感图像解译技术被应用到现代及历史记录的风暴沉积研究之中。与此同时,越来越多的学者也开始关注风暴沉积与海洋气候之间的成因关联。Green et al.^[29]发现中全新世西南印度洋风暴沉积的发育与印度洋偶极子正异常密切相关。随着全球气候变暖的日益加剧,印度洋偶极子正异常更为显著,在不久的将来会显著地影响非洲东南部海岸线。Zhou et al.^[30]基于古洪水与风暴沉积的元素指标差异识别出长江三角洲两千年以来洪水层主要发育时代,与器测记录、史料记载及沉积特征具有良好的一致性。该区域近两千年以来的热带气旋千年—百年尺度的强度变化记录,指出其变化强度与海水表面温度及亚洲风尘的重要联系^[31]。多资料综合解译与沉积记录的耦合研究有效拓展了风暴沉积的研究领域,为未来的海岸带防灾减灾工作提供了政策性建议。

碳中和沉积学是沉积学的一个新分支,是研究与碳排放或碳汇有关的沉积记录,其核心原理是广义沉积的碳封存机制和沉积物的地质碳汇潜力。在碳中和沉积学中,人们关注陆地（咸水层、煤层）碳封存、海洋（地层）碳封存以及碳地质封存等相关技术问题。例如,Wethington^[32]以美国密西西比州Kemper县中新生代河流相沉积作为碳地质封存的实验对象,根据河流相储层构型研究,估算出该区域碳封存潜力极大（可达1.4 Gt或10.5 Mt/km²）,且其储层特性有利于高CO₂注入率。不同压强CO₂注入的煤层孔隙形态特征研究表明,地质封存增加了煤炭孔隙的气体吸附量、比表面积和孔隙连通性,提高了储存能力,有利于提高煤层气采收率^[33]。

生物作用在沉积过程中扮演着不可替代的角色,不少沉积岩和沉积矿产的形成都与生物作用密切有关。沉积岩中生物过程相关研究体现了古生物学、地球化学及微生物学与沉积学交叉研究成果,深部生物圈作用、生物扰动作用、生物成因岩石与矿物等成为热门研究方向。

深部生物圈可涉及到大陆表面以下5 km和海平面以下10.5 km,温度可能超过120 ℃^[34]。深部生物圈的生态学、地球化学及沉积学综合研究对地球早期生命演化、行星地质学、进化生物学等方面具有关键的启示性意义。本届大会重点关注深层生物圈的元素循环、生命—环境协同演化及微生物过程,研究对象涵盖深海冷泉渗漏系统、深海热液区及深地微生物群落等三个方面。通过南海两个冷泉生物群落、生态系统的微生物介导固氮作用及其组装过程分析,认为海底甲烷通量对渗漏微生物群的影响比地理位置、生物覆盖率以及沉积物深度要大得多^[35]。西北印度洋卡斯伯格洋脊卧蚕热液区的细菌群落及热液羽状流研究表明,热液输入物质和硫化物颗粒的差异性是造成微生物时空异质性的主要因素^[36]。辅以亚铁酸盐和甲烷的高压培养实验为深入了解深海甲烷沉积物中铁的还原机制和相关的微生物过程创造了条件^[37]。

生物扰动构造的丰度和多样性与地质历史重大的生物灭绝与辐射事件具有重要的关联性。本届大会着眼于P-T大灭绝事件及其后早三叠世生态系统的复苏过程,向国际沉积学界展示了我国一批高质量研究成果。例如,Zhang et al.^[38]在四川龙门垌剖面下三叠统多套层位中发现了多种类型浅海咸水环境的遗迹种属,表明咸水生态系统受生物大灭绝的影响较小。Feng et al.^[39]针对我国26条二叠系—三叠系界限剖面中的生物遗迹多样性、歧异度、生态空间利用率和生态系统工程等动物行为及生态参数进行了定量评价,充分再现了早三叠世海洋底内动物生态系统的复苏过程。

此外,多种新技术的综合运用（如X射线摄像和CT扫描技术）已经逐渐成为本届大会生物遗迹相及古生态系统分析的重要研究亮点之一,为传统的古生态学及遗迹沉积学研究注入了新的活力。

生物成因的矿物学与岩石学研究对于古生态、古环境及古气候重建具有重要理论意义。现代高精度实验测试手段的发展使得微生物成岩与成矿作用的精细研究成为可能。例如,Hickman-Lewis et al.^[40]基于多种原位有机和无机地球化学新方法对太古代微生物席生态系统进行精细研究,明确了自生生物化学作用的重要贡献。Han et al.^[41]综合生物化学实验及现代分析测试技术对微生物矿化作用进行系统性研究,认为高Mg/Ca比的水体中嗜盐菌的活动促进了原生白云石沉淀；低Mg/Ca比、低Sr/Ca比水体中蓝绿藻的介导作用使得无定形碳酸盐矿物向结晶型碳酸盐矿物转变。Ren et al.^[42]发现济南地区奥陶系白云岩孔隙和裂缝表面所沉积的铁类氢氧化物与胞外聚合物相伴生,并指出这种类型产物与生物矿化及非典型结晶作用密切相关。Ma et al.^[43]在渤海湾盆地东营凹陷的湖相页岩中发现了大量的含碳酸盐的氟磷灰石结核,系统的地球化学分析表明这些结核早期成岩阶段是在次缺氧区由细菌介导所形成的。

湖相三角洲承担了陆源碎屑向湖盆内部的输送和分散作用,是发育在湖盆边缘的重要沉积类型。在气候、构造活动、物源供给等因素的控制下,湖相三角洲形成了多种沉积样式和砂体构型。本次大会上,多位学者从不同角度对湖相三角洲展开了探讨,明确了三角洲水下分流河道砂体同滑塌浊积扇的成因联系,指出湖盆坡度陡缓、水下低凸起发育、湖平面升降是控制三角洲砂体和滑塌体发育的主要因素,为岩性圈闭预测指明了方向^[44]。

滩坝是在风场、波浪、沿岸流等控制下对陆源碎屑物质再分配的产物。作为湖盆滨岸带常见的沉积类型,滩坝的成因机制、分类方案、沉积模式等是国内外沉积学界关注的焦点。青海湖是现代滩坝沉积考察的良好场所,研究认为湖平面（基准面）波动是控制滩坝砂体沉积与保存的关键因素。地震沉积学可实现对带状滩坝的成像与描述、建立滩坝沉积发育模式,指导准噶尔盆地沙湾凹陷乌尔禾组滩坝油气勘探^[45]。

深水沉积是陆相湖盆源—汇系统的重要组成部分。深水湖盆具有复杂多样的块体搬运机制、流体类型、沉积过程、沉积特征和主控因素,是颇具价值的研究对象和勘探目标。

（1） 浊流和碎屑流沉积

重力流是陆源碎屑向深水盆地输运沉积物的重要途径,它的发育常得益于湖盆边缘三角洲体系对陆源碎屑的输送,突发性地震事件往往是触发形成重力流的原因。在沉积过程及特征上,重力流沉积与三角洲体系具有密切交互关系,在垂向上能形成四类沉积组合：三角洲前缘砂体+震积砂体,震积砂体+碎屑流砂体,碎屑流砂体+浊积砂体,震积砂体+碎屑流砂体+浊积砂体^[46]。在构造活动触发下,多级环形坡折带上方发育的三角洲前缘砂体容易在坡折带下倾方向形成砂质碎屑流,这些碎屑流成因砂体能保留三角洲前缘砂体的物性,具备形成大型岩性油气藏的基本条件。

基于鄂尔多斯盆地东南部延长组长7段浊积扇露头序列研究,提出了湖相浊积扇岩相及其组合分类方案,识别了不同类型深湖水道（斜坡水道、堤岸水道）、朵叶体在地层中的叠置关系与构型要素,明确了湖平面升降和物源供给对湖相浊积扇发育的控制作用^[47]。

（2） 异重流与混合事件层

最新研究表明,断陷湖盆在强烈断陷期的突发性洪水或断裂萎缩期的季节性洪水都是形成异重流的必要条件,驱动着近岸水下扇或远岸水下扇的形成^[48]（图4）。异重流内部悬浮组分变化是流态转变的主要影响因素,进而控制着不同类型的岩相组合。比如侵蚀作用引发泥质沉积物的卷入,从而引发异重流流态转变；流体的屈服强度也随沉积过程中过渡流的流动类型而变化^[49⁃50]；华北与华南板块的碰撞作用导致火山、地震频发,促使三角洲前缘沉积物向重力流转化,加之气候极端潮湿,由此导致了异重流向湖盆中心输运沉积物^[51]。

Figure 4.  Sedimentary models of hyperpycnal flow controlled by the tectonic and climate (after Liu et al.^[48])

伴随着流体的转化与混合,浊流与泥质碎屑流往往容易形成混合事件层,该过程伴随着多样化的流动机制和能量传输过程,形成的沉积单元与湖底扇演化密切相关。沉积单元划分与垂向组合是研究混合事件层的关键,深湖混合事件层具有与深海环境混合事件层“H1-H5”类似的沉积序列。夹层结构、二分结构与带状结构的混合事件层主要由流动侵蚀与液化作用形成^[52]。

随着陆相页岩油气勘探开发的不断深入,湖相细粒沉积的划分标准、成因机制、古环境/古气候背景、有机质富集、储层质量、油气勘探开发甜点等问题已成为国内外沉积学界聚焦的重要领域。从成因机制看,湖相细粒沉积往往与重力流、异重流、混合事件层、混积过程、火山—热液活动等密切相关,可以是单物源成因,也可以是混物源成因。

纹层是影响泥页岩储层质量的关键因素之一。根据成分、厚度和成因等特征对纹层进行描述和分类是研究细粒沉积的基础环节。基于矿物组分可将纹层划分为：长石—石英纹层、黏土纹层、碳酸盐纹层、有机质纹层和生物碎屑纹层^[53]；根据矿物组分和纹层厚度提出了“富有机质长英质薄层”及“富有机质黏土薄层”的分类方案^[54]。一般而言,湖相泥页岩纹层的形成和有机质富集是一个复杂的物理—化学—生物学过程,与物质来源、古气候背景、湖泊水体性质、微生物发育、火山活动等密切相关。例如,火山—热液活动能为湖泊提供凝灰质物源,易在泥页岩中形成分布稳定的层状凝灰质纹层^[55⁃56]。火山—热液物质的大量输入对湖泊有机质含量的影响机制也是探讨的焦点之一,如基于鄂尔多斯盆地延长组长7油层组的高伽马页岩所建立的“含凝灰质碎屑的富氧重力流引发藻类富集”的成因机制^[57]；暖湿气候背景下的还原性水体能为有机质的富集提供条件,淡水的补给促使黏土矿物增加,最终形成以陆源硅质碎屑纹层、黏土纹层和有机质纹层为标志的湖相泥页岩^[58]。

自太古代至今的近30亿年地球历史均广泛记录了风成/沙漠沉积体系^[59]。该沉积体系研究对揭示沙丘发育迁移规律、探明地球大气动力学特征、重建深时气候演化具有重要意义。研究认为,白垩纪以来的温室气候与古构造活动联合控制了东亚内陆干旱气候带的形成,我国南方地区晚白垩世广泛发育副热带高压—季风系统—地下水位—造山运动耦合下的风成沉积体系,风与地表流水共同作用形成了风成—河流交互的沉积面貌^[60]。除干旱气候外,潮湿环境也能为该沉积体系的发育提供条件。聚焦晚古生代潮湿型风成环境的研究,表明了地下水位的升高可能是导致沙丘在垂向尺度上不断累积的控制因素。另外,高原风成沉积物是干旱化过程的良好记录。青藏高原东南部中—晚白垩世形成的古高原地貌阻断了大气环流系统,导致东亚大陆产生了广泛的陆内荒漠化^[61]。

技术革新促进了风成/沙漠沉积研究的发展。近年来,高分辨率卫星图像的不断更新使得对现代风成地貌的研究迈入更加精细的定量化阶段。利用该项技术可定量表征风成—河流体系的地貌单元和空间变化率,建立沙丘及丘间形态的空间模型,精细表征现代沙漠沉积体系^[62]。另外,风成砂岩具有良好的孔隙度,可以作为地下碳封存的理想目标,这也为我国“双碳目标”的实现提供了来自沉积学领域的解决方案。

定量河流沉积学日益成为国内外沉积学界关注的焦点。数值模拟与现代河流观测相结合,可揭示河流随流量及坡度的演变阶段,定量表征河流砂体构型和连通性,阐明河流演化过程中菱形沙坝、舌状沙坝、复合沙坝等沉积单元的迁移规律^[63⁃64]（图5）。基于数据库的定量河流沉积学研究能提供大量实测数据,进而从岩相组合、沉积单元变迁等角度为古代类似沉积体系的研究提供重要参照。利用河道、下游堆积、侧向堆积、废弃河道充填等沉积单元可计算古河道的平均深度、平均宽度、年均流量及流域面积等一系列关键参数,实现了古气候与古构造共同作用下河流沉积过程演变的定量刻画^[65]。

Figure 5.  Modelling examples of channel⁃splay depositional system (after Colombera et al.^[64])

分支河流体系研究受到广泛关注。“现代河道及河道带的尺寸数据能为我们提供一种通用关系,这是更准确地去预测地下砂体并指导流体开采的基础”^[65]。前人利用Google卫星地图、无人机、雷达高程数据研究了准噶尔盆地、柴达木盆地、塔里木盆地等地区现代分支河流体系的几何参数和分布情况,建立了偏干旱气候背景下的流域面积与源区规模的定量关系（数据库）,并将其运用于玛湖凹陷二叠纪—三叠纪分支河流体系表征^[66]。分支河流体系在露头/岩心/地球物理尺度上的识别标志、相带划分、沉积模式构建、古今对比、主控因素探讨、能源领域的应用等方面仍具有许多值得探究的科学问题。

滨浅海环境可发育不同成因类型的三角洲,其中潮汐以及波浪控制的三角洲研究受到人们重视,认为潮汐沉积韵律性和周期性等特殊性质是沿海潮汐环境对海平面上升和气候变化的响应,潮汐韵律层厚度与潮流强度、沉积速度、沉积时间以及后续侵蚀情况直接相关。不同周期的潮汐韵律层厚度为几毫米到十几米,与潮汐作用相关的沉积微相和沉积构造类型受控于海岸地貌、海平面上升、河流物源供给、潮汐强弱和季风作用^[67]。

在滨浅海沉积环境,从成分上来说,可形成碎屑岩滩坝、碳酸盐岩滩坝、碎屑岩与碳酸盐岩混积型滩坝以及受风暴影响的滩坝。混积滩坝发育受高频海平面升降变化影响。在海平面上升阶段,可容空间增加,陆源碎屑供给减少,容易发育鲕粒滩或生物碎屑滩；在海平面下降阶段,可容空间减小,陆源碎屑供给相对较多,容易发育砂质碎屑滩,进而在垂向上形成层系混合沉积。不同类型滩坝的岩性、结构、形态和分布特征均受控于海平面升降、气候变化和物源供给^[67]。陆源碎屑与鲕粒或生物碎屑混积的沉积物可以形成于牵引流作用,发育多种交错层理；也可以形成于重力流作用,发育块状和递变层理。研究表明,与三角洲相关的或高能环境形成的近源混积由于沉积颗粒较粗、厚度较大、杂基含量较少、碳酸盐颗粒较多和普遍的白云石化作用,具有良好的储层质量。

在滨岸地区存在海岸平原与风成环境之间的混合沉积物。在河控三角洲和广泛分布的陆架上,存在由浊流与碎屑流组成的混合沉积。混合型重力流来源于内陆架失稳或异重流,形成的混合事件层主要分布在浅水三角洲前缘和陆架地区。

近期,重力流沉积研究在分类、沉积过程、流体性质及其转化、结构单元表征、多类型沉积模式以及地震沉积学切片解释、物理和数值模拟等研究方面取得了显著进展^[67⁃68]。

在深水重力流起动、搬运到形成沉积物的整个过程中,可能存在多个流体阶段与流体性质转换,其中最常见的是碎屑流与浊流之间相互转换而形成的混合重力流体及混合事件层^[67]。所谓混合重力流是指在同一重力流事件中,由于流体性质发生转化而形成的具有多种流变学性质的流体。流体转化方向主要与流体在流动过程中沉积物与颗粒含量变化有关。根据混合事件层组成特征及流体转换可能方式等,可将深水沉积物混合事件层划分为下部砂质碎屑流—上部浊流混合事件层、下部浊流—上部泥质碎屑流混合事件层以及泥质碎屑流和浊流频繁互层的混合事件层等三种类型。混合事件层记录了朵叶为主的海底扇演化的不平衡过程,它可出现在海底扇水道、朵叶边缘等不同沉积微相单元中^[69]。黏土聚集,特别是絮凝作用被认为是增加沉积物粘性的主要原因。

深海重力流流动过程和路径系统明显受控于区域构造、海平面升降、物源供给方式和多少、大陆斜坡地形坡度、微型盆地形态和分布、盐构造和火山地貌,发生沉积物过路、拐弯、充填等不同沉积分散作用,形成限制性和非限制性水道—朵叶沉积体系^[67]。深海重力流水道的形态和发育与海平面升降、陆架宽度和物源供给密切相关,水道形态、发育规模和地貌特征随着物源供给、沉积过程、流体性质发生变化。浊流水道往往是不对称的,这是由于水道向其陡岸迁移造成的。随着海平面上升,水道发育由早期的限制性水道向非限制性水道—朵叶复合体演化。碎屑流沉积主要发育在限制性水道中,碎屑流夹浊流沉积主要发育在弱限制性水道中,互层的碎屑流与浊流沉积主要发育于朵叶复合体中^[70]。琼东南盆地中新统海底扇和重力流水道天然气成功勘探表明,海平面升降、古地貌、物源供给和构造活动控制了重力流沉积亚微相、发育期次、规模、形态和水道发育数量及其限制性,多期次发育的限制性水道具有良好储层物性,是油气勘探重点目标^[71]。

考虑河流供源和斜坡地貌特征,采用地层正演模拟方法分析被动大陆边缘斜坡海底峡谷成因,认为微小冲沟决定了海底峡谷生长方向和分布,河流供源和斜坡地貌影响了峡谷规模。高河流供给有利于峡谷侵蚀和分支水道发育,高峡谷弯曲度导致分支水道不对称分布,高区域斜坡角度造成峡谷增长和间隔降低^[67,70]。

沉积岩中的变形构造记录了沉积物沉积、固结成岩及成岩后变形的关键信息。软沉积物变形（SSD）常受后期构造活动影响产生叠加变形,易与小型构造变形混淆。近期人们系统梳理了软沉积物与固结成岩后变形构造的成因识别特征（图6）^[72]。1）常见配套的同沉积构造：穿层砂岩脉,液化变形（包括液化脉、液化角砾岩、液化卷曲、泄水构造和负载构造等；变形构造的顶部具有不规则的侵蚀现象；生物扰动发育也是软沉积物变形的良好标识。2）固结成岩后变形构造样式及组合不同：固结成岩后变形构造以层系规模的褶皱和断层为主,褶皱轴面和枢纽产状较为稳定,并在褶皱两翼常见伴生纹层褶皱；褶皱多表现出破碎现象,存在较多砂岩团块和条带状砂岩,层理明显。3）生物化石、岩脉等发生变形特征；局部露头尺度构造变形和大区域构造变形与构造要素具有高度一致性（图6）。

Figure 6.  Identification markers of soft sediment and structural deformation (after Cui et al.^[72])

亚洲大陆边缘位于欧亚、太平洋与印—澳板块汇聚与俯冲边缘,经受了强烈的海陆作用,亚洲大陆边缘河流提供了全球三分之二来自于河流的海洋沉积物,是研究沉积过程和源汇系统的良好场所,因为大陆边缘保存了反映海平面变化以及源汇系统的信息,对其研究需要考虑物源风化与供给、海平面升降变化、气候变化、碎屑沉积物搬运通道和过程以及与沉积类型之间的动力学关系^[71]。在末次冰期期间,海平面下降约120 m,海平面下降利于陆源物质供给,造成陆架广泛出露并为大陆斜坡提供沉积物源；在间冰期陆架接受邻近母岩区的物源发生沉积并可能为后期冰期提供新物源。沉积源汇系统明显受控于海平面升降、青藏高原隆升、亚洲季风、厄尔尼诺现象、海流和海冰变化^[72]。

珠江口盆地中珠江陆架边缘三角洲的进积体与海平面升降变化和古气候变化之间存在密切关系,海平面下降使得古珠江提供大量物源到达陆架边缘,形成陆架边缘三角洲前积复合体。陆架边缘三角洲前积迁移轨迹影响了大陆斜坡和深海平原重力流形成,陆架边缘三角洲前积轨迹平缓和下降迁移利于其前方重力流的发育^[73]。

琼东南盆地和莺歌海盆地古新世以来受青藏高原隆升、气候变化和其它板块活动影响接受大量陆源碎屑物质。渐新统—上新统砂岩样品微量元素、稀土元素和碎屑锆石U-Pb测年等表明,红河始终为上述盆地提供母岩为变质岩和火山岩的物源,海南岛提供母岩为花岗岩和沉积岩的物源,越南中东部供源较少^[74]。

孟加拉湾末次冰期不同尺度源—汇系统表明,孟加拉湾沉积物源具有“2-3-2”模式,即西部沉积物源来自喜马拉雅山+印度半岛；中部沉积物源来自喜马拉雅山+印度半岛+缅甸；东部沉积物源来自喜马拉雅山+缅甸,其中喜马拉雅山脉提供了70%的物源,但印度半岛和缅甸在25 Ka以来为孟加拉湾提供了大量沉积物。海平面升降变化和印度洋夏季季风控制了不同源区的物源供给。在冰期—间冰期旋回中,海平面变化控制沉积类型,而印度夏季风控制了沉积物形成、搬运和沉积过程^[75]。

碳酸盐岩沉积一直是国际沉积学界研究热点和油气勘探重要目标。目前国内外学者对碳酸盐岩的研究主要集中在岩石学、白云岩成因机理、显生宙碳酸盐建隆及其时空展布、深水碳酸盐岩和深层碳酸盐岩储层的沉积发育机理、碳酸盐岩斜坡、微生物碳酸盐岩、碳酸盐岩古岩溶储层形成机理等方面,且已取得重要突破与进展^[76⁃79]。

泥盆纪中晚期珊瑚礁的发育达到了顶峰,层孔虫、皱纹珊瑚和板状珊瑚是主要的造礁生物。塔里木盆地发育石炭系—二叠系台地边缘礁滩,相对海平面变化控制了台地边缘礁滩发育特征和叠加模式,古地貌控制了发育位置和扩展规模^[80]。Kershaw^[81]对二叠纪末灭绝层之后快速出现又迅速消失的、主要于低纬度发育的薄层P-T界限微生物岩进行研究发现,在东特提斯P-T界限附近微生物岩主要生长在低能条件下,形成于比现代珊瑚礁更深的水体中,但重结晶普遍且受成岩改造影响较大,很难确定其完整的微生物化石组合；西特提斯P-T界限附近微生物岩的形态多样性远大于东特提斯。针对二叠纪末生物大灭绝后广泛出现微生物化石这一地质事件形成条件,研究发现广泛但短暂的缺氧事件与二叠纪末灭绝同时发生,说明在早三叠世灭绝之后普遍存在长期的闭塞缺氧条件^[82]。

深埋的古岩溶碳酸盐岩及其储层形成机理越来越受到学者们的关注。目前普遍认为高质量的碳酸盐岩储层在很大程度上归因于与断层活动相关的各种流体的次生溶解过程,而不是原生孔隙。碳酸盐岩古岩溶储层发育的有利条件包括碳酸盐岩沉积环境和适宜的古地貌条件,不同地区岩性差异会导致地层溶解能力的差异,例如泥质含量的增高导致地表淡水无法大规模垂直流入碳酸盐岩地层,将导致整体溶解作用较差,很难形成有效储层^[83]。

基于对碳酸盐岩古岩溶储层形成机理的大量研究,明确断裂、地下水系和岩性差异等作为碳酸盐岩古岩溶储层的主要控制因素,那么对地下古水系的精准识别和刻画则有助于明确地下优质储层空间分布差异性。根据现代岩溶通道的宽度及概率分布等,利用多点地质统计学方法,可建立地下古水系的地质知识库,有效地刻画地下古水系的几何形态和复杂结构^[84]。由于古岩溶水系具有复杂的空间分布和强烈非均质性,因此对其充填机理的研究也至关重要,进而可实现深层碳酸盐岩古岩溶储层的综合表征、形成机理及发育模式研究。

为了加深对微生物碳酸盐岩储层形成机制的理解,根据岩心和露头沉积学及岩石物理分析,进行了四川盆地西部雷口坡组沉积相描述和储层表征,通过与现代沉积类比建立了微生物碳酸盐岩的沉积模型^[85]。Ahmad et al.^[86]对上印度河盆地三叠系Kingriali组浅海碳酸盐岩的多期白云石化作用进行岩相和稳定同位素研究,明确方解石胶结和方解石化作用是早期、中期和晚期成岩改造的主体；白云石和方解石胶结作用影响储层特征并且阻塞了白云岩孔隙。在塔里木盆地深层/超深埋藏的早古生代碳酸盐岩中普遍存在白云石,综合同位素地球化学和流体包裹体测温研究发现,白云石是由构造驱动的热液流体向上迁移而不是由地下水渗透埋藏形成的^[87]。另外发现热液白云石化导致的裂缝可能显著改善碳酸盐岩储层的质量,特别是渗透率。四川盆地中下二叠统白云岩研究指出其主要为准同生期回流渗透白云石化作用的结果,海平面的高频变化很容易形成单层厚度较薄、局部白云石化的豹斑白云岩^[88]。

现代沉积过程研究是地质学“将今论古、古今对比”思想的重要体现。地表动力学研究旨在探讨沉积动力与地层建造及沉积记录的重要联系。本届大会与之相关的议题聚焦于现代冲积扇、三角洲、浅海及深海等多类型沉积环境的地貌学及沉积学研究。例如,利用偏导数法及双累计曲线法分析华北地区大凌河近50年来沉积物通量变化,指出地形、岩性和植被密度是该流域沉积物通量及其变化率差异的主要驱动因素^[89]；通过野外现代沉积调查及无人机高精度摄影对山东威海、青岛等地滨岸体系的水动力分区、沉积构型单元进行精细解剖,为渤海湾盆地东营凹陷沙四段湖泊滩坝储层研究提供了良好对比实例^[90]；基于34个陆地与海洋地形预测变量对现代全球峡谷系统进行贝叶斯惩罚回归分析,认为与滨岸相连的海底峡谷通常具有宽度窄、坡度大的陆架特征,且主要发育于抗风化能力强、高径流量的活动陆缘^[91]。

此外,该主题着重关注于物理模拟、数值模拟在地表动力过程研究中的应用与实践,相关研究在河流、三角洲及滨岸体系的自成因过程、基准面变化相关响应及其与构造相互作用方面均取得了丰硕的成果。

资源沉积学主要关注油气资源与定量沉积学、深海沉积矿产成因模式与环境问题、不同级次沉积构型表征、非常规油气沉积学与细粒沉积和页岩储层,其中主要研究进展主要体现在深海沉积矿产及非常规页岩油气等方面。

大西洋、印度洋和太平洋等深海沉积矿产资源主要是多金属结核。中大西洋海脊是一个典型的慢速扩张海中脊,是现代海底硫化物矿产资源最具潜力的区域,具有形成海底块状硫化物矿床的巨大潜力^[92⁃93]。海底摄像系统是探测火山成因块状硫化物矿床最有效的探测方法之一,如依托我国自主研发的深海载人/无人驾驶运载器和勘探平台,研究了西南印度洋超慢速扩散的热液循环系统,揭示了超慢速扩张脊的热液通道结构,建立了超慢速扩张脊的热液循环模型,提高了对超慢速扩张脊热液循环机制的认识^[94]。

经过二十多年的革命性发展,非常规油气资源的商业开发已经深刻改变了全球能源结构。随着页岩油气勘探开发的成功,页岩已经成为油气勘探的重要研究对象。整体而言,岩相控制着页岩中脆性矿物含量和微孔的发育,氧化还原环境、古生产力和沉积速率控制着有机质丰度,微孔结构和孔隙水控制页岩的含气性,热演化控制有机质孔隙发育和储层的有效性^[95]。晚奥陶世—早志留世是全球主要地质事件的关键时期之一,这一时期形成的海相黑色页岩已成为全球页岩气勘探的主要层位,中国南方奥陶纪—志留纪过渡期的海相页岩沉积环境是形成高产油页岩储层的主要条件。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组作为重要的页岩油勘探层段,其页岩形态、结构、厚度、矿物组成及有机质含量研究表明,黏土矿物和有机质作为页岩的两个主要组成部分,彼此关系复杂,不同黏土矿物富集有机质的程度不同。当伊蒙混层含量约30%,绿泥石含量约30%时,最有利于有机质富集。页岩储层中的纳米级有机和无机孔隙是重要的油气储集空间,在纳米尺度上研究页岩中常见黏土矿物的表面润湿性对页岩油气勘探开发具有重要意义,不同油相纳米级黏土矿物表面上水的润湿性研究表明,普通黏土矿物表面的固有水润湿性顺序为：蒙脱石>绿泥石>高岭石>伊利石^[96]。

沉积地球化学是沉积学与有机/无机地球化学的交叉学科,主要关注有机质与同位素在古环境、古气候、古地理重建中的应用、沉积盆地中有机—无机相互作用、生物地球化学循环及白云石成因等,反映出沉积地球化学在沉积学研究中的重要性。

富含有机质的泥页岩通常沉积连续且记录了丰富的地质信息,同时作为含油气盆地重要的生烃来源,历来是沉积地球化学领域研究的重要对象。有机质的地球化学特征对地质历史时期的古环境、古气候、古地理重建及油气资源潜力评估都起着至关重要的作用。通过对比松辽盆地沙河子组与刚果盆地Sialivakou-Verter组沉积记录,恢复了早白垩世缺氧事件及全球陆地生态系统中有机质来源和丰度变化^[97]。基于增强拉曼散射法,测量了中国南海深水沉积物中沥青质的微量浓度,对比大陆架及陆地上含沥青质沉积特征,证明了中国南海远端存在风化残余的沥青质原油,这说明陆源碎屑沉积物具备的地球化学指标有助于分析热演化史、碳循环及沉积物源等^[98]。塔里木盆地下寒武统黑色页岩有机地球化学分析认为,风化与热液的共同作用促进了早寒武世富有机质页岩的沉积,为塔里木盆地深层油气资源评价提供了科学依据^[99]。通过研究富含有机质岩石与岩浆侵入接触作用,发现液态烃与碳质蚀变产物的产生对碳的流动性起着关键作用,且有机质成分与岩石物理性质对碳脱气产物具有很大影响,进而建立了更加精细的用于古环境研究的碳脱气模型。通过分析北太平洋中—上中新统硅质泥岩中干酪根的有机地球化学特征,指出海底的闭流环境为富氢生油母质与富硫干酪根的保存提供了有利条件^[100]。孢粉暗色指数（Palynomorph Darkness Index）可作为评价有机质成熟度的定量方法,具有快速、廉价且不受改造和再循环影响的优势^[101]。

近年来,同位素地球化学发展迅速,沉积学家利用同位素指标追踪地质历史时期的气候与环境变化,取得了诸多突破性进展。人们研究了深海沉积物中生物成因的蛋白石-A到蛋白石-CT再到微晶石英的转化和重结晶过程及对白垩岩的三氧同位素组成的影响,认为白垩岩的形成发生在地下且具有温度升高和孔隙流体氧同位素组成改变的特征^[102]。通过分析华南及周边大陆的寒武系—二叠系海相沉积岩中的汞同位素变化,认为维管植物在奥陶纪向志留纪过渡时期（约444 Ma）已广泛分布于陆地,远早于之前报道的约430 Ma,这表明了陆地对海洋沉积物的贡献大大增加^[103]。也有人利用Sr、C同位素分析与Pb-Pb测年,论证了印度Kaladgi盆地在埃迪卡拉时期的沉积作用,远早于之前认为的印度半岛元古代沉积在1 000 Ma之前就结束的观点^[104]。

沉积盆地中从松散沉积物到深埋藏阶段的沉积岩,都发生着多种有机—无机化学作用,形成的自生矿物反映了地质历史时期的温度、压力、流体等信息,矿物反应动力学是解读沉积物地球化学指标的先决条件,利用分子尺度地球化学指标解决中尺度和大尺度地化反应的问题,这对古环境重建与资源评价至关重要^[105]。波罗的海南部浅海中细胞硫酸盐还原率与铬还原硫之间关系分析表明,在海床下5~7 cm处微生物硫酸盐还原的总速率最高^[106]。基于微生物代谢活动与现代微生物岩中黄铁矿之间关系的关键数据研究,揭示了交替的氧化还原条件在黄铁矿等自生矿物形成中的重要性,对地质历史时期地球表面和微生物环境重建具有重要意义^[107]。对比淡水湖盆与盐湖富含有机质的页岩地球化学特征,发现火山活动加剧了湖盆有机质形成过程中的缺氧程度,同时过度的火山活动或者热液输入也会消耗和降解有机质^[108]。

地震沉积学是在地震地层学和层序地层学基础上发展起来的年轻的交叉学科。随着地震沉积学基础理论、关键技术、研究流程的革新,极大推动了沉积地质学与地球物理学的协同发展,为层序地层学、源—汇系统、薄层砂体预测、储层构型表征等研究提供了有力指导^[109]。这次大会基于地震相分析、多属性融合及预测、地层切片、机器学习、聚类分析、地震正演/反演等方法对陆相盆地层序格架表征、沉积体系演化、薄层砂体识别及预测等开展了深入研究。

地震沉积学能实现对不同沉积体系地貌单元的描述,对研究源—汇系统分布及演化具有重要价值。以浅水三角洲沉积为例,薄互层砂体是该类沉积常见的发育特征,其沉积模式、砂体构型、储层特征是人们关注的焦点^[109]。通过优选敏感于地质条件的地震属性,显著增强了浅水三角洲河道砂体边界的表征,RGB地震属性融合技术也为刻画不同厚度的浅水三角洲砂体提供了有效手段^[110]。

另一方面,薄层砂体的垂向叠置样式及横向非均质性研究是沉积地质学及油气田勘探开发需要明确的关键问题。由于地震分辨率的限制,利用地震数据研究薄层砂体依然面临着诸多挑战。研究证实在调谐频率处利用高精度小波变换及零时间点（Zero-Crossing-Time）能估算薄层河道砂体厚度和明确每套薄层砂体横向分布特征^[111]；地震属性与砂体厚度往往存在非线性关系,可采用聚类分析提高地震属性值的可靠性,利用建立的二维卷积神经网络模型预测稀疏井区砂体厚度及其平面分布^[112]；也有学者采用了最小干涉频率和叠加切片等方法,准确预测了目标砂体的分布范围,为薄互层砂体的识别和预测提供了新手段^[113]。

地震沉积学创始人Zeng hongliu教授在会上指出：“在现阶段地震沉积学取得重要进展的基础上,基于机器学习的反演或估算将在未来会得到显著发展”^[114]。利用主动学习的岩性预测方法可分析砂岩厚度,能显著提高砂体预测的准确性。

当今世界的诸多科技领域正在朝向智能化、数字化、大数据、云计算等方向大步迈进。人工智能技术所具备的快速、高效、稳定、智能等优势正在被地球科学家们所关注,“地质+人工智能”也正在为基础地质、能源矿产、灾害防治、水文地质、环境保护等领域的发展注入新动能。在“地质+人工智能”近期成果中,运用卷积神经网络能实现对大量微生物岩薄片样本的自动分类（训练集准确率95.3%；测试集准确率91.2%）^[115]；通过建立新的数据驱动方法,再现了渤海和北黄海18年内每天的悬沙浓度,并捕捉到河流含沙量的细微变化^[116]；利用人工智能和机器学习开发的自动化岩心描述技术将岩心图像与不同的分析数据集（如沉积学、矿物学、地球化学等）相结合,以更快、更标准的格式从岩心中收集关键数据,提供如岩性、层理、岩相、岩石物理等方面的特征,并在后期人员干预下最终完成岩心描述^[117]；基于深度学习和卷积神经网络的成像测井相标定技术建立的碳酸盐岩储层成像测井特征与测井相数据库被运用至四川盆地长兴组、茅口组、龙王庙组等储层的勘探实践中,取得了良好效果^[118]。

日益密集的海量地质大数据引发了人们对构建地球科学知识图谱的兴趣。知识图谱的使用提高了地质学知识的组织形式与表达方式,人们可以通过已有的地质时间本体构建统一的版本描述框架,运用图形数据库实现对时间尺度的存储及可视化,这为描述地球表层系统的时空演变提供了全新的角度^[119]。

物源示踪是源—汇系统研究的重要环节。如今的物源研究已经迈入了定量化、多学科的发展阶段。年代学、岩石学、地球化学等技术的综合运用为识别潜在物源区、揭示物源构造背景及盆地热史、探究岩浆/变质作用等提供了可能,进而为建立源—汇系统模型提供更可靠、更全面的依据^[120⁃122]。例如,综合运用重矿物组合、锆石U-Pb定年、磷灰石微量元素等可以探讨物源背景与盆地热沉降的内在联系^[123]；多维定标分析法（MDS）能将不同物源区的年龄样本严格区分,更直观地展现锆石年龄数据之间的相似性或差异性,为揭示沉积物路径系统提供重要依据^[124]。

矿物微区原位分析技术在地质学领域的广泛应用,能实现对年代学、古环境、古生物、流体来源及演化等信息的较高精度测定。在碳酸盐岩研究领域,对白云石胶结物微量元素高分辨率的原位测量,能为建立热液活动模型（超压驱动和地形驱动）提供可靠依据^[125]；基于激光飞行时间等离子体质谱（LA-TOF-ICP-MS）技术能测定微藻和鲕粒中主/微量元素及稀土元素的空间分布特征,并可揭示特定的成岩特征^[126]。有关沉积环境或变质/热液演化的重要信息也可以通过对黄铁矿生长带的原位分析（如S/Fe同位素组成、微量元素浓度等）获得^[127]；二次离子质谱仪（SIMS）或离子探针（IMA）技术能在不同矿物微观尺度上揭示高精度同位素和元素异质性,帮助精确解读地球化学信号及成岩作用特征^[128]。

本次线上可视化野外考察共包含15条典型沉积地质路线,考察路线及考察点遍布北京、内蒙古、吉林等13个省市自治区,地层时代跨越从前寒武纪到全新世,充分利用视频、照片、实景讲解等多媒体资料,结合各类基础图件、微观照片、测试数据、论文成果等,建立了大型综合数字露头平台,吸引了来自全球23个国家的400余名学者报名参加,为参会者带来“虽在云端,身临其境”的真切感受,集中展示了我国沉积学领域得天独厚的野外沉积剖面资源及取得的高水平研究成果（图7、表2）。

Figure 7.  Photos of visual field trips from the 21st International Sedimentological Congress

目前,国际沉积学仍将围绕资源、环境、灾害和全球变化等多个方面开展系统创新研究^[77⁃78],结合中国区域地质和含油气盆地地质特征,应加强下列方面沉积研究。

结合中国盆地类型和构造背景研究,创建具有中国区域地质特色的沉积学理论体系。深化新生代亚洲—青藏高原气候变化机制及沉积响应、西太平洋域深时源—汇系统、陆相湖盆重力流和细粒与混合沉积动力学机理、陆架边缘沉积体系和边缘海盆地沉积动力学等方面的研究,创建不同类型陆相湖盆多类沉积体系和小克拉通盆地碳酸盐岩微地块沉积古地理模式,编制多尺度层序地层格架与沉积古地理图件,为中国能源安全做出地质基础贡献。

加强中国东部盆地动力学和青藏高原隆升研究。我国东部滨太平洋构造域中新生代陆相和边缘海盆地,自晚中生代以来东亚大陆及其陆缘裂谷构造演化的谱系蕴含着东亚大陆岩石圈伸展、薄化、破裂扩张过程的丰富信息^[77],是研究中国东部中新生代盆地多幕裂陷和多幕反转演化的天然实验室。陆地和边缘海盆地中的新生代沉积物是研究印度和欧亚大陆碰撞相关的构造隆起及气候变化的最佳记录。青藏高原新近纪强烈构造隆升,为新近纪盆地快速充填提供了物源条件,提供了与青藏高原隆升相关的生物多样性演化的构造和沉积记录,是揭示新生代亚洲—青藏高原气候变化驱动机制及沉积响应的关键。

构建不同尺度现代和深时源—汇系统,阐明中国区域源—渠—汇要素特征及其动力学关系,指导沉积学和古地理学研究。以中国青藏高原、西太平洋边缘海、长江、黄河以及小尺度河流湖盆为例,考虑构造背景和气候条件,研究现代和深时不同类型沉积盆地源—汇系统,深化物源区古流域水系形态、面积范围、地貌地势等要素,搬运通道长度、形态、通量、搬运能力等要素,沉积区沉积作用类型、沉积过程与分散体系等要素综合研究,建立盆外供源—盆内沉积、盆内供源—盆内沉积或开放型与封闭性的多种类型的源—渠—汇要素之间定量耦合关系和模型。

深化陆相湖盆深水重力流和细粒沉积物沉积过程及形成机制研究,创建不同构造背景下的陆相湖盆重力流和细粒沉积（混合沉积）模型。根据流动机制和沉积过程,划分重力流沉积类型和总结重力流沉积特征,探讨重力流流体转换、混合事件沉积过程以及极端事件触发机制、沉积过程、沉积特征,建立不同类型湖盆重力流的沉积模式,阐明不同重力流作用形成的砂体分布模式。建立细粒沉积（混合沉积）研究方法体系和岩性/岩相/微相分类体系,分析细粒沉积（混合沉积）的机械、化学与生物沉积过程（多种沉积过程相互作用）以及细粒沉积（混合沉积）的主要控制因素与动力学机理,创建陆相湖盆细粒沉积（混合沉积）岩相或微相差异分布的沉积模式。

强化中国含油气盆地发育薄层砂岩储层以及碳酸盐岩、泥页岩等不同类型储层地震沉积学表征。针对复杂沉积层序中不同成因类型储层,应该不断加强地震岩性学和地震地貌学基础研究,创建不同类型沉积盆地多种储层的地震沉积相模式和不同沉积体系地貌学数据库,结合人工智能和大数据等先进方法,优选地震属性和切片方法,基于地震正演模拟和分频融合地震属性的储集层预测,精细表征薄层砂体时空分布及连通性,阐明不同成因类型砂体构型和分布特征,探索地震沉积学在非常规油气勘探（致密油、页岩油等）以及深层和超深层油气资源勘探中的应用方法技术,以指导油气资源高效勘探开发^[109]。

推动沉积地质学与人工智能、大数据等计算机技术深度交叉融合,实现大数据驱动下的数字古地理重建。根据建立标准化的沉积地质学知识体系和不断更新的数据库,通过现代机器学习预测岩性、利用人工智能技术建立多种沉积类型模型,深化训练数据体,用统计模拟方法开发人工合成大数据训练模型,最终搭建数据化、标准化和智能化的沉积地质学重建平台。

国际沉积学会议是反映国内外沉积地质学研究动态的风向标。第21届国际沉积学大会重点关注了深时气候与环境、构造与火山沉积学、环境与灾害沉积学、现代沉积过程、有机与无机沉积过程、陆相碎屑沉积体系、海相碎屑沉积体系、海相碳酸盐岩沉积（微生物岩）、资源沉积学、沉积地球化学和地球科学研究新方法技术。特别体现了中国学者在深时气候演化、中新生代温室效应和极热事件、新生代亚洲—青藏高原气候变化机制及沉积响应、特提斯构造与沉积作用、亚洲大陆边缘源—汇系统与沉积机制、碎屑沉积和生物沉积作用、海盆与湖盆混合沉积过程与时空差异分布、火山沉积学与灾害沉积学、碳中和沉积学、大数据与人工智能等方面取得的具有中国区域地质特色的创新成果。

国际沉积学研究关注全球气候变化沉积记录、深水沉积与事件沉积、现代与深时源—渠—汇系统、盆地沉积动力学机制等热点问题。在未来的中国沉积学发展过程中,应充分考虑盆地构造背景和盆地类型,结合中国含油气盆地油气勘探开发和实现碳中和目标,进一步加强前寒武纪超大陆演化与早期地球环境、深时古气候与生物沉积学、深时温室地球化学地形重建（极热事件）、不同尺度源—汇系统及沉积环境效应、陆架边缘沉积体系和边缘海盆地沉积动力学、陆相湖盆构造地貌学与事件沉积学、陆相重力流沉积过程和沉积模式、细粒（混积）沉积物沉积作用和沉积模式、碳酸盐岩沉积环境（微生物岩）、关键转折期沉积过程和沉积结果、中国小克拉通盆地碳酸盐岩微地块沉积古地理模式、碳中和沉积学与灾害沉积学、现代沉积环境、多边界条件的水槽实验和数值模拟实验、人工智能与大数据平台的研究和建设,编制中国重大构造期沉积古地理多信息图件,重建不同历史时期的古气候与古地理格局,以指导沉积矿床勘探开发。不断推动沉积地质学由定性描述向定量研究发展,形成具有中国地域特色的沉积学理论和方法体系^{[1,56,76⁃79,109,120]}。