分支河流體系研究進展及應用前景展望

張昌民，張祥輝，朱 銳，馮文杰，尹太舉，尹艷樹，Adrian J.HARTLEY

（1.長江大學地球科學學院，武漢 430100；2.阿伯丁大學地球科學學院，英國 蘇格蘭 阿伯丁 AB24 3UE）

0 引言

“十四五”及以后的相當長時期，中國油氣勘探將以深層、前陸沖斷帶和非常規等領域為重點，高成本成為制約油氣勘探開發的瓶頸［1-2］。隨著鉆探成本和勘探風險不斷增加，對盆地規模、沉積體系規模和儲層砂體規模的儲集特征等的預測提出了更高的要求，但現有的儲層沉積模式一般以沖積扇、辮狀河、曲流河和三角洲等單個沉積單元為主體，較少關注各單元之間的相互聯系，在表征盆地范圍內沉積體系的展布規律等方面存在明顯的不足，亟需創新發展。分支河流體系（distributive fluvial system，以下簡稱DFS）是從一頂點呈放射狀展布的河流沉積［3-4］，該概念以聯系的、系統的思維重新審視陸相盆地沉積體系格局，建立新的沉積模式，為預測儲層沉積體系展布和非均質性提供了新思路。應用DFS 的理念可以將分布在盆地邊緣、盆地中部及中心等不同部位的礫巖、砂巖和泥頁巖儲層聯系成一個有機整體，建立儲層預測模型，為闡明各類儲層之間的聯系和定量預測各類儲層的分布提供理論依據，為儲層沉積學創新發展提供新理念。當前，油氣勘探開發技術正走向與大數據和人工智能相結合的發展道路［5-6］，DFS 研究著眼于盆地范圍沉積體系的展布規律和定量預測，符合油氣勘探開發向大數據和智能化發展的新趨勢，并有可能將儲層建模技術從油氣田開發階段推廣應用于油氣勘探階段，提高儲層預測的精度，促進降本增效，解決制約油氣勘探開發的“卡脖子”難題。

由于DFS 潛在的沉積學和油氣勘探意義，這一概念自提出以來就受到國內學術界的廣泛關注［7-8］。張昌民等［9-10］介紹了DFS 基本概念及其對油氣勘探開發的意義；張元福等［11］對國際上關于河流扇的最新進展和爭議進行了綜述，將DFS 作為河流扇的同義詞，認為河流扇的研究將豐富傳統的沉積學認知，對現代河流扇體系的研究將在水利建設、環境評估、地質災害預防等方面具有一定意義，而對古代河流扇沉積的研究將為油氣儲集層研究提供新的思路；石雨昕等［12］研究了新疆博斯騰湖北緣現代沖積扇與扇三角洲平原分支河流體系；張祥輝等［13-14］和黃若鑫等［15］對河西走廊盆地、蘇干湖盆地、塔里木盆地柯坪地區發育的現代DFS 進行了測量；何苗等［16］研究了東海盆地花港組的分支河流體系；李相博等［17］用河流扇的觀點解釋了鄂爾多斯盆地延長組“滿盆砂”的成因；張金亮［18］認為鄂爾多斯盆地發育大型河流扇（DFS）沉積，并提出了新的沉積模式。然而，由于DFS與已有的河流沉積學概念和研究方法存在一定的交叉，這一概念也受到一些質疑。同時，DFS 研究還處于初期階段，目前還沒有建立系統的沉積模式，缺乏典型的DFS 研究范例和建模方法。因此，有必要對其概念的內涵及其在沉積學理論發展和油氣勘探開發應用方面的潛力做進一步分析，推動這一研究領域的發展。

在大量文獻調研的基礎上，從理論和應用的角度對一些DFS 概念相關問題進行探討，分析DFS 對陸相盆地儲層沉積學發展的理論意義及其在陸相盆地資源挖潛中的應用前景，以期消除該方面研究中的疑慮和爭論，為油氣勘探開發提供新的理論支持。

1 DFS 研究進展

1.1 概念之爭

Weissmann 等［3］首次提出DFS 是河流從某一頂點開始進入盆地并呈放射狀展布的沉積體系，通常也被稱為沖積扇、洪積扇和巨型扇，并指出盆地內大多數河道都分布在DFS 上。同年，Hartley 等［4］公布了對全球724 個沉積盆地DFS 的測量結果，并對其中415 個大型DFS 進行了統計，指出沉積盆地中發育的DFS 的規模、數量、表面坡度和水系形態等受盆地構造、氣候以及流域大小、源區母巖性質等盆地外部和內部因素共同控制，DFS 是指呈放射狀分布的分支河道模式，但這些分支河道并不都有流水活動，也并非所有的DFS 都呈扇形。Hartley 等［4］還提出了識別現代DFS 的6 項特征和判別DFS 終端的4 個標準。6 項特征：①有一個明顯的頂點，從此開始河道體系（包括活動的和廢棄的）向下游分汊；②以頂點為中心發育斜坡，斜坡向側向和下游傾斜；③與DFS 相關的河流一般呈現分流特征，常常分汊形成更小的河道；④沒有其他支流水系連接到頂點之下的DFS 中；⑤遠離頂點發育分汊或弧形廢棄河道；⑥徑向長度大于30 km。判別DFS 終端的4 個標準：①DFS 河道與其他支流河道交匯，即進入其他支流水系；②DFS 末端匯合形成一條主河道或DFS 的主河道演變為軸向體系，水流轉為垂直于DFS 上水流方向流動；③末端與盆地軸向的河流體系匯合；④DFS 的主河道與海岸線或沙漠邊緣相交，在盆地的海岸、湖泊、干鹽湖或沙漠邊緣終止。Weissmann 等［19］在后續的研究中對這些特征進行了總結，提出了進積型DFS 沉積模式（圖1）。

圖1 DFS 的沉積環境平面分布模式（a）及進積序列的橫剖面預測（b）（據文獻［19］修改）Fig.1 Ideal model of planimetric depositional environmental distribution of DFS（a）and ideal vertical succession of progradational DFS sequence（b）

DFS 概念提出后受到一些質疑［20-21］，最具代表性的是Fielding 等［21］對DFS 相關概念提出了批判性的評論，其主要觀點概括如下：①“分支”這個術語將不同時間形成的向下游呈放射狀分布的河道體系及其物理過程和沉積記錄整合到一起，沒有分類學意義；②因為已經存在“分流（distributary）”一詞，并定義為“一條河流從主干流出而且不再返回主干河道”，再使用“分支（distributive）”一詞是多余的，況且這一術語并沒有出現在任何字典或地質術語表中；③一個新術語應該是對一種新現象的描述并有具體的科學意義，但學者們已經提出了“分流體系（distributary river system）”的概念，“分支河流體系（distributive fluvial system）”這個術語既不新也不是范式；④DFS 的放射狀水道與決口水道和非DFS 河道難以區分；⑤目前還沒有可供野外露頭描述中識別古代DFS 的確定性地質標準，而且在文獻中很少有公開的古代DFS 描述；⑥扇上水道往往不是分支河道形態或放射狀，有可能平行分布，通常是一條或幾條大河主導扇體沉積作用；⑦一些沉積體系是在不同的地貌環境下發育形成的扇狀形態，其形成過程和沉積特征不具有統一性；⑧衛星圖像關于分支河道的影像存在假象，雨季和旱季的沉積體系差異很大；⑨使用谷歌地球圖像來識別河流樣式只是時間上的快照，難以區分地貌單元之間的時間聯系，而且僅捕捉了現代河流的二維形態，只反映了第四紀沉積物的表層現象，難以提供沉積體的規模、地層和內部建筑結構等信息；⑩Weissmann等［3］提出“DFS 是所有陸相沉積盆地中主導的沉積模式”這一結論未經證實，存在統計錯誤。這10 項批評在河流沉積學界引起了重要的反響，在一定程度上抑制了DFS 概念的傳播。然而，認真分析發現第1條所否定的恰恰是DFS 概念的優點，DFS 概念用連續的而不是斷續的，聯系的而不是孤立的觀點來看待不同河道體系及其物理過程和沉積記錄；第2 條和第3條實際上混淆了分流河道和分支河道的差異；第4 條和第5 條是DFS 研究需要開展的內容，不能將目前還沒有成熟的沉積模式作為概念本身的缺陷，任何沉積模式都是經過長期研究不斷完善的；第6 條關于河道形態和分布樣式的批評不影響對DFS 放射狀分支河道的論述，任何DFS 上都不可能發育標準的放射狀水系，就像任何扇狀體系不可能是標準的扇形一樣；第8 和第9 條其實是對將今論古基本原理的否定；第10 條否定了“DFS 是所有陸相沉積盆地中主導的沉積模式”這一論斷，但即使DFS 不能成為所有盆地中主導的沉積體系，也并不影響DFS 體系本身的存在。

Hartley 等［22］和Weissmann 等［23］對學術界提出的質疑進行了回復，并持續開展DFS 現代和古代沉積研究［24-25］，推動了DFS 研究的發展。近十年來，DFS 研究在現代沉積［12-15］、露頭解剖［26-27］、地下地質分析［16-18］甚至行星沉積學［28-29］等領域全面展開，研究方法和理論成果日趨系統化，逐漸顯露出這一概念的科學特質和應用價值［30］。目前最重要的不應是持續爭論如何命名，而應積極挖掘DFS 的科學內涵，開展現代和古代DFS 實例分析，完善DFS 的識別標志，形成研究工作流程，探討其應用價值。

1.2 DFS 與沖積扇、辮狀河、曲流河等沉積體系的關系

質疑分支河流體系的理由之一是認為該術語與已有的沖積扇和河流扇產生了重復，然而這是對DFS 的誤解。Weissmann 等［3］和Hartley 等［4］明確提出DFS 包括沖積扇、河流扇和巨型扇，DFS 不排斥已有的沉積相概念，而是對相似沉積相和沉積體系的概括。回顧河流沉積學的歷史，有關河流、沖積扇、河流扇、巨型扇和DFS 的概念都是隨著學科的發展不斷積累完善的，從河型分類到曲流河、辮狀河和網狀河等沉積模式的建立，正是一個個新概念的出現才促進了河流沉積學的發展。以沖積扇沉積學為例，自Drew［31］研究沖積扇沉積以來，一般認為沖積扇上主要發育泥石流沉積、辮狀河道沉積、篩積物和片流沉積等4 種沉積物，扇體規模（半徑）小于10 km［32-33］。20 世紀80 年代，Galloway等［34］將沖積扇劃分為干扇和濕扇，后來又根據水動力條件劃分出泥石流扇、河流扇和片流扇［35］，Stanistreet 等［36］提出了泥石流扇、辮狀河扇（低彎度河流扇）和曲流河扇，但仍然使用沖積扇的概念。當研究發現經典的沉積模式已經難以解釋大型扇狀體系的沉積過程和沉積特征時，Blair 等［33］提出沖積扇半徑一般小于10 km，半徑大于10 km 的扇狀體系應該稱為河流或者河流扇（rivers or river called fans），之后河流扇、巨型扇（megafan）［37-39］、大型河流扇（large fluvial fan）［40］、大型洪積扇（alluvial megafan）［41］等概念不斷涌現。20 世紀70 年代還出現了末端扇［42-44］。由于大量的研究積累，沖積扇沉積學和河流沉積學不斷發展新的研究領域，并從相互獨立的分支逐漸走向融合。

Hartley 等［4］吸收了以往學者們對扇狀體系類型的認識，提出分支河流體系包括最大規模的巨型扇（半徑大于100 km），較大規模的河流扇（半徑為30～100 km）以及小規模的沖積扇（半徑小于30 km）。這一觀點不僅指出了巨型扇、河流扇和沖積扇之間的差異，更重要的是發現了這些沉積體系之間的共同特征。DFS 這一術語強調放射狀河道體系的共同特征，在此基礎上討論DFS 上河道類型的演變，探討不同沉積體系和沉積相的成因及其展布規律，促進了河流沉積學和沖積扇沉積學的融合和創新。DFS 與曲流河、辮狀河等術語非同一內涵層次的詞，不能把DFS 理解為一種新的河道類型。大型DFS 表面一般發育多河型的河道，從上游往下游發生有規律的河型演變，形成獨特的DFS 河道網絡，構成了DFS 沉積體系格架。以喜馬拉雅山南坡上發育的DFS 為例，發育曲流河、辮狀河以及河道間泛濫平原濕地和湖泊，眾多活動的和不活動的河道構成了DFS 的河道網絡（圖2）。要研究DFS 的沉積相分布和砂體結構，必須首先分析單個河道的沉積特征及其發育的砂體特征。因此，研究DFS 不是放棄對曲流河、辮狀河等各種河道的探索，而是要更加深入探討不同沉積相類型和不同類型河道沉積砂體之間的聯系，探索由DFS 頂點到末端河流砂體及其內部結構演化規律，為預測有利儲層和儲層非均質性提供理論依據。

圖2 喜馬拉雅山南坡上發育的DFS 衛星圖Fig.2 DFS developed on the southern slope of Himalayas

1.3 河道網絡和河型轉換

砂體分布是油氣勘探關注的重要問題。當探井鉆遇有利的河道砂體之后，勘探評價需要進一步預測是否存在新的砂體以及各砂體的展布方向、延伸長度、形態、規模和內部結構的變化趨勢等，為后續勘探和開發奠定地質基礎。按照傳統的沉積相分析方法，只能對所鉆遇的砂體類型和規模進行一定預測，難以預測在橫向上和縱向上是否發育其他砂體，也難以預測砂體形態和結構的遠距離變化。DFS 理論的優點在于強調辮狀河、曲流河、三角洲等沉積單元在平面上的相互聯系和相互轉換，建立沉積體系各單元間的定量關系。

預測新砂體及其分布涉及河流沉積學的2 個主要問題，一是建立DFS 河網模型，二是建立河床（道）演變的定量模型。Hartley 等［4］將DFS 的河道體系歸納為6 種模式，并認為隨著向DFS 下游河流流量變小、河床運輸能力減弱，河道總體上具有寬度和深度均變小的趨勢。Weissmann 等［19］指出DFS近端主要發育低彎度辮狀河道，DFS 中部河道分汊加強，DFS 遠端河道持續分汊并發育大面積廢棄河道。還有大量研究關注河道沿流程的變化［45-46］，但關于古代沉積記錄中河道網絡和河型演變的研究目前還很缺乏，理論和方法還不成熟。

建立DFS 的河網模型可以借鑒河流地貌學中關于流域河網建模的理論和技術。河網形態學用Horton 定律分析流域的河道分布規律［47］（圖3），認為不同級別的河道及下一級別河道的數量之間符合一定的比值，這一定律可以拓展應用于建立不同級別河道長度和面積模型。Horton 定律產生于對匯流體系的描述，也被嘗試應用于建立DFS 的河網模型［48］。在DFS 現代沉積研究中，可以借鑒Horton定律，運用GⅠS 建立基于河網空間形態結構特征的河網空間數據模型［49］，基于數字高程模型和利用ArcGⅠS 軟件平臺構建流域等方法提取河網模型［50］。

圖3 美國加州馬林縣河網分布（a）與田納西州Daddy 河支流數目、長度及灌溉面積與河流級別的關系（b）（據文獻［47］修改）Fig.3 Channel-network in Marin County，California，USA（a）and the relationship between the number，length and irrigation area of the tributaries of the Daddy River in State of Tennessee and the tributary grade（b）

盡管河型的多樣性和相互轉化是普遍現象［51-52］，但在沉積相分析中學者們還是習慣用單一河型來分析研究對象，對河型的沿程變化關注不夠。近年來有學者關注河型轉換的沉積學問題［53-54］，但目前表征地質記錄中河型演變的理論依據和定量技術還不夠成熟。要建立可用于古代沉積物的河型轉換模型，需要借鑒水利學和河流地貌學領域河床演變的理論成果，還需要開展大量現代沉積和露頭調查，建立DFS 形態規模、河網結構、河型演變、相帶轉換、沉積結構和砂體形態等沉積特征參數的定量關系模型，并注重用聯系的、定量的觀點分析各沉積單元之間的關系，建立新的陸相盆地沉積模式。

1.4 沉積模式

沉積相模式是沉積環境的概括。建立沉積相模式是對古代和現代沉積環境的特征、規模、非均質狀況及其控制因素的綜合化，目的是通過收集不同沉積環境的現代沉積和巖石特征，將這些特征進行綜合形成模式并用來判別沉積環境。曲流河側向加積模式、辮狀河的垂向層序模式、網狀河的江心洲模式以及眾多的沖積扇、三角洲沉積等陸相和海相沉積模式已經成熟并廣為應用，但DFS沉積模式還在探索之中。

Weissmann 等［3］提出的分流和匯流盆地河道分布樣式可以作為最早的DFS 沉積模式，但該模式僅表達了DFS 河道的分汊和匯合樣式，缺乏沉積特征和其他沉積環境信息，尚不具備沉積學指導意義。Weissmann 等［23］認為DFS 遠端通常由濕地和洪泛平原沉積包圍的孤立河道組成；中段河道規模較大、土壤排水相對良好；近端顯示了大規模疊置河道帶與少量土壤沉積。隨著沉積盆地的氣候、濕地和季節性濕潤程度變化，DFS 不斷進積，遠端沉積物可能被排水良好的中段沉積物覆蓋，后者又被疊置河道帶沉積物覆蓋，由此形成向上粒度變大的沉積演化序列。這一模式從輪廓上看與經典的沖積扇模式非常相似，但不再強調泥石流、篩積物和大面積的片流沉積，而河流沉積成為這一模式的主體。Hartley 等［55］進一步細化了DFS 沉積模式，更詳細地刻畫了DFS 河道形態和垂向砂體結構特征（圖4），并將DFS 沉積模式用于儲層非均質性解釋，指出了DFS 上儲層砂體結構、砂地比、砂體寬深比的變化規律。

圖4 DFS 河道分布、沉積環境特征（a）及其進積形成的地層層序和砂體結構模式（b）（據文獻［25］修改）Fig.4 DFS channel distribution，sedimentary environment characteristics（a）and its progradational stratigraphic model with sand body architectural characteristics（b）

一些新的DFS 沉積模式認識正在形成。Davidson 等［56］提出了3 種地貌單元模式：①以阿富汗Harut 河、阿拉斯加Canning 河、玻利維亞Parapeti河和我國黑河為代表的辮狀分汊型DFS 體系，河道坡降較大，主干辮狀河道向下游分汊形成曲流河道，從頂端至末端，河道彎曲度增加幅度最大。②以澳大利亞Gregory 河、俄羅斯Kur 河、納米比亞Zambezi 河和我國葉爾羌河為代表的多分支網狀DFS 體系（multi-thread anabranching DFS），以多條線狀河道為特征向下游方向逐漸發生分汊，河道彎曲度向下游增大。③以伊拉克Euphrates 河、巴西Paraguay 河和阿富汗Helmand 河為代表的高彎單河道分支DFS 體系，以單個線狀河道為主的曲流河向下游方向分汊形成不同彎曲度的小型河道。這3 種DFS體系均發育不同數目的分支河道、泛濫平原、沼澤濕地、暫時性湖泊、廢棄河道、廢棄沙壩和風成沙丘等沉積微相，各微相發育的位置也存在差異。在古代DFS研究方面，美國西南部上侏羅統莫里森組鹽洗段（Salt Wash）是目前研究最為深入的DFS 沉積體系，長度超過500 km，面積達8×104km2，是目前發現的規模最大的DFS 體系。Owen 等［57］結合露頭和地下地質信息對其巖石特征、微相類型、沉積層序、砂體結構等進行了系統地分析，從砂巖的含量、疊置河道砂體所占的比例、泛濫平原所占的比例以及砂體的疊置方式等方面對DFS 近端、中部和遠端的沉積特征進行了總結，建立的鹽洗段DFS 沉積模式（圖5）顯示，DFS 砂巖的厚度和河道砂體疊置程度均向下游減小，而泛濫平原沉積厚度向下游增大。現代和古代DFS 沉積研究都顯示，近端是粗粒沉積物堆積的主要場所，主要發育低彎辮狀河道，沉積物主要由復合河道沉積和少量漫灘細粒沉積組成，河道砂體連通性好；中段是砂質沉積的主要場所，可容空間與沉積物供給的比值（A/S）變大，河道分汊加強，彎曲度增大，發生過較大規模的決口，沉積物從以礫巖為主向砂礫巖互層、砂巖以及砂泥巖互層轉變；遠端以細粒沉積為主，發育大面積廢棄河道、牛軛湖、泛濫平原岸后湖泊和沼澤，發育河湖交互體系。此外，張元福等［11］從河流扇成因及形態出發，考慮扇體內部的河道形態和扇體外部的宏觀形態，將河流扇內部的河道形態劃分為順直型、彎曲型、分汊型和游蕩型，再根據演化形態，將扇體分為迭進型、擺動型和次生型。李相博等［17］用干旱環境河流扇模式解釋了鄂爾多斯盆地延長組“滿盆砂”的成因。

圖5 美國西南部上侏羅統莫里森組鹽洗段（Salt Wash）DFS 沉積模式（據文獻［57］修改）Fig.5 Sedimentary model of Salt Wash DFS of Upper Jurassic Morrison Formation in southwestern United States

沉積模式具有4 個方面的功能，即一般意義上的比較功能、作為進一步研究的指導功能、對沉積展布的預測功能以及對沉積現象的解釋功能［58］。近十年來，DFS 沉積模式研究取得了重要的進展，但針對不同構造背景和氣候條件下所形成的各種DFS 沉積特征的差異，還需要在大量現代沉積調查基礎上開展DFS 分類，建立不同類型的DFS 沉積識別標志，總結其沉積模式，同時要注重沉積模式的定量化和模型化，提高沉積模式的預測功能。

1.5 儲層預測模型

沉積學源-匯體系研究致力于建立從物源區到沉積盆地內各種沉積動力過程和沉積體系的有機聯系［59-60］，其研究目的和重點是預測盆地內沉積體系的分布，但目前主要依靠地震資料和地層對比建立源-匯關系模型，對盆地內沉積體系的定量預測技術尚不成熟。DFS 研究與源-匯體系分析具有異曲同工、相輔相成的作用，研究DFS 需要分析物源區流域面積、地形地貌、氣候和母巖性質等背景條件，著重強調河流從匯水流域轉向分流體系后河道及其相關體系在盆地中的分布規律。目前在利用遙感技術建立流域盆地DFS幾何形態的定量關系［61］（圖6）、定量確定DFS 頂點、建立河道網絡結構、預測河道分汊節點等方面做了一些嘗試，但尚未見定量的DFS 三維儲層預測模型。

圖6 阿根廷加斯特雷盆地幾何形態定量關系分析（據文獻［61］修改）Fig.6 Control of drainage basins area，horizontal accommodation space and basin slope on DFSs geometry and scale in the Gastere Basin，Argentina

快速發展的儲層地質建模技術有可能提供新的DFS 研究方法［62-63］，但當前儲層建模主要應用于油藏開發階段，針對的是油藏規模沉積砂體，目的是預測砂體內部建筑結構和儲層非均質性。在油氣勘探階段，如何應用有限的鉆井資料對全盆地范圍的沉積體系展布做出可靠的預測，從而明確有利儲層區帶分布一直是沉積學研究的難題。目前的儲層建模方法只能從概念上表述沉積體系的特征［64-65］，難以對沉積體系條件化，做不到對沉積體系的展布進行準確預測。沉積數值模擬技術能夠重現沉積過程和物質分布，但主要用于揭示沉積機理、建立沉積模式［66］或作為訓練圖像，服務于多點地質統計建模［67］，而且由于沉積邊界參數繁多、沉積過程復雜多變，該技術還遠不能滿足精確預測的要求。室內水槽實驗可以再現沉積機理，但還不能按照比尺模型進行過程模擬。遙感圖像分析、現代沉積和露頭調查仍然是獲取建模資料建立DFS 模型的重要手段。

根據沉積體系的層次性和規模大小，可以在分層次建立儲層預測模型的基礎上，建立統一的、內部互為聯系的DFS 儲層預測模型。這一模型包含反映源-匯關系的DFS沉積體系規模預測模型、反映DFS內部沉積動力演變的相帶規模預測模型、反映局部沉積環境特征的砂體內部結構預測模型。不同規模的預測模型采用不同建模方法，沉積模擬、大數據和人工智能技術為多種建模技術融合提供了新的手段，而地質學家帶著先進設備重返露頭和現代沉積研究為建模提供了更齊全的資料庫信息［68］，大大提高了構建全盆地的DFS 沉積儲層智能預測模型的可行性。

2 DFS 理論的應用前景

2.1 促進陸相盆地沉積儲層理論創新

我國是以陸相油氣為主的國家，陸相盆地沉積與儲集層理論是我國陸相油氣地質理論體系的重要組成部分［1］。自20 世紀80 年代以來，陸相含油氣盆地沉積與儲集層理論得到了巨大的發展［69-70］，在盆地構造-沉積響應、巖相古地理、陸相層序地層學、源-渠-匯沉積動力學、儲層沉積學、地震沉積學、沉積物理模擬等領域都取得了豐富的研究成果，建立了包括扇三角洲與粗粒沉積、細粒沉積、淺水三角洲、灘壩、深水重力流、混積體系等多種沉積體系的沉積模式。吳崇筠［71］在沖積扇、辮狀河、曲流河、三角洲平原和三角洲前緣等沉積模式的基礎上，將陸相盆地的河流-三角洲沉積體系歸納為近岸水下扇、靠山型扇三角洲、靠扇型扇三角洲、短河流三角洲和長河流三角洲等5 種模式（圖7），構建了斷陷型湖泊深陷擴張期沉積模式、斷陷型湖泊收縮期沉積模式、坳陷型湖泊深陷擴張期沉積模式、坳陷型湖泊收縮期沉積模式。這些模式一直在指導含油氣盆地的沉積學研究，推動陸相含油氣盆地沉積儲層理論和技術的不斷進步，為中國和世界范圍的陸相沉積盆地分析提供了理論依據。經過30 年的發展，以DFS 的視角再次審視這些經典的沉積模式，可以發現至少在以下6 個方面還需要繼續發展：①原有的5 種模式難以概括陸相盆地的沉積體系特征，需要增添新的內容；②經典模式對與沖積扇相關的三角洲平原沒有做嚴格的定義，導致許多研究把沖積扇等同于扇三角洲平原；③將沖積扇與其下游的河流體系劃分為不同的段落，忽略了各段落的內在聯系；④沖積扇—辮狀河—曲流河的演變是一個常見現象，但并不是所有沉積體系的固定特征，有些沉積體系可能不存在沖積扇或者辮狀河等沉積單元；⑤難以完整表征沉積環境特征，沒有顯示河道間沉積微相的存在；⑥沒有闡述從上游到下游各種沉積單元之間的聯系，對沉積體系的預測精度較低。

圖7 中國陸相盆地河流-三角洲沉積的5 種模式（據文獻［71］修改）Fig.7 Five fluvial-deltaic sedimentary models in Chinese nonmarine basins

國內學術界對DFS、河流扇和巨型扇的研究常習慣于依照經典模式開展陸相盆地沉積相分析，而經典模式雖然更適于對局部的單個沉積類型的分析，卻難以建立全盆地范圍內的沉積體系分布格局。多年以來雖然建立了大量的沉積體系模式，但這些模式多針對沖積扇、辮狀河、曲流河、扇三角洲、辮狀河三角洲等單個沉積端元，很少能夠把沖積扇和不同的河流類型聯系起來。即使有些模式顯示了河流類型的沿程變化，但缺乏確定河型分布范圍的定量依據。根據現有沉積模式，在資料較少的條件下，難以預測沉積相分布。DFS 將發育在盆地不同位置的沉積單元作為一個完整的沉積體系，致力于定量表征在同一沉積體系框架下的沉積相轉換，從理論上彌補了傳統沉積相分析方法的缺陷。這種聯系的、系統化的、定量的方法不僅適用于河流沉積學，也可以推廣應用于對盆地范圍沉積體系格局、單個沉積體系、沉積相內部構成等多個層次的沉積相分析和儲層表征，由此建立起層序地層學、源-匯體系動力學、沉積相分析與定量地質建模之間的橋梁，推動陸相盆地沉積儲層理論創新和技術進步。

2.2 挖掘陸相盆地的油氣資源

理論研究和勘探實踐均表明，我國各含油氣盆地仍然存在巨大的資源潛力，但新發現的油氣以深層、非常規、巖性和地層油氣藏為主，按照傳統的沉積模式尋找大規模有利儲集體十分困難，需要借鑒DFS 新理論重新刻畫含油氣盆地的沉積模式和沉積相分布，重新把握盆地沉積體系格局，定量描繪不同沉積體系的排列組合方式、預測地質歷史時期沉積體系的展布范圍，尋找有利儲層發育區。

DFS 在我國含油氣盆地廣泛發育。渤海灣盆地黃驊坳陷、冀中坳陷、下遼河斷陷、東濮凹陷、南襄盆地和蘇北盆地等沉積盆地的斷陷期均發育沖積扇和扇三角洲等小型DFS［72-73］；斷坳過渡期均沉積辮狀河-三角洲、辮狀河-曲流河-三角洲等大型DFS［74］；在坳陷階段則發育巨型DFS［75-76］。在柴達木、江漢等鹽湖盆地，發育多種與巖鹽和干旱氣候相關的DFS［77］。在松遼、鄂爾多斯、四川和準噶爾等大型、特大型復合盆地，DFS 的規模隨著盆地構造和氣候演化變化巨大，規模最大的DFS 延伸長度超過400 km［75］。對準噶爾盆地瑪湖凹陷的研究顯示，二疊紀—三疊紀，盆地由斷陷向坳陷型盆地轉變，DFS 由小型的沖積扇和扇三角洲體系不斷向河流扇、巨型扇及其形成的三角洲沉積體系演變，沉積體系的規模逐漸增大，DFS 半徑由大于10 km 增加到大于100 km（圖8）。

圖8 準噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系—三疊系地層剖面（a）及DFS 規模演變特征（b）Fig.8 Stratigraphic profile（a）and DFS evolution characteristics（b）of Permian-Triassic in Mahu Sag，Junggar Basin

經過多年的鉆探和研究，各沉積盆地均積累了大量的沉積相分析資料，但對于分布在盆地不同區域的沉積相之間的聯系尚不明確。以源-匯體系和DFS 理論為指導，建立從盆地邊緣到盆地中心各沉積相帶之間的成因聯系，結合已有的鉆探成果，預測新的有利儲層發育區帶是探索發現剩余油氣資源的有效手段。然而，因為斷陷盆地、坳陷盆地、前陸盆地、裂谷盆地、走滑盆地的沉積體系展布各不相同［78］，各盆地內所發育的河流、湖泊、濕地和三角洲的形態、砂體類型、沉積物結構和構造特征也千差萬別。此外，干旱和濕潤地區的河流沉積差異巨大，熱帶、溫帶湖泊與寒區湖泊的沉積過程也都不一致。如何定量表征不同盆地類型，同一盆地在不同發育階段、不同氣候背景下DFS 沉積模式、相帶分布、砂體類型、砂體建筑結構和砂體內部儲層非均質性是老油區勘探開發［79-81］中面臨的重要理論和技術難題。因此，實現針對不同盆地構造背景，按照DFS 類型分層次地建立砂體規模沉積模式和儲層定量預測模型是一項長期而艱巨的任務。

已有的井網信息、動態數據和地質、地球物理資料為研究沉積相帶之間的聯系、開展區域儲層預測奠定了大數據基礎。新疆瑪湖油田的勘探實踐證明，受沉積分布規律控制，從盆地邊緣向中心地區發育著不同的儲集相帶，形成了不同類型的油氣藏，其中盆地邊緣以礫巖油氣藏為主，中部以砂巖油氣藏為主，中心地區發育細粒非常規泥頁巖油氣藏［82-83］。鄂爾多斯盆地北部邊緣發育礫巖和砂礫巖為主的蘇里格氣田，盆地腹部則以致密砂巖油氣藏為主，頁巖油氣主要發育在盆地南部沉降區，根據鄒才能等［84］、付金華等［85］的研究，該區油藏的差異性分布與DFS 末端三角洲和深水體系有關。這些現象都說明了不同類型的油氣藏可能與DFS 背景下沉積相帶分布趨勢有關，也說明DFS 沉積模式不僅建立了粗粒、細粒和常規碎屑沉積間的有機聯系，也架設了常規與非常規儲層之間的橋梁。由于當前DFS 沉積模式還不夠完善，對沉積體系和油氣藏分布關系的認識還處于朦朧階段，利用盆地大數據，建立油氣儲層和不同油氣藏的區域聯系，有可能成為進一步挖掘盆地油氣資源的潛力途徑。

3 DFS 研究的發展趨勢

DFS 研究是沉積學與地貌學、地理學、遙感技術、計算機網絡技術和現代地球信息技術交叉融合產生的新領域。DFS 地貌和現代沉積研究主要是依靠高分辨率衛星地圖對沉積盆地地貌單元和沉積體系進行整體的、全面的、系統的觀察和快速準確的測量，使用衛星圖像和無人機航空攝影研究河道決口、地貌分區，重建第四紀以來的DFS 變遷［86-88］。DFS 露頭調查中較多使用無人飛行器（UAV）和運動恢復結構（SFM）攝影測量、地面激光掃描儀（TLS）以及衛星影像云數據測量沉積建筑結構要素［89-90］，重建沉積巖相古地理。DFS 地下地質分析的案例還比較少，重要原因可能是DFS 是在全盆地展布的大型沉積體系，對單個油藏或油田的研究難以表征其整體特征。沉積標志和沉積模式不成熟限制了DFS 概念的推廣應用，未來的DFS 研究應當以現代沉積調查為最主要手段，結合沉積模擬實驗、露頭調查和地下地質研究建立DFS 沉積儲層數據庫，建立不同DFS 的沉積模式和識別標志，形成DFS 河網體系和河型演變定量預測模型。

大數據和智能化正在成為油氣勘探開發的新趨勢，而定量化是智能化的前提。20 世紀90 年代以來，儲層地質建模技術不斷發展［91-92］，從最初以變差函數為基礎的克里金技術發展到依靠訓練圖像的多點地質統計學技術［93］，促進了儲層砂體構型描述的定量化，為油田開發方案制定、剩余油挖潛提供了有力工具。然而，目前儲層地質建模技術僅應用在油氣田開發階段，而勘探階段缺乏成熟的表征地層結構和儲層物性的建模技術，使用較多的仍然是宏觀的盆地模擬技術，建模表征的對象主要是砂體內部、沉積相規模的沉積結構以及儲層物性特征（圖9），缺乏針對大型沉積體系規模的建模技術，現有的建模軟件通常只用于建立單一類型砂體的地質模型，難以適應多種沉積相、多砂體類型的建模需要。要實現DFS 全體系規模甚至全盆地規模建模的需要，必須研究新的建模技術。當前地質工程一體化、勘探開發相融合的進程正在加快，新的計算機技術迅速發展，為建立盆地規模的儲層預測模型提出了要求也提供了條件。在DFS 沉積模式基礎上，將地質模型建模技術從油氣田開發階段前置應用到勘探階段，研究針對不同規模沉積體的儲層預測模型，實現不同建模方法的融合歸一，為勘探開發智能化提供新的技術，是DFS 研究的發展趨勢和著陸點。

4 結論

（1）分支河流體系是河流從某一頂點開始進入盆地并呈放射狀展布的沉積體系，通常也被稱為沖積扇、洪積扇和巨型扇；DFS 與曲流河、辮狀河等術語不是同一個內涵層次的專業詞匯，不能把DFS 理解為一種新的河道類型；研究DFS 不是放棄對各種河道沉積特征和沉積模式的探索，而是更加深入探討不同沉積相類型和不同類型河道沉積砂體之間的聯系，探索DFS 內部沉積結構演化規律；當前應積極挖掘DFS 的科學內涵，探討其應用價值，開展現代和古代DFS 實例分析，完善DFS 的識別標志和沉積模式，形成研究工作流程。

（2）建立DFS 的河道網絡模型和河床演變模型是進行沉積體系定量預測的關鍵，可以借鑒河流地貌學中關于流域河網建模的理論方法，利用Horton定律分析流域的河道分布規律，開展現代沉積和露頭調查，研究建立DFS 形態規模、河網結構、河型演變、沉積相帶轉換、儲層砂體結構、砂體幾何形態等沉積參數的定量關系模型，結合源-匯體系理論和儲層地質建模方法建立DFS 儲層預測模型。

（3）應用分支河流體系理論能夠定量表征不同盆地類型、盆地發育不同階段、不同氣候背景下DFS沉積模式、相帶分布、砂體類型、砂體建筑結構和砂體內部儲層非均質性，能夠推動陸相盆地沉積儲層理論創新發展。我國陸相盆地廣泛發育DFS 沉積體系，以DFS 和源-匯體系理論為指導，預測新的有利儲層發育區帶，是探索發現剩余油氣資源的有效手段，而分層次建立沉積體系到砂體規模沉積模式和定量儲層預測模型是一項長期而艱巨的任務。

（4）DFS 研究是沉積學與地貌學、地理學、遙感技術、計算機網絡技術和現代地球信息技術交叉融合產生的新領域。未來應當以現代沉積調查為主要手段，結合沉積模擬實驗、露頭調查和地下地質研究建立DFS 沉積儲層數據庫，建立不同DFS 的沉積模式和識別標志，形成DFS 河網體系和河型演變定量預測模型；將地質模型建模技術從油氣田開發階段前置應用到勘探階段，實現不同建模方法的融合歸一，促進勘探開發智能發展，是DFS 研究未來的發展的趨勢和著陸點。