“新质生产力”背景下地壳波动学术思想的传承与创新——评金之钧等的论文《沉积盆地波动过程分析:研究现状与展望》

从地球系统科学的角度来看,波动作为地球不同圈层结构运动的基本形式之一,涵盖了沉积盆地演化及其资源成藏过程。围绕沉积盆地的波动性,金之钧教授及其团队在过去30年间取得了丰硕的理论和实践成果,并于2024年1月在《地学前缘》发表了题为《沉积盆地波动过程分析: 研究现状与展望》的综述文章(DOI:10.13745/j.esf.sf.2024.1.30)。该文系统地概述了盆地波动过程分析的基本内涵,全面梳理了相关研究内容;深入剖析了盆地波动过程对油气形成与富集的控制作用,充分揭示了其在石油地质领域的重要科学价值;前瞻性地指明了盆地波动研究的未来发展方向,为圈层相互作用与油气成藏综合研究提供了新思路。该文是圈层相互作用研究领域的重要论著,其学术价值主要体现在以下几个层面。

1 对波动思想的重要传承与创新

金之钧等的这篇论文对地壳波动学术思想的发展史进行了高度概括。早在20世纪30年代,地壳波动的概念就已经被提出,但其在石油地质学的重要性未被充分认识。20世纪80年代,张一伟先生在长期的石油构造地质研究实践的基础上,率先在国内开展了地壳波状运动研究。20世纪90年代,金之钧教授将盆地波动定量分析方法从苏联引进国内,并逐渐完善形成了盆地波动分析的定量化研究方法,将其应用到含油气盆地分析和石油构造分析中,推动了石油地质学从定性描述向定量表征的范式转变。他还鲜明地提出了沉积盆地演化过程中的周期规律与宏观天文周期存在成因联系。这不仅传承了张一伟地壳波动学术思想,也是一项重要的学术创新。

20世纪90年代,以王鸿祯先生为代表的我国学术界创新性地提出了地史中存在普遍周期性规律的地球节律观。他们认为岩浆活动、生物绝灭、地磁场倒转、古气候演化、造山运动、海平面变化等一系列重大地质事件并非孤立发生,可能与宇宙天体运行之间存在因果联系。1997年《地学前缘》在创刊三周年之际组织了两期专题《地球历史的节律——生物史、沉积史、构造史、岩浆史》,专门探讨地球周期节律及其起源问题。相关研究不再局限于地球表层系统与全球变化的探讨,而是进一步扩展到显生宙的早期和前寒武纪地球演化的圈层相互作用,反映了当时对地球系统科学较高的认识水平。地球节律是与地壳波动相类似的概念,因此,这两期专题收录了多篇由张一伟和金之钧等人撰写的与沉积盆地波动相关的论文,体现了当时对地壳波动学术思想的高度重视。

但在21世纪初期,盆地波动研究进入了发展的低谷期,研究地壳波动学术思想的声音渐行渐远。其主要原因包括以下3点:一是板块构造学说在俯冲板片、地幔柱等领域取得崭新进展,人们更倾向于探讨地球内部因素对盆地演化过程的影响,而忽视了地外天体演化对地球系统的控制作用;二是受制于当时的计算机软硬件水平,盆地波动研究的方法流程异常复杂;三是受限于地质测年技术,诸多重要地层年代尚未明晰,为周期波动的提取带来极大的不确定性。尽管困难重重,金之钧教授及其团队从未放弃对盆地波动的思考与探索。

2 地球系统科学时代,盆地波动研究凸显理论价值和服务国家战略需求

20世纪60年代以来,板块构造学说逐渐成为固体地球科学的最重要理论。板块构造学说在很大程度上揭示了大尺度地壳运动规律,但在处理更为精细复杂的陆内变形问题时却显得力有未逮。近年来,随着全球气候变化问题的日益凸显,科学家开始把地球作为整体来研究,形成了“地球系统科学”的研究体系。这一新科学思维倡导从“系统论”的整体视角出发,将地球作为太阳系中的一个行星来探究,着重研究地球各圈层的耦合作用、演化过程和动力机制。地球圈层耦合作用很大程度上表现为波动耦合。金之钧等学者发展了盆地波动过程分析方法,创造性地将地壳波动应用于盆地分析,对理解板内变形、沉积盆地的形成演化以及油气勘探等具有重大的理论意义。金之钧等在文中还指出,石油地质学已进入地球圈层相互作用与资源环境演化过程整合的阶段。这启示我们应当从地球外部的角度去观察地球和盆地,关注宇宙因素和地球整体行为对沉积盆地演化的控制及其资源环境效应。沉积盆地发育的地层序列是揭示地球节律及其驱动力的理想载体。可预见的是,随着地球系统科学的兴起,盆地波动研究将迎来新的发展机遇,并在解决大陆动力学和成盆机制分析以及指导油气勘探方面扮演越来越重要的角色,其发展前景广阔。

在实践应用层面,金之钧等在文中将盆地波动观点、方法和波动要素分离结果应用于盆地沉积、构造和油气生成及成藏过程的分析中。例如,沉积盆地波动分析定量化方法的提出解决了盆地分析上的一个重大难题,即不整合形成过程和剥蚀量问题。不整合面表现为地层的缺失,“缺”代表没有沉积,“失”代表曾发生过沉积但后来被剥蚀掉了。传统的分析方法只能估算不整合剥蚀量,却无法揭示不整合的形成过程,即何时开始沉积、沉积了多少,以及何时发生剥蚀、剥蚀掉了多少沉积物。盆地波动过程分析使不整合恢复、烃源岩热演化分析和隆拗迁移分析更精确。这对生储盖配置关系与油气分布规律评价具有重要意义。盆地波动分析方法最早应用于常规油气成藏规律研究,将成盆、成烃、成藏的研究思路贯穿于地壳波动这条主线,创新发展了叠合盆地油气成藏理论,有效指导了我国塔里木盆地、渤海湾盆地等典型盆地的油气勘探。随着非常规油气勘探开发的进行,页岩油气已成为我国石油稳产增产的重要领域。沉积盆地波动过程研究也将成为揭示页岩油富集的成藏过程与分布规律的重要突破口。

3 “新质生产力”视角下的地质理论创新

2023年,习近平总书记首次提出“新质生产力”概念,为新时代新征程加快科技创新、推动高质量发展提供了科学指引。新质生产力形成的源头活水是新理论与新技术的持续涌现。对于地质学而言,这不仅意味着要持续深化对地球系统科学、地球宜居性形成与演化、盆地波动分析等前沿领域的探索研究,更需要加强前沿理论多路径探索、交叉融合和颠覆性技术源头供给,实现更多原创性突破。同时,还需进一步构建包容创新、鼓励冒险、宽容失败的学术环境和评价体系。

众所周知,我国的地质学界曾经百家争鸣,涌现了一系列理论创新,如李四光的地质力学、陈国达的地台活化学说、张伯声的波浪镶嵌构造学说、王鸿祯的历史大地构造学说等,展现了我国自身的理论创新实力。盆地波动研究正是契合了“新质生产力”提出的背景与客观发展需求。盆地波动现象背后所揭示的是地球圈层之间的相互作用。因此,以圈层作用为切入点,综合考虑岩石圈、水圈、生物圈、大气圈乃至地外行星的相互作用,可以深入探讨盆地演化的内在机理。通过探索地球各圈层周期节律的耦合作用,将天文因素与地内因素结合起来,综合研究盆地构造-沉积波动响应机制。这样的研究不仅深化了对圈层间物质能量循环的理解,而且对于评估资源环境具有重要科学价值和实践意义。

总之,关注宇宙因素和地内因素对沉积盆地演化的控制作用从而理解圈层相互作用与资源环境效应是未来地质学前沿方向之一。充分发挥盆地波动分析技术对油气藏分布规律的预测功能,将为油气资源远景评价与勘探提供理论依据。在“新质生产力”提出的时代背景下,金之钧等的这篇综述论文高屋建瓴、洞悉未来,将对未来地球科学研究带来启发,甚至可能催生新的研究范式与理论。