0 引言
沉积学是人类认识类地行星表层系统各圈层相互作用不可或缺的手段[1]。它的两个主要研究目标，一是恢复古代沉积环境，二是揭示古代沉积环境或现代沉积环境中某些变量的时空展布。在实现这两个目标的过程中，进行沉积环境分析的参数和边界条件难以确定是主要障碍[2]，另外有限的时空样本也导致很难有效地建立模型及提高推断预测精度。沉积学界解决这些问题的主要手段之一，就是类比。在沉积学发展初期，就已经非常注重古代沉积地层和现代沉积物的类比。之后提出的沉积相、相分析、沉积体系及相模式[3]，都是运用类比的方法一步一步推动了沉积学的发展，实现了沉积学的重大突破[4-5]，丰富了沉积学的理论。在相模式概念提出后，沉积学从岩性、沉积特征的研究发展到揭示沉积过程和动力学的阶段[6]，这时一个新的以类比作为主要工具的沉积学分支——比较沉积学，应运而生。
沉积学发展的重要动力之一就是沉积矿产勘探开发的需求。因为很多沉积矿产的生成、富集以及保存往往与沉积相的时空展布密切相关。其中，油气储层及其物性的预测一直是地球物理、石油地质及沉积学工作者关注的热点[7-8]。早期从地震资料出发的储层预测受限于地震资料分辨率低、储集砂体相变快等原因，导致某些预测效果不佳[9-10]。为了提高预测效果，先后提出了储层构型、地质统计学随机模拟和相控反演等一系列解决办法[11-13]。而制约这些方法的关键因素就是需要更加准确、更高精度的古代储集砂体的沉积特征、参数展布及其形成的动力机制。而这些亟待解决的沉积学问题正是比较沉积学的用武之地。
目前比较沉积学是将现代沉积、流体力学、实验模拟、地表露头以及地下沉积体有机扭结在一起的强效工具[14-15]。如果要有效地开展比较沉积学的工作，就需要我们对比较沉积学有一个系统的认识，但是到目前为止还没有从形式逻辑的一般规律入手[16]，对比较沉积学作出系统性的梳理。因此，无论是对于完善沉积学体系，还是提高我国沉积矿产的勘探开发效果，搞清楚比较沉积学的研究历程，厘清其概念、特征、分类，明了其基本原理、研究方法都是至关重要的。
1 比较沉积学发展历程比较沉积学在20世纪中期之前一直处于探索阶段，河流和碳酸盐岩的沉积特征被类比总结相继发表，后因沉积环境参数或环境边界条件难以判定，研究有所减缓；到20世纪中—后期，在相模式和储层构型要素法提出后，可操作性和定量化程度增强，研究程度不断深入，到20世纪末期达到一个高峰(图 1)。比较沉积学研究至今已有近150年的历史，可分为萌芽阶段、理论奠基、综合爆发和量化发展4个阶段。
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| 图 1 近150年来比较沉积学主题相关文章发表趋势 Fig. 1 Trends of published papers on comparative sedimentology in the last 150 years |
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从19世纪早期到20纪早期。这一时期是比较沉积学的萌芽阶段，类比法被广泛使用在诸多地质学领域中，前人提出了一些基本的地质学原理，在比较沉积学的研究上做出了大量探索性工作。1830年，Lyell[17]提出均变论，明确指出“现在是了解过去的钥匙”，以“将今论古”的类比，建立起过去和现在地质作用的同一性概念；1872年，Walther[18]分析了均变论研究的意义，首次使用了“比较岩石学”这一术语，但未明确阐述其定义；1885年，Callaway[19]首次对“比较岩石学”这一术语进行了定义，认为比较岩石学是指岩石组合作为一个整体，从变形程度、序列的相似性、物源这些方面进行综合对比；之后的几十年里，前苏联学者在比较沉积学方面的研究多使用这一术语[20-21]。1894年，Walther[22]通过现代沉积和古代沉积类比，提出了比较岩石学的工作方法；并在此基础上提出经典的相序定律，认为只有横向相近且紧密相邻的相，才能在纵向上相互叠置而没有沉积间断，从而为沉积学提供了强大的理论工具。1925年，德国海洋生物多样性研究中心成立，这是第一个以现代沉积为研究对象的研究机构[21]，把现代沉积的研究推到了一个新的高度，这为比较沉积学的研究提供了大量的基础素材。
1.2 理论奠基阶段20世纪中—后期。这一时期是比较沉积学的奠基阶段，形成了比较沉积学的基本理论框架和基础研究方法。1965年，Allen[23]类比现代沉积以及通过流体力学、粒度分析等方法，系统地分析曲流河沉积环境，首次确认冲刷面以上向上变细的序列是点砂坝侧向迁移的结果，提出了用于古代沉积物推断预测的曲流河沉积相三维分布模式；1969年，Fisher等[24]类比现代水系流域体系，首次提出沉积体系的概念，认为沉积体系是由现代或古代沉积过程和沉积环境联系的三维组合；1973年，Leeder[25]根据现代河流数据，总结出多项经验公式指导模型建立，实现了井间砂体推断预测。
20世纪70年代，迈阿密大学比较沉积学实验室的成立是比较沉积学奠基的一个标志性事件。在Ginsburg的带领下，迈阿密大学比较沉积学实验室开创了碳酸盐岩比较沉积学，利用石油公司的资助，通过对巴哈马滩的系统研究开展了碳酸盐岩沉积体系、储层特征、成岩作用和油层物理等方面的工作[14, 26-27]。Ginsburg[21]及其实验室团队[28]强调的是碳酸盐岩古代与现代沉积的内部联系，认为“比较沉积学”这个概念是一个不证自明的概念，没有给出明确的限定。通过对该团队成员[21, 28-29]，以及Allen[23]、Fisher等[24]工作的总结，可以看出类比现代沉积物特征及其搬运过程，从岩性、结构、构造入手，结合流体力学和粒度分析等技术，实现对碳酸盐岩岩相、生物礁及台地展布的预测，这一最基础的比较沉积学研究方法已经逐渐形成体系。
1979年，Walker[3]首次定义了相模式的概念，认为相模式是特定沉积环境的抽象和全面概括。相模式概念的确定是沉积学发展的一次质的飞跃。其把沉积学从地方性的局部的描述性总结发展到分析沉积过程和控制因素，并建立一个普适性模型[2]，而沉积过程和控制因素的分析往往要借助比较沉积学来开展。
比较沉积学奠基的另一个标志性事件是荷兰乌得勒支大学地球科学研究所比较沉积学分部的成立。在Boer[30]、Postma等[15, 31-32]、梁瑞仁[33]的参与下，该比较沉积学分部主要从事碎屑沉积体系的研究，开展碎屑的沉积搬运、水槽实验以及盆地演化等方面的工作。他们认为比较沉积学是在充分考虑时空维度的基础上，从岩石的沉积构造、层序和岩性的研究到解释其沉积过程的沉积学分支学科[33]。至此，比较沉积学搭建起了基本的理论框架。
1.3 综合爆发阶段20世纪末期。这一时期是比较沉积学发展的一个爆发期(图 1)，在碳酸盐岩、碎屑岩、水槽实验、现代水体沉积物分散体系和计算模拟等诸多领域，比较沉积学全面开花，取得了很多重要进展。在Ginsburg团队的引领下，大量地质和地球物理工作者持续在台地内部、边缘斜坡、碳酸盐礁和滩等环境开展了碳酸盐岩的比较沉积学工作，这些工作主要集中在沉积体系和储层特征等方面[34-36]。其中，以1981年Longman[37]首创的生物礁成熟度概念为一典型事件。Longman类比了现代礁体的发育过程，提出了成熟度的概念，指出礁体形态随时间变化对各种因素反映的敏感程度不同，建立了礁体形态与成熟度相关模型，推断其完整演化模式为：岸礁→滩礁→堡礁→台礁→环礁，该研究成果为古礁油气藏研究提供了理论依据。
同时期，碎屑岩比较沉积学也开展了大量工作[38-39]，其中以Miall[38]提出储层构型和Journel[39]开展的储层随机模拟为典型事件。预测储层的横向展布，特别是井间砂体的展布，按照以往的比较沉积学做法往往是选择典型露头或者典型井建立沉积相模式，但这主要是垂向的序列，根据Walther相律进行横向推断预测时，很难揭示砂体空间的几何形态以及非均质的特征。为了弥补垂向序列分析的不足，1985年Miall[38]首次提出河流相储层构型要素法，包括岩相划分、沉积界面识别、结构要素划分和沉积模式构建四方面内容，强调沉积砂体的横向展布、几何形态和内部沉积结构与河流砂体的沉积动力学过程密切相关。储层构型进一步推动了沉积学的发展，在某种程度上是Walther相律的进化和完善。1988年Journel领导的斯坦福油藏预测中心成立，成功开发出一套公认较为完整、先进的随机模拟软件(SGeMS)，用于油藏地质分析[40-42]。即以地质统计学思路，利用比较沉积学获取砂体的横向连续性以及空间展布信息，开展数值模拟，预测油气储层[43]。
在这一阶段，以流体力学为基础的比较沉积学工作也取得了大量成绩，其重要的标志性事件有3个：1)1984年，Best等[44]通过水槽实验进行实验模拟和野外证据的对比分析，推断解释了河道交汇处的流体动力学及其对沉积物搬运和床底形态的控制。此后水槽实验将不再局限于单向流水动力条件，而主要着眼于大型盆地模拟、沉积学定量表征和预测[45]；2)1985年，Mclaren等[46]利用一维沉积物粒径趋势模型来判断沉积物净搬运方向，模拟单向运移系统，推断河流和海滩等沉积物的展布；3)1988年，Dyer等[47-48]基于现代悬沙分析提出通量机制分解法，将悬沙运移通量定量的分解成多个动力项，每个动力项包含一种或多种动力因子，从而可以探究每个动力因子的运移机制以及相对贡献大小，其中包含的大量搬运方式以及沉积过程的信息可以实现对现代沉积物分散体系时空展布的推断预测。
这一时期，比较沉积学传入我国沉积学界。1983年，梁瑞仁[33]首次将比较沉积学介绍到中国大陆。1988年，何起祥等[6]对比较沉积学的基本原理、方法以及应用做了详细论述，认为比较沉积学是通过探求环境-作用-沉积产物之间的内在联系，总结出特定沉积环境的相模式，从而通过模式对比来解释沉积记录，为国内学者打开了一个新的研究思路。此后，国内学者不断开展比较沉积学的研究，使得运用比较沉积学指导油气勘探成为主流之一，其相继在河流[49-50]、冲积扇[51]、湖泊[52]、生物礁[53]和碳酸盐台地[54-55]等环境取得重要进展。
1.4 量化发展阶段21世纪以来，计算机技术和现代观测技术日趋完善。在这一时期比较沉积学虽然仍有大量描述性的总结工作，但在定量化方面不断提高，比较沉积学进入了量化发展阶段。2004年，Tye[56]通过对现代河流、三角洲基础数据统计分析，与测井、岩心资料相结合，建立了三维储层地质模型，从而实现了对地下储层构型的推断预测。从露头获得的相带尺寸、相带方向等统计信息，可以应用到使用地质统计学方法建立相序的工作中[57]。2010年，Harris[58]运用现代类比物划分和量化碳酸盐岩储层中的沉积相模式时，量化了Exumas砂体的尺寸、形状、走向和分布，给出了砂体尺寸的统计学关系，并用现代碳酸盐类比物进行了油藏描述和建模。同年，张昌民等[59]将Google Earth软件应用于地质学领域，对洞庭湖、鄱阳湖进行了现代沉积研究；此后多位学者利用Google Earth测得河流宽度和点坝长度等基础数据，并基于Google Earth软件建立定量地质知识库，指导了地下储层构型的构建[60-61]。
2 比较沉积学的概念体系按照亚里士多德工具论所建立的形式逻辑，描述或者限定一个事物，并阐述其概念体系的时候，应该从定义、前提条件、特征、分类以及原理这几个部分进行论述。本文将从这几个方面系统地论述比较沉积学的概念体系。
2.1 比较沉积学的定义及前提条件“比较沉积学”作为一种开展沉积学研究的工作方法，它的概念源自19世纪末的“比较岩石学”，随着比较沉积学的发展，不断地在修改限定。Callaway[19]提出的“比较岩石学”，处于岩石学的范畴，是将沉积岩在岩性、结构构造、序列以及物源等维度上综合类比分析。Boer、梁瑞仁等[30-31, 33]限定的“比较沉积学”，则延伸到了沉积学领域，是在岩石学的基础上，综合分析其沉积过程，并涉及了动力学机制。随后，何起祥等[6]限定的“比较沉积学”则是在相模式的基础上，开展模式比较，并且特别强调沉积相的“描述—解释—推断预测”这一工作思路。
在对“比较沉积学”定义的追索过程中，发现前人[6, 19, 30-31, 33]把这个概念主要限定在古代沉积物的解释推断上，特别集中在沉积相的解释推断上，而对现代沉积和计算机模拟反演等方面的工作未限定在定义中，并且针对定义本身也缺乏明确的、逻辑学意义上的限定陈述。另外，对于比较沉积学来说至关重要的，3个一脉相承的概念——相、沉积相、相模式，在沉积学的演进中，人们的理解也并不完全一致。比如：沉积相是沉积岩石组合+环境的总和[62]。“总和”这一表述的限定是否准确，如果准确，那么它是否包含岩石某一参数，比如孔隙度的时空展布，但是我们一般的工作中并不将孔隙度的展布当作沉积相的一部分；如果是“总和”，那么测井相和地震相与沉积相是隶属关系还是平行关系[63]，或者说某一独立的，不依赖沉积岩和沉积环境的描述、识别而建立起来的孔隙度的时空展布，是否可以算作沉积相。特定的或地方性相模式算不算真正的相模式[64]；相模式判别环境或解释水动力条件是否总是有效[6, 65]。这些问题在不同的学者眼中是不同的。那么在比较沉积学的定义中使用这些概念，将会影响定义的限定者传递给读者他想要表达的全部信息。因此，该定义应选用更底层的概念来支撑。
根据比较沉积学一百多年的发展史，我们可以归纳出比较沉积学的共性。首先它一定会包含两个步骤，一是运用比较的方法针对沉积物的某些特征建立模型，二是使用这个模型去推断预测。其中沉积物可以是古代沉积岩，可以是松散的现代沉积物，也可以是悬浮在流体中的颗粒群，还可以是虚拟地存在于计算机内存中的数组。其次，在整个比较的过程中一定会出现比较对象和被比较对象。比较对象的变量容易获得且能够规律化、建立模型，而被比较对象的变量难以获得或其整体的展布处于未知状态。最后，认为比较对象和被比较对象具有相同的规律，可以类比。
因此，本文认为比较沉积学的前提条件是：1)研究对象是沉积物及其沉积过程；2)研究对象在所要研究的时空尺度下是有序的或有规律的[6]。在这两个前提条件下，将这个概念定义为：比较沉积学是通过比较对象所选变量的时空展布建立模型，利用该模型推断预测被比较对象因变量时空展布的沉积学分支学科。
定义中含有两个支撑概念：模型和变量。模型是与原型并列的概念。原型是指人们在现实世界里关注、研究或者从事生产、管理的实际对象。模型是指为了某一特定的目的，将原型的某一部分信息简缩、提炼或抽象而构造的原型替代物。定义中的模型可以是直观模型、物理模型、符号模型、数学模型甚至是思维模型。变量是指实际对象在性质、数量、强度和程度等方面可发生变化的特征或属性。变量中包含自变量和因变量。因变量是由自变量发生变化而产生变化的变量。定义中的变量可以是定性的也可以是定量的。
2.2 比较沉积学的特征根据比较沉积学的定义及其共性，本文认为一个完整有效的比较沉积学工作过程应具有以下特征：
1) 比较对象的所选变量已获得或容易获得，而被比较对象的因变量未(全部)获得或难以获得；2)比较对象和被比较对象可以是同一事物的局部和整体，可以是不同事物之间，也可以是一个事物的局部与另一个事物的整体，还可以是多个事物之间；3)比较对象和被比较对象在动力学机制上是一致的或相似的；4)变量必须是客观的，并在现阶段是可描述的；5)所有变量必须在所要研究的时空尺度下，与研究对象的动力学机制有关；6)使用的变量尽量在所要研究的时空尺度下，是相互独立的；7)使用比较对象所选变量的时空展布建立模型；8)模型必须在所要研究的时间尺度下，具有不变性或稳定性；9)利用模型推断预测被比较对象因变量的时空展布。
其中所建立的模型可以是定性的，也可以是定量的；推断预测的因变量时空展布可以是定性的，也可以是定量的，也就是说推断的结果可以是被比较对象的某种属性特征，也可以是某种规律。而且从比较沉积学定义和特征可以得出这样一个推断，那就是比较沉积学的工作过程中必须存在比较建模和推断预测这两部分，这是它的核心特征。在与沉积学有关的研究工作中，满足定义的限定，具有这些特征的工作过程就是比较沉积学的范畴。根据形式逻辑的观点，想要高效和准确地分析研究某项事物，需要将其和其相似的事物区分开来。在以往的研究中，比较沉积学和现代沉积学、实验沉积学、事件沉积学等沉积学亚类的边界比较模糊。现在通过其定义和特征，可以将比较沉积学与这些沉积学亚类作出很好的区分。
2.3 比较沉积学的分类把研究目标放在不同空间或不同坐标系中投影分类，是分析该目标控制因素、成因机制的有效办法。因此从多个角度对比较沉积学进行分类，可为探讨其原理提供帮助。本文从研究对象、研究方式和定量化程度等几个方面对比较沉积学进行分类。
根据研究对象不同，可以分为2大类：1)碎屑岩比较沉积学，包括河流、湖泊、冲积扇和三角洲等环境，其沉积物搬运过程往往受水动力条件和流体黏度影响；2)碳酸盐岩比较沉积学，包括生物礁、微生物碳酸盐岩和碳酸盐台地等，动力学机制往往受到碳酸盐岩生长速率、沉积位置以及海平面变化的影响。
根据建模着眼点不同，可以分为3种：1)以自生旋回为基础建立模型，往往以地方性模式[66]或理想相模式为依托建立模型开展推断预测[67]；2)以他生旋回为基础建立模型，往往以层序格架内的沉积体系的动态变化为依托建立模型开展推断预测；3)以自生旋回与他生旋回的耦合为基础建立模型，往往以基准面抬升速率的变化，造成相同沉积体系不同响应特征为依托建立模型开展推断预测，或者基准面的变化对原有沉积体系的改造为依托建立模型开展推断预测。
根据研究方式，可以分为4种：1)相模式分析法，基于岩心和测井等基础资料，对现代沉积区和露头区进行地方相模式分析，建立相模式，通过古今类比对各类典型环境的沉积记录进行综合解释；2)几何形态分析法，通过高分辨率影像资料或高精度露头资料等，测量分析其几何形态，建立模型，进而定量预测砂体规模、展布和形态等信息；3)沉积载荷分散体系分析法，通过粒度分析和悬沙分析等方法来解决水动力条件、物源和环境等问题，建立基于砂体运移过程的模型，从而预测沉积物的分散体系；4)模拟重构法，通过水槽实验或数值模拟，模拟沉积物的运输、堆积过程，对参数信息获取较少的砂体进行预测。
根据量化程度，可以分为3种：1)定性，类比的变量为宏观的或描述性的沉积特征、水动力条件以及环境条件等内容[50]；2)半定量，进行类比时，在定性的基础上，考虑变量间的组合关系，并对砂体的尺寸、形态和分布等信息给出一定的量化描述[68]；3)定量，利用比较对象的定量数据进行模型建立，对被比较对象内部的级次性和结构性变量进行定量表征[61]。
2.4 比较沉积学的基本原理比较沉积学是采用比较学为工具的沉积学分支。而比较学的核心是逻辑学中的类比而不是逻辑学中的比较。比较是辨别事物之间的异同点，而类比是在比较的基础上对某种未知作出推断[69]。类比广泛地使用在地质学的各个领域，最经典的莫过于“将今论古”。类比是一种或然性推理[70]，因此从本质上讲比较沉积学的工作过程也是一种或然性推理。与其他领域的类比不同之处在于，比较沉积学是研究自然界中沉积记录和沉积过程的或然性推理方法，它遵循沉积学的内在规律。
无论是古代的沉积记录还是现代的沉积记录，在一定的时空尺度下均表现出明显的旋回特征[6]。而这种旋回性，是由沉积系统本身的自生旋回和沉积系统之外的，幕式扰动产生的他生旋回共同叠加的结果[71-72]。沉积系统特定环境中的自生旋回一直是沉积学界研究的重点，其中Walther相律和Walker的相模式是自生旋回研究的经典。有些研究者发现很多地区相带和物性的展布均与沉积系统的自旋回有关，认为Walther相律和Walker的相模式是比较沉积学的基础理论[6]，由此开展了相当数量的、以自旋回沉积特征为基础的比较沉积学工作[68, 73]。甚至有部分学者有这种倾向，认为比较沉积学就是研究沉积体系自旋回特征的沉积学分支。
但实际上Walther相律和Walker的相模式都是比较沉积学的研究成果[3, 18]。随着高分辨率层序地层学和旋回地层学的发展，运用层序地层学方法，识别出等时面、不整合面、沉积间断以及沉积体系随着时间的变化而进行的动态分析，建立动态概念模式[28, 74]。这些动态模式对储集相带及其物性的展布提供了很好的预测[75]，并且在沉积体系的详细内部结构和成岩变化的认识上，也取得了长足的进展[28, 76]。层序结构的变化是受他生旋回控制。因此，不仅自生旋回是比较沉积学的研究范畴，他生旋回以及自生旋回和他生旋回的耦合也都是比较沉积学的研究范畴。
所有有效的类比，都是建立在类比对象和被类比对象本质属性(动力学机制)一致或相似的基础上。自生旋回和他生旋回是形成沉积记录的控制因素，是沉积过程中动力机制规律性变化的具体表现。那么，有效的比较沉积学过程，就一定是建立在比较对象、被比较对象自生旋回和他生旋回识别的基础上，然后，分析所求因变量的时空展布是受何种因素控制，是沉积系统的自生旋回，还是他生旋回，或者是自生旋回与他生旋回的耦合；继而选定变量建立模型，最后开展推断预测。
因此，参照其他类比推理的一般性原则[69-70]，在所研究对象是可规律化的前提下，开展比较沉积学的工作应遵循：1)在自生旋回和他生旋回识别的基础上开展类比工作；2)比较和被比较对象之间，其动力学机制的相似度越高越好；3)尽量增加建立模型时使用的样本数量；4)变量的选择应与比较所涉及的动力学机制有关；5)当有多个变量时，变量之间越独立越好；6)比较和被比较对象之间的差异能忽略最好，如果不能忽略，则应该尽量在比较过程中量化考量；7)推断预测的结果，其精度应适宜，精度越高或推断的结果越大胆则可信度越低。
3 比较沉积学的研究方法比较学的研究方法按照路径可以分为直接比较和渗透比较[38]；按照比较空间可分为基空间比较和复空间比较[77]；按照比较信息涉及维度可分为二维、三维或多维比较[78]；按照推断结果可分为属性比较和关系比较[70]。在一百多年的历史中，随着沉积学的发展，它和比较学之间的交互是一个渐进的过程，按照历史沿革，形成了自己独立的研究路径，主要有相模式分析法、几何形态分析法、沉积载荷分散体系分析法和模拟重构法等，这些研究路径往往包含一种或几种比较学的工作方法。在实际工作中，这些研究方法往往和层序地层学方法联合使用。
3.1 相模式分析法相模式分析法是使用最早的比较沉积学方法，衍生出很多变种。在模型建立阶段主要有两种：1)使用岩石露头或者钻井及地球物理资料建立相模式；2)在使用岩石露头或者钻井及地球物理资料的基础上，针对现代同类沉积展开工作，进行古今类比，建立相模式。在推断预测阶段主要有3种：1)使用相模式推断平面相带的展布；2)开展基于地质统计学的随机模拟，预测储层及相关物性的展布；3)开展相控地震反演预测砂体及相关物性展布。相模式分析法按照比较学的分类应该属于直接比较、复空间比较、多维比较和属性比较。本文仅简要介绍模型建立的概略步骤，预测阶段的随机模拟和相控反演等内容篇幅较大，请读者自行查阅相关文献。
建立相模式可以简单地根据沉积序列定性的建立相模式，也可以半定量—定量地建立相模式。这里简要介绍半定量—定量的建立相模式的一般概略步骤：1)综合分析沉积相确定状态种类；2)利用沉积相交互分布及其他相标志得到相变数；3)利用相变概率公式求得转移概率P和随机相变概率Q，从而求得P、Q相变概率差，差值范围在－1~1之间；4)根据经验在差值中选取合适门槛值，去掉小于门槛值的相变，即可得到相变关系图；5)根据相变关系图中的沉积相变化建立相模式[79]；6)还可以进一步标定地球物理资料[80]，或者综合分析相模式与物性等属性之间的关系，建立地球物理模型或数学模型[81]。
进行古今类比的建模方式与一般概略步骤相比，仅在相模式建立上有差异：在依上述方法建立相模式之后，该相模式无法满足后期推断预测的精度要求，则使用该沉积相相似的现代沉积环境，通过类比现代沉积物类型、粒度和平面展布等方面的属性，分析其控制因素，然后建立更高精度的相模式[82]。
3.2 几何形态分析法几何形态分析法产生较晚，是在计算机软硬件技术发展到较高阶段才逐渐完善的一类研究方法。该方法大量使用定量几何形态数据建立模型，进而实现对地下砂体的定量预测[61]，其着眼点主要在沉积体的外部几何形态和内部几何结构上[83]，从本质上说，它属于广义相模式分析法。从数据来源、研究尺度和研究目的等方面分析，该方法可主要分为两种：1)通过高空影像资料进行沉积体系相-微相的几何形态分析，目前主要采用Google Earth卫星影像数据来进行测量统计；2)通过储层构型进行几何形态分析，从而实现对构型单元规模、构型要素的定量推断。几何形态分析法按照比较学的分类应该属于复空间比较、多维比较和属性比较。按照比较路径区分，影像分析属渗透比较，而储层构型属直接比较。
高空影像资料几何形态分析的概略步骤：1)利用Google Earth影像资料测量统计研究区各相、微相的几何参数[84]，采用最小二乘法拟合经验公式，描述参数间的相关性，建立地质知识库；2)解释测井资料得到地下砂体厚度H，去压实校正，恢复初始沉积厚度H0，将H0视为河道满岸深度，进而通过地质知识库中的经验公式求得不同级次的构型单元；3)结合地震属性和反演等资料，实现对地下砂体规模的定量预测[85]。
储层构型的概略步骤：1)进行沉积相分析；2)划分层次，进行层次界面描述(层次一般分为七级结构)[38]；3)对层次的几何形态、空间展布、接触关系及内部组构特征进行识别和划分；4)进行层次建模，包括油田规模层次、油层组层次和小层砂体层次；5)整合各模型，然后使用地质统计学方法随机模拟展开预测[86]。
3.3 沉积载荷分散体系分析法沉积载荷分散体系分析法主要是通过局部地区床砂载荷的粒度分析、悬沙粒度和浓度分析来获得现代沉积物的搬运过程、物源和水动力环境等的相关参数，从而预测现代水体中沉积物的运移过程。粒度分析是解释水动力条件的有效工具，沉积物粒度参数在空间上的展布和变化可以指示沉积物的净运输方向[46]。对于多物源、多因素控制的沉积物，可以用沉积物粒度混合分布模型分离多组分，然后分别讨论[87]。沉积载荷分散体系分析法按照比较学的分类应该属于直接比较、复空间比较、多维比较和属性比较。
概略步骤：1)划定剖面，等距离采样，利用激光粒度仪进行粒度测量得到粒径谱；2)进行组分分离，根据粒径谱特征划定组分数，取正态分布函数，参考粒度分布特征，设定函数参数；3)以各粒级的粒径为自变量，以粒级的百分含量为函数值，以拟合误差最小为目标，进行拟合，通过拟合计算从粒径谱中分离出每个单组分的粒度及其含量；4)根据每一粒度组分分析对应的水动力条件和沉积环境，从而推断预测沉积物的分散体系[88]。
3.4 模拟重构法模拟重构法是指通过模拟，比较原型与模拟结果的相似程度，从而对原型沉积时的变量进行推断预测。模拟结果和原型的相似性是模拟重构的核心，为最大程度保证其相似性，一般将x轴、y轴的比例尺控制在1:1 000之内，z轴的比例尺控制在1:200之内。目前已经开展模拟重构的参数包括粒度变化、砂体厚度变化、沉积相分布、渗流单元分布、隔夹层的连通性及连续性等。模拟重构法主要分为两类，一类是物理模拟[33]，另一类是数值模拟[40]。模拟重构法按照比较学的分类应该属于渗透比较、复空间比较、多维比较。按照比较路径区分，物理模拟属于关系比较，而数值模拟属于属性比较。
物理模拟概略步骤为：1)查明关键地质条件，包括区域构造演化、古地貌、沉积体系、物源及沉积物构成；2)将地质模型转化为物理模型，设计模拟试验参数，根据沉积体系确定物源个数与方向，根据古地貌确定原始底形坡降；3)按照来水期次进行实验，并进行切片分析，建立三维数据库；4)实验结果与真实砂体对比，得出可供推断的模型，对原型中的因变量进行推断预测[89]。
数值模拟概略步骤为：1)搜集研究区地质、水动力以及古地貌背景；2)建立模型网格，设定边界条件，筛选主控因素确定模拟方案，进行模拟；3)将模拟结果与现代同类沉积体对比，校正参数，改善模型，重新模拟；4)根据模型预测储层沉积特征以及砂体时空展布。
4 比较沉积学的研究成果比较沉积学是地球科学中最强大的智力工具之一，是建立在自生旋回、他生旋回识别上的或然性推理工具。自生旋回和他生旋回是控制沉积记录的一对矛盾。自生旋回空间由形成自生旋回的因素组成，他生旋回空间亦如此。自生旋回空间的元素和他生旋回空间的元素是互斥的。在一定的时空尺度下，自生旋回空间的元素有可能会在另一个时空尺度下成为他生旋回空间的元素，反之亦然。因此，在分析讨论的时候一定要重点关注所研究对象的时空尺度。对于具体的研究对象其时空尺度是稳定的，也就是说确定了研究对象，也就确定了研究的时空尺度。比较沉积学普遍适用于硅质碎屑沉积，并且在碳酸盐岩的研究方面也取得了大量的成功，成为碳酸盐岩解释的重要方法。本文从自生旋回和他生旋回的角度介绍河流、扇体、生物成因和化学成因碳酸盐岩等几个方向的研究成果。
4.1 河流比较沉积学河流相是比较沉积学研究最早、成果最突出的沉积环境。将某一地区特定的河流类型作为研究对象，河流系统的自生旋回就是河道的侧向加积。其相模式是侧向加积的产物。河流系统的他生旋回则主要表现为下切和垂向叠加。
Allen[23]提出的三维曲流河相模式已成为曲流河的理想模型，他将曲流河相进一步分成点砂坝、天然堤、决口扇、侧向加积复合体、泛滥平原以及河道冲刷与河床滞留沉积，又用河带宽度、河弯曲率半径、点坝宽度、侧积层水平宽度、侧积层倾角、河道满岸宽度以及河道满岸深度等参数刻画该系统(图 2)。前人已在河型、相模式、环境边界参数以及同种河型的古今类比等方面开展了大量工作[38, 50, 68, 90]。目前已提出大量储层构型的经验公式(表 1)。曲流河的宽度、深度和点坝跨度等参数间具有良好的相关性，可以用来定量分析单一曲流带、活动河道、点坝和侧积体等次级单元的几何特征[61]。受成岩作用的影响，古代沉积与现代沉积之间一定存在差异，但河流本身的环境属性、水动力过程和宏观特征等方面都是相似的[68, 96]。随着河流相自生旋回的深入研究，将现代河流与古代河流进行类比，已经不再是一个简单的“将今论古”，而是对于不同类型的砂体进行多尺度层次构型、几何形态以及旋回变化等方面的刻画[68]。建立更高精度的模型，能够更好地预测河流相储积体及其相关物性的空间展布[58]。
| 学者 | 经验公式 | 参数意义 |
| Leeder[25] | logW=1.54logWh+0.83 W侧=2/3W W=1.5Wh/tanβ |
Wh为满岸河道深度(m)； W为河道满岸宽度(m)； W侧为单一侧积体水平宽度(m)； β为侧积层倾角(弧度) |
| Leepold[91] | W=L/10.9×0.99 | L为河弯跨度，即曲流波长 |
| Bridge等[92] | α=Sm/1.8hm hm=2.22α1.32 Wh/hm=6 |
α为参数； hm为平均交错沙丘的厚度(m)； Sm为平均交错层厚度(m) |
| Lorenz等[93] | Wm=7.44W1.01 (k＜1.7) | Wm为单一曲流带宽度(m)； k为河道弯曲度 |
| 王海峰等[61] | Wm=7.00W1.06 (k＞1.7) | |
| 吴胜和等[94] | Lp=0.8531lnW+2.4531 | Lp为点坝长度(m) |
| 周银邦等[95] | β=32.966e-0.0966x | β为侧积层倾角(°)； x为河流宽深比 |
王海峰等[61]运用几何形态分析法，利用现代曲流河自旋回控制的几何特征进行储层构型，成功预测了古代砂体的规模和展布。Rust等[96]运用相模式分析法，将澳大利亚库伯溪现代网状河的自生旋回特征与加拿大新不伦瑞克古代网状河的自生旋回特征进行对比，推断后者也处于半干燥环境。刘君龙等[97]在川西中侏罗世前陆盆地的研究中运用相模式分析法和层序地层学方法，建立河流相模式，确认在基准面低频波动期，他生旋回控制河流自生旋回的活动空间，在基准面高频波动期，他生旋回控制河流自生旋回的几何形态，在识别自生旋回与他生旋回耦合的基础上建立模型，预测了砂体展布。
4.2 扇体比较沉积学扇体包括冲积扇和(扇)三角洲等，是重要的油气储集体，内部结构复杂、非均质性强，定性—半定量的研究居多。以扇体整体为研究对象的前提下，扇体的自生旋回主要表现为前积。前人主要从现代沉积、岩石露头、密井网剖析以及水槽实验等方面对扇体的沉积特征开展工作，取得了一系列的进展。
Spearing[98]提出的冲积扇理想相模式，包括扇根、扇中和扇缘。其中扇根主要发育泥石流和辫状河道沉积，扇中主要发育辫状河道和漫流沉积，扇缘主要发育细粒沉积(图 3)。印森林等[99]从自生旋回与他生旋回两个方面对冲积扇理想模式进行了完善。由牵引流和重力流控制的前积过程是冲积扇的自生旋回，由构造活动、物源供给和气候等外因造成的幕式扰动则是冲积扇的他生旋回。冲积扇自旋回的控制因素虽都与水道迁移有关，但在扇体轴向增长和横向展宽上有明显不同，其中轴向前积增长往往与单一主水道迁移有关，横向前积展宽往往与分叉式水道多次迁移有关。轴向前积引导扇体前积增大，横向前积控制扇体横向展宽，在垂直水流方向上形成一个上凸的顶面。
张阳等[100]在沧东凹陷内，针对小集油田枣Ⅲ—枣Ⅱ油组非均质性的研究中，分析了扇体自生旋回的控制因素，建立了碎屑流和牵引流共同控制的冲积扇相模式，运用几何形态分析法进行储层构型，实现了储层非均质性的预测，确定扇中内带是有利区。Jones等[101]运用相模式分析法对伊朗中部Kohrud山区的冲积扇进行研究，认为他生旋回的构造因素控制扇体的空间展布，他生旋回的气候因素控制扇体的空间序列，进而推断相带分布。
三角洲相模式是三角洲沉积系统前积自旋回的产物。无论三角洲的类型是否相同，三角洲在平行和垂直物源方向上是成比例生长的，利用这一关系建立的自生旋回模型可以预测三角洲及其砂体的空间展布。杜威[102]运用几何形态分析法和模拟重构法，测量了全球多个现代三角洲的几何参数，在三角洲宏观解释的基础上，通过主轴和次轴的回归方程建立自生旋回模式，成功预测了三角洲的规模、形态和类型。此外，Dijk等[73]运用模拟重构法，对具有恒定外部参数(流量、沉积物供给、海平面、构造运动)的扇三角洲进行水槽模拟实验，发现沿扇中线的漫流沉积和河道沉积交替变化是扇三角洲自生旋回特征之一，建立模型将实验结果应用于自然条件下的扇三角洲，预测了扇三角洲的形态、展布和水动力条件。陈戈等[103]运用模拟重构法和沉积载荷分散体系分析法，针对三角洲砂体发育的自生旋回，采用泥沙冲淤动力学模型进行数值模拟，识别出5种主要沉积单元，较好地揭示了扇三角洲的发育过程，预测了砂体的几何形态。
4.3 生物成因碳酸盐岩比较沉积学 4.3.1 生物礁作为比较沉积学的重要组成部分，通过现代生物礁类比古代生物礁，使之能够对古礁作出合理的解释。生物礁碳酸盐岩是最重要的海相油气储层之一，开展生物礁碳酸盐岩方面的比较沉积学工作可以为油气的勘探开发提供重要的支撑。
生物礁是一种特殊的碳酸盐岩，由生物生长堆积而成。以生物礁作为研究对象，其自生旋回受生物的生长繁育控制。而生物礁的他生旋回则是由水温、盐度、溶氧量、水深、透光度、海平面升降以及季风、洋流、热带气旋和太阳辐射等因素的幕式扰动控制。Longman[37]类比现代台缘礁建立的生物礁相模式，将其分为前礁、礁核和后礁3个单元，其中前礁包括前缘斜坡的近端堆积以及末梢堆积，礁核发育生物礁格架，后礁则发育礁坪以及潟湖微相。一个发育完整的生物礁组合，在垂向剖面上从底到顶通常可区分出礁基、礁核、礁坪和礁顶等4种微相，在横剖面上可划分出礁核、礁翼、礁间海、礁前斜坡等微相。
张明书[104]利用相模式分析法和层序地层学方法，类比了现代礁和古代礁以及台缘生物礁模型，对生物礁进行分类(表 2)，并根据海侵和海退等他生旋回的变化和礁体自生旋回特征的耦合，提出了从沉积序列、岩类学、等时面、相界面几个方面对古代礁进行识别和相带预测。此外，Purkis[105]运用几何形态分析法，通过观测现代珊瑚礁的沉积序列及其随时间变化的自生旋回特征，利用遥感技术建立知识库，实现了对古代礁丘形态、分布的预测。
| 分类依据 | 生物礁类型 | ||
| 生长环境 | 陆缘浅海生物礁 | 陆架外缘海生物礁 | 远洋生物礁 |
| 形态 | 岸礁、堡礁 | 岸礁、堡礁、台礁、环礁 | |
| 成熟度 | 不成熟、成熟、超成熟 | ||
| 沉积序列 | 海侵型(退积序列)、海退型(进积序列) | ||
| 与海平面变化的关系 | 适应型、过渡型、滞后型 | ||
| 造礁生物类型(取决于造架生物) | 分层孔虫礁、海绵礁、珊瑚礁等 | ||
研究表明，微生物碳酸盐岩是微生物与沉积环境相互作用形成的产物，能够形成重要的烃源岩和良好的储层。其自生旋回和他生旋回与生物礁类似。将比较沉积学思路运用于微生物碳酸盐岩研究中，通过类比微生物碳酸盐岩现代沉积机理，推断古老微生物碳酸盐岩早期成岩过程以及沉积标志等，已经成为碳酸盐岩研究的热点问题[106-107]。
微生物碳酸盐岩种类繁多，主要岩石类型包括叠层石、凝块石、树枝石和均一石等，其中叠层石为前寒武系最重要的岩石类型之一[108]。Mettraux等[107, 109-110]以威尔逊碳酸盐岩台地模式为例，提出微生物碳酸盐岩沉积模式，认为不同沉积结构的微生物碳酸盐岩具有很好的沉积相带分异性(图 4)。蒸发台地主要发育潮上带的潟湖环境，树枝状凝块岩和锥状叠层石等常见，如阿曼中部地区新元古代—早寒武世潟湖环境发育树枝状凝块岩[109]，也有部分树枝状凝块岩形成于潮下带，如美国加利福尼亚寒武系凝块岩[110]。局限台地主要发育潮间带和潮下带，多发育丘型和波状叠层石，温度适宜、盐度较高(＞4.5%)、水深较浅(0到几米)的特性决定了微生物碳酸盐岩在此最为发育，如湖北松滋地区下奥陶统叠层石，潮间带上部发育层状叠层石，中部发育丘状、波状及凝块状叠层石，下部发育柱状叠层石[111]。扬子克拉通中元古界神农架群叠层石，潮间带发育层状和穹状(丘状)叠层石，潮下带发育叠层石丘。向盆地方向延伸，依次为开阔台地、台缘、斜坡及陆棚环境，海水盐度逐渐降低，主要发育黏结岩、凝块岩和层纹岩等。
常玉光等[112]运用相模式分析法，通过观察我国现代淡水叠层石、盐湖和局部海相叠层石微生物席的生长的自生旋回过程，发现丝状蓝细菌为共有的造席生物，类比现代叠层石与古代叠层石微观、宏观结构高度相似，推断古代叠层石造席生物也与丝状蓝细菌相似。温志峰等[113]运用相模式分析法，根据叠层石生长的沉积特征和形成方式等自生旋回特征与环境影响等他生旋回特征，对柴达木盆地发育的3类中新世叠层石(骨架、凝集和细粒)进行模式总结，类比前寒武纪时期的叠层石，从而推断了前寒武纪时期的水体条件。
4.4 化学成因碳酸盐岩比较沉积学虽然在寒武纪之后，碳酸盐岩的成因多与生物有关，但是化学析出依然是碳酸盐岩最广泛的造岩过程。特别是在很多生物成因的碳酸盐岩里依然会存在一定比例化学成因的碳酸盐岩。在以整个浅水碳酸盐岩台地作为研究对象时，碳酸盐岩的生长析出和海面到浪基面的水流能量强度随深度的变化控制其自生旋回，而海平面、气候、台地的构造沉降控制其他生旋回。由于油气勘探开发的需求，浅水碳酸盐岩一直是比较沉积学研究的一个重点，有很多学者喜欢在巴哈马滩寻找现代沉积的类比物。
Wilson[114]提出经典的碳酸盐岩台地沉积相模式，将低能—高能—低能相邻的三大沉积区细分为9个相带，24个微相。自生旋回的因素因为碳酸盐沉积物的生成而相互作用。碳酸盐岩的沉积可以改变一个区域水的流动路径，而水流量的变化改变盐的过饱和度，进而影响其生成量，从而导致地形的相对变化，反过来再次影响水的流动路径[115]。在此自旋回过程所涉及到的因素有：海底地形、正常浪基面和风暴浪基面的垂向分界线、沉积物侧向差异等[62]。
Osleger等[116]运用相模式分析法和几何形态分析法，研究墨西哥北部阿尔布阶台地边缘体系，根据自生旋回侧向加积与他生旋回幕式扰动的耦合过程，建立了白垩系碳酸盐岩储层的露头类比模型，其中Las Pilas斜坡沉积体具有渐进式侧向加积和向海进积的特点，从而预测了波斯湾Shuaiba组和Mishrif组储层的规模和几何形态。Smith等[117]运用相模式分析法和层序地层学方法，研究了怀俄明州和蒙大拿州麦迪逊组白云岩，根据白云岩自生旋回的渗滤回流和海进他生旋回的交替出现，建立了白云岩化模型，推断麦迪逊组有利储层的位置是斜坡中部的粒屑灰岩通道，从而预测了白云岩储层的品质和分布。Purkis等[118]运用相模式分析法和几何形态分析法，针对鲕粒岩生长的自生旋回过程，将迈阿密鲕粒岩的尺寸、形态和方向的定量数据与大巴哈马滩的3个现代鲕粒滩对比，认为Exumas鲕粒滩是最佳类比物，从而推断了迈阿密鲕粒岩的沉积物充填方式和沉积特征，为研究地下储层和建模提供了新的视角。
5 比较沉积学的限制因素及发展方向 5.1 比较沉积学的限制因素比较沉积学目前广泛应用于沉积相模式建立和验证、沉积相带的预测、储层及其非均质性的预测。特别是后者，更是油气勘探开发过程中的重点。但是在进入21世纪后比较沉积学的发展逐渐放缓，这是因为比较沉积学虽然具有很多独特的优势，但是也存在很多限制因素，而且有些限制因素甚至阻碍了沉积学的发展。
首先是比较沉积学的核心问题，就是类比的有效性和准确性的问题。我们将现代沉积或者实验沉积与古代沉积相类比，但在比较对象和被比较对象之间存在非常多的差异，比如说它们所处外部条件有所不同：构造背景、古气候、海平面与古大陆条件、古生物群落和物理化学环境[28]，而且古代沉积还会遭受一系列成岩作用，发生一系列的物理化学变化[28]。这些差异作用在沉积记录上，必然会造成比较对象和被比较对象之间的差异，影响类比的有效性和准确性。
其次是工作人员不能主动明确地使用比较沉积学的原理和方法开展工作。比较沉积学的概念体系一直以来都缺少按照形式逻辑的体系进行的系统总结，也没有明确比较沉积学应该在自生旋回和他生旋回识别的基础上建立模型，开展类比。这将大大影响开展比较沉积学的效率和目的性。
第三是沉积体系在不同尺度下的自生旋回和他生旋回的识别和刻画存在不足。在自然界中从相到微相的变化是连续的，而目前的刻画是割裂的，分尺度进行的。从各种相到微相，其控制因素的分析和量化，以及不同尺度下各种控制因素在自生旋回空间和他生旋回空间的归属，这些工作目前都没有系统开展。而且如何将不同尺度的特征容纳在完整统一的框架内也是一个非常重要的问题，目前我们还没有找到有效的数理工具。
第四是比较沉积学推断预测结果的精度不能满足相关矿产开发的需要。随着国民经济的发展，目前开展的定性的、半定量的和一定精度下的定量预测，特别是在很多预测过程中，大量使用物探资料导致的误差传递和误差放大[61]，已经越来越难以满足生产开发的需要。这对比较沉积学的预测工作提出了更高的要求。
5.2 比较沉积学的发展方向随着矿产资源勘探开发的不断深入，各种复杂地质问题的出现，不断地推动着技术方法的发展和进步。对于比较沉积学来说，就是希望它的预测更加准确，工作过程更加高效。根据比较沉积学面临的问题，提出以下几点展望：
1) 不断加强沉积过程边界条件方面的研究。只有不断开展边界条件机理方面的研究才能更好地将比较对象和被比较对象之间的差异进行量化考量，才能更有效地开展类比工作。
2) 相关人员能有意识地主动使用比较沉积学的原理和方法，主动地从自生旋回、他生旋回以及自生旋回和他生旋回耦合的角度去寻找变量的展布规律及其演化过程，系统地使用比较沉积学的研究方法才可以更有效地推断预测因变量的时空分布。
3) 对同一种沉积体系开展不同尺度下的比较沉积学研究，并寻找有效的数理工具将其容纳在统一的框架下综合解释。
4) 将传统的方法与新技术相结合，不断提高模型和预测的精度。特别是开展建立典型环境定量地质知识库，相控反演和基于比较沉积学的地质统计学模拟。
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