秦國省,吳勝和,鄭聯勇,喻　宸1,

（1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；3.中國石油玉門油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅酒泉735200）

基于沉積過程的三角洲前緣河口壩儲層構型精細分析
——以老君廟油田L11小層為例

秦國省1,2,吳勝和2,鄭聯勇3,喻宸1,3

（1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；3.中國石油玉門油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅酒泉735200）

應用老君廟油田較豐富的鉆井資料和多年積累的地質研究成果，從沉積過程角度出發(fā)，對其河口壩較發(fā)育的L11小層進行了儲層構型研究，并對基于沉積過程的河口壩儲層構型分級系統(tǒng)進行了探討。該系統(tǒng)以末端水下分流河道控制形成的單一成因河口壩為三級構型單元（同時也是基本的研究單元），以主干水下分流河道控制形成的單一成因河口壩復合體為四級構型單元，以多個主干水下分流河道控制形成的河口壩復合體為五級構型單元。確定了單一成因河口壩的識別標志，在研究區(qū)共識別出14個單一成因河口壩。在此基礎上，通過橫切物源剖面及順物源剖面確定各單一成因河口壩沉積的先后順序，結合三維綜合分析，最終闡明了各單一成因河口壩的時間演化序列。在沉積學原理的指導下，恢復了研究區(qū)復合河口壩的形成過程，明確了河口壩的規(guī)模及河口壩間的疊置樣式與其形成過程間的耦合關系。

三角洲前緣；河口壩；沉積過程；儲層構型；老君廟油田

0　引言

河口壩為三角洲沉積體系中主要的構成單元之一［1-3］，同時也是重要的油氣儲層。前人對河口壩露頭及地下儲層作了大量的研究，取得了豐碩的成果［4-7］。近年來，隨著老油田開發(fā)的需要，前人對河口壩儲層精細研究已形成了較完善的、以構型為主導的研究方法［8-10］。儲層構型分析方法為河口壩儲層精細描述提供了系統(tǒng)的分級控制的研究思路和模式擬合與多維互動的研究方法，對儲層內部單一砂體的形態(tài)、規(guī)模、方向及其相互接觸關系進行了詳細的刻畫，對高含水期油田開發(fā)方案調整及剩余油預測均奠定了重要的地質基礎。然而，儲層構型分析側重于將具有宏觀一體性的儲層進行細分，割裂了各儲層構型單元之間的關系（尤其是內在成因關系），同時儲層構型分析強調對地質體的精細刻畫，而對其地質成因未作過多的探索，不利于深入揭示其形成機理。沉積過程分析在一定程度上再現了儲層的演化過程［11-13］，將沉積過程融入到儲層構型分析之中，既可以檢驗儲層構型分析結果的合理性，重塑儲層內部結構，又可以實現從儲層客觀描述到形成機理解釋的轉變，進一步加深儲層研究的認識。

筆者以老君廟油田L11小層為例，應用其70余年開發(fā)積累的巖心、鉆井資料和研究成果，在儲層構型分析的基礎上結合沉積學基本原理及前人水槽模擬成果［14］，通過多剖面及三維可視化分析，建立各單一河口壩的時間演化序列，探討復合河口壩的形成過程，明確單一河口壩規(guī)模及不同河口壩間的疊置樣式與沉積演化過程的關系，以期為研究區(qū)下一步開發(fā)方案調整提供依據，同時加深對河口壩儲層研究的認識。

圖1　老君廟油田構造位置（a）及地層系統(tǒng)（b）Fig.1　The structural location（a）and stratigraphic system（b）of Laojunmiao Oilfield

1　地質概況

老君廟油田位于酒西盆地南部逆沖推覆帶中部，為酒西盆地主要的油氣聚集帶［15-17］［圖1（a）］。老君廟油田為該構造帶中油氣儲量最豐富且開發(fā)最早的油田，其構造為一完整的不對稱穹窿背斜，軸向為北西—南東向，北翼受廟北1號區(qū)域斷層切割，構造較陡，南部構造較平緩，構造高點海拔約2 250 m，閉合高度約700 m。

L層屬漸新統(tǒng)白楊河組間泉子段，其頂部為石油溝段B-C層較厚的棕紅色泥巖（全區(qū)的標志層），底部為L-M層較穩(wěn)定的棕紅色含鈣泥質粉砂巖。L層為一套砂泥巖間互的河流—三角洲沉積，巖性以棕紅色細砂巖和粉砂巖為主，局部含礫狀砂巖和礫巖。根據巖性及旋回性特征自下而上可劃分為5個砂組（L5～L1砂組）和20個小層［圖1（b）］。L5～L3砂組以辮狀河沉積為主，L2砂組發(fā)育辮狀河三角洲平原沉積，L1砂組發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，自下而上構成了辮狀河—辮狀河三角洲的完整沉積序列。其中，L1砂組主要發(fā)育水下分流河道、河口壩及水下分流間灣沉積。水下分流河道以暗棕紅色中—細砂巖為主，可見泥礫及河道沖刷特征，垂向上以正韻律為主；河口壩以棕紅色細砂巖為主，分選與磨圓均較好，整體呈反韻律；水下分流間灣以發(fā)育較純的棕紅色泥巖為主，其間多夾薄層青灰色粉—細砂巖（圖2）。L11小層河口壩較發(fā)育，呈近連片狀分布，為此次研究的目的層段。研究區(qū)沉積時的古地形較緩，水下分流河道能量總體較弱［17］，湖浪及水下分流河道對先期形成的河口壩的改造作用均較弱，使得河口壩得以較完整地保存，為此次沉積過程分析提供了物質基礎。同時研究區(qū)（面積為21 km2）自1941年開發(fā)以來，有探井及開發(fā)井共計800余口，平均井間距離為100～150 m，各時期測井資料較全，為此次研究奠定了良好的資料基礎。

圖2　老君廟油田主要沉積微相類型測井及巖心特征Fig.2　Core characteristics and log response of main sedimentary microfacies in Laojunmiao Oilfield

2　構型級次劃分

隨著老油田開發(fā)的需要，近年來眾多學者對河口壩儲層開展了儲層構型的精細研究，在構型級次劃分方面基本取得了較統(tǒng)一的認識［6］，即以單一河口壩作為四級構型單元，并以此為基礎將多個單一河口壩的復合體作為五級構型單元，以單一河口壩內部隔夾層限定的河口壩內部增生體作為三級構型單元。本文在Miall［10］提出的構型分級的基礎上，借鑒前人研究成果，從沉積成因的角度出發(fā)提出了基于沉積過程的構型分級方案。該方案將單一成因河口壩作為基本研究單元（三級構型單元），將單一主干水下分流河道（初始入湖分流河道）控制形成的單一成因河口壩復合體作為四級構型單元，將多個主干水下分流河道控制形成的近連片復合河口壩作為五級構型單元（表1）。

表1　本文構型分級系統(tǒng)與前人分級系統(tǒng)對比Table 1　Comparison of architecture classification system

單一成因河口壩由單個或相鄰多個末端水下分流河道控制形成［18-19］，其為河口壩初始形成的沉積單元，也是河口壩成因分析的最小沉積單元，相當于前人分級系統(tǒng)中的河口壩內部增生體。末端水下分流河道延伸入湖能量基本消耗殆盡，攜帶的沉積物卸載形成單一成因河口壩，其規(guī)模一般較小，但后期較易受改造。

單一成因河口壩復合體受控于單一主干水下分流河道［20］，由若干單一成因河口壩復合而成。主干水下分流河道為初始入湖水下分流河道，并一直向沉積中心延伸直至演化為末端水下分流河道，為沉積物向沉積中心輸送的主要通道，其攜帶的沉積物充足，在一定條件下發(fā)生分支，進一步擴展了河口壩的范圍，形成單一成因河口壩復合體。

復合河口壩為三角洲前緣眾多主干水下分流河道控制形成的河口壩復合體，相當于前人分級系統(tǒng)中的單一河口壩復合體，眾多主干水下分流河道在水下側向遷移，形成的河口壩相互疊置拼接，最終形成近連片的復合河口壩。

3　河口壩內部構型分析

3.1單一成因河口壩復合體的識別

單一成因河口壩復合體由不同主干水下分流河道控制形成。由于不同主干水下分流河道所攜帶的沉積物的數量存在差異和水動力條件不同均可造成其沉積特征不同，主要表現為主干水下分流河道控制的河口壩的展布方向不同以及河口壩規(guī)模不同，據此可識別為單一成因河口壩復合體。同時單一成因河口壩復合體間多以分布較廣泛的水下分流間灣泥巖相隔擋，廣泛分布的水下分流間灣泥巖亦可作為單一成因河口壩復合體的識別標志。

結合上述單一成因河口壩復合體沉積特征及識別依據，通過剖面分析確定老君廟油田L11小層主要發(fā)育3個單一成因河口壩復合體（圖3），分別位于研究區(qū)北東部、中部和南西部。北東部單一成因河口壩復合體在研究區(qū)內分布較局限，向北延伸出研究區(qū)，中部和南西部單一成因河口壩復合體均由同一主干水下分流河道控制，入湖延伸一段距離（約2 km）后進一步演化為2條主干水下分流河道，中部水下分流河道控制的河口壩基本沿南東—北西方向覆蓋全區(qū)，南西部主干水下分流河道進一步向西遷移，其控制形成的河口壩向西延伸出研究區(qū)。

3.2單一成因河口壩的識別

單一成因河口壩是沉積過程分析中所能表征的最小沉積單元，因此單一成因河口壩的準確識別是之后沉積過程分析的基礎。在上述單一成因河口壩復合體識別的基礎上進一步識別單一成因河口壩，主要包括其發(fā)育位置的確定（定位）和范圍的確定（定邊）2個方面。

3.2.1單一成因河口壩位置的確定

河口壩是由水下分流河道攜帶的沉積物在末端卸載并不斷前積與堆積而成的沉積體，其中部（壩主體）厚度較大，向兩側（壩緣）逐漸減薄，據此特征可大致識別單一成因河口壩的位置。具體方法為：首先在目的層內部提取測井解釋的河口壩（包括壩主體和壩緣）砂體厚度進行平面插值成圖；然后根據砂體厚度分布特征圈定砂體厚度最大處為單一成因河口壩的壩主體位置；最后將砂體厚度減薄至最小處作為單一成因河口壩的大致邊界。通過該方法在研究區(qū)目的層基本確定了多個單一成因河口壩的位置（圖4）。研究區(qū)河口壩多發(fā)育于中部及近沉積中心的西部，中部河口壩規(guī)模較大，數量較少，西部河口壩規(guī)模較小，數量較多。

圖3　老君廟油田L11小層單一成因河口壩復合體分布Fig.3　The distribution of complex single bar of L11layer in Laojunmiao Oilfield

圖4　砂體厚度識別的L11小層河口壩分布位置Fig.4　Location of mouth bars of L11layer identified by using sandstone thickness

3.2.2單一成因河口壩邊界的識別

各單一成因河口壩間存在不同的疊置拼接關系，這將造成砂體厚度的疊加，因此上述定位方法僅能確定單一成因河口壩的大致位置，準確邊界的確定仍需借助其他標志。通過研究區(qū)連井剖面分析，筆者總結了單一成因河口壩邊界識別的3種標志。

（1）壩間泥巖

壩間泥巖往往為水下分流間灣沉積，代表了河口壩的未沉積區(qū)，說明河口壩發(fā)育的終止，因此壩間泥巖可作為單一河口壩邊界識別的標志［圖5（a）］。

（2）壩緣

壩緣代表了河口壩的邊部沉積，是單一河口壩的沉積邊界區(qū)，相鄰河口壩以壩緣接觸說明其邊界在此重合，指示了相鄰河口壩的邊界，因此壩緣的出現可作為單一河口壩邊界識別的依據［圖5（b）］。

圖5　老君廟油田L11小層單一成因河口壩典型識別標志及分布Fig.5　Identification signs and distribution of single bar of L11layer in Laojunmiao Oilfield

（3）壩體底面不等高程

河口壩的沉積是由水下分流河道攜帶的沉積物卸載堆積在前三角洲湖相泥之上形成的，湖相泥巖沉積一般代表一個等時界面，河口壩底面高程（河口壩底面距該小層底面的高度）的差異代表了不同時期的沉積事件，因此河口壩底面高程的差異可用來識別單一成因河口壩［圖5（c）］。

通過以上識別標志可進一步確定單一成因河口壩的邊界，同時通過剖面亦可將垂向上相互疊置的單一成因河口壩相區(qū)分。由目的層單一河口壩識別結果［圖5（d）］可知，研究區(qū)內共發(fā)育14個單一成因河口壩，其規(guī)模大小不等，最大可達4 km2，最小僅為0.2 km2，平均為1 km2。各單一成因河口壩平面形態(tài)各異，多數呈朵狀，亦可見長軸狀和鳥足狀。

4　河口壩期次分析

通過上述研究雖然明確了單一成因河口壩的空間分布特征，但對各單一成因河口壩的形成順序仍有待進一步分析。目前對于復合河口壩形成演化的研究多集中于沉積實驗模擬中［21-23］，而對地下地質體的研究較少，這是由地下地質體的復雜性和不確定性［24］（地質體空間分布的復雜性及資料的不確定性）導致的。本文將利用老君廟油田L11小層河口壩后期改造作用較弱、井網較密以及資料豐富的優(yōu)勢，通過多剖面與三維互動綜合分析的方法，建立研究區(qū)單一成因河口壩的時間演化序列，并最終分析復合河口壩沉積過程。

4.1橫向期次劃分

由于三角洲前緣河口壩形成時期不同，其底部湖相泥巖的沉積厚度也不同，造成河口壩底面高程不同。先期沉積河口壩底部泥巖厚度較薄，河口壩底面高程較小，后期沉積河口壩底部沉積泥巖厚度較大，河口壩底面高程較大，據此可在橫切物源剖面上對鄰近單一成因河口壩進行分期。在全區(qū)主要橫切物源剖面［圖6（a），剖面位置見圖7（a）］中可識別出4個不同的單一成因河口壩，右側單一成因河口壩底面緊鄰L11小層底面，為較早時期形成的河口壩，中部單一河口壩底面高程最大，為后期沉積產物，左側2個河口壩底面高程相同，高程差均介于前述2個河口壩高程差之間，為中間時期沉積產物。根據以上分析，可在該橫切物源剖面中基本確定不同單一成因河口壩的形成期次，以此方法對全區(qū)多個橫切物源剖面分析并可基本確定各相鄰單一河口壩形成的相對期次。

圖6　老君廟油田L11小層各單一成因河口壩演化相對期次Fig.6　Relative evolution stages of different mouth bars of L11layer in Laojunmiao Oilfield

4.2縱向期次劃分

傳統(tǒng)河口壩儲層構型分析多集中于橫切物源剖面分析中，河口壩復合體縱向解剖未得到重視，對于三角洲這種縱向沉積體系（沉積特征隨水動力特征的縱向變化而變化），其縱向解剖可以將三角洲特有的前積現象與成因相結合，更能體現其成因本質。本文通過精細解剖在全區(qū)主要順物源剖面［圖6（b），剖面位置見圖7（a）］中識別出5個單一成因河口壩（自右向左分別標注為①～⑤號河口壩，其標號同時代表各河口壩的形成先后順序），①～④號河口壩可見明顯的前積，并不斷超覆，如在H211井中可見②號河口壩超覆于①號河口壩之上。經計算，①～④號河口壩前積角度依次變小，由①號河口壩初始的0.085°減小至②號河口壩的0.053°，進一步減小至③號河口壩的0.039°，至末期④號河口壩已減小至0.025°，近乎水平。同時，在143井中見到⑤號河口壩垂向加積于④號河口壩之上［圖6（c）］。

通過上述精細解剖，可在順物源剖面中確定各河口壩演化期次。結合前人對河口壩增生模式的研究［25-26］，筆者認為研究區(qū)L11小層內縱向河口壩具有“先期前積，逐步超覆，后期加積”的演化模式［圖6（c）］，即初期形成河口壩由于受較強水動力水下分流河道控制不斷向前進積，各單一河口壩逐步超覆于先期河口壩之上，至后期水下分流河道能量較弱，河口壩前積動力減弱，表現為垂向加積特征。

4.3河口壩期次綜合分析

通過上述順物源和橫切物源剖面的分析，可在單一方向基本確定各單一成因河口壩的演化順序，但對于其他方向期次的確定仍需借助三維分析來完成，以精確確定各單一成因河口壩形成的相對順序。筆者選取河口壩疊置拼接較復雜的前緣末端區(qū)域（面積約10 km2）進行三維分析［圖6（d）］，以確定不同期次河口壩的演化。在最東部橫切物源剖面中可見B-1河口壩（英文字母為期次，數字為該期河口壩標號）底面高程小于東部鄰近的C-2河口壩，可知B-1河口壩先于C-1沉積，同時其前部被C-1和D-1單一河口壩部分前積超覆，D-1河口壩前積距離明顯大于C-1河口壩，因此可判斷B-1河口壩先于C-1和D-1沉積，且C-1河口壩先于D-1沉積。綜上所述，可建立研究區(qū)南部4個單一河口壩的時間演化序列，以此方法應用至全區(qū)可建立研究區(qū)14個單一河口壩的時間演化序列［圖7（a）］。

圖7　老君廟油田L11小層單一成因河口壩演化時間序列及沉積演化過程Fig.7　The evolutionary time and sedimentary process of L11layer in Laojunmiao Oilfield

在研究區(qū)各單一成因河口壩期次確定的基礎上，筆者恢復了研究區(qū)的沉積演化過程［圖7（b）］。其共經歷了6個階段：第1階段由東部水下分流河道初始入湖，形成2個河口壩（A-1和A-2）；第2階段西部有一新的主干水下分流河道進入研究區(qū)，形成規(guī)模最大的河口壩（B-1河口壩全區(qū)規(guī)模最大），同時東部水下分流河道控制的河口壩進一步前積發(fā)展為新的河口壩（B-2）；第3階段原西部主干水下分流河道向西遷移，形成新的河口壩（C-1）并延伸出研究區(qū)，且其決口形成新的主干水下分流河道，進一步形成新的河口壩（C-2），東部水下分流河道控制形成新的河口壩（C-3）并延伸出研究區(qū)；第4階段西部主干水下分流河道進一步向沉積中心延伸，形成新的河口壩（D-1），原決口處形成的主干水下分流河道向北北西方向延伸形成2個新的河口壩（D-2和D-3）；第5階段2個主干水下分流河道進一步延伸，各形成1個新的河口壩（E-1和E-2）；第6階段水下分流河道形成小規(guī)模河口壩（F-1和F-2）垂向加積于先期河口壩之上，僅有小幅度前積。

不同階段形成的河口壩其規(guī)模及河口壩間的疊置拼接關系與河口壩的沉積過程有著較好的耦合性：演化初期由于水下分流河道眾多，沉積物卸載較分散，此時形成的河口壩規(guī)模較小（A-1），壩間以邊部部分側向拼接樣式為主；隨著演化中期水下分流河道較固定，沉積物卸載較集中，河口壩規(guī)模較大，不同河口壩間易形成壩邊部完全側向拼接樣式（B-2和C-2）；至演化末期水下分流河道水動力較弱且不易遷移，此時形成的河口壩規(guī)模較小，多以垂向加積和弱前積為主（F-2），壩間呈現部分垂向疊置和完全垂向疊置樣式。

5　結論

（1）建立了基于沉積過程的河口壩構型級次劃分方案，以末端水下分流河道控制形成的單一成因河口壩為三級構型單元，以單一主干水下分流河道控制形成的單一成因河口壩復合體為四級構型單元，以多個主干水下分流河道控制形成的河口壩復合體為五級構型單元。

（2）定位了老君廟油田L11小層主要河口壩的位置，單一成因河口壩邊界主要有壩間泥巖出現、壩緣出現和壩底面高程不同3種識別標志，在此基礎上確定了研究區(qū)14個規(guī)模不等的單一成因河口壩的范圍。

（3）明確了單一成因河口壩具有“先期前積，逐步超覆，后期加積”的縱向演化模式，且向沉積中心方向前積傾角由0.085°向0.025°不斷減小，同時綜合橫切物源剖面及三維分析建立了老君廟油田L11小層各單一成因河口壩的時間演化序列。

（4）闡明了老君廟油田L11小層復合河口壩的形成過程，其共經歷了6個階段，不同階段單一成因河口壩的規(guī)模及河口壩間的疊置樣式與其沉積演化過程具有較好的耦合關系。

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（本文編輯：李在光）

Detailed architecture analysis of mouth bar in delta front based on sedimentary process：A case study of L11layer in Laojunmiao Oilfield

Qin Guosheng1，2，Wu Shenghe2，Zheng Lianyong3，Yu Chen1，3
（1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Beijing 100083，China；2.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Yumen Oilfield Company，Jiuquan 735200，Gansu，China）

Based on abundant well drilling data and geological research results in Laojunmiao Oilfield，detailed architecture analysis was carried out in the L11layer where mouth bars are well developed.In the view of sedimentary process，the hierarchical system of mouth bar was discussed，taking the single mouth bar controlled by terminal underwater distributary channel as the third order architecture unit，the complex single mouth bar controlled by trunk underwater distributary channels as the fourth order architecture unit，and the multiple mouth bar controlled by several trunk underwater distributary channels as the fifth order architecture unit.The signs of single mouth bar were clarified，and 14 single bars were identified in the study area.According to the principle of sedimentation that bar formed in different time has different bar bottom elevation，sedimentary sequence can be constructed in the transverse section，meanwhile，the time sequence can be constructed in the longitudinal section.Integrated with 3D comprehensive analysis，the evolution time of different bars was determined.Under the guidance of the principles of sedimentology，the sedimentaryprocess in the delta front bar was constructed.The size of single bar and the connect relationship between different bars werewellcoupledwiththesedimentaryprocess.

delta front；mouth bar；sedimentary process；reservoir architecture；Laojunmiao Oilfield

TE121.3

A

1673-8926（2015）06-0055-09

2015-07-15；

2015-09-15

國家重大科技專項“復雜油氣田地質與提高采收率技術”（編號：2011ZX05009-003）和中國石油天然氣集團公司重大科技專項“玉門油田重上百萬噸勘探開發(fā)關鍵技術研究”（編號：2013E-3305）聯合資助

秦國?。?988-），男，中國石油大學（北京）在讀碩士研究生，研究方向為精細油藏描述及開發(fā)地質。地址：（102249）北京市昌平區(qū)府學路18號中國石油大學（北京）地球科學學院。電話：（010）89733465。E-mail：qin8002008@163.com。