肖大坤 胡光義 范廷恩 陳 飛 董建華 高玉飛 梁 旭

(1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室 北京 100028； 2.中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028)

河流相儲層作為我國已發(fā)現(xiàn)油氣田最重要的含油氣儲層類型之一，在已探明和已開發(fā)的石油地質(zhì)儲量中原地儲量占比42.6%，剩余可動用儲量占比48.6%[1]。針對河流相儲層非均質(zhì)性，國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過多年研究已探索出以點壩表征為核心、以廢棄河道和側(cè)積層表征為主要對象的河流相砂體精細表征方法，對于剩余油挖潛、提高油田采收率起到了重要作用。然而，筆者所在的研究團隊結(jié)合海上油田開發(fā)特點及實踐經(jīng)驗認為，海上油田井點稀疏，開發(fā)單元尺度較大[2-3]，地震資料在油藏表征中起到關(guān)鍵作用，河流相儲層可實現(xiàn)精細表征的最小構(gòu)型級次在很大程度上取決于三維地震資料品質(zhì)和以地震屬性分析為主的儲層描述方法。在這樣的研究基礎(chǔ)和技術(shù)條件下，亟需解決兩個方面的問題：一是以“點壩”為核心的河流沉積體內(nèi)不同層次結(jié)構(gòu)單元之間的組合形式及尺度規(guī)模，即河流相砂體的原型構(gòu)型樣式，這決定了沉積體內(nèi)不同類型巖相的分布，也在一定程度上影響了以地震為主的海上油田資料能否支持精細到點壩、甚至側(cè)積體級別的表征；二是從表征方法的經(jīng)濟性、可實施性角度，根據(jù)河流相砂體原型建筑規(guī)律及主控因素，海上油田河流相儲層表征與精細建模應(yīng)以哪一級次的構(gòu)型單元為重點。因此，以現(xiàn)代沉積、地質(zhì)露頭或沉積實驗?zāi)M結(jié)果等為藍本，開展精細測量，建立河流相沉積的原型模式，對于揭示上述問題有著重要意義。

基于前人研究成果，從海上油田儲層表征面臨的問題出發(fā)，選擇了內(nèi)蒙古海拉爾河及河北燕郊潮白河作為現(xiàn)代河流沉積研究對象，運用探地雷達、地質(zhì)探槽、淺層鉆孔等探測手段，采用“將今論古”研究思路，建立了河流相砂體原型模式并探討了關(guān)鍵構(gòu)型單元的原型特征。

1 河流相儲層關(guān)鍵層次構(gòu)型界面分析

以A D Miall為代表的國外學(xué)者[4-8]提出了以三級層序為宏觀框架的9級界面劃分方案，將河流相沉積劃分為5個級次，分別為5級(如河道)、4級(如點壩)、3級(如側(cè)積體)、2級(層系組)、1級(層系)、0級(紋層)。該方案將層序劃分與巖性體構(gòu)型劃分銜接在一起，但是國內(nèi)學(xué)者在層序與構(gòu)型連接級次方面提出了不同的意見。

以吳勝和教授為代表的國內(nèi)學(xué)者[9-15]，以最小異旋回向最大自旋回轉(zhuǎn)變的界面作為銜接點，在沉積盆地內(nèi)劃分了12級構(gòu)型單元，針對河流相沉積主要構(gòu)型單元共劃分為5級(多期疊置的河流沉積體)、6級(河流沉積體)、7級(曲流帶/辮流帶)、8級(點壩)、9級(增生體)[15]。該方案從沉積動力學(xué)的角度更為清晰地厘定出層序、相及層理范疇的級次，分解了油田勘探開發(fā)不同階段的研究對象，具有更好的實用性。

根據(jù)各級次構(gòu)型單元的沉積動力學(xué)特征及其空間組合關(guān)系，6級構(gòu)型界面以上的高級次構(gòu)型單元主要受控于異旋回沉積影響因素(構(gòu)造活動、湖平面升降等)，體現(xiàn)出不同層次之間的縱向匹配關(guān)系，而6級以下的低級次構(gòu)型單元則受控于自旋回影響因素，主要表現(xiàn)為橫向上不同單元的匹配組合。這表明，河流相碎屑巖儲層多層次構(gòu)型的逐級表征，隨著級次的不斷深入和細化，將逐漸由縱向維度的分層表征轉(zhuǎn)為橫向維度的分區(qū)、分塊表征。測井資料與三維地震資料是研究油氣田地下儲層的主要資料，這種表征過程的轉(zhuǎn)變也就意味著研究的資料基礎(chǔ)和技術(shù)方法的轉(zhuǎn)變，即將以縱向的單井砂體細分對比為主逐漸轉(zhuǎn)為以橫向的沉積邊界地震檢測為主，如果轉(zhuǎn)折點過渡不暢，將直接影響表征精度。因此，筆者認為，6級、7級構(gòu)型界面分別作為縱向細分的最小級次界面和橫向劃分的最大構(gòu)型界面，是海上油田河流相儲層構(gòu)型體系中的關(guān)鍵構(gòu)型界面。

2 河流相儲層6級構(gòu)型界面原型建模

河流相儲層6級構(gòu)型界面作為異旋回沉積因素控制下的、可進行縱向細分的最小級次界面，也是單期河流沉積的分界面，其形成過程與河谷內(nèi)碎屑沉積充填演化密切相關(guān)。本次以海拉爾曲流河為例，重點闡述該構(gòu)型界面的標識特征。

2.1 探測目標概況

研究目標位于內(nèi)蒙古呼倫湖北岸9.5 km(圖1)，海拔高度約為545 m，與呼倫湖面海拔高度(540 m)差為4～5 m。根據(jù)前人對晚第四紀呼倫湖平面升降歷史的研究成果[16]，研究區(qū)現(xiàn)今區(qū)域構(gòu)造活動較弱，湖平面升降及氣候變化是導(dǎo)致該地區(qū)各條河谷形成演化的主要因素，所形成的河谷階地多為堆積階地，目前整體處于呼倫湖湖面的下降期，該地區(qū)沉積相類型由三角洲前緣相演變?yōu)楹恿飨?，逐漸廢棄并被表層浮土覆蓋。根據(jù)現(xiàn)今的地表地形特征，已難以辨識早期河谷形態(tài)。

圖1 海拉爾地區(qū)探測目標位置及探地雷達測線Fig .1 Hailar objective location and GPR survey

探測目標為受斷陷湖盆控制的曲流河沉積體，彎曲度2.0～3.5，屬于高彎度曲流河。地表廢棄河道展布形態(tài)、規(guī)模顯示(圖1)，所形成的點壩以條帶狀或鱗片狀為主。針對目標區(qū)曲流河點壩分布形態(tài)布置了探地雷達采集測線(圖1)，為開展構(gòu)型界面精細解釋與原型建模奠定基礎(chǔ)。

處理后探地雷達資料主頻70 MHz，頻帶寬度60～85 MHz，縱向探測深度約6 m，主頻70 MHz條件下分辨率約5 cm，利用該資料對儲層的描述精度可達到層系組級別，可完成砂體結(jié)構(gòu)的精細表征。2.2 探地雷達資料解釋與分析

根據(jù)目標區(qū)沉積特征及資料特點，采用如下技術(shù)流程完成曲流河探地雷達資料的綜合解釋與分析。

首先，開展地質(zhì)探槽與淺層垂直鉆孔精細描述，建立沉積單元垂向序列，總結(jié)沉積構(gòu)型單元及界面標志，為標定雷達剖面、拾取構(gòu)型界面提供依據(jù)。探槽及淺層鉆孔精細描述結(jié)果顯示，目標區(qū)砂質(zhì)沉積呈灰色、灰白色，泥質(zhì)沉積呈灰色、灰黑色，富含有機質(zhì)。

利用淺層鉆孔資料進行探地雷達精細標定(圖2)，共識別出目標區(qū)末期曲流河沉積內(nèi)發(fā)育的2個層序界面SB1、SB2以及3期小型層序SQ1、SQ2、SQ3，各層序厚約1～2 m。層序界面附近的雷達反射多表現(xiàn)為下超、削截反射特征，由于層序界面處主要為泥質(zhì)粉砂或粉砂質(zhì)泥等細粒沉積，導(dǎo)致鉆孔過程中出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。

圖2 海拉爾地區(qū)地質(zhì)垂直鉆孔雷達標定剖面和層序界面解釋(A7測線)Fig .2 Geologic vertical drillhole calibration on GPR section and interpretation of sequence of Hailar objective interfaces(inline A7)

然后，基于界面標定結(jié)果，在雷達剖面上開展各級次構(gòu)型界面的三維精細解釋。以S08測線探地雷達響應(yīng)剖面為例(圖3),解釋結(jié)果顯示，在探測目標區(qū)范圍內(nèi)劃分單期河流沉積的6級構(gòu)型界面SB1、SB2為橫向上特征顯著、相對穩(wěn)定、可連續(xù)追蹤的6級界面(圖4)，以SB1、SB2界面作為垂向細分標志，將探測目標劃分為早、中、晚共3期復(fù)合曲流帶沉積，每期沉積厚度約2 m。受探測深度的限制，早期曲流帶沉積探地雷達響應(yīng)較弱，中期、晚期響應(yīng)較強。SB2作為劃分早期、中期曲流帶沉積的6級構(gòu)型界面(圖3a下部紅色層位)，局部由于中期曲流帶河道的下切侵蝕，界面呈現(xiàn)下凹狀斷續(xù)的反射特征，雷達同相軸扭曲、錯斷或相位轉(zhuǎn)換的部位可指示更低級次的構(gòu)型界面。SB1作為劃分中期、晚期曲流帶沉積的6級構(gòu)型界面(圖3a上部紅色層位)，在晚期河道沉積強烈的下切侵蝕作用下，主要表現(xiàn)為凹凸不平的幾何形態(tài)，界面處少見連續(xù)穩(wěn)定的雷達反射同相軸，界面上下反射同相軸的接觸關(guān)系以下超和削截接觸為主。

圖3 海拉爾地區(qū)S08測線探地雷達響應(yīng)及構(gòu)型界面解釋剖面Fig .3 GPR section and interpretation of S08 in Hailar objective

此外，在中期和晚期曲流帶內(nèi)，還可以通過雷達反射同相軸產(chǎn)狀的變化識別更低級次構(gòu)型界面。例如，側(cè)向加積作用下點壩體內(nèi)部各期側(cè)積體沉積界面多呈現(xiàn)同向連續(xù)斜列的產(chǎn)狀特征，而不同點壩體的同相軸一般具有不同傾向或傾角。

2.3 原型模式探討

由于河流河道的不斷側(cè)向遷移擺動，6級構(gòu)型界面作為單期河流沉積的縱向分界面，容易受到河道下切侵蝕作用影響，因此，一般認為該界面很難穩(wěn)定和連續(xù)，這似乎與海拉爾目標探測結(jié)果并不相符。筆者所在的研究團隊在進一步考察了海拉爾地區(qū)現(xiàn)今活動的高彎度曲流河后，認為6級構(gòu)型界面發(fā)育很可能與河流下切侵蝕河谷的形成過程存在緊密聯(lián)系。

由于河道沖刷侵蝕作用形成的U形下切河谷是河流發(fā)育過程中的常見地形地貌[17]，海拉爾現(xiàn)今發(fā)育的河谷地貌一般發(fā)育多級階地。根據(jù)陸相河流相沉積可容空間與沉積物分布的匹配關(guān)系，堆疊型河流相沉積體內(nèi)部之所以會出現(xiàn)橫向相對連續(xù)穩(wěn)定、可用于縱向分期的層序界面，可能受古河谷內(nèi)多級階地地形的控制作用。

海拉爾地區(qū)現(xiàn)今活動的曲流河河谷寬度3～4 km，河道寬度70～200 m，河谷內(nèi)通常發(fā)育2～3級階地(圖5)，階地地表多以相對穩(wěn)定的泛濫平原細粒沉積為主，單級階地高度1～3 m，這與地質(zhì)雷達探測的單期厚度基本相當。因此，筆者所在的研究團隊根據(jù)地表觀測與地下探測結(jié)果的一致性推測了曲流河下切河谷沉積演化及所對應(yīng)6級構(gòu)型界面的形成模式(表1)，認為在河谷發(fā)育早期，A/S(即可容空間增加速率/沉積物供應(yīng)速率)值較低；在古階地地貌條件下，受構(gòu)造沉降、氣候變化等異旋回沉積主控因素的階段性影響，基準面旋回先降后升，因此將河谷的沉積演化過程劃分為河流下切和河流回填兩個階段，通過階段性地不斷拓寬河谷、形成階地，在河流回填階段的憩息期沉積了以泛濫平原為主的細粒沉積，構(gòu)成了6級構(gòu)型界面的物質(zhì)基礎(chǔ)。具體描述如下：在早期基準面階段性降低的影響下，河流水動力以下切侵蝕作用為主、沉積作用為輔，快速拓寬河谷并依次發(fā)育新的下切河道，從而形成各級階地。后期基準面逐漸抬升，河流水動力以沉積作用為主、侵蝕作用為輔，河谷內(nèi)沉積可容空間以多級階地底形為標志，會進一步影響河流沉積物的再分配，具體表現(xiàn)為河谷中的匯水低部位由于水動力強，成為粗碎屑物質(zhì)沉積的優(yōu)勢部位，一般發(fā)育河道砂；而各級

圖5 海拉爾五一隊地區(qū)曲流河階地地貌Fig .5 Meandering river terrace landform in Wuyidui area of Hailar objective表1 下切河谷三級階地形成與沉積充填模式Table 1 3 stage terrace forming and incised valley filling mode

階地作為河谷中水動力相對較弱的底形部位，代表河谷內(nèi)短暫的穩(wěn)定期，可成為細粒碎屑物質(zhì)沉積的優(yōu)勢部位，一般發(fā)育泛濫平原、河漫灘等相帶，構(gòu)成了6級構(gòu)型界面的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，以堆疊樣式為主的河流相碎屑沉積[17]也會表現(xiàn)出縱向界面穩(wěn)定的多期結(jié)構(gòu)特征，隨著基準面不斷抬升，各級階地不斷被新的沉積物埋藏，河道沉積的側(cè)向接觸關(guān)系逐漸由緊密堆疊型過渡為離散接觸型[18-19]，并逐漸形成孤立狀單一曲流帶。

3 河流相儲層7級構(gòu)型界面原型建模

7級構(gòu)型界面作為橫向劃分的最大構(gòu)型界面，主要指縱向上單期河流沉積內(nèi)部的單一曲流帶、單一辮流帶或單一河道的側(cè)向界面，等時劃分單成因河道砂體構(gòu)型單元是進一步劃分單一點壩(8級)的基礎(chǔ)。本次以河北燕郊潮白河為例，探討上述構(gòu)型界面的標識特征。

3.1 探測目標概況

潮白河探測目標區(qū)位于燕郊白廟村附近(圖6)，界于北京市通州區(qū)與河北省三河市交界處，海拔高度約20 m。根據(jù)前人的研究成果[20]，潮白河白廟村段為多期河道組成的曲流河復(fù)合沉積體，主要發(fā)育河床、堤岸和河漫亞相以及河床滯留、邊灘、天然堤、決口扇和河漫灘微相等5種微相,沉積物類型包括礫質(zhì)沉積、砂質(zhì)沉積及泥質(zhì)沉積。由于探測目標受人為改造嚴重，根據(jù)現(xiàn)今的地表地形特征，廢棄河道形態(tài)基本完整，但是點壩已難以辨識。結(jié)合廢棄河道自北向南展布特征，布置了110 m主測線共18條、80 m聯(lián)絡(luò)測線共12條的探地雷達采集系統(tǒng)，并在探測目標可能發(fā)育構(gòu)型界面的位置挖掘了4個地質(zhì)探槽(圖6)。探地雷達資料解釋方法流程與海拉爾目標一致，潮白河探測目標的解釋結(jié)果更好地展示了單一河道與單一點壩構(gòu)型單元的特征。

圖6 潮白河探測目標位置及探地雷達測線Fig .6 Chaobai River objective location and GPR survey

3.2 地質(zhì)探槽精細描述與原型建模

4個地質(zhì)探槽均在距地表1.8～2.2 m的深度挖掘到灰黑色的湖沼相泥巖(圖7)。探槽-雷達標定解釋結(jié)果顯示，該界面在雷達剖面上表現(xiàn)為連續(xù)穩(wěn)定的強反射同相軸(圖7中紅色層位)，可作為縱向劃分單期河道沉積的6級構(gòu)型界面，而且末期沉積河道厚度整體為2 m左右，這與海拉爾探測目標縱向劃分的單期河流沉積體規(guī)?；疽恢隆?/p>

地表植被生長和分布情況可以在一定程度上反映沉積物情況，進而反映河流沉積微相分布特征。根據(jù)探測目標的地表植被分布情況(圖8左)，結(jié)合現(xiàn)今地表地形特征(圖8中),發(fā)現(xiàn)廢棄河道相帶內(nèi)以粉砂質(zhì)、泥質(zhì)沉積為主且地勢較低，植被生長茂盛，而點壩主體相帶內(nèi)以砂質(zhì)沉積為主且地勢較高，生長的植被基本枯萎甚至裸露沙地。河道底6級構(gòu)型界面深度分布(圖8右)顯示，廢棄河道發(fā)育部位河道下切深度最深。綜合上述特征，潮白河探測目標東西側(cè)分別發(fā)育一條規(guī)模較大的廢棄河道，河道邊界作為7級構(gòu)型界面，目標內(nèi)部由于河道遷移改道也發(fā)育多條小型廢棄河道，表明探測目標主體沉積可能是由多個單一點壩復(fù)合而成的點壩復(fù)合體。

圖7 潮白河3號地質(zhì)探槽剖面、泥巖取樣及探地雷達剖面(B9)響應(yīng)特征Fig .7 No.3 geological trench description,mudstone sample and GPR section interpretation(B9) in Chaobai River objective

圖8 潮白河探測目標地表植被分布圖(左)、地表地形圖(中)及河道底界面深度圖(右)Fig .8 Chaobai River objective overground plant distribution(left),landform(middle) and channel bottom structural depth(right)

地質(zhì)探槽精細描述結(jié)果顯示，單點壩之間多以沖刷面及底部滯留沉積的泥礫層作為河流沉積體內(nèi)的8級構(gòu)型界面，這是由于河流下切侵蝕作用，早期點壩遭受了一定程度的侵蝕破壞而保留的界面。通過探槽-雷達標定，單點壩之間發(fā)育的8級構(gòu)型界面表現(xiàn)出側(cè)向斜列的產(chǎn)狀特征(圖7黃色層位)，下傾方向與河流沉積體底界面相交，上傾方向可延伸至地表或與更晚期的點壩體界面相交。對8級構(gòu)型界面開展三維閉合解釋認為，潮白河探測目標為復(fù)合點壩沉積體，內(nèi)部至少發(fā)育3個單一點壩，整體上自西南向東北方向逐漸遷移演化(圖9)，分別發(fā)育若干小型不規(guī)則的廢棄河道，晚期點壩的形成對于早期點壩造成一定程度的侵蝕破壞，所組成的復(fù)合點壩體以東西兩側(cè)蛇曲分布的、細粒沉積為主的廢棄河道為邊界，構(gòu)成了一個相對孤立的砂質(zhì)沉積體。

圖9 潮白河探測目標內(nèi)點壩沉積演化模式Fig .9 Chaobai River objective point bar evolution mode

3.3 原型模式探討

通過潮白河目標探測總結(jié)出的河流相復(fù)合點壩原型特征具體表現(xiàn)為:縱向上以河谷階地地貌條件下形成的泛濫平原或湖沼相細粒沉積為界，橫向上以單期河流發(fā)育的廢棄河道細粒沉積為邊界，即復(fù)合點壩體在空間上具有形成相對獨立沉積儲集體的條件。

根據(jù)前面所述河流相構(gòu)型級次劃分方案，復(fù)合點壩是介于單一河道與單一點壩之間的構(gòu)型單元。然而，筆者所在的研究團隊結(jié)合目前海上已開發(fā)油田儲層表征實踐認為:相比于單一河道或單一點壩，復(fù)合點壩的原型特征更易于識別和表征，更具備實際操作性，主要依據(jù)如下：一方面，當基準面處于高位時期或A/S值較大的時候，曲流河多呈現(xiàn)出側(cè)向疊置或孤立狀樣式[18]，代表單一河道的7級界面多具有清晰的巖性突變界面，更易于識別和刻畫，但是在下切河谷形成初期，河流側(cè)向遷移頻繁，各單河道緊密疊置在一起構(gòu)成堆疊型樣式，疊置界線處的特征也并不突出(如缺乏連續(xù)的巖性突變面)，因此，在這種情況下開展單一河道的劃分盡管具有等時意義，但在油田開發(fā)應(yīng)用過程中常常并不具備可實施性。另一方面，點壩作為河流相儲層構(gòu)型研究的主要單元，形態(tài)完整、特征齊備的單點壩一般只出現(xiàn)在末期的單一河道沉積體中，而之前形成的單點壩受到河流遷移擺動侵蝕，多數(shù)都會遭受不同程度的破壞而以殘存體的形式保存下來，殘存體幾何形態(tài)復(fù)雜、內(nèi)部巖性分布規(guī)律性更差、邊界界面特征更模糊，因此，單一點壩的識別同樣難以具備可操作性。

4 結(jié)論

1) 結(jié)合前人認識及海上油田開發(fā)實踐經(jīng)驗，通過對海拉爾河、潮白河現(xiàn)代沉積的地質(zhì)雷達探測認為，在河流相碎屑巖儲層構(gòu)型體系中，以6級界面為過渡級次，低級次構(gòu)型單元主要受控于異旋回沉積影響因素，表現(xiàn)為橫向上構(gòu)型單元的遷移組合，而高級次構(gòu)型單元則受控于自旋回沉積影響因素，表現(xiàn)為縱向上構(gòu)型單元的多期疊加，6級構(gòu)型界面作為縱向細分最小級次，7級構(gòu)型界面作為橫向劃分的最大級次，是構(gòu)型表征中的關(guān)鍵界面。

2) 海拉爾河現(xiàn)代沉積的地質(zhì)雷達探測結(jié)果顯示， 6級構(gòu)型界面的形成演化過程可能受到古下切型河谷地貌的影響，構(gòu)型界面的分布與特征是古河谷內(nèi)發(fā)育的多級階地的體現(xiàn)。

3) 潮白河現(xiàn)代沉積的地質(zhì)雷達探測結(jié)果顯示，多個具有成因聯(lián)系的單點壩殘存體復(fù)合形成的復(fù)合點壩體，橫向上以發(fā)育細粒沉積為主的廢棄河道為界，空間上具備形成獨立沉積體的條件，界面特征相對清晰、易于識別。對于海上油田的儲層表征，劃分復(fù)合點壩體比識別單點壩更具有實際意義。

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