屈雪峰,王武榮,謝啟超,岳大力*,劉 建,吳勝和,張雪婷,胡嘉靖

(1. 中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018; 2. 中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 3. 中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249; 4. 中國石油國際勘探開發(fā)有限公司，北京 100034)

0 引 言

深水重力流沉積由于其巨大的油氣資源潛力，已成為當(dāng)今油氣勘探和開發(fā)的重要目標(biāo)，也是國際沉積學(xué)研究的熱點(diǎn)[1-5]。海底扇和湖底扇作為深水油氣的主要儲集體，其復(fù)雜的沉積構(gòu)型模式也是深水沉積學(xué)研究久攻不克的難點(diǎn)。隨著深水重力流理論的不斷發(fā)展，以Walker建立的綜合扇模式為代表的大量海底扇模式得以提出和應(yīng)用[6-12]。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在海底扇的構(gòu)型單元類型及特征、構(gòu)型單元疊置樣式及規(guī)模參數(shù)之間的定量關(guān)系等方面取得了大量研究成果[13-16]。隨著海底扇研究不斷深入，有學(xué)者建立了典型的湖底扇沉積模式[17]。對于湖底扇的概念，目前還尚無統(tǒng)一的定義。目前普遍接受的觀點(diǎn)認(rèn)為，湖底扇是由季節(jié)性洪水?dāng)y帶淺水區(qū)早期沉積物，在重力作用驅(qū)動下沿斜坡進(jìn)入湖泊深水區(qū)而形成扇狀沉積物[18]。相對于海底扇，湖底扇沉積的研究仍然極為薄弱。

近20余年來的研究和勘探實(shí)踐表明，中國陸相斷陷或坳陷盆地中發(fā)育大量的湖底扇沉積[19-23]，如鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、松遼盆地等。由于坳陷湖盆古地形較為平坦，其發(fā)育的湖底扇沉積模式也有別于斷陷湖盆湖底扇[21]。目前已有大量學(xué)者對坳陷湖盆湖底扇的儲層特征及沉積相分布進(jìn)行了研究[18,24-29]，認(rèn)為湖底扇發(fā)育較長的供給水道，并相繼建立了湖底扇的沉積相模式。也有學(xué)者對斷陷湖盆湖底扇的單一微相級次的構(gòu)型分布、疊置樣式、展布規(guī)模進(jìn)行了研究[30]，認(rèn)為砂質(zhì)碎屑流主控的湖底扇主要發(fā)育朵葉體沉積，朵葉體主要為舌狀體前積疊置形成，朵葉體寬度與最大厚度比值約為200，并建立了斷陷湖盆砂質(zhì)碎屑流扇體的沉積相模式。雖然部分學(xué)者對斷陷湖盆湖底扇砂體的定量規(guī)模進(jìn)行了探討[30]，但對于單砂體構(gòu)型的分布、單砂體定量規(guī)模及規(guī)模參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系仍缺乏認(rèn)識。對于坳陷湖盆湖底扇的單砂體定量構(gòu)型模式更是鮮有報道，單砂體的定量規(guī)模尚不清楚，單砂體的垂向疊置及側(cè)向疊加關(guān)系也尚不明確，這導(dǎo)致油田在實(shí)際生產(chǎn)中注采矛盾突出，含水率上升快，亟需精細(xì)刻畫井間儲層的內(nèi)部單砂體構(gòu)型分布，為剩余油的挖掘及油田采收率的提高提供地質(zhì)依據(jù)?；诖耍疚囊远鯛柖嗨古璧睾纤貐^(qū)為例，應(yīng)用巖芯、測井和動態(tài)等資料，通過定量刻畫湖底扇儲層內(nèi)部的單砂體構(gòu)型分布、定量規(guī)模及疊置樣式，建立湖底扇儲層的三維構(gòu)型模式，從而為相似油田的湖底扇儲層單砂體構(gòu)型表征提供借鑒，這對于豐富湖相重力流沉積理論具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖件引自文獻(xiàn)[18]和[33]，有所修改

前人通過對研究區(qū)的區(qū)域沉積背景進(jìn)行系統(tǒng)研究，認(rèn)為長6沉積期是鄂爾多斯盆地延長組重力流發(fā)育的主要時期[18,35-41]。地形坡度是重力流形成的前提條件，延長組沉積期鄂爾多斯古湖盆在西南部及東北部地勢高、中部地勢低洼[18](圖2)。Wang等曾結(jié)合大量的巖芯、測井及地震等資料，通過對區(qū)域沉積背景(古水深、古地形及物源條件)、沉積物流動機(jī)制以及砂體展布特征等綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)在長6沉積期發(fā)育來自西南物源的湖底扇沉積[26,39]。研究區(qū)為半深湖—深湖的沉積環(huán)境，在靠近物源的區(qū)域，沉積物流動機(jī)制為牽引流和重力流并存，發(fā)育粒序?qū)永?、平行層理以及交錯層理，可見重力流滑塌變形構(gòu)造、槽模等[圖3(a)]；在遠(yuǎn)離物源的區(qū)域，沉積物流動機(jī)制以重力流沉積為主，發(fā)育泥巖撕裂屑、包卷層理、塊狀構(gòu)造等重力流沉積構(gòu)造[圖3(b)]。從砂體的展布特征來看，研究區(qū)在靠近物源的區(qū)域發(fā)育帶狀沉積，剖面上呈“頂平底凸”形態(tài)，巖芯粒度呈正韻律，具有水道沉積特征；在遠(yuǎn)離物源的區(qū)域，砂體呈扇狀，剖面上呈“底平頂凸”形態(tài)，巖芯粒度呈反韻律或均質(zhì)韻律特征，且為發(fā)育塊狀構(gòu)造的重力流沉積，反映朵葉沉積特征[26]。Wang等研究表明，合水地區(qū)在長6沉積期符合湖底扇沉積的特征[26,39](圖3)。

圖件引自文獻(xiàn)[18]，有所修改

GR值為自然伽馬，單位為API；AC值為聲波時差，單位為μs·m-1；RT值為4 m底部梯度電阻率，單位為Ω·m

2 單砂體構(gòu)型識別及平面分布特征

2.1 構(gòu)型單元類型及特征

通過對鄂爾多斯盆地合水地區(qū)38口井1 260 m的巖芯觀察與描述，研究區(qū)目的層主要發(fā)育細(xì)砂巖、粉砂巖及泥巖沉積，其中細(xì)砂巖最為發(fā)育，沉積構(gòu)造以塊狀層理、平行層理、粒序?qū)永砗徒诲e層理為主(圖3)。通過巖電標(biāo)定，識別了6種主要構(gòu)型單元類型，即主水道、分支水道、朵葉主體、朵葉側(cè)緣、水道間及朵葉間，并確定了各構(gòu)型單元類型的特征。

主水道的巖性以細(xì)砂巖、粗粉砂巖為主，可見粒序?qū)永?、平行層理、槽狀交錯層理以及槽模等，底部常見明顯的沖刷面。砂體厚度一般大于3 m，垂向上粒度為正韻律，自然伽馬曲線主要呈鐘形、齒化的鐘形。

分支水道的巖性以細(xì)砂巖、細(xì)粉砂巖為主。相比于主水道，分支水道砂體的粒度更細(xì)，可見小型槽狀交錯層理及平行層理等，底部可見沖刷面。砂體厚度一般大于2 m，垂向上粒度為正韻律，自然伽馬曲線主要表現(xiàn)為齒化的鐘形。

朵葉主體的巖性以細(xì)砂巖、粗粉砂巖為主，沉積構(gòu)造以塊狀層理為主，可見漂浮泥礫。砂體厚度一般大于2 m，垂向上粒度以反韻律或均質(zhì)韻律為主，自然伽馬曲線表現(xiàn)為齒化的漏斗形或箱形。

朵葉側(cè)緣的巖性以泥質(zhì)粉砂巖為主，可發(fā)育爬升波痕層理及波狀層理。砂體厚度一般為1～2 m，粒度無明顯韻律，自然伽馬曲線表現(xiàn)為指狀。

水道間/朵葉間的巖性以灰黑色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，偶見小于1 m的薄砂體，粒度無明顯韻律，自然伽馬曲線近泥巖基線。

在分析各構(gòu)型單元的巖芯和測井響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上，建立了研究區(qū)湖底扇各構(gòu)型單元的測井解釋模板(表1)，并進(jìn)行了單井構(gòu)型單元的解釋。從單井的解釋結(jié)果來看，向盆地方向，主要發(fā)育的砂體構(gòu)型單元類型不同(圖3)。在靠近物源的區(qū)域，研究區(qū)主要發(fā)育水道砂體(如莊199井)；靠近盆地中心，朵葉主體和朵葉側(cè)緣更發(fā)育(如莊127井)。

表1 湖底扇構(gòu)型單元的測井解釋模板

2.2 單砂體構(gòu)型劃界方法

本次研究主要依據(jù)吳勝和等提出的沉積相構(gòu)型分級方案[42]，其將⑦～⑨級單元厘定為相構(gòu)型單元。單砂體構(gòu)型基本相當(dāng)于⑧級構(gòu)型單元，即周緣具有較連續(xù)泥質(zhì)隔擋或者砂體邊緣側(cè)向拼接，可由單一成因構(gòu)型單元或具有成因聯(lián)系的多個構(gòu)型單元組成，如單一主水道、含有分支水道的單一朵葉體。

在單井構(gòu)型單元識別的基礎(chǔ)上，采用“層次分析、多維互動、動態(tài)資料與水平井約束”的研究思路[43-44]，對研究區(qū)的砂組復(fù)合砂體分布和密井網(wǎng)區(qū)的小層復(fù)合砂體分布進(jìn)行表征(圖4)。研究重點(diǎn)是應(yīng)用基于水平井和直井相結(jié)合的單砂體劃界方法，對密井網(wǎng)區(qū)的小層單砂體構(gòu)型進(jìn)行表征。

圖4 合水地區(qū)砂組和密井網(wǎng)區(qū)小層復(fù)合砂體分布

本文的單砂體劃界方法如下：首先，利用水平井和直井資料確定單砂體邊界識別標(biāo)志，并根據(jù)識別標(biāo)志確定各小層的單砂體邊界點(diǎn)；然后，采用多剖面分析的方法，通過“平剖互動組合邊界”合理組合邊界點(diǎn)；最終，得到各小層的單砂體劃分成果。

2.2.1 基于水平井的單砂體邊界劃分

通過對密井網(wǎng)區(qū)內(nèi)所有水平井的隔夾層進(jìn)行精細(xì)識別，發(fā)現(xiàn)水平井上不同規(guī)模的隔夾層是在不同級次構(gòu)型界面位置的泥質(zhì)沉積。以長6油層組隔夾層劃分的連井剖面圖(圖5)為例，水平井固平23-42井的水平段鉆遇了層間隔層泥巖、單砂體之間的泥質(zhì)隔擋體以及單砂體內(nèi)部的泥質(zhì)夾層，分別對應(yīng)于吳勝和等劃分的⑥～⑨級構(gòu)型單元[42]。其中，⑧級構(gòu)型單元一般為寬度較大的泥質(zhì)隔擋體，其可作為單砂體邊界識別標(biāo)志(圖5、6)。根據(jù)此識別標(biāo)志，在多個水平井的水平段識別單砂體邊界點(diǎn)，在順物源方向上對單砂體邊界點(diǎn)進(jìn)行合理組合，從而確定單砂體邊界。

2.2.2 基于直井的單砂體邊界劃分

通過對密井網(wǎng)區(qū)多井解剖，根據(jù)朵葉砂體邊界的測井響應(yīng)特征以及密井網(wǎng)區(qū)所有連井剖面構(gòu)型解剖的結(jié)果(圖7、8)，認(rèn)為研究區(qū)主要有以下5種基于直井的單砂體邊界識別標(biāo)志，即朵葉體間泥巖、朵葉側(cè)緣砂體、朵葉體存在高程差異、朵葉砂體厚→薄→厚特征及朵葉體大范圍疊置(圖8)。

圖7 基于直井單砂體邊界5種識別標(biāo)志的構(gòu)型剖面實(shí)例對應(yīng)的平面位置

(1)朵葉體間泥巖。兩個單一朵葉體之間全部為泥巖沉積，偶見小于1 m的薄砂體，自然伽馬曲線近泥巖基線，其出現(xiàn)意味著存在單一朵葉體的邊界，是識別單一朵葉體最為準(zhǔn)確、可靠的邊界點(diǎn)識別標(biāo)志。

(2)朵葉側(cè)緣砂體。單一朵葉體的側(cè)緣砂體厚度一般為1～2 m，自然伽馬曲線表現(xiàn)為指狀，其出現(xiàn)代表達(dá)到了單一朵葉體的邊部。因此，朵葉側(cè)緣砂體的出現(xiàn)可以作為區(qū)分不同單一朵葉體的邊界識別標(biāo)志，是識別單一朵葉體較為準(zhǔn)確、可靠的邊界點(diǎn)識別標(biāo)志。

(3)朵葉體存在高程差異。朵葉體沉積在剖面上呈“底平頂凸”形態(tài)，不同時期形成的朵葉體底面常常存在高程差。以標(biāo)志層進(jìn)行拉平后，當(dāng)兩口鄰井的砂體底面出現(xiàn)高程差時，說明砂體形成的時期不一致。因此，當(dāng)兩口鄰井的砂體底面高程出現(xiàn)差異時，可以作為區(qū)分不同朵葉體沉積的側(cè)向識別標(biāo)志。但是由于地層對比存在誤差，此種識別標(biāo)志不可單獨(dú)使用，需要結(jié)合前兩種識別標(biāo)志進(jìn)行綜合分析[45]。

(4)朵葉砂體厚→薄→厚特征。朵葉砂體的厚度具有中間主體部位厚，向朵葉邊部逐漸減薄的特征。當(dāng)連井剖面上朵葉砂體的厚度呈現(xiàn)厚→薄→厚的特征時，表明兩個厚的朵葉砂體分別屬于兩個不同的朵葉體，因此，厚→薄→厚特征的出現(xiàn)可以作為判斷不同朵葉體的側(cè)向識別標(biāo)志。此種識別標(biāo)志需要平剖互動，并結(jié)合其他剖面來確定單砂體邊界的具體位置。

(5)朵葉體大范圍疊置。兩個砂體表現(xiàn)為明顯的側(cè)向疊置，即單井上的測井曲線反映出明顯的垂向上多期砂體疊置，其指示了兩個不同時期形成的朵葉體，可以作為判斷兩個單一朵葉體的側(cè)向邊界識別標(biāo)志。

通過多條剖面分析，根據(jù)以上5種識別標(biāo)志確定單砂體邊界點(diǎn)，完成基于直井的單砂體邊界劃分(圖8)。

相鄰井之間的數(shù)字為井間距；GR值單位為API；AC值單位為μs·m-1；RT值單位為Ω·m；SP值單位為mV；連井剖面位置見圖7

2.3 單砂體構(gòu)型平面分布特征

圖6 長小層單砂體平面分布及隔夾層劃分剖面實(shí)例平面位置

根據(jù)上述單砂體構(gòu)型劃界方法及單井構(gòu)型單元解釋結(jié)果，對密井網(wǎng)區(qū)小層單砂體構(gòu)型進(jìn)行表征(圖9)。密井網(wǎng)區(qū)主要發(fā)育分支水道、朵葉主體、朵葉側(cè)緣以及朵葉間泥沉積，其中朵葉主體最為發(fā)育。朵葉砂體在平面上可呈現(xiàn)孤立狀單一朵葉體與分支水道組合、連片狀復(fù)合朵葉體與分支水道組合兩類組合樣式。其中，孤立狀單一朵葉體是多個單一朵葉體未發(fā)生砂體疊置，被朵葉間泥巖或朵葉側(cè)緣砂體側(cè)向分隔，孤立狀單一朵葉體之間的朵葉間泥巖呈條帶狀向盆地方向連續(xù)分布，朵葉側(cè)緣是呈窄裙帶狀分布在單一朵葉體邊緣[圖9(a)]；而連片狀復(fù)合朵葉體是由多個單一朵葉體復(fù)合而成，單一朵葉體之間偶見朵葉側(cè)緣及呈透鏡狀不連續(xù)分布的朵葉間泥沉積[圖9(b)]。單一朵葉體在平面上呈舌狀，近端略窄，遠(yuǎn)端略寬；單一朵葉體上部發(fā)育分支水道，呈窄帶狀分布，向盆地方向其彎曲度具有增加趨勢。單一朵葉體的厚度由朵葉的近端到遠(yuǎn)端、由朵葉主體到朵葉側(cè)緣均呈逐漸減薄的趨勢。

圖9 長6油層組密井網(wǎng)區(qū)單砂體劃分結(jié)果

3 單砂體定量規(guī)模及疊置樣式

3.1 單砂體定量規(guī)模

圖10 湖底扇單一朵葉體最大寬度與最大厚度的定量關(guān)系

w=108.99hm+376

(1)

式中：hm為單一朵葉體的最大厚度；w為單一朵葉體的最大寬度。

表2 湖底扇單一朵葉體的定量規(guī)模統(tǒng)計結(jié)果

3.2 單砂體疊置樣式

通過對密井網(wǎng)區(qū)所有的連井剖面進(jìn)行單砂體構(gòu)型解剖(圖11)，結(jié)果表明湖底扇朵葉體是由多個單一朵葉體補(bǔ)償疊置而成。單一朵葉體優(yōu)先沉積在地勢相對較低的部位，當(dāng)單一朵葉體達(dá)到沉積平衡時，供給水道發(fā)生改道，并在下一個相對較低的部位沉積單一朵葉體，這種單一朵葉體優(yōu)先在低部位沉積并相互疊置的方式稱為補(bǔ)償疊置模式[46]。按成因在研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)朵葉體的3類補(bǔ)償疊置樣式，分別為側(cè)積式、退積式和進(jìn)積式補(bǔ)償疊置，其中側(cè)積式補(bǔ)償疊置又可進(jìn)一步細(xì)分為2個亞類，包括雙向擺動式和單向遷移式補(bǔ)償疊置(圖11、表3)。

相鄰井之間的數(shù)字為井間距；GR值單位為API；AC值單位為μs·m-1；RT值單位為Ω·m；SP值單位為mV

相鄰井之間的數(shù)字為井間距；GR值單位為API；AC值單位為μs·m-1；RT值單位為Ω·m；SP值單位為mV

表3 湖底扇單一朵葉體的補(bǔ)償疊置樣式

4 湖底扇儲層三維構(gòu)型模式及其意義

4.1 湖底扇儲層三維構(gòu)型模式

通過對鄂爾多斯盆地合水地區(qū)三疊系長6油層組單砂體構(gòu)型分布特征、定量規(guī)模及疊置樣式的研究成果進(jìn)行提煉和總結(jié)，本文建立了鄂爾多斯盆地延長期坳陷湖盆半深湖—深湖背景下，來自西南物源陡坡帶的、具有供給水道的湖底扇三維構(gòu)型模式(圖13)。坳陷湖盆湖底扇主要發(fā)育水道、朵葉體和水道間/朵葉間構(gòu)型單元。在近物源位置，主要發(fā)育主水道，呈較平直的條帶狀分布，向盆地方向主水道的規(guī)模逐漸減小。在遠(yuǎn)物源位置，主要發(fā)育分支水道和朵葉體，整體呈扇狀分布。分支水道不斷樹形分叉，呈窄條帶狀分布于朵葉體中部，可深切或淺切朵葉體。相比于主水道，分支水道的規(guī)模減小，在垂直物源剖面上呈“頂平底凸”的形態(tài)。單一朵葉體在平面上近物源位置略窄，遠(yuǎn)物源位置略寬，呈舌狀分布，在垂直物源剖面上呈“底平頂凸”的形態(tài)，其最大寬度與最大厚度之間具有良好的線性正相關(guān)關(guān)系，寬厚比為100～160。單一朵葉體由厚度較大(大于2 m)的朵葉主體與厚度較小(1～2 m)的朵葉側(cè)緣組成，并以朵葉主體為主，朵葉主體的內(nèi)部發(fā)育較穩(wěn)定的夾層，在切物源方向上主要呈平直式，在順物源方向上主要呈前積式。朵葉側(cè)緣的發(fā)育程度較低，呈裙帶狀分布在朵葉主體的邊緣。湖底扇內(nèi)部的多個單一朵葉體之間主要以補(bǔ)償疊置的方式形成扇狀復(fù)合朵葉體，在側(cè)向上主要呈雙向擺動式或單向遷移式補(bǔ)償疊置，在順物源方向上主要呈退積式或進(jìn)積式補(bǔ)償疊置，并受控于短期基準(zhǔn)面旋回的變化。補(bǔ)償疊置的單一朵葉體之間可零星分布朵葉側(cè)緣或較為穩(wěn)定的透鏡狀朵葉間泥沉積。

圖13 坳陷湖盆湖底扇三維構(gòu)型模式

4.2 湖底扇單砂體構(gòu)型表征的指導(dǎo)意義

圖14 長小層注采井生產(chǎn)動態(tài)曲線及局部構(gòu)型平面圖和剖面

5 結(jié) 語

(1)鄂爾多斯盆地合水地區(qū)三疊系長6油層組發(fā)育湖底扇沉積，通過巖電標(biāo)定，識別了湖底扇儲層的構(gòu)型單元類型，包括主水道、分支水道、朵葉主體、朵葉側(cè)緣、水道間和朵葉間，并建立了構(gòu)型單元的測井解釋模板。其中，水道為正韻律，主水道厚度一般大于3 m，分支水道厚度一般大于2 m；朵葉主體為反韻律或均質(zhì)韻律，厚度一般大于2 m。

(2)湖底扇內(nèi)的朵葉砂體最為發(fā)育，是有利儲層的發(fā)育位置。單一朵葉體在平面上近物源位置略窄，遠(yuǎn)物源位置略寬，呈舌狀分布，在垂直物源剖面上呈“底平頂凸”的形態(tài)，其最大寬度與最大厚度之間具有良好的線性正相關(guān)關(guān)系，寬厚比為100～160。單一朵葉體上部發(fā)育分支水道，平面上呈窄帶狀分布，在垂直物源剖面上呈“頂平底凸”的形態(tài)，其規(guī)模相比于主水道的規(guī)模減小、彎曲度增加。

(3)湖底扇內(nèi)部的多個單一朵葉體之間以側(cè)積式、退積式或進(jìn)積式補(bǔ)償疊置形成扇狀的復(fù)合朵葉體。單一朵葉體的補(bǔ)償疊置樣式受控于短期基準(zhǔn)面旋回的變化。當(dāng)短期基準(zhǔn)面旋回下降，多個單一朵葉體在順物源方向上呈進(jìn)積式補(bǔ)償疊置；當(dāng)短期基準(zhǔn)面旋回上升，多個單一朵葉體在順物源方向上呈退積式補(bǔ)償疊置。

(4)坳陷湖盆湖底扇三維構(gòu)型模式的建立不僅對于豐富湖相重力流儲層構(gòu)型理論具有重要的理論意義，而且對于油氣田后期開發(fā)決策及剩余油挖潛具有重要的指導(dǎo)作用。在注水開發(fā)方式下，注水井和采油井的射孔位置應(yīng)位于同一單一朵葉體內(nèi)，注采井未鉆遇的朵葉主體位置為水平井部署及剩余油挖潛的重點(diǎn)區(qū)域。