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(xì)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(rèn)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(xì)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(xì)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(xì)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(lán)本，開展精細(xì)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(dá)、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(xì)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(xì)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(rèn)為，6級、7級構(gòu)型界面分別作為縱向細(xì)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(jìn)行縱向細(xì)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(biāo)識特征。

2.1 探測目標(biāo)概況

研究目標(biāo)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(jì)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(biāo)位置及探地雷達(dá)測線Fig .1 Hailar objective location and GPR survey

探測目標(biāo)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(biāo)區(qū)曲流河點壩分布形態(tài)布置了探地雷達(dá)采集測線(圖1)，為開展構(gòu)型界面精細(xì)解釋與原型建模奠定基礎(chǔ)。

處理后探地雷達(dá)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(dá)到層系組級別，可完成砂體結(jié)構(gòu)的精細(xì)表征。2.2 探地雷達(dá)資料解釋與分析

根據(jù)目標(biāo)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(dá)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(xì)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(biāo)志，為標(biāo)定雷達(dá)剖面、拾取構(gòu)型界面提供依據(jù)。探槽及淺層鉆孔精細(xì)描述結(jié)果顯示，目標(biāo)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(jìn)行探地雷達(dá)精細(xì)標(biāo)定(圖2)，共識別出目標(biāo)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(dá)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(xì)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(dá)標(biāo)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(biāo)定結(jié)果，在雷達(dá)剖面上開展各級次構(gòu)型界面的三維精細(xì)解釋。以S08測線探地雷達(dá)響應(yīng)剖面為例(圖3),解釋結(jié)果顯示，在探測目標(biāo)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(xì)分標(biāo)志，將探測目標(biāo)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(dá)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(dá)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(dá)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(dá)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(dá)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(rèn)為該界面很難穩(wěn)定和連續(xù)，這似乎與海拉爾目標(biāo)探測結(jié)果并不相符。筆者所在的研究團隊在進(jìn)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(rèn)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(xì)粒沉積為主，單級階地高度1～3 m，這與地質(zhì)雷達(dá)探測的單期厚度基本相當(dāng)。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(rèn)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(zhǔn)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(xì)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)志，會進(jìn)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(xì)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(zhǔn)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(jìn)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(biāo)識特征。

3.1 探測目標(biāo)概況

潮白河探測目標(biāo)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(biāo)受人為改造嚴(yán)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(dá)采集系統(tǒng)，并在探測目標(biāo)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(dá)資料解釋方法流程與海拉爾目標(biāo)一致，潮白河探測目標(biāo)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(biāo)位置及探地雷達(dá)測線Fig .6 Chaobai River objective location and GPR survey

3.2 地質(zhì)探槽精細(xì)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(dá)標(biāo)定解釋結(jié)果顯示，該界面在雷達(dá)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(biāo)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(jìn)而反映河流沉積微相分布特征。根據(jù)探測目標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(dá)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(biāo)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(xì)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(dá)標(biāo)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(rèn)為，潮白河探測目標(biāo)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(xì)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(biāo)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(biāo)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(xì)粒沉積為界，橫向上以單期河流發(fā)育的廢棄河道細(xì)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(rèn)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(dāng)基準(zhǔn)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(rèn)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(dá)探測認(rèn)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(xì)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(dá)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(dá)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(xì)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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