胡光義 王海峰 范廷恩 高玉飛陳 飛 肖大坤 張顯文

1 海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028 2 中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028

地質(zhì)歷史中相同級(jí)次事件的循環(huán)往復(fù)與不同級(jí)次事件之間的嵌套組合，形成了各個(gè)級(jí)次的地質(zhì)體及其組成單元。層次性是地質(zhì)體的內(nèi)在屬性，也是地質(zhì)理論的普遍規(guī)律(張昌民，1992)。在諸多地質(zhì)領(lǐng)域中，例如經(jīng)典層序地層學(xué)(Vail，1987； Wagoneretal.，1990；李思田等，1992)、高分辨率層序地層學(xué)(Cross，1988；鄧宏文，1995；鄭榮才等，2001)、沉積學(xué)、儲(chǔ)層構(gòu)型(Allen，1983；Miall，1996；吳勝和等，2013)、油氣田開發(fā)地質(zhì)學(xué)(吳元燕和陳碧玨，1996；姚光慶等，1994；陳景山等，2007；熊琦華等，2010)等，層次性在理論地質(zhì)研究和油氣勘探開發(fā)生產(chǎn)中發(fā)揮著指導(dǎo)性作用。

儲(chǔ)層構(gòu)型研究的核心是層次結(jié)構(gòu)(吳勝和等，2013)。筆者歷時(shí)10年探索，提出了海上油田開發(fā)尺度的河流相復(fù)合砂體構(gòu)型理論(胡光義等，2018a，2018b，2019)。復(fù)合砂體構(gòu)型以現(xiàn)有的河流相儲(chǔ)層構(gòu)型理論為基礎(chǔ)，通過渤海油田新近系明化鎮(zhèn)組下段河流相砂體(胡光義等，2014；陳飛等，2015；胡光義等，2017a)、鄂爾多斯盆地南部野外露頭、內(nèi)蒙古海拉爾河和北京潮白河現(xiàn)代沉積的地質(zhì)雷達(dá)探測與探槽研究(胡光義等，2018b；肖大坤等，2018)，以及機(jī)理模型正演模擬(胡光義等，2017b；范廷恩等，2018a；張顯文等，2018)等多方面綜合分析，補(bǔ)充了地表沉積體規(guī)模和地下地震資料分辨能力之間的“灰區(qū)地帶”，從而建立了系統(tǒng)的理論體系及分級(jí)方案?；诂F(xiàn)代曲流河點(diǎn)壩砂體的探測結(jié)果，結(jié)合海上油田的經(jīng)濟(jì)開發(fā)尺度以及井震資料對(duì)地下砂體的識(shí)別能力，在前人構(gòu)型分級(jí)的基礎(chǔ)上，復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)中增加了“復(fù)合點(diǎn)壩”級(jí)次(肖大坤等，2018；胡光義等，2019)，完善原有的構(gòu)型分級(jí)方案，闡明河流相砂體在實(shí)際沉積演化過程中的復(fù)合性，提高儲(chǔ)層構(gòu)型理論在海上油田開發(fā)中的實(shí)用價(jià)值以及“地震導(dǎo)向、井震聯(lián)合”構(gòu)型表征思路的可操作性。

表 1 碎屑沉積構(gòu)型單元級(jí)次(譯自Miall，1996)Table 1 Hierarchies of architectural units in clastic deposits(translated from Miall，1996)

作者重點(diǎn)解析河流相復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)方案，從地質(zhì)成因、主控因素、時(shí)空規(guī)模等角度闡述各級(jí)次構(gòu)型單元的特征。在此基礎(chǔ)上，對(duì)比復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)與現(xiàn)有儲(chǔ)層構(gòu)型分級(jí)的異同，并從資料基礎(chǔ)、技術(shù)手段等方面論證其在海上油田開發(fā)中的優(yōu)勢。

1 現(xiàn)有的儲(chǔ)層構(gòu)型分級(jí)方案

儲(chǔ)層構(gòu)型的級(jí)次分析由來已久，是儲(chǔ)層構(gòu)型理論研究的重點(diǎn)內(nèi)容。Allen(1966)將河流和三角洲相野外露頭劃分序列，從小到大包括小型波痕、大型波痕、沙丘、河道以及包含上述四者的“綜合體系”共5個(gè)級(jí)次。隨后，眾多學(xué)者針對(duì)河流—三角洲沉積體、各種沉積底形、風(fēng)成沙丘等沉積地質(zhì)體開展級(jí)次研究(Pettijohnetal.，1972；Jackson，1975；Brookfield，1977；Allen，1983；Miall，1988，1996；于興河等，2004；吳勝和等，2008，2013)。其中，影響較深遠(yuǎn)且對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型理論發(fā)展和國內(nèi)油氣勘探開發(fā)起到較大推動(dòng)作用的研究成果主要有2個(gè)，分別是Miall(1996)建立的不同類型碎屑沉積構(gòu)型單元分級(jí)，以及吳勝和等(2013)以河流相為例整理的碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型界面分級(jí)。

1.1 不同類型碎屑沉積構(gòu)型單元分級(jí)

Miall(1988)在Allen(1983)的3級(jí)構(gòu)型，即沙壩、沙壩復(fù)合體、席狀砂巖的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)6級(jí)劃分方案。

此后，在原1級(jí)界面之前增加一級(jí)紋層界面，在原6級(jí)界面之后增加三級(jí)地層層序界面，即二至四級(jí)層序，同時(shí)根據(jù)沉積時(shí)間尺度將原1級(jí)界面拓展為兩級(jí)，最終構(gòu)成一個(gè)二級(jí)層序內(nèi)的11級(jí)方案(表 1)(Miall，1996)。吳勝和等(2013)在引用該方案時(shí)，將2個(gè)原1級(jí)界面和2個(gè)地層層序界面分別合并，形成三級(jí)層序地層內(nèi)的9級(jí)劃分方案。

該方案按照沉積體的時(shí)間尺度、控制因素和瞬時(shí)沉積速率，首次將不同沉積類型(河流—三角洲、風(fēng)成沉積、濱岸—河口、淺海陸架和海底扇)置于同一分級(jí)框架下，建立了不同類型碎屑沉積構(gòu)型單元的級(jí)次關(guān)系，梳理了不同級(jí)次構(gòu)型單元的沉積成因與控制因素，對(duì)于儲(chǔ)層構(gòu)型理論建立與發(fā)展具有重要的基礎(chǔ)意義。

1.2 碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型分級(jí)

吳勝和等(2013)在Miall(1996)碎屑沉積構(gòu)型的基礎(chǔ)上，以6級(jí)層序單元為異旋回地層與自旋回沉積體的銜接點(diǎn)，以倒序方式整理了以河流相為例的碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型分級(jí)方案(表 2)。該方案將沉積盆地內(nèi)的構(gòu)型劃分為12級(jí)，其中1—6級(jí)是層序構(gòu)型，對(duì)應(yīng)經(jīng)典層序地層學(xué)的1—6級(jí)層序單元；7—9級(jí)是自旋回沉積環(huán)境中形成的成因單元，本質(zhì)是沉積相構(gòu)型，即曲流帶、點(diǎn)壩和增生體級(jí)別；10—12級(jí)是層理級(jí)別構(gòu)型，反映沉積底形的層次特征。

表 2 碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型界面分級(jí)簡表(據(jù)吳勝和等，2013)Table 2 Hierarchies of architectural bounding surfaces in clastic deposits(after Wu et al.，2013)

該方案系統(tǒng)整理了河流相儲(chǔ)層構(gòu)型分級(jí)方案，并改進(jìn)了Miall(1996)方案中5級(jí)與6級(jí)之間跨度過大、級(jí)次缺失的問題。同時(shí)，該方案建立了儲(chǔ)層構(gòu)型單元與經(jīng)典層序地層、高分辨率層序地層和油層對(duì)比單元三者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，梳理了油氣田勘探開發(fā)不同階段研究的構(gòu)型級(jí)次以及識(shí)別不同級(jí)次構(gòu)型單元所需的資料基礎(chǔ)和技術(shù)手段。

2 河流相復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)的設(shè)想與方案

2.1 河流相砂體的復(fù)合性

河流相砂體的“復(fù)合性”是河流沉積演化的自然規(guī)律(胡光義等，2018a)。中期基準(zhǔn)面上升半旋回的早期階段是砂體沉積的主要時(shí)期，此時(shí)可容空間與沉積物供給量比值A(chǔ)/S較小，物源供給充足、沉積速率較快，河道通過曲流帶橫向擴(kuò)張、曲率增大或者向下游平移擴(kuò)張、曲率半徑保持穩(wěn)定等方式頻繁遷移擺動(dòng)(馮圣倫和趙曉明，2018)，點(diǎn)壩砂體不斷重復(fù)“沉積—侵蝕—再沉積—再侵蝕”的過程。據(jù)此推測，除個(gè)別沉積末期的點(diǎn)壩保存較完整外，其他絕大多數(shù)點(diǎn)壩是以殘存的方式彼此疊置形成復(fù)合點(diǎn)壩，復(fù)合點(diǎn)壩進(jìn)一步疊置構(gòu)成級(jí)次更高、規(guī)模更大的河道帶、復(fù)合河道帶等。

河流相砂體的復(fù)合性通過現(xiàn)代沉積的地質(zhì)雷達(dá)探測、砂體規(guī)模測量等多方面得到證實(shí)。例如，對(duì)于滿岸寬度約百米的海拉爾河，根據(jù)河道滿岸寬度與滿岸深度的經(jīng)驗(yàn)公式(Leeder，1973；王海峰等，2017)計(jì)算，單期點(diǎn)壩厚度(即河道滿岸深度)大約是5m。但是，實(shí)地挖掘探槽和地質(zhì)雷達(dá)探測顯示，單期點(diǎn)壩的厚度一般只有1～3m(圖 1)，實(shí)測值普遍小于理論值。通過對(duì)現(xiàn)代河流觀察發(fā)現(xiàn)，看似完整的點(diǎn)壩實(shí)際上是多期殘缺點(diǎn)壩組合疊置而成，并被最末一期廢棄河道包圍，形成貌似單一完整點(diǎn)壩的“假象”(圖 2)。實(shí)際上，單一完整點(diǎn)壩更多是具有理論意義，是河流沉積的過程產(chǎn)物，最終難以完整保存。同樣，其他級(jí)次的河流相構(gòu)型單元也呈現(xiàn)“復(fù)合性”特征。

圖 1 海拉爾河現(xiàn)代沉積探地雷達(dá)解釋剖面(據(jù)胡光義等，2018a)Fig.1 An interpretation section of ground-penetrating radar(GPR)in modern Hailer river (after Hu et al.，2018a)

圖 2 現(xiàn)代河流的多個(gè)點(diǎn)壩構(gòu)成復(fù)合點(diǎn)壩(N45°44′39.66″，E126°20′04.25″； Google Earth, 2019年9月)Fig.2 Multiple point bars of modern rivers constitute compound point bar(N45°44′39.66″，E126°20′04.25″， Google Earth, 9/2019)

需要說明的是，野外露頭和測井上見到的單期點(diǎn)壩，厚度往往較大，個(gè)別可達(dá)一二十米，推測原因?yàn)椋?由于地下泥巖壓實(shí)損失率遠(yuǎn)大于砂巖，相鄰點(diǎn)壩之間的泥巖壓實(shí)嚴(yán)重，改變了原來的巖性組合或影響了電性響應(yīng)，其本質(zhì)是多個(gè)點(diǎn)壩合而為一形成的復(fù)合點(diǎn)壩。

2.2 對(duì)現(xiàn)有構(gòu)型分級(jí)的思考

現(xiàn)有的碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型分級(jí)(吳勝和等，2013)，由粗到細(xì)包括了適應(yīng)于油田勘探的層序構(gòu)型、適應(yīng)于油田開發(fā)的相構(gòu)型以及巖心尺度的層理構(gòu)型3個(gè)部分共12個(gè)級(jí)次，從盆地到紋層，幾乎涵蓋了地質(zhì)工作者面對(duì)的所有宏觀研究尺度。其中，5—9級(jí)構(gòu)型單元(即疊置河流沉積體、河流沉積體、曲流帶/辮流帶、點(diǎn)壩/心灘壩、增生體)是油田開發(fā)階段的儲(chǔ)層構(gòu)型研究尺度，利用陸上油田的密井網(wǎng)資料、巖心資料以及豐富的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料，并借助于一定的高分辨率地震資料，即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)型界面的對(duì)比與構(gòu)型單元的剖析，且隨著油田開發(fā)程度的逐漸提高，資料越來越豐富，構(gòu)型研究的級(jí)別也就更精細(xì)。

目前中國東部陸上油田普遍進(jìn)入高至特高含水期，碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型分級(jí)方案明確了比點(diǎn)壩級(jí)次更細(xì)的側(cè)積體，開發(fā)地質(zhì)的研究尺度隨之到該級(jí)別，研究內(nèi)容從傳統(tǒng)上以沉積微相為主的儲(chǔ)集層品質(zhì)研究，細(xì)化到影響油氣水流動(dòng)的儲(chǔ)集層內(nèi)部結(jié)構(gòu)(吳勝和等，2008；馬世忠等，2008a；白振強(qiáng)等，2009；曾祥平，2010)。在該構(gòu)型分級(jí)的指導(dǎo)下，眾多學(xué)者探索了依托密井網(wǎng)和巖心資料的側(cè)積單元解剖方法，分析了側(cè)積層對(duì)油田注水開發(fā)的影響規(guī)律與提高水驅(qū)波及程度的技術(shù)手段(岳大力等，2007；馬世忠等，2008b；閆百泉等，2008；岳大力等，2009)，對(duì)于提高陸上老油田的最終采收率具有積極的推動(dòng)作用。

然而，海上油田的開發(fā)方式有別于陸上油田，受海上平臺(tái)壽命(一般20～30年)、平臺(tái)規(guī)模(井槽一般20～40個(gè))和油氣開發(fā)成本限制，必須秉承“少井高產(chǎn)”的高效開發(fā)理念。因此，基于前述河流相砂體復(fù)合性以及海上油田開發(fā)特點(diǎn)的綜合分析，現(xiàn)有的碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型分級(jí)方案在海上油田開發(fā)應(yīng)用中略顯“水土不服”，表現(xiàn)在2個(gè)方面。

1)現(xiàn)有分級(jí)方案對(duì)河流相砂體的復(fù)合性表達(dá)不足。在多級(jí)階地構(gòu)成的河谷空間內(nèi)，多期河流在橫向上遷移擺動(dòng)、縱向上疊置演化，全部沉積體總和構(gòu)成了疊置河流沉積體；受單級(jí)階地約束，幾期河流橫向擺動(dòng)疊置形成的沉積體總和，即復(fù)合河道帶，具有單層河道砂體側(cè)向疊置特征；單級(jí)階地內(nèi)，同期河流形成的條帶狀沉積體構(gòu)成單河道帶；而在單一河道帶內(nèi)，每次河道擺動(dòng)均形成多個(gè)點(diǎn)壩砂體，而多期點(diǎn)壩在經(jīng)歷多次沉積、侵蝕后，彼此復(fù)合疊置形成復(fù)合點(diǎn)壩。因此，河流相復(fù)合砂體包含疊置河流沉積體、復(fù)合河道帶、單一河道帶、復(fù)合點(diǎn)壩和單點(diǎn)壩等多個(gè)級(jí)次的沉積單元，其中，復(fù)合點(diǎn)壩是相同或不同河道的多期殘存點(diǎn)壩以復(fù)合體形式疊置而成的沉積單元，是河床上的大型底形，是河道帶內(nèi)較長時(shí)間形成的微地貌單元。根據(jù)河流相砂體的自然演化規(guī)律分析，復(fù)合點(diǎn)壩是其中重要的構(gòu)型級(jí)次之一。

表 3 海上油田河流相復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)Table 3 Fluvial compound sand-body architecture hierarchy in offshore oil field

2)海上油田的儲(chǔ)層構(gòu)型研究尺度與陸上油田存在差異。前已述及，陸上油田儲(chǔ)層構(gòu)型研究尺度可精細(xì)到側(cè)積體級(jí)別，原因在于陸上油田開發(fā)成本較低，加密后的井距能達(dá)到100m以內(nèi)(即每平方千米100口井)，有的井距甚至小于50m，井距小于地下點(diǎn)壩的規(guī)模?；诿芫W(wǎng)條件能夠獲得大量的巖心、測井、分析化驗(yàn)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料，且資料的再錄取能力和頻率也遠(yuǎn)高于海上油田，豐富的資料足以支撐在點(diǎn)壩內(nèi)剖析側(cè)積體。而海上油田受桶油開發(fā)成本、鉆完井費(fèi)用、平臺(tái)操作空間等條件限制，即使是開發(fā)中后期的平均井距也在300～500m，大于常見點(diǎn)壩砂體的規(guī)模(一般寬幾十米至幾百米)，與稀疏井網(wǎng)相應(yīng)的各種基礎(chǔ)資料均較少，資料的再收集、再研究能力也較弱(王海峰等，2020)。受資料不足的制約，海上油田構(gòu)型研究難以精細(xì)到點(diǎn)壩級(jí)次，而現(xiàn)有方案中比點(diǎn)壩粗一級(jí)的河道帶(一般寬數(shù)百米、長數(shù)千米至十幾千米)又過大，難以滿足油田精細(xì)注水開發(fā)的需求。因此，海上油田的儲(chǔ)層構(gòu)型研究尺度要粗于陸上油田，在點(diǎn)壩與河道帶之間尋求合理的構(gòu)型單元尺度是海上油田儲(chǔ)層構(gòu)型研究面臨的一個(gè)問題。

2.3 復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)原則和依據(jù)

筆者在提出“復(fù)合砂體構(gòu)型”的概念后，著手從河流相砂體的自然演化規(guī)律出發(fā)，梳理一套適用于海上河流相油田開發(fā)的復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)。構(gòu)型分級(jí)應(yīng)遵循下列4項(xiàng)原則與依據(jù)：

1)各級(jí)構(gòu)型單元具有成因地質(zhì)意義。層序構(gòu)型、相構(gòu)型和層理構(gòu)型是儲(chǔ)層構(gòu)型級(jí)次的3個(gè)組成部分，其中，層序構(gòu)型形成周期漫長、空間規(guī)模巨大，主要受控于大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和天文等低頻因素，如全球板塊運(yùn)動(dòng)、盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、米蘭科維奇旋回等；相構(gòu)型形成于特定物理、化學(xué)和生物條件下，與沉積環(huán)境相關(guān)；而層理構(gòu)型則是沉積底形上相對(duì)穩(wěn)定水動(dòng)力條件的反映。不同級(jí)次的構(gòu)型單元均具有其獨(dú)特的地質(zhì)成因與地質(zhì)含義，在構(gòu)型分級(jí)中應(yīng)得到體現(xiàn)。

2)各構(gòu)型級(jí)次能夠反映不同層次的儲(chǔ)集層非均質(zhì)性問題，服務(wù)于油田勘探開發(fā)的不同階段。油田勘探開發(fā)是一項(xiàng)循序漸進(jìn)的工作，包括區(qū)域普查、圈閉預(yù)探、油氣藏評(píng)價(jià)、產(chǎn)能建設(shè)與油氣生產(chǎn)等多個(gè)階段，在不同階段對(duì)地質(zhì)體、尤其是對(duì)儲(chǔ)集層的研究，必然存在選擇最佳描述尺度的問題。在勘探早期以盆地內(nèi)沉積體系為研究對(duì)象，描述其形態(tài)、范圍、厚度及構(gòu)造起伏等特征；在評(píng)價(jià)階段則細(xì)化至儲(chǔ)集層的縱橫向連續(xù)性；進(jìn)入油田開發(fā)階段，除了關(guān)注儲(chǔ)集層的連續(xù)性、連通性，還要關(guān)注儲(chǔ)集層內(nèi)的低滲透層、隔夾層的厚度、巖性、分布等；在開發(fā)中后期，甚至要關(guān)注同一套儲(chǔ)集層的物性變化等細(xì)節(jié)(姚光慶等，1994)。建立合理的構(gòu)型分級(jí)方案不僅能準(zhǔn)確描述不同階段的儲(chǔ)集層非均質(zhì)性問題，還能及時(shí)正確指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)工作。

3)各級(jí)構(gòu)型單元的研究應(yīng)以不同層次的資料基礎(chǔ)和技術(shù)手段作支撐。各級(jí)構(gòu)型單元“看得見、摸得著、可描述”是建立分級(jí)方案的前提，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，則需要相應(yīng)的資料與方法。一般而言，以地震資料為主，配合少量探井和區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料能夠支撐盆地尺度的地質(zhì)研究；以地震資料為主，加上一定的測井、取心和測試資料，則可以開展油田范圍或區(qū)域地質(zhì)研究，基于井點(diǎn)資料可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體參數(shù)的定量刻畫；隨著地震資料分辨能力的提高以及測井、鉆井、巖心資料的進(jìn)一步豐富，研究對(duì)象可精細(xì)至小尺度的層序構(gòu)型單元；而相構(gòu)型研究則需要開發(fā)井網(wǎng)下的測井、鉆井、巖心以及分析化驗(yàn)測試資料，同時(shí)借助于野外露頭等輔助資料。

4)與現(xiàn)行的地質(zhì)體分級(jí)方案具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于推廣應(yīng)用。地質(zhì)學(xué)是內(nèi)涵最豐富的自然科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科之一，分支學(xué)科眾多，同一地質(zhì)體在不同地質(zhì)領(lǐng)域中分屬各自的研究對(duì)象。

例如單期河流沉積體，受控于米蘭科維奇旋回的歲差周期，是1期河流自發(fā)育至消亡的沉積結(jié)果，縱向厚度近似滿岸深度，基本對(duì)應(yīng)經(jīng)典層序地層學(xué)的層組、高分辨率層序地層學(xué)的超短期旋回、油田開發(fā)單元中的單砂體和河流地貌單元中的單級(jí)階地。與不同領(lǐng)域地質(zhì)體分級(jí)方案建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，將各級(jí)構(gòu)型單元置于現(xiàn)有的地質(zhì)體理論框架下，能夠賦予各級(jí)構(gòu)型單元更加合理的地質(zhì)含義，便于理解和推廣應(yīng)用。

2.4 河流相復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)方案

在目前的碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型分級(jí)方案(吳勝和等，2013)基礎(chǔ)上，充分考慮自然界中河流沉積的復(fù)合性特點(diǎn)，遵循地質(zhì)體分級(jí)原則與依據(jù)，建立了適用于海上油田開發(fā)的河流相復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)方案(表 3，圖 3)。該方案補(bǔ)充“復(fù)合點(diǎn)壩”級(jí)別，延展油田開發(fā)尺度的構(gòu)型級(jí)次，將原方案調(diào)整為13級(jí)，包括疊合盆地充填復(fù)合體、盆地充填復(fù)合體、盆地充填體、體系域、疊置河流沉積體、復(fù)合河道帶、單一河道帶、復(fù)合點(diǎn)壩、點(diǎn)壩、側(cè)積體、層系組、層系、紋層。

1)疊合盆地充填復(fù)合體。 沉積盆地基底以上的全部蓋層充填，由一系列不同期次和類型的盆地單元疊合而成，是盆地范圍內(nèi)幾個(gè)成盆期充填物的總和(李思田等，1992)。界面是明顯的區(qū)域不整合面，受控于全球板塊運(yùn)動(dòng)。形成周期差異很大，視盆地的形成、演化和消亡過程而定，往往是數(shù)十個(gè)百萬年；空間上厚達(dá)數(shù)千米，覆蓋整個(gè)盆地。對(duì)應(yīng)巨層序(mega sequence，1級(jí)層序)和巨旋回。如渤海灣盆地潛山界面之上的古近系、新近系和第四系。

2)盆地充填復(fù)合體。 沉積盆地內(nèi)各構(gòu)造演化階段形成的沉積充填序列(李思田等，1992；鄭榮才等，2001)。受控于盆地內(nèi)的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，界面是構(gòu)造演化各階段之間應(yīng)力場轉(zhuǎn)換時(shí)期形成的區(qū)域不整合面或與之相應(yīng)的整合面。形成周期仍然差異很大，幾個(gè)到幾十個(gè)百萬年；空間上厚達(dá)數(shù)百到數(shù)千米，覆蓋整個(gè)盆地。對(duì)應(yīng)超層序(super sequence，2級(jí)層序)、超長期基準(zhǔn)面旋回。如渤海灣盆地中受華山運(yùn)動(dòng)、喜山運(yùn)動(dòng)等幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制形成的孔店組、東營組、明化鎮(zhèn)組等地層。

3)盆地充填體。 盆地構(gòu)造演化階段中各次級(jí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的沉積充填序列。界面是幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱變化面，在盆地邊緣多是局部隆升形成的低角度不整合面或大型沖刷面，向盆地內(nèi)部過渡為相應(yīng)的整合面。形成周期多在1～2Ma，個(gè)別盆地超過5Ma(鄭榮才等，2001)；空間上厚達(dá)幾十到數(shù)百米，一般覆蓋整個(gè)盆地。對(duì)應(yīng)層序(sequence，3級(jí)層序)、長期基準(zhǔn)面旋回以及油層對(duì)比單元中的含油層系。如渤海灣盆地新近系館陶組上段、明化鎮(zhèn)組下段等地層。

4)體系域。 一系列同時(shí)期形成的沉積體系組合。受控于長偏心率周期導(dǎo)致的氣候冷、暖變化，界面多為海/湖泛面及其與之對(duì)應(yīng)的界面。多個(gè)盆地統(tǒng)計(jì)顯示，體系域形成周期0.2～1Ma，平均0.6Ma(鄭榮才等，2001)，接近于米蘭科維奇旋回中引起夏季日射量變化的長偏心率周期；空間上厚達(dá)數(shù)米到上百米，覆蓋盆地的一部分。大致相當(dāng)于準(zhǔn)層序組、中期基準(zhǔn)面旋回以及油層對(duì)比單元中的油組，縱向上通常限于同一個(gè)沉積體系內(nèi)，而橫向上則呈現(xiàn)多個(gè)沉積體系的組合。如渤海灣盆地新近系明化鎮(zhèn)組下段的某油組。

5)疊置河流沉積體。 多級(jí)階地構(gòu)成的河谷空間內(nèi)的河流沉積充填序列。受控于黃赤交角周期導(dǎo)致的氣候干、濕變化，底界面是河谷邊界，頂界面是洪泛面或與之對(duì)應(yīng)的界面。形成周期在0.01～0.1Ma之間，接近米蘭科維奇旋回中的黃赤交角周期；空間上厚度幾米到幾十米，橫向分布在河谷范圍內(nèi)，現(xiàn)代沉積考察可見河谷兩側(cè)翼的低山作為近物源區(qū)，寬數(shù)千米到數(shù)十千米。局部范圍內(nèi)，如常見油田范圍內(nèi)，具有較好的可對(duì)比性和等時(shí)性；而在區(qū)域范圍內(nèi)，尤其是發(fā)生沉積相變時(shí)，對(duì)比難度大。大致相當(dāng)于準(zhǔn)層序、短期基準(zhǔn)面旋回以及油層對(duì)比單元中的砂組/小層。

6)復(fù)合河道帶。 充填于單級(jí)階地的河流沉積體。受控于歲差周期導(dǎo)致的氣候變化，是異旋回作用控制下形成的最小單元，底界面是河道及同期沉積的底界，頂界面是河道頂部洪泛平原沉積。形成周期約幾千年到上萬年，接近米蘭科維奇旋回的歲差周期；空間上厚度多在幾米到十幾米，近似于河流滿岸深度，橫向分布受制于單級(jí)階地，是幾期河流橫向擺動(dòng)疊置形成的河道帶，具有單層河道砂體側(cè)向疊置特征。局部范圍內(nèi)可對(duì)比，區(qū)域上難對(duì)比。對(duì)應(yīng)層組、超短期基準(zhǔn)面旋回以及油層對(duì)比單元中的單砂體，是最小的地層單元。

7)單一河道帶。 單級(jí)階地內(nèi)同期河流形成的條帶狀沉積體。受控于河流改道，是自旋回作用下的最大成因單元，其頂?shù)捉缑媾c復(fù)合河道帶相當(dāng)。形成周期約幾千年到上萬年，空間厚度多在幾米到十幾米，近似于河流滿岸深度，側(cè)向上多條單一河道帶疊置構(gòu)成復(fù)合河道帶，充滿河谷內(nèi)的單級(jí)階地。

8)復(fù)合點(diǎn)壩。 是相同或不同河道的多期殘存點(diǎn)壩以復(fù)合體形式疊置而成的沉積單元，是河床上的大型底形，是河道帶內(nèi)較長時(shí)間形成的微地貌單元(圖 2)。其成因可能與河道廢棄或河流水動(dòng)力變化等高頻次的沉積環(huán)境因素有關(guān)，是現(xiàn)代河流的常見沉積單元和地貌單元。底界面以局部沖刷充填和河床底部滯留為特征，側(cè)向邊界多樣，如廢棄河道、泛濫平原等，部分邊界遭侵蝕破壞后，相鄰的復(fù)合點(diǎn)壩相互接觸，以巖性的“粗—細(xì)—粗”或砂巖厚度的“厚—薄—厚”為邊界識(shí)別標(biāo)志。形成周期約數(shù)千年，垂向厚度與單個(gè)或多個(gè)點(diǎn)壩相當(dāng)，橫向展布范圍數(shù)百米，甚至上千米。

9)點(diǎn)壩。 河床側(cè)向侵蝕、沉積物側(cè)向加積形成的單一微相，是河床上的沉積底形。形成于數(shù)百年間，單期點(diǎn)壩垂向厚度一般不超過三五米，橫向展布幾十米到數(shù)百米。

10)側(cè)積體。 點(diǎn)壩內(nèi)的增生單元，受控于季節(jié)性洪水等周期性事件。形成周期為1年到幾十年，單層厚度較小，約幾厘米到幾十厘米。

11)層系組。 由多個(gè)巖性相似的層系或巖性不同但成因有聯(lián)系的層系疊置而成。

12)層系。 由多個(gè)巖性、結(jié)構(gòu)、厚度和產(chǎn)狀相似的同類型紋層組合而成，形成于相對(duì)穩(wěn)定的水動(dòng)力條件下。

13)紋層。 相同性質(zhì)沉積物同期沉積的結(jié)果。

2.5 與現(xiàn)有構(gòu)型分級(jí)方案的差異

根據(jù)前述河流相砂體的復(fù)合性分析可知，單一曲流帶和點(diǎn)壩的理論意義較強(qiáng)，是河流演化過程中某一瞬時(shí)的沉積結(jié)果。實(shí)際上，由于河道頻繁遷移擺動(dòng)，后期河道侵蝕改造早期沉積砂體，導(dǎo)致單一曲流帶的邊界難辨，待河流趨于消亡、階地被充滿后呈現(xiàn)的結(jié)果，往往是一系列期次不明的復(fù)合點(diǎn)壩彼此疊置充填于河谷的某級(jí)階地上，而河流沉積過程中可見的單一曲流帶邊界早已不復(fù)存在(圖 4)。尤其是當(dāng)砂體深埋于地下以后，相鄰河道帶之間的高程差異、殘存的廢棄河道邊界等識(shí)別標(biāo)志更加難辨，利用有限的井震資料和技術(shù)手段難以刻畫。同理，點(diǎn)壩沉積結(jié)束后，很快被河道改造破壞，點(diǎn)壩不斷重復(fù)“沉積—侵蝕—再沉積—再侵蝕”的過程，除個(gè)別沉積末期的點(diǎn)壩保存較完整外，其他絕大多數(shù)點(diǎn)壩是以多個(gè)殘缺個(gè)體疊置的方式存在(圖 4)。

圖 4 海拉爾河現(xiàn)代沉積(地理位置：N49°11′58.27″，E120°17′34.15″)Fig.4 Modern sediments of Hailar River(geography location: N49°11′58.27″，E120°17′34.15″)

本次方案補(bǔ)充的“復(fù)合點(diǎn)壩”，指單級(jí)階地內(nèi)接近等時(shí)的同期或多期河道侵蝕疊置形成的一系列點(diǎn)壩復(fù)合體。相鄰的復(fù)合點(diǎn)壩可能不形成于同一期河道，因而具有一定的穿時(shí)性，但該“穿時(shí)”的時(shí)間跨度相對(duì)較小，小于河道沉積的歷史周期，在實(shí)際工作中可忽略。復(fù)合點(diǎn)壩由多個(gè)殘缺的點(diǎn)壩橫向疊置而成，其垂向厚度與1個(gè)或多個(gè)點(diǎn)壩相當(dāng)，橫向展布范圍數(shù)十至數(shù)百米，甚至上千米?！皬?fù)合點(diǎn)壩”級(jí)次的提出，充分考慮了河流實(shí)際沉積演化規(guī)律，彌補(bǔ)了單一河道帶和點(diǎn)壩現(xiàn)實(shí)意義的不足和層次之間的跨度。

3 河流相復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)在海上油田開發(fā)中的優(yōu)勢

進(jìn)入油田開發(fā)中后期，儲(chǔ)層構(gòu)型研究逐漸成為開發(fā)地質(zhì)研究的重要內(nèi)容。河流相復(fù)合砂體內(nèi)部各級(jí)各類構(gòu)型界面廣泛分布，例如單一河道帶底面的滯留沉積礫巖、頂面的洪泛泥巖，復(fù)合點(diǎn)壩之間的廢棄河道、泛濫平原以及點(diǎn)壩切疊后留下的巖性、物性差異界面，均能構(gòu)成地下油氣水的滲流屏障，阻隔流體流動(dòng)，是影響油田注水開發(fā)的關(guān)鍵地質(zhì)因素。以渤海BZ油田明化鎮(zhèn)組下段(明下段)某砂體為例，在均質(zhì)模型中，模擬注水驅(qū)替地下原油的水驅(qū)流線均勻分布，波及系數(shù)較高，注水開發(fā)能實(shí)現(xiàn)較高的采收率(圖 5-a)；而實(shí)際上受構(gòu)型界面遮擋，儲(chǔ)集層呈現(xiàn)強(qiáng)非均質(zhì)性，注入水繞界面而行，局部流線稀疏、剩余油富集(圖 5-b)。

與陸上油田相比，海上油田井資料相對(duì)稀缺，必須依賴地震資料開展儲(chǔ)層構(gòu)型研究。在沉積模式和復(fù)合砂體構(gòu)型理論指導(dǎo)下，利用有限的井資料，充分挖掘地震資料信息，建立構(gòu)型單元與界面的地震響應(yīng)關(guān)系，探索“地震導(dǎo)向、井震聯(lián)合”的方法，成為海上油田儲(chǔ)層構(gòu)型研究的有效途徑。

利用地震資料開展儲(chǔ)層構(gòu)型研究的主要難點(diǎn)在于分辨率的限制，其極限是 1/4 波長。以中國東部渤海油田明下段的河流相砂體為例，埋深在1000～1500m之間，地震主頻在30～40Hz之間，垂向分辨能力能達(dá)到10～15m。根據(jù)前述復(fù)合砂體構(gòu)型級(jí)次分析，地震資料分辨能力大致與復(fù)合河道帶/單河道帶的規(guī)模相當(dāng)。同時(shí)，依賴于明下段低砂地比(10%～20%)條件下清晰的砂巖、泥巖波阻抗差異，巖性界面地震反射特征清晰，借助于高分辨率地震數(shù)據(jù)處理和反演等技術(shù)手段，能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測復(fù)合河道帶、單河道帶級(jí)次砂體的分布、厚度等，進(jìn)而指導(dǎo)油田開發(fā)初期的儲(chǔ)量品質(zhì)評(píng)價(jià)、開發(fā)井網(wǎng)設(shè)計(jì)等。

a—均質(zhì)模型；b—有構(gòu)型界面約束的非均質(zhì)模型圖 5 渤海BZ油田明化鎮(zhèn)組下段復(fù)合砂體構(gòu)型界面對(duì)水驅(qū)流線的阻隔Fig.5 Barrier of compound sand-body architectural interface to water drive streamline of the lower part of Minghuazhen Formation in Bohai BZ Oilfield

a—河流相復(fù)合砂體模型；b—地震記錄；c—結(jié)構(gòu)類敏感地震屬性圖 6 河流相復(fù)合砂體內(nèi)部構(gòu)型界面預(yù)測(據(jù)王海峰等，2020)Fig.6 Prediction of internal architectural interface of fluvial compound sand-body(after Wang et al.，2020)

但是地震手段對(duì)河道帶的刻畫只能到“看得見砂體，但看不清砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)”的程度，即不能描述更細(xì)級(jí)次的構(gòu)型單元，仍不能滿足油田開發(fā)中后期對(duì)于層內(nèi)非均質(zhì)性研究的需求。近年來，筆者課題組開展了一系列利用地震屬性預(yù)測復(fù)合砂體內(nèi)部構(gòu)型界面的探索。例如，利用河流相砂體接觸樣式的滑塊模型，建立反映構(gòu)型界面主因素變化的砂巖厚度與泥質(zhì)夾層數(shù)量及夾層空間位置變化的地震敏感屬性響應(yīng)圖版(張顯文等，2018)，針對(duì)不同類型的構(gòu)型界面優(yōu)選相應(yīng)的敏感地震屬性，基本實(shí)現(xiàn)更高級(jí)次的構(gòu)型界面預(yù)測(圖 6)。

那么海上油田利用上述地震手段剖析的最小構(gòu)型單元究竟能否精細(xì)到點(diǎn)壩級(jí)次呢？目前顯然無法達(dá)到。點(diǎn)壩的垂向厚度一般小于5m、橫向?qū)挾葞资缴习倜?，即使?jīng)過高分辨率處理或利用敏感地震屬性，也依然難以開展如此小尺度地質(zhì)體的預(yù)測與描述。而復(fù)合點(diǎn)壩由多個(gè)點(diǎn)壩疊置而成，厚度達(dá)到幾米到十幾米，橫向展布范圍數(shù)十至數(shù)百米，甚至上千米，規(guī)模介于點(diǎn)壩與河道帶之間，基本相當(dāng)于上述地震資料和技術(shù)手段的分辨能力。同時(shí)，也與海上油田經(jīng)濟(jì)注采井距以及有效注采井網(wǎng)覆蓋范圍大致相當(dāng)。

因此，基于河流“復(fù)合性”演化規(guī)律提出的、比點(diǎn)壩規(guī)模略大的“復(fù)合點(diǎn)壩”級(jí)次，就成為河流相復(fù)合砂體構(gòu)型理論、海上油田資料分辨能力與海上油田經(jīng)濟(jì)開發(fā)尺度三者的契合點(diǎn)?！皬?fù)合點(diǎn)壩”級(jí)次的建立，是海上油田“地震導(dǎo)向、井震聯(lián)合”構(gòu)型研究思路的良好實(shí)踐。目前，在海上少井條件下，基于能夠預(yù)測復(fù)合砂體內(nèi)部構(gòu)型界面的結(jié)構(gòu)類敏感地震屬性的空間導(dǎo)向作用，建立了從單井到剖面再到平面的多維度復(fù)合砂體構(gòu)型解剖方法(范廷恩等，2018a，2018b)，能夠有效指導(dǎo)儲(chǔ)集層連通性分析、剩余油分布預(yù)測以及油田開發(fā)調(diào)整等。

4 結(jié)論

1)在目前的碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型分級(jí)方案基礎(chǔ)上，充分考慮自然界中河流沉積演化特點(diǎn)以及海上油田的資料基礎(chǔ)與經(jīng)濟(jì)開發(fā)尺度等因素，遵循地質(zhì)體分級(jí)原則與依據(jù)，建立了河流相復(fù)合砂體構(gòu)型分級(jí)方案。

2)從地質(zhì)成因、主控因素、時(shí)空規(guī)模、生產(chǎn)應(yīng)用等方面系統(tǒng)闡述了河流相復(fù)合砂體13級(jí)構(gòu)型單元的基本特征，并解析其與相關(guān)沉積地質(zhì)體級(jí)次的關(guān)聯(lián)性。

3)本研究提出的分級(jí)方案與現(xiàn)有的儲(chǔ)層構(gòu)型分級(jí)的差異主要在于新增了“復(fù)合點(diǎn)壩”級(jí)次，該級(jí)次是儲(chǔ)層構(gòu)型理論、海上油田資料分辨能力與經(jīng)濟(jì)開發(fā)尺度三者的契合點(diǎn)，是海上油田“地震導(dǎo)向、井震聯(lián)合”構(gòu)型研究思路的良好實(shí)踐，對(duì)于指導(dǎo)海上油氣開發(fā)具有一定的優(yōu)勢。

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