砂質辮狀河沉積模式的建立①——以委內瑞拉奧里諾科重油帶H區塊為例

陳仕臻 林承焰 任麗華 劉文婧 陳和平 黃文松

(1.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院 山東青島 266580;2.中國石油東方地球物理勘探有限公司 河北涿州 072751;3.中國石油勘探開發研究院 北京 100083)

0 引言

砂質辮狀河以其相對高的水流能量、較快的沖刷和沉積速率以及頻繁的河道遷移等特征為人們所熟知，一般形成大面積分布、看似均質的砂巖沉積儲層，而實際上儲層內部卻有著復雜的非均質性［1-2］。近些年來，國內學者針對砂質辮狀河沉積開展了許多工作［3-6］，重點大多集中在利用密井網資料對心灘砂壩進行構型方面的解剖，并且將識別精度提高到了心灘內部垂積體和落淤層的級別，一定程度上豐富了砂質辮狀河的現有研究成果。但是，人們在將研究重點集中在心灘砂壩上的同時，也不能忽略另外一種重要的辮狀河沉積單元——河道沉積，應當把具有成因聯系的心灘和河道沉積作為一個整體加以研究。因此，本文從二者的形成與演化過程入手，采用多種分析手段重點探討了心灘砂壩及河道沉積的發育規模，最后提出適用于研究區的砂質辮狀河沉積模式。與傳統的砂質辮狀河沉積模式［7-9］相比，本文強調了辮狀河道可能存在活動河道、砂質河道充填、廢棄河道充填三種狀態，前者與地表的流水環境相對應，后兩者則與心灘砂壩一起構成了砂質辮狀河儲層的幾個主要沉積單元。

1 心灘砂壩與辮狀河道的形成、演化過程

砂質辮狀河中的心灘砂壩與辮狀河道不斷交錯，形成互嵌式的配置格局。這種配置方式對于水流能量強弱和沉積物供給的變化非常敏感，容易導致新河道的不斷產生和舊河道的廢棄，因而辮狀河又被稱作游蕩性河流［10-11］。

對于心灘的成因，國內學者大多強調沉積物的垂向加積和順流加積作用［12］，而根據國外學者對于辮狀河現代沉積的解剖發現，水流從心灘兩側的辮狀河道環繞經過時，也存在著部分側積作用，在心灘邊部形成所謂的側積砂壩［13］。事實上，辮狀河道不僅能對心灘砂壩的邊緣加以改造，有時還會導致心灘壩體的分割與合并，單一心灘砂壩在沉積過程中可能逐漸被辮狀河道劈分成多個獨立的砂壩，多個砂壩也可能組合成一個大的復合壩體(圖1)。總之，心灘砂壩的形成、生長、變化過程都與辮狀河道的演化有著密不可分的關系，二者間相互影響。因此，在對心灘展開剖析的同時，加強辮狀河道成因及沉積物特征方面的研究，對于總結砂質辮狀河的沉積模式顯得非常有必要。

圖1 心灘砂壩分裂與合并過程圖解a.心灘砂壩分裂;b.心灘砂壩合并Fig.1 Illustration of the splitting and merging processes of channel bar

按照水流的流動情況和沉積物負載差異，砂質辮狀河中的河道可能呈現出三種不同的狀態。第一種稱為活動河道狀態(Active channel)，表現為河道暢通、水流速度較快且沉積物在水中以搬運和沖刷作用為主。此時的河道內較難形成新的沉積，這也是人們在地表現代沉積中經常容易觀察到的河道狀態;第二種是砂質河道充填狀態(Sandy channel fill)，由于河道分流或者別的原因造成水流的流速突然降低，導致其攜帶的沉積物超過了負載能力，沉積和充填作用逐漸變為主導，河道內充填下來的物質迅速增多，但主要還是以砂質沉積為主;第三種則是廢棄河道充填狀態(Abandoned channel fill)，河道入口或出口由于多種原因發生阻塞，形成在一段時間內保持隔離的靜水環境。這種相對封閉的條件在后期并未受到明顯改造，最終，河道被泥質沉積物逐漸充填，從而形成廢棄河道沉積(圖2)。

可以看出，活動河道經常被流動的水體占據，大致相當于沉積物在水中處于一種路過而不沉積的狀態;廢棄河道充填形成的泥巖沉積有時能較好地保留原始河道條帶狀的頂平底凸形態，與周圍的砂巖沉積有著明顯區別，可以作為對原始河道規模進行恢復的參考依據;而砂質河道充填形成的沉積，在成因上則與心灘砂壩有著本質不同，沉積物主要以正粒序和沖刷面等特征區別于后者。

圖2 廢棄河道形成過程Fig.2 The formation process of abandoned channel

2 研究區概況

研究區H區塊位于奧里諾科重油帶之上，是現今世界上重油資源最富集的地帶之一［14-15］。該區目前尚處于大規模開發前期的油藏評價階段，缺少三維地震資料覆蓋。工區內現有井數較少且平均井距很大，一般介于3～4 km之間，僅局部存在著一定數量的新鉆水平井。目的層Oficina下段E油組發育一套河流相環境下的砂質辮狀河沉積(圖3)，砂體在平面上呈大面積連片狀分布，表面看似均質，而實際上的鉆井結果卻顯示儲層內部具有復雜的非均質性。譬如，某口井在目的層的錄井結果幾乎都是砂巖顯示，距離很近的另一口相臨水平井卻鉆遇到了厚層泥巖，并且該泥巖的發育規律尚不清晰，延伸方向和距離也都難以判斷，這種情況極大降低了單井的砂巖鉆遇率，導致后續鉆井工作中的泥巖規避面對巨大壓力。因此，現階段本區面臨的最重要問題是建立適合研究區的砂質辮狀河沉積模式，并在該模式指導下開展后續的相關布井和鉆井工作，同時也為本區的開發方案制定提供更多依據。

圖3 研究區目的層段綜合柱狀圖Fig.3 The column section of target interval in the study area

3 辮狀河沉積單元關鍵參數研究

前人采用地震手段對地下的辮狀河進行識別［16-18］，但是本區由于缺少三維地震資料覆蓋，現階段尚不具備此項研究的條件。根據已有的資料情況，在對砂質辮狀河河道的三種存在狀態有了一定了解之后，通過現代沉積類比和經驗公式調研對心灘砂壩和地表有水流通過的活動河道規模進行估計，而對于地下的廢棄河道充填沉積，則利用水平井資料予以解剖。

3.1 現代沉積類比

在滿足與研究區具有相似沉積環境和沉積背景的前提下，利用地表豐富的現代沉積現象對砂質辮狀河的心灘砂壩和活動河道規模進行類比。根據前人已有的認識，工區辮狀河沉積在緩坡背景、河谷兩側無明顯山地限制的條件下。為此，在保證各辮狀河河道帶規模大致處在同一數量級的前提下，通過Google Earth軟件篩選與本區沉積條件相似的Yukon River、Jamuna River、Rakaia River等數十個現代砂質辮狀河，并對其心灘規模及河道寬度數據進行測量(圖4)，經統計后可知心灘長度介于360～1 000 m之間，平均為800 m;心灘寬度介于108～600 m，平均為280 m;活動河道的寬度一般介于120～380 m，平均為220 m。

圖4 現代砂質辮狀河心灘及活動河道規模測量Fig.4 The scale measurements of channel bar and active channel in modern sandy braided river

3.2 經驗公式

受現有資料條件的限制，除了現代沉積類比，還可以通過經驗公式求取心灘與河道沉積單元的相關參數。地質學家從砂質辮狀河多年的研究中逐漸認識到，河流的滿岸水流深度決定了沉積下來的交錯層系厚度，而前者又與沙丘高度和平均滿岸河道寬度間存在一定的統計關系。因此，通過對砂巖交錯層系厚度的測量，便可由經驗公式間接求出河道寬度的大小。根據以上思路，選取目的層巖芯進行觀察，測量得出交錯層系平均厚度，它與平均沙丘高度具有如下統計關系［19］:

注:hm為平均沙丘高度，m;sm為砂巖交錯層系的厚度平均值，m;β為系數。

通常情況下，平均河道深度一般為沙丘高度的6～10倍。再根據Bridge等［20］總結的經驗公式(3)，最終可以求得河流的寬度。

注:wc為平均河道寬度，m;dm為平均河道深度，m。

本區的交錯層系平均厚度為92 cm，根據上述公式可得河道深度在5.49～9.15 m之間，河道寬度介于197～199 m。

Kelly［5，21］利用 22 個現代辮狀河(或水槽實驗數據)和34個古代露頭數據建立了砂質辮狀河心灘砂壩寬度wb與單河道深度dm、單一心灘長度lb與其寬度wb之間的關系式:

注:wb為心灘砂壩寬度，m;lb為心灘砂壩長度，m。

利用以上公式，可以根據已有的河道相關參數推算出心灘砂壩寬度介于128～264 m，心灘砂壩長度在540～1 089 m之間。

3.3 水平井資料應用

與直井相比，水平井橫穿儲層內部且在平面上延伸較長，在驗證井間儲層的橫向分布范圍方面有著先天的優勢。研究區內局部分布有一些新鉆水平井，正好為本次水平井資料驗證提供了基礎。目的層砂質辮狀河儲層主要為呈連片狀分布的砂巖沉積，其內部也夾雜著一些泥巖，但是這些泥巖沉積的平面延展范圍和縱向上的沉積厚度都比較有限，屬于心灘內部落淤層、壩頂串溝、壩間凹槽等規模較小的夾層成因類型［6，22-23］。實際上，研究過程中也存在鉆遇到厚層泥巖的情況，經過多條水平井軌跡驗證后發現其具有一定的寬度、厚度和延伸長度，平均厚度為5.8 m，寬度在200 m左右，推測為廢棄河道充填沉積(圖5)。

圖5 水平井鉆遇廢棄河道充填泥巖及其平面顯示Fig.5 The drilling status of abandoned channel filling mudstone by horizontal wells and its aerial view

4 砂質辮狀河沉積模式的建立

從前面的研究結果可以看出，砂質辮狀河中的河道并不只是簡單地發育一種沉積類型，而是根據河道所處狀態的不同來決定其沉積結果。地表的活動河道狀態沉積下來的物質較少，更多的是代表一種現代沉積現象，而砂質河道充填及廢氣河道充填才是在地下儲層中經常見到的河道沉積物表現形式。因此，除了對心灘砂壩開展必要的研究以外，河道的狀態及其沉積結果分析則是在建立辮狀河沉積模式時必須要重點加以考慮的問題。

綜上所述，通過現代沉積類比、經驗公式調研、水平井資料應用等手段對心灘砂壩與河道沉積單元的關鍵參數進行恢復，并參考前人對于辮狀河的已有認識［4-6］，建立本區的砂質辮狀河沉積模式(圖6):心灘砂壩、砂質河道充填、廢棄河道充填構成了砂質辮狀河沉積的三個主要組成單元，它們在成因、沉積作用方式、沉積物特點及幾何形態等方面都各有不同(表1)。此外，在主要單元內部還分布有一些規模較小的落淤層、串溝、凹槽等次級組成部分，它們雖然所占比例不大，但是也在一定程度上使辮狀河儲層更加復雜化。以上所有沉積單元在三維空間中按照地質和沉積規律相互配置，形成了砂質辮狀河儲層“表面看似均質，實則內部復雜”的沉積特點。

在本區砂質辮狀河沉積模式的指導下，結合水平井資料建立適用于研究區的三維地質模型(圖7)。從圖中的廢棄河道充填沉積及泥質夾層(落淤層、串溝、凹槽)透視結果可以看出，廢棄河道大致保留了條帶狀的河道發育特點，厚度和延伸范圍超過了周圍一般的泥質夾層，對砂質辮狀河儲層的非均質性影響明顯。同時，廢棄河道充填也是鉆井過程中需要特別留意的一種沉積類型，應盡量使鉆井軌跡沿著垂直其發育的方向伸展。將該模型與研究區的砂體及隔夾層分布預測工作相結合，取得了良好的應用效果，對于后續開發方案的實施以及提高新井的砂巖鉆遇率具有重要意義。

5 結論

(1)砂質辮狀河中的河道可能呈現出三種不同的狀態，各個狀態下的沉積特點亦不相同。活動河道相當于沉積物在水中處于路過而不沉積的狀態，與地表現代沉積中的河道相對應;廢棄河道充填形成的泥巖沉積能較好地保留原始河道頂平底凸的形態，與周圍的砂質沉積有著明顯區別;砂質河道充填形成的砂巖沉積在成因上與心灘砂壩存在本質不同，它以正韻律和沖刷面等特征與后者相區別。

圖6 砂質辮狀河沉積模式Fig.6 The depositional model of sandy braided river

表1 砂質辮狀河各主要沉積單元特征總結Table 1 The characteristics of major sedimentary units in sandy braided river

圖7 地質模型中的廢棄河道充填沉積和泥質夾層透視圖Fig.7 The perspective view of abandoned channel fill and clay interlayers in the geological model

(2)結合研究區實際資料情況，通過現代沉積類比、經驗公式調研、水平井資料應用等手段對心灘砂壩和河道沉積單元的關鍵參數進行研究。分析后得出河道沉積的平均厚度在5.49～9.15 m之間，寬度介于197～199 m;心灘砂壩長度在540～1 089 m之間，寬度介于128～264 m。

(3)提出本區的砂質辮狀河沉積模式:心灘砂壩、砂質河道充填、廢棄河道充填構成了砂質辮狀河沉積的三個重要組成單元，它們按照沉積規律相互配置，形成了砂質辮狀河儲層“表面看似均質”的沉積特點，但實際上儲層內部卻具有復雜的結構。在該模式指導下建立本區的三維地質模型，對于提高井間砂體的鉆遇率和后續開發方案的落實具有重要意義。

References)

1 于興河，馬興祥，穆龍新，等.辮狀河儲層地質模式及層次界面分析［M］.北京:石油工業出版社，2004:66-89.［Yu Xinghe，Ma Xingxiang，Mu Longxin，et al.Reservoir Geology Model and Analysis of Hierarchy Surface［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，2004:66-89.］

2 葛云龍，逯徑鐵，廖保方，等.辮狀河相儲集層地質模型——“泛連通體”［J］.石油勘探與開發，1998，25(5):77-79.［Ge Yunlong，Lu Jingtie，Liao Baofang，et al.A braided river reservoir geological mode—l“pan-communicated sandbody”［J］.Petroleum Exploration and Development，1998，25(5):77-79.］

3 劉波，趙翰卿，李廣月，等.儲層砂質辮狀河的識別——以大慶喇嘛甸—薩爾圖油田西部PⅠ23為例［J］.石油學報，2002，23(2):43-47.［Liu Bo，Zhao Hanqing，Li Guangyue，et al.Sand body identification of braided river reservoir—an example from the PⅠ23west of Lamadian-Saertu Oilfield，Daqing，China［J］.Acta Petrolei Sinica，2002，23(2):43-47.］

4 劉鈺銘，侯加根，王連敏，等.辮狀河儲層構型分析［J］.中國石油大學學報:自然科學版，2009，33(1):7-11，17.［Liu Yuming，Hou Jiagen，Wang Lianmin，et al.Architecture analysis of braided river reservoir［J］.Journal of China University of Petroleum:Edition of Natural Science，2009，33(1):7-11，17.］

5 孫天建，穆龍新，趙國良.砂質辮狀河儲集層隔夾層類型及其表征方法——以蘇丹穆格萊特盆地Hegli油田為例［J］.石油勘探與開發，2014，41(1):112-120.［Sun Tianjian，Mu Longxin，Zhao Guoliang.Classification and characterization of barrier-intercalation in sandy braided river reservoirs:Taking Hegli oilfield of Muglad Basin in Sudan as an example［J］.Petroleum Exploration and Development，2014，41(1):112-120.］

6 劉鈺銘，侯加根，宋保全，等.辮狀河厚砂層內部夾層表征——以大慶喇嘛甸油田為例［J］.石油學報，2011，32(5):836-841.［Liu Yuming，Hou Jiagen，Song Baoquan，et al.Characterization of interlayers within braided-river thick sandstones:A case study on the Lamadian oilfield in Daqing［J］.Acta Petrolei Sinica，2011，32(5):836-841.］

7 廖保方，張為民，李列，等.辮狀河現代沉積研究與相模式──中國永定河剖析［J］. 沉積學報，1998，16(1):34-39，50.［Liao Baofang，Zhang Weimin，Li Lie，et al.Study on modern deposit of a braided stream and facies model:Taking the Yongding River as an example［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1998，16(1):34-39，50.］

8 何順利，蘭朝利，門成全.蘇里格氣田儲層的新型辮狀河沉積模式［J］. 石油學報，2005，26(6):25-29.［He Shunli，Lan Chaoli，Men Chengquan.New braided river model in Sulige gas field of Ordos Basin［J］.Acta Petrolei Sinica，2005，26(6):25-29.］

9 汪彥，彭軍，趙冉.準噶爾盆地西北緣辮狀河沉積模式探討——以七區下侏羅統八道灣組辮狀河沉積為例［J］.沉積學報，2012，30(2):264-273.［Wang Yan，Peng Jun，Zhao Ran.Tentative discussions on depositional facies model of braided stream in the northwestern margin，Junggar Basin:A case of braided stream deposition of Badaowan Fromation，Lower Jurassic in No.7 area［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2012，30(2):264-273.］

10 朱筱敏.沉積巖石學［M］.北京:石油工業出版社，2008:266-269.［Zhu Xiaomin.Sedimentary Petrology［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，2008:266-269.］

11 張昌民，張尚鋒，李少華，等.中國河流沉積學研究20年［J］.沉積學報，2004，22(2):183-192.［Zhang Changmin，Zhang Shangfeng，Li Shaohua，et al.Advances in Chinese fluvial sedimentology from 1983 to 2003［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2004，22(2):183-192.］

12 于興河，陳永嶠.碎屑巖系的八大沉積作用與其油氣儲層表征［J］. 石油實驗地質，2005，26(6):517-524.［Yu Xinghe，Chen Yongqiao.Eight major depositional processes of clastic rocks and their petroleum reservoir characterization［J］.Petroleum Geology ＆ Experiment，2005，26(6):517-524.］

13 Horn J D，Fielding C R，Joeckel R M.Revision of Platte River alluvial facies model through observations of extant channels and barforms，and subsurface alluvial valley fills［J］.Journal of Sedimentary Research，2012，82(2)，72-91.

14 穆龍新.委內瑞拉奧里諾科重油帶開發現狀與特點［J］.石油勘探與開發，2010，37(3):338-343.［Mu Longxin.Development actualities and characteristics of the Orinoco heavy oil belt，Venezuela［J］.Petroleum Exploration and Development，2010，37(3):338-343.］

15 Martinius A W，Hegner J，Kaas I，et al.Sedimentology and depositional modelfortheEarlyMioceneOficinaFormation in the Petrocede?o Field(Orinoco heavy-oil belt，Venezuela)［J］.Marine and Petroleum Geology，2012，35(1)，354-380.

16 鄒新寧，孫衛，張盟勃，等.沼澤沉積環境的辮狀河道特征及其識別方法［J］.石油地球物理勘探，2005，40(4):438-443.［Zou Xinning，Sun Wei，Zhang Mengbo，et al.Braided channel characters in palustrine environment and its identified methods［J］.Oil Geophysical Prospecting，2005，40(4):438-443.］

17 張憲國，林承焰，張濤，等.大港灘海地區地震沉積學研究［J］.石油勘探與開發，2011，38(1):40-46.［Zhang Xianguo，Lin Chengyan，Zhang Tao，et al.Seismic sedimentologic research in shallow sea areas，Dagang［J］.Petroleum Exploration and Development，2011，38(1):40-46.］

18 林承焰，張憲國，董春梅.地震沉積學及其初步應用［J］.石油學報，2007，28(2):69-72. ［Lin Chengyan，Zhang Xianguo，Dong Chunmei.Concept of seismic sedimentology and its preliminary application［J］.Acta Petrolei Sinica，2007，28(2):69-72.］

19 蘭朝利，何順利，門成全.利用巖心或露頭的交錯層組厚度預測辮狀河河道帶寬度——以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田為例［J］.油氣地質與采收率，2005，12(2):16-18.［Lan Chaoli，He Shunli，Men Chengquan.Prediction of braided channel belt width based on cross-stratum sets thickness measurements of cores or outcrops-taking Sulige gas field，Ordos Basin as an example［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2005，12(2):16-18.］

20 Bridge J S，Tye R S.Interpreting the dimensions of ancient fluvial channel bars，channels，and channel belts from wireline-logs and cores［J］.AAPG Bulletin，2000，84(8):1205-1228.

21 Kelly S.Scaling and hierarchy in braided rivers and their deposits:Examples and implications for reservoir modelling［M］//Sambrook Smith G H，Best J L，Bristow C S，et al.，Braided Rivers:Process，Deposits，Ecology and Management.Oxford，UK:Blackwell Publishing，2009:75-106.

22 Lynds R，Hajek E.Conceptual model for predicting mudstone dimensions in sandy braided-river reservoirs［J］.AAPG Bulletin，2006，90(8):1273-1288.

23 楊麗莎，陳彬滔，李順利，等.基于成因類型的砂質辮狀河泥巖分布模式——以山西大同侏羅系砂質辮狀河露頭為例［J］.天然氣地球科學，2013，24(1):93-98. ［Yang Lisha，Chen Bintao，Li Shunli，et al.Pattern of genesis-based mudstone distribution for sandy braided river:A case study of sandy braided-river outcrop，Datong，Shanxi province，China［J］.Natural Gas Geoscience，2013，24(1): 93-98. ］