三角洲前緣水下分流河道薄層單砂體成因類型及其疊置模式
——以古城油田泌淺10區核三段Ⅳ-Ⅵ油組為例

任雙坡　姚光慶　毛文靜

(1.中國地質大學構造與油氣資源教育部重點實驗室　武漢　430074；2.中國地質大學資源學院　武漢　430074)

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三角洲前緣水下分流河道薄層單砂體成因類型及其疊置模式
——以古城油田泌淺10區核三段Ⅳ-Ⅵ油組為例

任雙坡1,2姚光慶1,2毛文靜1,2

(1.中國地質大學構造與油氣資源教育部重點實驗室武漢430074；2.中國地質大學資源學院武漢430074)

摘要泌陽凹陷古城油田泌淺10區核三段廣泛發育三角洲前緣水下分流河道薄層砂體。在儲層精細沉積微相研究的基礎上，綜合應用巖芯、密井網測井等資料，對古城水下分流河道單砂體進行了精細刻畫，建立了單砂體規模定量預測模型。依據河道規模將古城水下分流河道分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型河道3類。運用高分辨率層序地層學短期基準面旋回原理，對研究層段水下分流河道砂體成因類型進行了研究。結果表明，在基準面低幅上升且A/S<<1時，形成削截式水下分流河道砂體；A/S<1(接近1)時，形成完整式水下分流河道砂體。識別出單一河道砂體的疊置類型主要包括垂向疊置、側向疊置、垂向相切、側向相切、垂向分隔5種垂向疊置模式以及間灣相隔式、水平搭接式、側向切疊式3種平面接觸樣式，并總結了各自的測井相識別標志。

關鍵詞泌淺10區單砂體短期基準面旋回水下分流河道三角洲前緣

0引言

三角洲前緣是我國陸相盆地最重要的油氣儲層類型之一，水下分流河道砂體又是該類儲層重要的組成部分。物源供給、地形起伏變化、湖盆水體深淺和湖平面升降等因素共同控制著水下分流河道的規模、分叉—合并頻率，形成橫向連通性和垂向連續性不同的儲層砂體[1]。前人關于水下分流河道微相識別、儲集性質及含油氣性評價已有深入研究[2-5]。但是有關河道沉積砂體疊置規律尤其是對油田地下砂體結構的研究相對較少，現有研究也主要集中于現代沉積和野外露頭解剖方面[6-9]。隨著油田進入高含水期開采階段，不同單河道間連通方式的復雜性使儲層內部表現出很強的非均質性，需要對單河道砂體的疊置關系進行精細研究以提高對河道砂體儲層的認識[10-14]。準確刻畫單砂體的垂向組合、平面接觸關系，明確河道砂體空間疊置規律是研究剩余油分布的關鍵[15-18]。

井網密度是制約砂體疊置關系刻畫精度的關鍵因素，國內大多數油田的平均井距都在200 m以上，所謂的小井距也在100 m以上[11,19]，仍然不能實現精細劃分砂體的目的。而本研究區的平均井距僅為75 m，最小處甚至只有50 m，這對于精細識別河道邊界、準確刻畫河道形態都有巨大優勢。筆者擬在已有資料的基礎上對研究區水下分流河道砂體疊置關系進行深入解剖，提高砂體空間組合關系認識程度，以期為油田后期開發調整提供新思路。

1研究區概況

古城油田地處泌陽凹陷北部斜坡西段，其含油構造為軸向北西的古城鼻狀構造，斷層的切割作用使古城鼻狀構造呈現為大小不等的斷塊，含油斷塊泌淺10區位于古城油田西北部，為一斷鼻型油氣藏，含油層為下第三系核桃園組核三段Ⅲ-Ⅶ油層組，沉積物源來自北西向古城三角洲。泌淺10區鼻狀構造主要受控于北部、西部兩條正斷層，西部的逆斷層分割形成的東西區差異較為明顯，東區地層呈現傾角為11°～16°的單斜構造，西區是與逆斷層伴生的牽引構造[20]。研究區含油面積為1.4 km2，地質儲量為567萬噸，已動用地質儲量382萬噸，可采儲量65.2萬噸，標定采收率30%。共有井300余口，平均井距為75 m，為密井網區(圖1)。古城油田泌淺10區自上世紀80年代蒸汽吞吐開發以來，主力油層已進入高含水階段，剩余油呈高度離散分布狀態，亟需開展儲層砂體精細研究。

圖1　泌淺10區域構造位置及井位部署簡圖Fig.1　Sketch map showing structural location and welldeplopment of Biqian 10 area

2水下分流河道砂體成因類型

高分辨率層序地層學的核心內容就是基準面旋

回。基準面的升降影響可容納空間及沉積物補給通量，具體表現為沉積體系域或相域中沉積物的相序、組合類型及保存程度等諸方面發生改變，由此造成儲層砂體具有多種成因類型[21-25]。筆者首先對研究層段水下分流河道儲層砂體短期基準面旋回類型進行識別，在此基礎上對其可容納空間與沉積物補給通量的比值(A/S)變化特征進行分析，進而總結了儲層砂體組合類型和空間分布規律[26-28]，確定河道砂體成因類型。

2.1沉積微相識別和劃分

通過對泌淺10區14口取芯井的巖芯觀察，結合粒度概率曲線、巖石相及前人研究成果[20]，認為研究區為三角洲前緣亞相沉積，并且沉積砂體主體為水下分流河道，伴有河口壩、席狀砂、遠砂壩、水下分流河道側翼、水下分流河道間灣等沉積微相。

2.1.1水下分流河道微相

分流河道入湖后繼續延伸即為水下分流河道，一個完整的水下分流河道沉積從巖性以及沉積構造上看下部通常主要為厚層中粗砂巖(圖2A)或細砂巖，發育板狀—楔狀交錯層理(圖2B)以及塊狀構造(圖2C)，局部可見槽狀交錯層理，常見沖刷面(突變面)；上部通常為細—粉砂巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖，發育波狀交錯層理(圖2D)。三角洲平原分流河道入湖后繼續延伸即為水下分流河道，砂巖粒度概率曲線主要以跳躍總體為主。水下分流河道因湖水阻滯作用導致能量降低，與三角洲平原分流河道相比，沉積物粒度細、顏色深。測井相上，SP、RT曲線顯示明顯的正旋回，反映粒度由下向上正韻律變化特征，曲線形態呈箱型或鐘型(圖3)。

圖2　研究區典型水下分流河道巖芯照片A.G51715井，352.7 m塊狀構造粗砂巖；B.G51013井，411.5 m板狀交錯層理細砂巖；C.G51310井，312.8 m底部塊狀構造，向上發育平行層理粗砂巖；D.G51512井，361.3 m，波狀交錯層理粉細砂巖。Fig.2　Typical core pictures of subaqueous distributary channels in the study area

圖3　水下分流河道砂體巖性及沉積構造特征(古新51013井)Fig.3　Lithologic and sedimentary structure feature of subaqueous distributary channel sand body(Well Guxin 51013)

2.1.2其他微相類型

河口壩：位于水下分流河道河口末端，由于河流能量減弱湖水阻力作用較強，碎屑物卸載形成，由泥質粉砂巖、粉砂巖構成反旋回序列。測井曲線呈中幅漏斗型。

席狀砂：常連片分布于河口壩的前部或側翼，是河口砂壩受水流作用破壞后再沉積形成的。巖性較細，多為粉砂巖或泥質粉砂巖，常發育波狀層理、水平層理或斜層理，呈反韻律或韻律特征不顯著。測井曲線呈中幅指型。

遠砂壩：位于河口砂壩前方較遠部位，主要由粉砂和少量黏土組成。沉積構造以水平紋理和顏色紋理為特征，但同時具有波狀交錯層理。測井曲線呈中幅指型。

水下分流河道側翼：也稱河道邊緣，沉積物粒級相比主河道要細的多，主要由粉砂巖、泥質粉砂巖組成，呈正韻律。測井曲線呈中高幅齒型。

水下分流河道間灣：位于水下分流河道之間相對凹陷的區域，以黏土沉積為主，含少量粉砂，具水平層理和透鏡狀層理。測井曲線呈低幅平直型。

2.2單河道定量識別與劃分

古代三角洲砂體露頭資料以及現代三角洲研究成果揭示，河道寬度和深度之間存在定量關系。研究區沉積地形平緩，多形成“寬而淺”的水下分流河道。筆者選取垂直物源方向的6條剖面，充分利用研究區密井網小井距優勢條件，對單一河道進行了精細劃分并統計了各單河道的寬度和厚度數據(共128個數據點)，建立了單河道砂體寬度與厚度之間的定量預測模型(圖4)。綜合河道寬度、厚度將研究區河道分為3類(表1)，并且發現不同類型河道具有獨特的測井相特征。I型河道：鐘型、齒化鐘型為主；II型河道：中幅薄箱型、中幅齒化薄箱型為主；III型河道：中—高幅厚箱型、中—高幅齒化厚箱型為主(圖5)。

I型河道由薄層粉砂巖和泥質粉砂巖互層組成。II型河道下部為細、粉砂巖，向上為泥質粉砂巖和粉砂質泥巖。III型河道由厚層中粗砂巖、細粉砂巖組成，上、下與泥巖接觸或由中厚層細、粉砂巖夾薄層泥質粉砂巖組成。

圖4　泌淺10區單河道砂體寬—厚定量預測模型Fig.4　Quantitative prediction model on width-thicknessof single channel sandbody in Biqian 10 area

2.3短期基準面旋回變化與砂體疊置關系

以巖芯、測井等相關資料為依據，對短期基準面旋回進行識別，其地層過程—沉積學響應特征主要表現為具有成因聯系的單一或多個巖相所組成的最小成因地層單元，相當于Vail的準層序組或準層序[29]。以此為基礎，可開展高分辨率層序地層學成因地層單元劃分以及層序分析等工作[30-32]。

通過巖芯觀察和測井相分析，在研究區識別出兩種向上變深的非對稱型短期基準面旋回(圖6)，特征為上升半旋回完整保存，缺失下降半旋回，符合三角洲前緣水下分流河道砂體沉積特點。其中，低可容空間和高可容空間條件下形成的水下分流河道在巖性巖相組合和測井相形態特征上具有明顯的差異性。低可容空間多形成削截式水下分流河道，高可容空間多形成完整式水下分流河道。

表1　不同河道類型及特征

圖5　不同類型水下分流河道及其對應測井相特征Fig.5　Different types and logging facies features of subaqueous distributary channel

2.3.1削截式水下分流河道砂體

截削式分流河道砂體形成于低可容納空間條件下，其短期基準面旋回類型為向上變深的非對稱型旋回(圖6)。在基準面低幅上升過程中，可容納空間的增長率遠小于沉積速率(A/S<<1)，注入可容納空間的大部分沉積物受水動力作用無法保留?；鶞拭嫦陆禃r，有效可容空間減小，沖刷作用逐漸增強，上部細粒沉積物被侵蝕，僅保留了下部粗粒部分，形成底部具沖刷面與單一向上變細的塊狀分流河道砂體。當基準面再一次升降時，重復上述過程，可導致多期砂體相互疊合形成削截式水下分流河道砂體，測井曲線表現為箱型(表2)。

2.3.2完整式水下分流河道砂體

完整式分流河道砂體短期基準面旋回類型為高可容納空間向上變深的非對稱型旋回(圖6)。在高可容納空間且A/S<1(接近1)的條件下，可容納空間隨著基準面上升而增大，其增長速率大于沉積物供應速率，于是大量沉積物得以沉積，此時沖刷和剝蝕作用較弱，形成底部沖刷向上變細的完整河道砂體(具有典型的河道二元結構)；基準面下降導致有效可容納空間向湖推進，與此同時，沖刷侵蝕作用減弱，砂體保存完整，能夠單期或多期疊加存在，測井曲線表現為鐘型(表2)。

表2　泌淺10區核三段Ⅳ-Ⅵ油組A/S值與水下分流河道砂體成因類型

圖6　向上變深的短期基準面旋回剖面結構及相應砂體疊置關系Fig.6　Profile of up-deepening short-term base-level cycle and corresponding superimposition patterns

圖7　古城油田泌淺10區單砂體垂向疊置樣式及測井相識別標志模式圖Fig.7　Vertical superimposition patterns of single sandbodies and logging markers of Biqian 10 area, Gucheng oilfield

3水下分流河道單砂體疊置樣式及識別標志

3.1垂向疊置樣式及測井相識別標志

隨著湖平面升降，不同時期沉積的河道單砂體垂向疊置切割，形成了多種組合樣式[33]。通過砂體的精細刻畫發現泌淺10區水下分流河道砂體在垂向上主要有垂向疊置、側向疊置、垂向相切、側向相切以及垂向分隔5種疊置類型，并且每種類型都對應著各自典型的測井相識別標志(圖7)。不同的疊置類型對應不同的砂體成因。其中，垂向疊置、側向疊置對應削截式水下分流河道砂體成因；垂向相切、側向相切以及垂向分隔對應完整式水下分流河道砂體成因(圖6)。

(1) 垂向疊置。兩期河道砂體垂向重疊率大于80%，后期河道對前一期河道有明顯的切割、侵蝕、沖刷破壞作用。在兩期砂體切疊處，2.5 m電阻率曲線回返明顯，表現出兩期河道間的物性差異，整體上顯示為兩個階梯狀箱型或鐘型特征，橫向上從河道中心向河道邊緣第二期單砂體2.5 m電阻率曲線箱型(鐘型)底部和第一期單砂體2.5 m電阻率曲線箱型(鐘型)底部高程明顯上升(圖7a)。多期河道的垂向疊置在2.5 m電阻率曲線上表現為階梯狀曲線回返，指示著不同河道之間的物性差異(圖8)。

圖8　階梯狀測井曲線—單砂體垂向疊置標志(古51320井Ⅳ油組第10小層)Fig.8　Step-type logging markers for vertical superimposedsingle sandbodies (the tenth small layer of the fourthreservoir group of Well Gu 51320)

(2) 側向疊置。兩期河道砂體垂向重疊率介于50%～80%，垂向上后期形成的單砂體對前一期形成的單砂體有較為明顯的切割、侵蝕、沖刷破壞作用。在兩期砂體切疊處，2.5 m電阻率曲線回返明顯，表現出兩期河道間的物性差異，整體上顯示為兩個階梯狀箱型或鐘型特征；在兩期單砂體未切疊處，2.5 m電阻率曲線上各自顯示為一個單獨的箱型(鐘型)(圖7b)。

(3) 垂向相切。兩期單砂體垂向重疊率大于80%，但是后期形成的單砂體對早期形成的單砂體沒有明顯的侵蝕、沖刷等作用，兩期河道呈相切接觸。在兩期河道相切處，2.5 m電阻率曲線回返明顯，表現出兩期河道間的細粒沉積，電阻率曲線整體上顯示為兩個階梯狀的箱型或鐘型特征，從河道中心向河道邊部，第一期河道砂體和第二期河道砂體2.5 m電阻率曲線箱型(鐘型)底部高程明顯上升(圖7c)。

(4) 側向相切。兩期河道砂體垂向重疊率介于50%～80%，但是后期形成的單砂體對早期形成的單砂體沒有明顯的侵蝕、沖刷等作用，兩期河道呈相切接觸。該疊置類型在兩期河道相切處，2.5 m電阻率曲線回返明顯，表現出兩期河道間的細粒沉積，電阻率曲線整體上顯示為兩個階梯狀的箱型或鐘型特征；而在兩期河道未相切處，2.5 m電阻率曲線顯示為一個單獨的箱型(鐘型)特征(圖7d)。

(5) 垂向分隔。兩期河道砂體之間存在厚層細粒沉積物，孤立存在。此疊置類型測井相標志為2.5 m電阻率曲線顯示兩個分離的箱型(鐘型)特征，并且在兩期單砂體分隔處測井曲線呈平直型(圖7e)。研究區內單砂體之間的細粒沉積物主要是泥質沉積(圖9)。

圖9　單砂體間細粒沉積物類型及測井相特征(古51512井Ⅴ油組第3小層)Fig.9　Logging facies and sediment types between singlesandbodies(the third small layer of the fifth reservoirgroup of Well Gu 51512)

3.2平面接觸樣式及測井識別標志

水下分流河道單砂體的平面接觸樣式是指同一時期沉積的不同分流河道砂體在平面上的接觸關系(包括由同一河道繼續分流形成的分流河道和不同河道分支)，此期間湖平面基本保持穩定，單河道砂體的接觸關系主要受水動力條件、古地形地貌、古氣候等因素的影響，在平面上總會相互切疊和分離，從而形成不同的接觸樣式。研究發現研究區水下分流河道砂體平面接觸樣式主要有間灣相隔式、水平搭接式、側向切疊式3種類型，每種類型在剖面上都有各自典型的測井相標志(圖10)。

(1) 間灣相隔式

兩支分流河道(同一河道不同分支或不同分支河道)之間為水下分流間灣泥質沉積，在平面上彼此不接觸。在河道砂體處電阻率曲線上顯示為一個單獨的箱型(鐘型)，而在水下分流間灣處電阻率曲線為平直曲線。在研究區該種接觸類型主要分布在水下分流河道下游末端處(圖11a)。

(2) 水平搭接式

兩期單砂體剖面上彼此對接，平面上并行流過，各自保存完整，單砂體之間沒有切疊關系。砂體處，電阻率曲線上顯示為單獨的箱型(鐘型)，在橫向上往往出現砂體由厚變薄再變厚的組合關系(圖11b)。研究區內該種接觸類型的河道砂體相對較少。

(3) 側向切疊式

同時期內，由于三角洲前緣水下分流河道的頻繁改道、遷移等原因，形成河道側向切疊接觸。在兩期單砂體未切疊部位，電阻率曲線上顯示為一個單獨的箱型(鐘型)，在切疊處由于不同河道砂體之間的物性差異，測井曲線會有明顯回返(圖11c)。此種接觸類型的砂體在研究區內較為常見。

以研究區單河道砂體5種垂向疊置模式為指導，配合單砂體定量預測模型以及3種平面分界標志，建立了研究區河道砂體平面展布模式(圖11，12)。

3.3短期基準面旋回控制下的砂體疊置關系演化規律

基準面的升降導致可容納空間/沉積物補給通量值(A/S)發生變化，進而影響三角洲前緣水下分流河道砂體的幾何形態和接觸關系[34]。河道砂體在垂向上的演化受到A/S比值的控制，為了研究其垂向演化規律，以短期旋回(單層)為作圖單元，應用密井網資料，繪制了9張聯井砂體剖面圖。以垂直物源方向的3號剖面V油組聯井砂體剖面圖為例(圖13)，從圖中可以看出，整個V油組發育多級基準面上升半旋回，反映了A/S在縱向上的多級變化發育模式。隨著基準面的上升及A/S值的不斷增大，水下分流河道砂體從V油組下部的垂向疊置、側向疊置樣式逐漸過渡到上部的垂向分隔樣式(由削截式河道向完整式河道過渡)，同時河道的類型在多個次級A/S比值向上變大旋回的控制下也從Ⅲ型河道逐步演化為Ⅰ型河道(圖14)。

圖10　三角洲前緣水下分流河道平面接觸樣式及測井相識別標志模式圖Fig.10　Patterns of lateral contact styles and logging markers of subaqueous distributary channel in delta front

圖11　古城油田泌淺10區單河道砂體平面接觸樣式Fig.11　Lateral contact styles of single channel sandbodies in Biqian 10 area, Gucheng oilfield

圖12　古城油田泌淺10區Ⅳ72單層河道砂體平面展布Fig.12　Single channel sandbodies distribution of the Ⅳ72layer of Biqian 10 area, Gucheng oilfield

圖13　短期基準面旋回內部砂體分布聯井剖面圖Fig.13　The interwell distribution profile of sand bodies within short-term base-level cycle

圖14　A/S值與河道砂體疊置類型關系Fig.14　Relationship between the value of A/S and superimposition patterns of channel sandbodies

4結論

(1) 在對研究區沉積相精細研究的基礎上，對研究區水下分流河道砂體進行了精細識別，并建立了單一河道寬厚比定量預測模型。依據河道砂體的規模將研究區河道分為3類：Ⅰ型河道，Ⅱ型河道，Ⅲ型河道。并總結了每種類型河道特有的測井相標志。

(2) 依據基準面升降原理，對研究層位進行了短期基準面旋回識別和分析。研究發現，泌淺10區核三段Ⅳ-Ⅵ油組主要發育削截式水下分流河道和完整式水下分流河道兩種成因類型的河道砂體。在基準面低幅上升且A/S<<1的條件下，形成削截式水下分流河道砂體，對應砂體疊置模式為垂向疊置和側向疊置，此時多形成Ⅲ型河道；在高可容納空間且A/S<1(接近1)的條件下，形成完整式水下分流河道砂體，對應砂體疊置模式為垂向相切、側向相切以及垂向分隔，此時多形成Ⅰ型、Ⅱ型河道。

(3) 利用研究區密井網資料，對水下分流河道砂體進行了精細解剖，總結了垂向疊置、側向疊置、垂向相切、側向相切、垂向分隔5種垂向疊置樣式以及間灣相隔式、水平搭接式、側向切疊式3種平面接觸樣式，并給出了每種疊置樣式的測井相識別標志。

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Genetic Types and Superimposition Patterns of Subaqueous Distributary Channel Thin Sandbodies in Delta Front: A case study from the Ⅳ-Ⅵ reservoir groups of H3 in Biqian 10 area of Gucheng oilfield

REN ShuangPo1,2YAO GuangQing1,2MAO WenJing1,2

(1. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resource of the Ministry of Education, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;2. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)

Abstract:Thin sandbodies of subaqueous distributary channels of delta-front are widely developed in Biqian 10 area, Gucheng oil field, Biyang sag. Depending on fine study of reservoir sedimentary microfacies with integrating various data including cores and small well spacing logging data, we characterized the single sand body identification in compound subaqueous distributary channels and established a quantitative prediction model for single sand body scale, then we classified the subaqueous distributary channels into 3 types according to channel scale. Based on the short-term base-level cycle theory of high resolution sequence stratigraphy, the paper analyzes the genesis of subaqueous distributary channel sandstones in the study area. The result shows that in the course of base-level rising, A/S<<1, sandstone genetic type is mainly truncated distributary channel sandstone body, A/S<1(close to 1), sandstone genetic type is mainly integrated distributary channel sandstone body. We identified that there are five main vertical superimposition patterns of single sandbodies, including vertical superposition, lateral superposition, vertical tangency, lateral tangency and vertical separated, and three lateral contact patterns, including interdistributary contact, horizontal overlap contact and lateral superimposition-tangency contact, moreover, each type of logging-facies marks is summarized.

Key words:Biqian 10 area; single sandbody; short-term base-level cycle; subaqueous distributary channel; delta-front

文章編號：1000-0550(2016)03-0582-12

doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2016.03.016

收稿日期：2015-06-29； 收修改稿日期： 2015-09-12

基金項目:中國石油化工股份有限公司河南油田分公司重點項目(31350053-13-ZC0607-0005)[Foundation: Key Project of Henan Oilfield, SINOPEC , No. 31350053-13-ZC0607-0005]

第一作者簡介任雙坡男1989年出生博士研究生儲層地質學E-mail: rsp_123@126.com

通訊作者姚光慶男教授E-mail: gqyao@cug.edu.cn

中圖分類號P618.13

文獻標識碼A