基于水動力能量的潤濕沖積扇基準面旋回分析
——以遼河油田D 區塊為例

李 晨，樊太亮，王宏遠，高志前，樊 華，謝偉偉

（1.中海油研究總院有限責任公司，北京 100028；2.中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083； 3.中國石油遼河油田分公司開發事業部，遼寧盤錦 124013；4.中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083）

自T.A.Cross 的高分辨率層序地層學理論引入我國后，基準面旋回分析作為其核心思想獲得了學者們的極大關注[1–3]，該理論已廣泛應用于各種沉積體系內[4–6]。基準面旋回的識別是依靠地層記錄中的可容納空間/沉積物供給量（A/S 值）的變化趨勢得到，基準面的升降控制了沉積物的保存程度、砂體疊加樣式、相序及相類型[5]。以中期基準面旋回為周期、以短期基準面旋回為成因的地層單元，可較為詳細地分析層序疊加樣式與A/S 值變化的相互關系[6]。由于中期基準面旋回具有明確的沉積意義，一般縱向上指示一期沉積體形成的全過程，自旋回的干擾作用較小，是最具等時對比意義的層序單元[7]，學者們在應用基準面旋回理論分析具體開發區塊內儲層非均質性時常將中期旋回作為基本對比單元[8–11]。

基準面的升降狀態與沉積動力學存在密切的關系，水動力能量的變化體現了沉積環境的變化，具有較強的指示意義。沖積扇為具有事件性沉積作用的沉積環境，緊鄰物源，遠離湖盆，單一沖積扇體內的沉積物的體積分配受基底沉降和湖平面變化等控制較弱，更多地受到了水動力能量變化的控制。水動力能量的變化與多種因素相關，既可能受氣候周期性變化而引起的降水差異的影響，也可能受攜帶沉積物的水體自身能量變化的影響。對于后者而言，多形成自旋回，往往對異旋回的識別產生干擾，沖積扇的短期旋回常會受到自旋回的影響。而中期旋回往往較為穩定，單一沖積扇體對應于一期中期旋回，其基準面旋回變化受控于氣候周期性變化引起的水動力能量的改變。本次研究旨在分析中期旋回內水動力能量的周期性變化與基準面旋回的響應關系。沖積扇屬于典型的陸上沉積，按照氣候條件的差異可分為干旱沖積扇和潤濕沖積扇。氣候差異的影響導致潤濕沖積扇具有常年的流水，而干旱沖積扇常年處于干旱，潤濕沖積扇單個扇體大，河流作用明顯，干旱沖積扇單個扇體小，泥石流作用明顯。

前人對沖積扇的基準面旋回變化與砂體分布的關系進行了相關探討，但從沖積扇水動力能量變化的角度探討其基準面旋回變化規律的研究較為少見。本次研究以遼河油田D 區塊館陶組潤濕沖積扇為例，在潤濕沖積扇沉積特征研究的基礎上，明確潤濕沖積扇沉積微相類型與水動力能量的響應關系，建立水動力能量變化與潤濕沖積扇基準面旋回變化之間的聯系，進而在基準面旋回分析的基礎上分析沖積扇體的縱向疊置結構，為下一步油田挖潛提供地質依據。

1 潤濕沖積扇沉積特征

遼河油田D 區塊位于遼河坳陷西部凹陷西斜坡帶中段上傾部位（圖1），研究區新生界自下而上發育沙河街組（Es）、東營組（Ed）、館陶組（Ng）、明化鎮組（Nm）及第四系（Q）。D 區塊面積約5.24 km2，邊界由多組斷層共同限定，區塊內部斷層較少。D 區塊館陶組取心資料與對應測井響應值統計表明，聲波時差曲線對巖性識別程度較高。

圖1 遼河油田D 區塊區域位置

據前人的認識，遼河油田D 區塊館陶組沖積扇為潤濕沖積扇，沉積亞相以扇根亞相和扇中亞相為主。扇根亞相主要由泥石流和片流帶兩類微相組成，夾少量漫洪泥質沉積。泥石流多表現為砂巖、泥巖和礫巖混雜堆積，礫石含量超過90%，聲波時差曲線表現為明顯低幅鋸齒形，物性較差。片流帶是介于泥石流與辮流帶的一種沉積微相類型，反映了水動力條件由極度不穩定向較穩定狀態的轉化（圖2）。巖性多以砂礫巖為主，聲波時差曲線表現為中高幅寬指形至中高幅窄指形。扇中亞相主要由辮流帶組成，距離山根較遠，聲波時差曲線表現為高幅箱形或齒化高幅箱形，儲層物性最好，同時在局部地區可形成少量漫流泥質沉積，聲波時差曲線明顯高幅，且電阻率曲線明顯低幅。

圖2 潤濕沖積扇主要沉積微相類型

2 潤濕沖積扇微相類型與水動力能量 的響應關系

對于陸相碎屑巖沉積體系而言，湖平面的升降變化、構造升降、沉積物供給速率及古氣候等因素控制了沉積微相類型。對于潤濕沖積扇而言，其基本不受湖平面的影響；同時，對于持續時間較短的沉積階段而言，其沉積期構造背景穩定，沉積物的體積分配也基本不受構造沉降的影響。其沉積微相類型的變化主要受控于沉積物供給速率和氣候。沖積扇的沉積物供給速率強烈受控于水動力能量的變化，而沖積扇水動力能量的變化則主要由古氣候變化引起。因此，由古氣候變化引起的沉積物供給速率的變化控制了潤濕沖積扇的沉積微相類型，同時，根據潤濕沖積扇的沉積微相類型也可推斷水動力能量的變化。對于具有常年流水的潤濕沖積扇而言，水動力能量的變化強烈地改變著潤濕沖積扇的組成結構，據此可以根據潤濕沖積扇的沉積微相類型判斷水動力能量的變化。當水動力能量逐漸下降時，礫巖中出現大量的砂巖，沉積微相以片流帶為主；而當水動力能量最低時，形成大面積分布的砂巖，礫巖含量明顯降低，沉積微相以辮流帶為主。反之，當水動力能量逐漸上升時，則開始出現礫巖，沉積微相以片流帶為主，直至最后完全以礫巖為主，沉積微相以泥石流為主。

需要強調的是，氣候的間歇性變化導致降水存在差異，從而引起水動力能量的變化。在水動力能量持續增強的過程中，沖積扇局部可能由于水道的迅速改道，形成漫流或漫洪沉積，產生水動力能量減弱的假象。而在水動力能量持續減弱的過程中，可能由于短期快速的水動力增強，沖積扇局部形成小規模的泥石流，產生水動力能量增強的假象。這些假象都是受局部水動力能量自身的變化形成的，屬于自旋回現象，自旋回現象并不會改變縱向上單一沖積扇體內水動力能量整體增強或減弱的趨勢。

3 水動力能量與潤濕沖積扇基準面旋回的響應關系

3.1 水動力能量變化與A/S 值的關系

判斷A/S 值的變化是分析基準面旋回的重要基礎，所以確定A/S 值的變化過程對于識別基準面旋回具有重要意義。通過潤濕沖積扇沉積微相類型的分析可獲得水動力能量的變化，建立水動力能量變化與A/S 值的關系，進而確定潤濕沖積扇A/S 值的變化規律。潤濕沖積扇水動力能量的變化可分為四個時期，分別為水動力能量快速下降期、平緩下降期、快速上升期和平緩上升期。潤濕沖積扇在低可容納空間背景下和高可容納空間背景下A/S 值的差異主要體現在水動力能量快速上升期。以下∣?A∣代表可容納空間增量絕對值，∣?S∣代表沉積物供給增量絕對值。∣?A∣/∣?S∣值用來輔助判斷A 值或S 值的主導地位，而A/S 值則用來判斷基準面升降變化，A/S 值的增減與基準面升降變化呈正相關關系，基準面至沉積表面所限定的空間代表受控于多種因素的沉積物潛在堆積空間。

在水動力能量快速下降期，受古氣候變化影響，沖積扇外部水體供給開始快速下降。即洪泛期過后，沉積物供給量呈現迅速下降的趨勢，而可容納空間則逐漸被充填，伴隨水動力能量的快速下降，先形成泥石流沉積，再形成片流帶，隨后形成辮流帶。此時A 值變化甚微，導致∣?A∣值變化小；而S 值明顯降低，導致∣?S∣值變化大。因此，∣?A∣/∣?S∣值明顯降低，表明此時S 值成為A/S 值的主控因素；又因S 值的明顯降低，故而在該時期A/S 值有所增高，中期基準面上升。

在水動力能量平緩下降期，沖積扇外部水體供給下降速度趨緩，導致S 值的供給趨于穩定，隨著沉積物逐漸地充填可容納空間，A 值逐漸降低，此時大面積發育辮流帶。如果此時處于低可容納空間背景下，則極可能較小的A 值導致這部分沉積物在后續到來的水動力能量快速上升期被部分剝蝕，甚至由于A 值太小，無法接受沉積。此時A 值明顯降低，導致∣?A∣值變化大；而S 值變化微弱，導致∣?S∣值變化小。因此，∣?A∣/∣?S∣值明顯增高，表明此時A 值成為A/S 值的主控因素，又因A 值明顯降低，故在該時期A/S 值逐漸降低，中期基準面下降。

在水動力能量快速上升期，即在洪泛早期，沖積扇體內S 值呈現迅速增加的趨勢，而可容納空間A 值則沒有明顯增加。A 值變化甚微，導致∣?A∣值變化小；而S 值明顯增高，導致∣?S∣值變化大。因此，∣?A∣/∣?S∣值明顯降低，表明此時S 值成為A/S 值的主控因素，又因S 值的明顯增高，故而該時期A/S 值繼續降低，中期基準面下降。當處于低可容納空間背景下時，基準面已下降到潛在可容納空間以下，基準面趨向于向下游創造新的潛在可容納空間，進而形成大量的下切沖刷面，沉積物保存狀態以過路不留為主（圖3a）。而當處于高可容納空間背景下時，在基準面下降早期仍保持一定的潛在可容納空間，沉積微相以片流帶與辮流帶交互沉積為主，而基準面下降晚期則以沖刷面為主（圖3b）。

在水動力能量平緩上升期，即在洪泛晚期，隨著沖積扇外部水體供給上升速度放緩，導致S 值的供給趨于穩定，攜帶大量碎屑物的流體在沉積地表快速流動，導致河道下切作用持續進行，形成大量的潛在可容納空間，A 值明顯增加，同時在沉積地表形成泥石流沉積。A 值明顯增高，導致∣?A∣值變化大；而S 值變化甚微，導致∣?S∣值變化小。因此，∣?A∣/∣?S∣值明顯增高，表明此時A 值成為A/S 值的主控因素，又因A 值的明顯增高，故而該時期A/S 值明顯增高，中期基準面上升。

需要強調的是，當水動力能量供給發生中斷時（一般發生在水動力能量下降期，即處于基準面上升晚期或基準面下降早期），水體供給斷絕，此時S值等于0，導致了A/S 值無限大，形成完全的饑餓面。這種情況多是由于來自物源方向的水動力能量尚未波及到該處，故而不接受沉積。當水動力能量在上升期（即基準面下降晚期和基準面上升早期）能夠波及該處時，則形成辮流帶或片流帶沉積（圖3c）。即基準面上升早期，水動力能量由穩定變為快速下降，形成辮流帶沉積，隨后由于水動力能量中斷，形成饑餓面，直至水動力能量上升再次波及此處，即基準面下降晚期，開始形成片流帶或辮流帶，并且離物源方向越遠，越容易在基準面下降晚期形成辮流帶。在該種情況下，僅能保留基準面上升早期和基準面下降晚期的沉積物。而當水動力能量在上升期（即基準面下降晚期和基準面上升早期）都極難以波及該處時，那么在基準面上升期和基準面下降早期則完全不接受沉積物，僅會在基準面下降晚期由于水動力能量的迅速上升，形成少量的辮流帶，保存少量基準面下降晚期的沉積物。

圖3 潤濕沖積扇完整單一中期旋回變化與水動力能量的關系

3.2 中期基準面旋回界面的識別

由于沖積扇水動力能量變化復雜，故而短期基準面旋回受自旋回影響嚴重，而中期基準面旋回對應一期完整的沖積扇體內水動力能量變化。一般而言，將A/S 值由降轉升的界面定為中期基準面旋回界面。由上文分析可知，當水動力能量未發生中斷時，在水動力能量快速上升期晚期，A/S 值達到最小，可容納空間達到最低值，形成分布廣泛的下切沖刷面；而后水動力能量進入平緩上升期，A/S 值開始由降轉升，在沖刷面之上覆蓋泥石流沉積。故而將泥石流之下沖刷面之上的這套界面定為中期基準面旋回的界面，此界面之上發育新一期的單一沖積扇體，縱向上，該套界面之上保存泥石流沉積，之下保存片流帶或辮流帶。而當水動力能量發生中斷的時候，A/S 值達到最小時，由于水動力能量較低，并未形成大面積分布的沖刷面，縱向上，界面上下常會形成兩期辮流帶相互疊置的現象，故而其中期基準面旋回的識別較為困難，需要結合水動力能量未中斷的鄰井進行綜合分析。

3.3 實例分析

以遼河油田D 區塊館陶組潤濕沖積扇為例，分析水動力能量變化與潤濕沖積扇基準面旋回的響應關系。可在單井相中識別出館陶組較為明顯的4 組中期基準面旋回界面，分別為S1、S2、S3 和S4，界面之上形成泥石流沉積，界面之下為辮流帶或片流帶沉積，中期基準面旋回界面在研究區內基本可追蹤。進而可識別出5 期中期基準面旋回，分別為M1、M2、M3、M4 和M5（圖4）。

如果一期中期基準面旋回過程的各個階段均能夠完整地接受沉積，那么其中期基準面旋回內可保存的沉積物的厚度最大，而當其因各種原因導致基準面旋回內可保存的沉積物厚度減薄時，說明其在基準面旋回過程中缺失了部分沉積或曾遭受剝蝕，導致中期基準面旋回內保存的沉積物厚度減薄。

M1 中期基準面旋回內保存的沉積物厚度較薄，主要形成于水動力能量快速下降期和水動力能量快速上升期。當其處于水動力能量平緩下降期時，水動力能量難以波及于此，導致基準面上升晚期和基準面下降早期不保留沉積物，中期基準面旋回內保存的沉積物厚度變薄。可推測在更靠近物源的位置，在水動力能量平緩下降期，水動力能量仍能波及，故而在更靠近物源的位置能夠較好地保存基準面上升晚期和基準面下降早期的沉積物，中期基準面旋回內可保存較厚的沉積物。M2 中期基準面旋回在基準面上升和下降半旋回內均保存了厚度較厚的沉積物，此時在水動力能量平緩下降期，水動力能量已可以充分波及，故而可以較好地保存基準面上升晚期和基準面下降早期的沉積物，同時由于其能夠保存基準面下降晚期的沉積物，反映其整體處于較高的可容納空間。M3 中期基準面旋回在中期基準面上升半旋回保存了厚度較厚的沉積物，而在中期基準面下降半旋回內則保存了厚度較薄的沉積物。中期基準面下降半旋回內保存沉積物的厚度出現減薄，說明其可容納空間降低，在水動力能量快速上升期，難以保留沉積，甚至開始侵蝕水動力能量平緩下降期的沉積物。M4 中期基準面旋回僅在基準面上升半旋回內保存了厚度較厚的沉積物，在基準面下降半旋回內完全不保留沉積物，說明可容納空間相較于M3 旋回繼續降低，水動力能量快速上升期的下切侵蝕作用完全侵蝕了基準面下降半旋回的沉積物。M5中期基準面旋回在基準面上升半旋回內僅保存了厚度較薄的沉積物，說明可容納空間相較于M4 中期基準面旋回繼續降低，水動力能量快速上升期的下切侵蝕作用明顯，不僅完全侵蝕基準面下降半旋回的沉積物，甚至連基準面上升半旋回的沉積物也被不斷侵蝕（圖4）。

縱向上自M1 至M2 中期基準面旋回可容納空間不斷增大，而M2 旋回之后，可容納空間逐漸降低。同時在單期中期基準面旋回內，基準面上升晚期和基準面下降早期可形成厚度較厚互相疊置的辮流帶，而在基準面下降晚期和基準面上升早期形成的辮流帶厚度普遍較薄，并且常與片流帶互相疊置。

B 井可容納空間的變化表明，水動力能量最初尚未波及該井，可容納空間極低。隨著水動力能量逐漸波及該井，伴隨著沉積物的逐漸充填，可容納空間由大變小，而中期基準面旋回內保存沉積物的厚度也由厚變薄，并且最后由于基準面的下切侵蝕作用明顯，僅能保存中期基準面上升早期的沉積物。該過程反映研究區館陶組長期基準面旋回為一個下降半旋回，隨著長期基準面的不斷下降，縱向上可容納空間由小變大再變小，而順物源方向上高可容納空間不斷向前遷移，從而在剖面上呈現該復合沖積扇體不斷向前進積的狀態（圖5），這符合高分辨率層序地層學理論中的體積劃分原理，即伴隨著基準面的升降變化，有效可容納空間不斷發生遷移[2]。故可根據由單井中期基準面旋回分析獲得長期基準面旋回的變化，進而分析順物源方向上高可容納空間遷移情況，最后得到復合沖積扇體的進退積狀態。

圖4 D 區塊B 井水動力能量變化與潤濕沖積扇中期基準面旋回的關系

圖5 順物源方向潤濕沖積扇高可容納空間的遷移與扇體疊置結構的關系

4 結論

（1）水動力能量的變化強烈地改變著潤濕沖積扇的組成結構，據此可以根據潤濕沖積扇的沉積微相類型判斷水動力能量的變化。

（2）水動力的變化在水動力能量未發生中斷時，根據潤濕沖積扇水動力能量的變化可將中期基準面旋回的變化劃分為能量平緩上升期、快速下降期、平緩下降期和快速上升期，分別對應于基準面上升早期、上升晚期、下降早期和下降晚期，其中能量快速上升期進一步劃分為低可容納空間背景和高可容納空間背景兩類。當水動力能量供給發生中斷時，常處于基準面上升晚期或基準面下降早期，不接受沉積。

（3）水動力能量變化與潤濕沖積扇基準面旋回的關系可建立中期基準面旋回格架，通過對單井中不同中期基準面旋回內可保存沉積物厚度變化進行分析，可獲得潤濕沖積扇復合體的長期基準面旋回的變化，進而分析順物源方向上的高可容納空間遷移情況和復合沖積扇體的進退積狀態。