曲流河沉積模式及演化規(guī)律研究

摘 要 【目的】L油田明下段發(fā)育多種曲流河模式，其沉積模式和演化規(guī)律尚不明確。【方法】綜合利用古生物資料、巖心、壁心、測井、地震等資料，對明下段各時期的曲流河特征、古地質(zhì)背景進行了系統(tǒng)分析，并進一步總結(jié)了明下段曲流河的演化規(guī)律。【結(jié)果 】明下段沉積時期，研究區(qū)先后發(fā)育了五種曲流河模式；L4油組底部L44小層為辮曲共生模式；L2 4～L04小層為高彎度曲流河模式；L23小層為限制性曲流河模式；L03小層為串珠狀曲流河模式；L2油組主力儲層為低彎度入湖曲流河模式。【結(jié)論】明下段時期，研究區(qū)古地質(zhì)背景也不斷發(fā)生演化，受沉積基準面旋回、古氣候、古地貌、沉積區(qū)水體環(huán)境等古地質(zhì)因素耦合作用影響，形成了不同時期多種類型的曲流河模式。

關(guān)鍵詞 低彎度入湖曲流河；限制性曲流河；高彎度曲流河；串珠狀曲流河；辮曲共生

第一作者簡介 徐中波，男，1984年出生，碩士，高級工程師，油氣田開發(fā)，E-mail： xuzhb2@cnooc.com.cn

中圖分類號 P618.13 文獻標志碼 A

0 引言

渤海灣盆地明下段沉積相以大型遠源曲流河相沉積為主，目前在渤海灣盆地不同的油田分別發(fā)現(xiàn)了多種不同類型的曲流河。其中，L油田明下段曲流河類型最為豐富，垂向演化序列最為完整，所發(fā)育的曲流河種類，幾乎涵蓋了渤海油田已發(fā)現(xiàn)的所有類型。因此，L油田明下段曲流河在渤海油田具有很強的代表性，對其開展沉積模式以及演化規(guī)律研究，將對全渤海油田曲流河砂體刻畫以及沉積機理研究具有較大的指導意義。目前國內(nèi)外學者對不同類型河流均進行了詳細解剖，但對河型轉(zhuǎn)換研究較少，且研究方向多限于辮曲轉(zhuǎn)換[1?3]。因此，加強不同曲流河類型間河型過渡、演化研究，具有重要的理論與實踐意義[4?7]。

在L油田開發(fā)早期，由于井網(wǎng)密度較低、地震資料品質(zhì)較差，對明化鎮(zhèn)組儲層的認知程度較低，早期分別嘗試利用定向井網(wǎng)和水平井開發(fā)，但是由于鉆遇率較低，無法形成有效注采關(guān)系，致使L油田明化鎮(zhèn)組的儲量一直未得到高效開發(fā)。隨著油田開發(fā)的進行，資料不斷完善，井網(wǎng)密度逐步增大，為明化鎮(zhèn)組儲層再認識打下了堅實的基礎(chǔ)。目前，通過地震砂描，對部分砂體部署了水平井，取得了一定的開發(fā)效果。但是，隨之也暴露了一些問題，如地震資料無法有效刻畫砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、氣云區(qū)內(nèi)地震資料品質(zhì)差，沉積微相間連通性不確定等。為了解決上述問題，亟需對L油田明化鎮(zhèn)組開展沉積模式及演化規(guī)律研究，以期為明化鎮(zhèn)組主力砂體預測、以及儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)刻畫奠定理論基礎(chǔ)，進而推動L油田明化鎮(zhèn)組高效開發(fā)。

1 曲流河類型及沉積特征

L油田明下段先后發(fā)育辮曲共生沉積模式、高彎度曲流河、限制性曲流河、串珠狀曲流河、低彎度入湖曲流河，共五種曲流河類型。不同類型的曲流河，其主力砂體微相、平面展布特征、巖心相、測井相、地震相等均有較大的差異。

1.1 辮曲共生沉積模式

辮曲共生沉積模式兼具辮狀河與曲流河的特征，是一種辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)化的過渡相類型[8?9]。該模式中，辮狀河部分規(guī)模較大，心灘較發(fā)育，曲流河部分則規(guī)模較小，以小型曲流河道和小型點壩為主。

該模式主要發(fā)育于L4油組底部的L44小層，巖心顯示，儲層以箱型和正韻律為主，巖性以中砂巖為主，分選較好，儲層層理多樣且復雜，既發(fā)育大量的指示心灘微相的大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理、楔狀交錯層理、平行層理等，又發(fā)育指示曲流河點壩的小型槽狀交錯層理、上攀波紋交錯層理等（圖1）。

辮曲共生沉積模式砂地比較高，電阻率和伽馬曲線表現(xiàn)為厚層箱形或胖鐘形。平面展布特征為砂體疊置連片發(fā)育，局部厚度大、展布面積廣、連續(xù)性強，與L 油田館陶組辮狀河儲層相似，辮流帶特征明顯。

統(tǒng)計心灘平均寬度為600 m，平均厚度為12 m（表1）。同時，在辮流帶之外發(fā)育薄層鐘形砂體，平面上窄條帶狀展布，為小型曲流河道（圖2）。

1.2 高彎度曲流河沉積模式

高彎度曲流河為常規(guī)曲流河，主要發(fā)育于L4油組中上部L24、L04小層。沉積微相以曲流河點壩為主。高彎度曲流河沉積過程中，河道側(cè)向侵蝕嚴重，不同時期河道頻繁改道，導致點壩內(nèi)部受側(cè)積泥巖夾層及廢棄河道影響，儲層結(jié)構(gòu)復雜。

巖心顯示，高彎度曲流河儲層多為正韻律，巖性以中—細砂巖為主，下粗上細，底部可見滯留沉積，發(fā)育大量板狀、楔狀、槽狀交錯層理，平行層理等，整體指示了點壩的沉積構(gòu)造特征。儲層內(nèi)部可見薄層泥巖（圖1）。

高彎度曲流河測井曲線為底部突變、頂部漸變的齒狀中高幅鐘形特征，儲層厚度大（圖2）。平面上圍繞廢棄河道呈新月狀分布。

地震90°相移剖面可見多期次點壩側(cè)向疊置，不同期次點壩之間地震能量有明顯變化[10?17]。平面上，井震結(jié)合分析顯示，儲層局部厚度較大，平均可達18.8 m，但分布較為局限，統(tǒng)計鉆遇率為0.36。單一點壩平均寬度約450 m，長寬比為1.5，河道曲率為2.2[18?19]，彎度較大（表1、圖2）。

1.3 限制性曲流河沉積模式

常規(guī)的高彎度曲流河不受固定河床的限制，側(cè)向擺動能力較強，平面上表現(xiàn)為點壩砂體、廢棄河道連片。而研究區(qū)內(nèi)L3油組L23小層發(fā)育的限制性曲流河則與常規(guī)高彎度曲流河有較大的差異[20?22]。限制性曲流河受低彎度河床的限制，整體呈窄條帶狀，河道下切作用強，擺動能力相對較弱，儲層以垂向加積為主，儲層結(jié)構(gòu)相對簡單。

實際鉆井以及地震屬性顯示L23小層砂體在平面上整體表現(xiàn)為低彎度窄條帶狀的特征，曲率較低，僅為1.8。條帶平均寬度約750 m。河床內(nèi)部河流曲化，側(cè)向擺動、廢棄，形成廢棄河道、末期河道和點壩微相（圖2）。統(tǒng)計單一點壩平均寬度為400 m，長寬比為2，點壩砂體平均厚度約8.9 m，鉆遇率為0.31（表1）。沿層相干體切片揭示，條帶內(nèi)部發(fā)育多條高彎度廢棄河道。

巖心上主要發(fā)育平行層理和楔狀交錯層理，具有點壩的層理特征。底部有明顯的底沖刷面和點壩滑塌形成的撕扯狀泥礫，證明河流的下切能力較強，對點壩具有較強的侵蝕切割作用。限制性曲流河泥巖顏色整體以紅褐色為主，代表了沉積基準面的短期下降，河流下切能力增強（圖1）。

測井以齒化鐘形或箱形為主，整體厚度較小，指示了單期側(cè)積體規(guī)模小、厚度薄（圖2）。由于末期河道強侵蝕切割作用，泥質(zhì)充填后形成側(cè)向滲流屏障，導致不同點壩間連通性差，分別具有獨立的油水界面。

1.4 串珠狀曲流河沉積模式

串珠狀曲流河往往形成于炎熱—半潮濕氣候，沉積基準面較低，沉積古地形平緩，可容空間大，河道側(cè)向擺動能力強且頻繁大幅度擺動，易形成規(guī)模小、數(shù)量多的分散點壩。L03小層主要發(fā)育串珠狀曲流河模式，平面上主要表現(xiàn)為小規(guī)模點壩大量發(fā)育，河道串連小型點壩，呈串珠狀展布，河道彎曲度大，曲率為3.1。

巖心以粉砂質(zhì)細砂巖為主，發(fā)育小型交錯層理。測井相以鐘形和復合箱形為主，井間對比顯示砂體橫向變化快，對比性較差。地震屬性呈分散的土豆狀，屬性變化快。根據(jù)地震屬性刻畫，統(tǒng)計單一點壩平均寬度僅150 m，由于點壩寬度小于井距，常表現(xiàn)為“一井一砂”的特征。平均厚度約4.3 m，平均長寬比為1.5，鉆遇率僅為0.19（表1、圖2）。

1.5 低彎度入湖曲流河沉積特征

常規(guī)低彎度曲流河，往往形成于炎熱潮濕氣候，沉積基準面較低，其沉積環(huán)境為陸上沉積，由于長期的干旱，水道規(guī)模較小，水動力較弱，以垂向加積為主，對河床兩側(cè)堤岸的侵蝕作用弱，同時河堤岸與河床內(nèi)部有大量植物分布，增大了河岸穩(wěn)定性，因此形成低彎度曲流河[23?25]。L22、L02小層雖然也是低彎度曲流河，但是與常規(guī)低彎度曲流河相比，在地質(zhì)背景、沉積機理等方面具有明顯差異。

通過巖心觀察，可將砂體垂向結(jié)構(gòu)分為兩類：第一類砂體以塊狀層理為主，砂體底部沒有明顯沖刷面，頂部具有灰色淺灰色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖沉積，該巖相為水下河道滯留沉積，以垂向加積為主；第二類具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，底部具有明顯的沖刷面，并發(fā)育大量的撕扯狀泥礫，下部以塊狀層理和平行層理為主，為水上河道滯留沉積和點壩沉積，上部為淺灰色、灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，為洪泛期泛濫平原或堤岸亞相沉積，該巖相組合指示了水上小規(guī)模河道沉積，底沖刷以及側(cè)向侵蝕能力相對較強。兩類巖相交替發(fā)育，指示了沉積環(huán)境以及沉積方式的更替（圖1）。

測井相顯示以厚層箱形砂體為主，也可見薄層鐘形砂體，夾層發(fā)育相對穩(wěn)定，指示了該類型曲流河以水下河道沉積為主，河流的下切剝蝕能力整體較弱。地震屬性呈低彎度窄條帶狀，能量較強。井震結(jié)合分析揭示，順河道方向儲層展布穩(wěn)定，垂直河道方向儲層變化快，窄河道沉積特征明顯，河道彎度較低，曲率僅為1.2，河道平均寬度為320 m，平均厚度為12.8 m（表1、圖2），鉆遇率為0.42。

2 沉積演化主控因素及控制機理

2.1 沉積基準面旋回

應用高精度層序地層學的理論和方法，以巖心、測井資料、地震資料為基礎(chǔ)，對L油田進行了精細的層組劃分與對比，建立了明化鎮(zhèn)組下段、館陶組上段以及館陶組下段地層的高精度層序地層格架，將館陶組及明化鎮(zhèn)組下段的地層自下而上劃分為四個長期旋回，包括三個上升半旋回和一個下降半旋回，其中館陶組下段和館陶組上段分別為兩個上升半旋回，明化鎮(zhèn)組下段劃分為一個上升半旋回和一個下降半旋回。

短期基準面旋回是高分辨層序地層基本的地層單元，反映了一個較短期的基準面旋回變化，在沉積特征上表現(xiàn)為單一的上升半旋回或者下降半旋回，反映了單一河道與洪泛期間的沉積演化過程，據(jù)此可將館陶組及明化鎮(zhèn)組下段地層劃分為二十一個短期旋回（圖3）。

總體來看，L4油組位于中/長期上升半旋回的底部，基準面低，水體規(guī)模相對較小，沉積環(huán)境為陸上沉積。L3油組位于中/長期上升半旋回的中部，沉積基準面以上升為主，伴隨短期波動。L23小層時期基準面短期波動下降，L03小層基準面則再次升高。L2油組位于中/長期上升半旋回的頂部，基準面高，水體規(guī)模相對較大，沉積環(huán)境以水下沉積為主。而在短/超短期旋回內(nèi)，基準面會有波動，伴隨短期的水進與水退，引起沉積環(huán)境的變化。整體上L4油組到L2油組為水進，水體規(guī)模逐漸擴大，水動力逐漸減弱，對應沉積物粒度變細。

2.2 古氣候特征

孢粉及藻類等古生物分析化驗數(shù)據(jù)對古氣候有重要的指示作用[26?28]。孢粉中的喜熱分子指示炎熱氣候，喜熱分子越多，指示氣候越炎熱；相反，松科孢粉屬于喜涼分子，松科孢粉含量越多，指示氣候越寒冷。湖相藻類與濱岸沼澤類共同指示古水體環(huán)境，間接指示古氣候的濕潤程度；當濱岸沼澤類明顯多于湖相藻類，指示水體較淺，為干旱氣候條件下的濱岸沼澤沉積環(huán)境；當湖相藻類大量發(fā)育，則指示水體相對較深，為潮濕氣候條件下湖相沉積環(huán)境。

通過P-1井孢粉、藻類等古生物資料，恢復了新近紀的古氣候。館陶組時期（L10～L5油組），松科孢粉含量多，湖相藻類少，濱岸沼澤類較多，指示氣候相對寒冷干燥，為干旱氣候條件下的濱岸沼澤沉積環(huán)境。館陶組末期（L5 油組）至明下段時期（L4～L1 油組），松科孢粉含量快速降低，湖相藻類快速增多，濱岸沼澤類減少，喜熱分子增多，指示氣候由寒冷干燥快速向炎熱潮濕轉(zhuǎn)變。在整個明下段時期，藻類植物最為繁盛，表明此時雨水充沛，湖泊面積較大。L4油組至L1油組，藻類植物有逐漸增多的趨勢，指示湖平面不斷上升，古氣候由溫暖—半濕潤逐漸變?yōu)檠谉帷睗駳夂颍▓D3）。

2.3 古地貌特征

新近紀，渤海灣盆地進入拗陷期，斷層活動減弱，盆地趨于平原化，盆地邊緣地勢逐漸由陡變緩。跨工區(qū)地震剖面顯示，館陶組時期，受控盆斷層影響，地層厚度橫向變化較快，指示局部古地形具有較大的起伏。而明下段時期（L4油組～L2油組），地層厚度穩(wěn)定，且該時期古地貌坡度較小，地勢平緩，從L4油組到L2油組地勢逐漸平緩（圖4）。

2.4 沉積區(qū)水體環(huán)境特征

泥巖顏色、藻類、巖石粒度、泥質(zhì)含量等對古沉積水體環(huán)境有很好的指示作用。通過對比L4～L1油組的泥巖顏色、藻類、巖石粒度、泥質(zhì)含量特征（圖3，5），可以分析明下段時期水體環(huán)境的演化規(guī)律。L4油組泥巖顏色以紅褐色為主，無湖相藻類，泥質(zhì)含量較低，指示地表裸露的氧化沉積環(huán)境，為濱湖亞相，沉積區(qū)位于洪泛面附近。L3油組泥巖顏色以黃綠色為主，見少量湖相藻類，砂地比較低，指示弱氧化的沉積環(huán)境，為濱湖亞相，沉積區(qū)位于洪泛面與枯水面之間。L2油組泥巖顏色為灰綠色，指示弱氧化—弱還原的淺水沉積環(huán)境，且濱岸沼澤、湖相藻類孢粉數(shù)量較多，表明水體深度逐漸增加，為淺湖亞相，沉積區(qū)位于枯水面與浪基面之間。L1油組泥巖顏色為黑綠色，指示水下還原沉積環(huán)境，濱岸沼澤減少，湖相藻類進一步增加，指示半深湖環(huán)境，沉積區(qū)位于浪基面附近。整體上L4 油組到L2 油組水體規(guī)模不斷擴大，沉積環(huán)境由陸上氧化環(huán)境逐漸過渡為水下還原環(huán)境。

通過分析P-6ST井L20小層全井段巖心泥巖顏色變化，可以看到小層內(nèi)部泥巖顏色以還原色為主，夾薄層灰褐色等氧化色，指示湖面在短期內(nèi)的波動，濱湖與淺湖環(huán)境的交替。

3 沉積演化規(guī)律

基于上述各小層沉積模式分析、古地質(zhì)背景及控制機理分析，還原了L油田明下段沉積演化過程（圖6）。

L4油組沉積早期（L44小層沉積時期），地形坡度相對較陡，古氣候逐漸由館陶組的相對干冷氣候向溫濕氣候轉(zhuǎn)變，河流規(guī)模較大，水動力較強。由于剛經(jīng)歷了館陶組末期（L05小層沉積時期）沉積基準面的大幅快速下降，此時正處于中/長期上升半旋回的底部，沉積基準面低，河道下切作用強，湖盆面積小，沉積區(qū)為濱湖相，此時在沉積區(qū)主要發(fā)育辮狀河，由于可容空間相對較小，沉積物側(cè)向疊置連片發(fā)育。同時，在周邊地勢平緩區(qū)域開始發(fā)育小型曲流河，形成了辮曲共生的沉積模式。

L4油組沉積中晚期（L04、L24小層沉積時期），地形坡度進一步減緩，古氣候更加溫暖濕潤，沉積基準面抬升，可容空間增大，河流下切能力減弱，側(cè)向擺動能力增強，此時發(fā)育高彎度曲流河相，沉積微相以點壩和曲流河道為主，點壩微相與廢棄河道交錯連片發(fā)育。

L3油組沉積時期，古氣候進一步變得濕熱，地形坡度進一步平緩。L3油組早期（L43小層沉積時期），由于沉積基準面短期快速上升，湖盆面積增大，此時研究區(qū)為湖相沉積，主要沉積湖相泥巖。

L3油組沉積中期（L23小層沉積時期），由于沉積基準面的短期波動下降，湖盆面積減小，可容空間略有降低，河流側(cè)向擺動能力減弱，下切能力增強。曲流河整體上受低彎度河床控制，在河床內(nèi)部表現(xiàn)為高曲率側(cè)向擺動的特征，為限制性高彎度曲流河。由于下切能力強，點壩間相互分隔，連通性差。

L3油組沉積晚期（L03小層沉積時期），氣候變?yōu)闈駸釟夂颍练e基準面抬升，可容空間增大，加之地勢更加平緩，因此，河流側(cè)向擺動能力增強，下切能力減弱。由于河流的頻繁劇烈擺動、廢棄，造成了點壩發(fā)育的不穩(wěn)定，單個點壩規(guī)模較小，但數(shù)量較多，在平面上呈串珠狀展布。

L2 油組沉積時期，整體氣候炎熱濕潤，水量充沛，地勢更加平緩。此時，古氣候與沉積基準面的波動對湖盆面積影響大，導致研究區(qū)水體深度頻繁變化。枯水期時，沉積基準面下降，河床出露水面，河流側(cè)向擺動能力弱，有一定下切作用，在相對固定的低彎度河床內(nèi)發(fā)育小型點壩。盛水期時，沉積基準面抬升，研究區(qū)為淺湖環(huán)境，河床位于水下，河流順河床入湖后，側(cè)向擺動能力以及下切能力基本消失，混雜泥砂的濁流受重力分異作用，順低彎度水下河道垂向加積。上述兩種沉積方式隨氣候以及基準面的波動交替發(fā)生，形成低彎度入湖曲流河沉積模式。

4 結(jié)論

（1） 綜合利用古生物、巖心、壁心、測井、地震等資料，將L油田明下段曲流河細分為辮曲共生、高彎度曲流河、限制性曲流河、串珠狀曲流河、低彎度入湖曲流河五種類型。其中，辮曲共生以發(fā)育辮流帶為特征，高彎度曲流河以點壩側(cè)向疊置為特征，限制性曲流河以垂向加積為特征，串珠狀曲流河以河道串聯(lián)多個小規(guī)模點壩為特征，低彎度入湖曲流河以窄河道垂向加積為主。

（2） L油田L4油組到L2油組基準面逐漸上升，氣候變炎熱—潮濕，古地貌地勢變平緩，沉積環(huán)境由陸上氧化環(huán)境逐漸過渡為水下還原環(huán)境，受以上不同沉積基準面旋回、古氣候、古地貌、沉積區(qū)水體環(huán)境等古地質(zhì)因素的耦合作用影響，形成了不同類型的曲流河模式。

（3） 基于沉積模式分析、古地質(zhì)背景及控制機理分析，明確L油田明下段沉積演化過程：L4油組底部L44小層為辮曲共生模式；L2 4～L04小層為高彎度曲流河模式；L23小層為限制性曲流河模式；L03小層為串珠狀曲流河模式；L2油組主力儲層為低彎度入湖曲流河模式。

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基金項目：國家科技重大專項（2016ZX05058001）［Foundation： National Science and Technology Major Project， No. 2016ZX05058001］