辮狀水道和心灘壩規(guī)模定量研究

張善義

(中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163513)

0 引 言

辮狀水道和心灘壩規(guī)模的大小是認識辮狀河流相儲層沉積特征和油氣藏規(guī)模的關鍵因素之一。由于辮狀河流相普遍具有遷移速率快、砂體連片性好等特性，導致定量描述困難，精細刻畫辮狀水道和心灘壩規(guī)模成為辮狀河流相研究的一個難點。何宇航[1]等通過物理模擬實驗研究了辮狀河砂體發(fā)育特征；于興河[2-3]、崔建[4]、張善義[5]、劉鈺銘[6]、陳莉[7]、張吉[8]、鐘思瑛[9]等研究了辮狀河儲層構型特征；楊麗莎[10]、曹耀華[11]、鐘建華[12]、廖保方[13]、賈愛林[14-15]、伍濤[16]、廖保方[17]、金振奎[18]、劉建民[19]、黨勝國[20]等結合現(xiàn)代沉積和古代露頭研究了辮狀河流相儲層發(fā)育特征和規(guī)模，但基本都是研究的某一河道沉積規(guī)模和沉積特征，并沒有總結出辮狀水道和心灘壩規(guī)模的定量求取方法；蘭朝利[21]根據(jù)巖心和露頭上砂巖交錯層層組的厚度計算了辮狀河古水深，利用辮狀河流的滿岸水流深度、平均砂丘高度、平均砂巖交錯層厚度和河道帶寬度之間的統(tǒng)計關系來預測河道帶寬度，取得了較好的成果；但是由于巖心資料較少，交錯層組的厚度較難求取，給研究帶來了一定的困難。結合大量的野外測量數(shù)據(jù)，通過線性回歸，分別建立了辮狀水道和心灘壩的定量求取關系式，實現(xiàn)了辮狀水道和心灘壩規(guī)模的定量描述。

1 辮狀河流相的沉積特征

辮狀河流相主要發(fā)育辮狀水道和心灘壩，其中辮狀水道一般存在3種充填模式：砂質充填、泥質充填和砂泥質充填。不同的充填方式反應不同的沉積環(huán)境：砂質充填的辮狀水道水動力較強，粒度較粗，多以中—細砂巖、細砂巖為主，垂向上二元結構不明顯，但仍有一定的正韻律特征；泥質充填辮狀水道早期水動力較強，河道底部為砂質充填，隨著后期水動力減弱，河道上部主要是泥質沉積，垂向上二元結構明顯，正韻律特征顯著；砂泥質充填為泥質充填和砂質充填的過渡類型，垂向上河道二元結構上部泥質沉積較薄。

心灘壩砂體是辮狀河的主要沉積單元，是多次洪水垂向加積形成的砂體，主要以粗砂為主，內部發(fā)育多期泥質夾層，垂向上正韻律不明顯；平面上心灘壩呈兩頭窄、中間寬的長扁狀，四周被辮狀水道包圍，多個心灘壩和辮狀水道形成辮子狀，組成一個大的辮狀分流帶。

2 辮狀水道和心灘壩寬度定量研究

2.1 辮狀水道寬度計算

為了更好地研究辮狀水道寬度與厚度之間的關系，以野外測量數(shù)據(jù)和收集的大同晉華宮、鄂爾多斯(于興河[2-3]、賈愛林[14-15])、張家口(伍濤[16])、灤平(郭艷華[18])等共18條辮狀水道寬度和厚度實測數(shù)據(jù)，建立了相應關系式：

Y=Y1/X2

(1)

X=Y1/X1

(2)

Y=52.77lnX-167.26

(3)

式中：Y為最大寬度與最大厚度之比；X為最大寬度與平均厚度之比；X1為平均厚度，m；X2為最大厚度，m；Y1為最大寬度，m。

研究表明，辮狀水道的平均厚度、最大厚度與辮狀水道最大寬度之間的相關性差，相關系數(shù)分別為0.52、0.40；而辮狀水道的最大寬度與平均厚度之比和最大寬度與最大厚度之比相關性較好，相關系數(shù)為0.86(圖1)。

圖1 最大寬度與平均厚度之比和最大寬度與最大厚度之比的相關性

2.2 心灘壩寬度計算

以野外測量數(shù)據(jù)和收集的大同晉華宮(賈愛林[14-15])、鄂爾多斯(于興河[2-3])、長江枝江段鳳凰灘(曹耀華[11])等共7個心灘壩的最大寬度和最大厚度實測數(shù)據(jù)，建立了相應的關系式：

Y2=71.02X32-434.7X3+705.7

(4)

式中：X3為心灘壩最大厚度，m；Y2為心灘壩最大寬度，m。

研究表明，心灘壩最大寬度與最大厚度之間的相關系數(shù)達到0.96(圖2)，說明心灘壩最大寬度與最大厚度之間具有較好的相關性，兩者呈雙曲線型，隨著心灘壩厚度的加大，心灘壩寬度先變窄后變寬，主要原因是辮狀水道發(fā)育不同時期，水動力不同，沉積速率不同，引起的沉積作用不同。

為了更好地表述心灘壩這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，可以將河流的發(fā)育過程劃分為4個時期：幼年期、青年期、壯年期和衰老期，不同時期心灘壩的沉積厚度、寬度及垂向沉積速率不同(圖3)。

圖2 心灘壩最大寬度與最大厚度相關性

圖3 心灘壩沉積厚度、寬度及垂向沉積速率關系示意圖

幼年期主要是河流形成時期，辮狀水道淺，河能小，心灘壩隨著厚度的增加而變寬。

青年期河流能量較強，辮狀水道窄且深，下切能力強，辮狀水道下切能力大于辮狀水道橫向拓寬能力，此時，心灘壩垂向增厚快。由于辮狀水道對心灘壩側向侵蝕破壞作用強，造成心灘壩寬度變窄，此時心灘壩呈現(xiàn)窄條帶狀。因此，青年期主要是心灘壩增厚階段，心灘壩寬度隨著心灘壩沉積厚度的增厚而變窄。

壯年期河流能量較強，辮狀水道帶變寬，下切能力減弱，辮狀水道下切能力逐漸小于辮狀水道橫向拓寬河道的能力，辮狀水道以橫向拓寬為主，心灘壩垂向沉積減弱。此時，辮狀水道寬度隨著心灘壩沉積厚度的增大逐漸變寬。

進入衰老期后，辮狀水道寬且淺，下切能力極弱；可容空間寬且淺，可容空間增大；河道下切能力遠小于橫向拓寬河道的能力，河道以橫向拓寬為主；心灘壩數(shù)量增多，心灘壩橫向沉積面積增大、橫向增厚較小，單位面積心灘壩厚度的增加需要更多的沉積物輸入。因此，此階段單位面積厚度的增加量遠小于辮狀水道增寬量。

3 密井網(wǎng)條件下的地下辮狀河砂體規(guī)模精細研究

喇嘛甸油田位于大慶長垣北部，辮狀水道主要以砂質充填為主，其次為砂泥質充填，而泥質充填較少。河道上部泥質沉積較少，反應當時水動力較強，河道相互切疊較嚴重，自然電位、自然伽馬曲線多為鐘形。心灘壩主要以粗砂為主，垂向上正韻律不明顯，自然電位、自然伽馬多為箱形，部分油層因心灘壩底部水淹，電測曲線表現(xiàn)為漏斗形。

3.1 辮狀水道和心灘壩規(guī)模計算

3.1.1 辮狀水道規(guī)模計算

辮狀水道寬度的求取需要求得辮狀水道的平均厚度和最大厚度，厚度的求取主要通過測井曲線識別，單一辮狀水道厚度必須是保存完好的單一向上變細的正旋回，橫縱向辮狀水道之間沒有相互切割和疊置現(xiàn)象。通過對研究區(qū)密井網(wǎng)(井距為35 m)資料計算得到辮狀水道河流平均厚度為2.35 m，最大厚度為5.40 m，將上述參數(shù)帶入公式計算出辮狀水道寬度為75.00 m。

3.1.2 心灘壩規(guī)模計算

心灘壩規(guī)模的求取需要求得心灘壩的平均厚度和最大厚度。首先，平面上通過砂巖等厚圖找到主砂帶的位置；其次，通過測井曲線識別單一心灘壩，心灘壩厚度必須是保存完好的單一完整旋回，橫縱向心灘壩之間沒有相互切割和疊置現(xiàn)象。研究區(qū)心灘壩的最大厚度為10.20 m，將數(shù)據(jù)帶入上述擬合公式，求得心灘壩最大寬度為3 480.00 m。

通過井震結合描述的研究區(qū)辮狀水道寬度為80.00 m，心灘壩最大寬度為3 050.00 m；而利用計算公式求得辮狀水道寬度為75.00 m，心灘壩最大寬度為3 480.00 m；辮狀水道和心灘壩規(guī)模符合率分別為94%和86%，具有較高的符合率。

3.2 辮狀水道和心灘壩的精細描述

研究區(qū)辮狀水道呈窄條帶狀分布，單條辮狀水道平均厚度為2.35 m，平均寬度為80.00 m；心灘壩規(guī)模一般都比較大，最大寬度為3 050.00 m，其與研究區(qū)整體大面積水淹相符。建立了研究區(qū)辮狀河流相沉積模式，即心灘壩和辮狀水道呈寬壩窄河道樣式分布，泥質、半泥質充填的辮狀水道呈孤立透鏡狀在辮狀河內分布，寬度較小，一般只受1～2口井控制(圖4)。

圖4 辮狀河流相沉積相帶

4 結 論

(1) 辮狀水道的最大寬度與平均厚度之比和最大寬度與最大厚度之比呈正相關性；心灘壩寬度與厚度具有分階段性，隨著心灘壩厚度的加大，心灘壩寬度先變窄后變寬。該研究對資料缺乏地區(qū)的辮狀水道和心灘壩規(guī)模定量計算具有一定借鑒意義。

(2) 研究區(qū)辮狀河流相寬壩窄河道的沉積模式，垂向上辮狀水道呈透鏡狀，平面上辮狀水道呈窄條帶狀分布，單條辮狀水道平均厚度為2.35 m，平均寬度為80.00 m；平面上心灘壩呈兩頭窄中間寬的長扁狀，單個心灘壩最大厚度為10.20 m，最大寬度為3 050.00 m。