范文田，文 靜，單敬福，王志章，王 濤

(1.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 100249；2.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065；3.長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

引 言

辮狀河所形成的油氣藏在新生代陸相盆地中廣泛發(fā)育，如鄂爾多斯盆地蘇里格地區(qū)盒8下亞段[1-6]、渤海灣盆地館陶組[7-12]等都發(fā)育有一套大型辮狀河儲層油氣藏。心灘及辮狀河道是辮狀河沉積發(fā)育的主要沉積微相，尤以心灘微相最為重要[13]。心灘是辮狀河儲層最重要的構(gòu)型單元，對應(yīng)著Miall[14-16]提出的4級構(gòu)型單元。

眾多地質(zhì)學(xué)者[17-19]對心灘的研究基本上都是從儲層內(nèi)部構(gòu)型方面對心灘進(jìn)行解剖，而對心灘的發(fā)育規(guī)模及影響因素研究相對較少，對蘇里格氣田的心灘發(fā)育情況認(rèn)識不夠充分。本文以蘇里格氣田蘇X加密區(qū)塊盒8下亞段地層為例，在明確沉積類型及地層精細(xì)劃分的基礎(chǔ)上，利用河道砂厚中心連線法、單一河道分界標(biāo)志完成單層單一河道的識別；采用心灘測井相分異法對心灘的鉆遇位置進(jìn)行判別；根據(jù)現(xiàn)代沉積、野外露頭、連續(xù)取芯資料及前人研究成果，對心灘的發(fā)育規(guī)模進(jìn)行估算。明確鉆遇心灘后，結(jié)合古氣候條件、水動(dòng)力條件對未知心灘進(jìn)行預(yù)測，最終完成研究區(qū)心灘的刻畫工作，并對影響心灘發(fā)育規(guī)模的因素進(jìn)行分析。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是典型的殘余內(nèi)陸克拉通盆地，是由多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊合形成的，自古生代以來，盆地內(nèi)發(fā)育有多套沉積體系[20]。根據(jù)盆地內(nèi)部的構(gòu)造特征，鄂爾多斯盆地可進(jìn)一步劃分為東部的晉西撓褶帶、西部的西緣沖斷帶以及天環(huán)坳陷、南部的渭北隆起、北部的伊盟隆起和中部的伊陜斜坡6個(gè)部分[21]。蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地二級構(gòu)造單元伊陜斜坡西北部,從構(gòu)造上來說，屬于華北板塊西部邊緣，該地區(qū)為一平緩的西傾單斜[22-25]。石盒子組盒8段和山西組山1段地層是蘇里格氣田主力產(chǎn)氣層，盒8段的儲集空間類型基本為巖屑溶孔、晶間孔[26-27]。

研究區(qū)蘇X加密區(qū)塊位于蘇里格氣田中區(qū)，面積約9 km2，有18口井。井間距介于400～1100 m，南北方向間距明顯大于東西方向間距。根據(jù)相近蘇Y區(qū)塊取芯井資料，發(fā)現(xiàn)盒8段巖性主要是以灰白色中-粗砂巖、黑色粉砂質(zhì)泥巖以及含礫砂巖為主，山1段巖性以灰白色中-粗砂巖、黑色泥巖為主(圖1)，同時(shí)綜合前人對蘇里格氣田的研究成果，確定蘇X區(qū)塊山1段和盒8上亞段發(fā)育曲流河沉積，盒8下亞段發(fā)育辮狀河沉積[1-6,28-29]。本次研究的目的層為盒8下亞段的盒8下1-1與盒8下1-2單層。

圖1 蘇Y區(qū)塊某井綜合柱狀圖

2 單一河道的識別

單一河道的識別需要判別出單一河道砂體。由于河道砂體非均質(zhì)性較強(qiáng)，使得識別河道砂體邊界存在一定困難，因而在判別單一河道砂體之前需要明確研究區(qū)辮狀河砂體的分布形態(tài)。研究區(qū)盒8下亞段地層主要發(fā)育辮狀河沉積，可推測辮狀河道內(nèi)砂體主要為條帶狀砂巖體。辮狀河一般發(fā)育有多期疊置的大塊砂體，在垂向上要對復(fù)合辮狀河道進(jìn)行期次劃分，還需要結(jié)合橫向上的高程差異、規(guī)模差異、河間差異以及測井曲線形態(tài)等單一河道分界標(biāo)志來研究河道平面展布特征。

在盒8段沉積時(shí)期，物源主要來自正北方向或北偏東方向[2]?？紤]到該時(shí)期并未發(fā)生較大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，因此，可推測研究區(qū)物源基本來自正北方向或者是北偏東方向，河流流向應(yīng)該非常接近物源方向，不會出現(xiàn)明顯的偏移情況。根據(jù)單層井位的砂厚數(shù)據(jù)，利用河道砂厚中心連線法來確定目的層的辮狀河主河道，砂厚圖盡可能精細(xì)到單期砂厚級別，砂厚中心則呈“串珠狀”有規(guī)律交錯(cuò)分布，符合辮狀河沉積原理與水動(dòng)力學(xué)過程(圖2)，結(jié)合上文提到的單一河道分界標(biāo)志，判斷盒8下1-1單層發(fā)育1條河道，盒8下1-2單層發(fā)育2條河道(圖3)。

圖2 蘇X區(qū)塊單層砂體厚度

圖3 蘇X區(qū)塊單一河道平面展布

3 心灘的識別

心灘砂體是蘇里格氣田的主要成藏單元[3]。本次主要以測錄井資料為基礎(chǔ)，結(jié)合野外露頭資料識別心灘，對心灘進(jìn)行刻畫。

3.1 心灘與辮流水道識別

盒8下亞段發(fā)育辮狀河沉積，辮狀河徑流量不穩(wěn)定，在多次的遷移改道后便形成了網(wǎng)絡(luò)狀的辮狀河道帶。在單一的辮狀河道內(nèi)，心灘與辮流水道交錯(cuò)沉積，形成“灘河相間”的沉積模式。心灘在自然伽馬和聲波測井曲線中呈現(xiàn)出中高幅微齒狀箱型、箱型-鐘型及微漏斗型，垂向上正韻律或均質(zhì)韻律表現(xiàn)不明顯，且心灘內(nèi)部發(fā)育有泥質(zhì)夾層，而辮流水道在測井曲線上則呈現(xiàn)出較為明顯的中低幅微齒狀鐘型，垂向上表現(xiàn)為正韻律，內(nèi)部一般不出現(xiàn)泥質(zhì)夾層[30](圖4(a))。圖5揭示的是一個(gè)不完整的心灘和部分河道，可以清晰展示心灘與辮流水道之間的交切關(guān)系，為后續(xù)通過單井測井曲線旋回特征定位心灘建立了研究基礎(chǔ)。在明確心灘與辮流水道差異的基礎(chǔ)上，通過分析測井及巖心資料，可進(jìn)行區(qū)內(nèi)心灘的識別。

圖4 不同構(gòu)型要素測井響應(yīng)特征

圖5 柳林典型辮狀河河道-心灘露頭剖面[31]

3.2 心灘內(nèi)部識別

對心灘內(nèi)部的識別主要基于對測井、巖心及野外露頭的分析。在明確心灘與辮流水道“灘河相間”沉積模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合辮狀河水動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，在橫向上將心灘細(xì)分為頭部、主體(核部)、翼部、尾部等四部分。心灘的頭部離物源最近，是迎水流部分，受水流沖刷作用的影響最為強(qiáng)烈，多為上游加積作用，沉積序列發(fā)育不完整，垂向粒度變化不大，測井曲線外形多為微反旋回大型箱型。尾部遠(yuǎn)離物源，是背水流的部分，主要發(fā)生順流加積作用，測井曲線以漏斗型為主。翼部位于心灘的兩側(cè)，受水流速度及能量差異的影響，側(cè)積作用明顯，容易發(fā)生側(cè)向遷移，測井曲線呈現(xiàn)出先反旋回后正旋回的特征。主體部分即核部位于心灘的中部位置，一般以垂向加積作用為主，形態(tài)往往較為平坦(圖4(b))。

4 心灘規(guī)模估算

在明確心灘的大致位置后，便需要對心灘的發(fā)育規(guī)模進(jìn)行估算，進(jìn)而確定心灘的邊界。心灘的發(fā)育規(guī)模受沉積期氣候、水動(dòng)力條件、古地貌條件以及沉積物荷載的影響。

4.1 現(xiàn)代沉積

以西藏拉薩河心灘發(fā)育規(guī)模為例(衛(wèi)星圖片來自于Google Earth)，上游心灘的長度介于303～605 m，寬度介于116～160 m，長寬比在3.0∶1～4.4∶1。下游心灘長度介于713～910 m，寬度介于378～506 m，長寬比在1.4∶1～2.4∶1。上游心灘的長寬比明顯比下游大(圖6)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因很可能是受到地形及水動(dòng)力條件的影響，像河流的上游往往河床坡度更陡，使得水動(dòng)力作用更強(qiáng)，河流沖刷能力強(qiáng)，造成上游心灘的頭部、翼部受到的沖刷作用明顯強(qiáng)于下游心灘的頭部、翼部，致使上游心灘呈偏細(xì)長的紡錘形，而下游心灘呈近橢圓形。

4.2 野外露頭

該露頭位于山西大同吳官屯，為心灘的縱向剖面，其長度超過400 m，厚度達(dá)到12 m，長厚比超過33.3∶1(圖7)。

圖7 吳官屯中侏羅統(tǒng)辮狀河心灘露頭剖面(據(jù)蘇里格氣田中心,2011)

4.3 取芯資料驗(yàn)證

通過巖芯資料，輔以測井曲線(圖1)，可判斷盒8下亞段地層內(nèi)發(fā)育有心灘沉積微相，心灘厚度約為7 m。在現(xiàn)代沉積、古代露頭、巖心資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的水槽模擬試驗(yàn)等[30,32-35]，統(tǒng)計(jì)了心灘發(fā)育規(guī)模(表1)。

表1 心灘發(fā)育規(guī)模

考慮到研究區(qū)更靠近辮狀河下游，心灘的長寬比較小，綜合分析后認(rèn)為研究區(qū)心灘的長寬比介于1.3∶1～1.6∶1、長厚比介于80∶1～135∶1、寬厚比介于60∶1～85∶1是比較合理的。計(jì)算得盒8下亞段的心灘長度一般為300～700 m，寬度一般為240～450 m。

5 心灘平面圖的繪制

5.1 鉆遇心灘的識別和刻畫

同一心灘可能是單井鉆遇，也可能是多井鉆遇，如果相鄰2口井都判斷發(fā)育有心灘，可將2口井之間的距離與研究區(qū)心灘最大的長寬進(jìn)行比對。若平行河流方向的井距大于心灘的最大長度、垂直河流方向井距大于心灘的最大寬度，則2口井鉆遇不同的心灘，反之，可能鉆遇同一心灘。

心灘的發(fā)育規(guī)模受到古氣候條件、水動(dòng)力條件的影響，因?yàn)檠芯繀^(qū)更靠近辮狀河下游，心灘的長寬比小，外形更接近橢圓形。在河道拐彎處，由于彎度指數(shù)較大，存在水動(dòng)力的損失，可能會造成此處心灘的發(fā)育規(guī)模較小。在充分考慮河道發(fā)育規(guī)模、心灘位置等因素對心灘的加積作用和側(cè)向遷移所造成影響的基礎(chǔ)上，在平面圖中對心灘進(jìn)行合理的調(diào)整，以進(jìn)行鉆遇心灘的識別和刻畫(圖8)。

圖8 單層鉆遇心灘刻畫

5.2 心灘的預(yù)測

除了已經(jīng)確認(rèn)的鉆遇心灘外，在鉆遇心灘之間、鉆遇心灘與河岸之間仍然可能有其他心灘的發(fā)育，所以需要對這些心灘進(jìn)行合理的預(yù)測，以明確辮狀河中心灘的發(fā)育情況，為后期研究區(qū)的開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。綜合前人[31]對蘇里格氣田的相關(guān)研究成果，發(fā)現(xiàn)同一地層內(nèi)心灘密度與河道砂厚間存在如下關(guān)系：

Y=1/(aXb-c)。

(1)

其中：Y為心灘密度，個(gè)/km2；X為單層河道砂體平均厚度，m；a、b、c分別為公式系數(shù)。在盒8下1-1單層內(nèi)a為9.61，b為0.026，c為0.026；在盒8下1-2單層內(nèi)a為1.28，b為0.15，c為1.10。所以如果已知單層內(nèi)河道的平均砂厚，就可以大致計(jì)算出心灘可能發(fā)育的數(shù)量。

盒8段沉積期古氣候條件為季節(jié)性干旱氣候環(huán)境，在此沉積期內(nèi)水位變化頻繁，水動(dòng)力差異較大，河道在側(cè)向容易遷移擺動(dòng)[36]。受整體沉積環(huán)境的影響，在該時(shí)期，研究區(qū)內(nèi)河道也會發(fā)生遷移，造成心灘的發(fā)育規(guī)模、形態(tài)差異較大。在識別鉆遇心灘及明確研究區(qū)內(nèi)辮狀河心灘發(fā)育規(guī)模的基礎(chǔ)上，結(jié)合古氣候條件、水動(dòng)力條件及辮狀河沉積發(fā)育特點(diǎn)，對研究區(qū)其他心灘發(fā)育規(guī)模及形態(tài)進(jìn)行合理的預(yù)測(圖9)。

圖9 單層心灘預(yù)測結(jié)果

盒8下1-1單層發(fā)育1條辮狀河道，在蘇X-2井附近兩條河道合并，為南北走向。辮狀河心灘密度較大，蘇X-6井以北心灘較為分散，以南心灘面積較大，形狀近似橢圓形。心灘方向隨水流方向改變，蘇X-6井以北心灘走向不一，基本順?biāo)鞣较颍阅暇鶠槟媳弊呦?。?下1-1單層共分布23個(gè)心灘，6個(gè)為鉆遇心灘，其余為預(yù)測心灘。蘇X-4井與蘇X-8井鉆遇的心灘發(fā)育規(guī)模均比較小，這是因其靠近河岸，位于河道拐彎處，水動(dòng)力在此出現(xiàn)不同程度的損耗。

盒8下1-2單層發(fā)育2條辮狀河道，過蘇X-1井辮狀河心灘整體為近南北走向，密度中等，辮狀河道在蘇X-9井附近變寬，心灘密度隨之變大，心灘形狀為“水滴”狀。過蘇X-6井辮狀河心灘整體為南北走向，心灘密度較大，南部心灘較北部心灘密度大，心灘形狀近橢圓形。盒8下1-2單層共分布29個(gè)心灘，9個(gè)為鉆遇心灘，其余為預(yù)測心灘。

6 結(jié) 論

(1)蘇X區(qū)塊盒8下1-1單層發(fā)育1條河道，盒8下1-2單層發(fā)育有2條河道，心灘與辮流水道交錯(cuò)沉積，形成“灘河相間”的沉積模式。心灘在平面上可以分為頭部、尾部、翼部、核部4部分。

(2)研究區(qū)心灘的長寬比約1.3∶1～1.6∶1，心灘長厚比約80∶1～135∶1，寬厚比約60∶1～85∶1。盒8下亞段的心灘長度為300～700 m，寬度為240～450 m。

(3)在心灘形成演化過程中，心灘發(fā)育的規(guī)模受河道的彎度指數(shù)控制，河道彎度指數(shù)越大，心灘的規(guī)模越小。這可能是河道拐彎處水動(dòng)力損失所致。