現(xiàn)代灘砂沉積特征及其對油氣勘探的啟示

王升蘭，姜在興，邱隆偉，劉 暉

（1.中海油研究總院，北京100027；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083；3.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；4.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京100029）

現(xiàn)代灘砂沉積特征及其對油氣勘探的啟示

王升蘭1，姜在興2，邱隆偉3，劉 暉4*

（1.中海油研究總院，北京100027；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083；3.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；4.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京100029）

薄互層灘壩油藏具有近油源、儲集性能較好和生儲蓋組合配置較為完善等有利的油氣富集條件，逐漸成為中國東部油區(qū)的重點勘探領(lǐng)域；但與其他沉積體系相比，對灘壩沉積體系的研究程度尚欠深入。為此，以峽山水庫現(xiàn)代灘砂沉積為研究對象，對其組成、沉積構(gòu)造、粒度特征、沉積單元劃分以及沉積序列等進行了研究。結(jié)果表明，灘砂沉積物主要以細砂和粉砂為主，分選較好，呈席狀分布于水庫濱岸地帶，發(fā)育層理、波痕、生物潛穴、貝殼碎片和植物碎屑等沉積構(gòu)造，粒度概率累積曲線包括兩段式、兩跳一懸式、一跳一懸夾過渡式3種類型；其沉積單元可劃分為灘后席狀砂、灘脊和灘脊間，在垂向上沉積序列主要表現(xiàn)為明顯的反旋回特征，自下而上依次發(fā)育濱湖泥、灘脊間、灘脊以及灘后席狀砂，且風(fēng)向、風(fēng)力和地貌是控制研究區(qū)灘砂形成的主要因素。通過對現(xiàn)代灘砂沉積特征及形成控制因素的分析，可以有效地識別沉積盆地中物性較差的灘砂砂體和物性較好的壩砂砂體，并預(yù)測其分布，對于提高灘壩油藏的勘探成功率具有重要意義。

灘砂壩砂現(xiàn)代沉積相序灘壩油藏峽山水庫

在油氣勘探早期，對于薄互層灘壩油藏，由于其砂層薄和地震識別難度大［1］等原因一直未成為油氣勘探的重點。但近年來，隨著油氣勘探的進一步深入以及對油氣資源的迫切需求，薄互層灘壩儲集體因為其具有近油源、儲集性能較好和生儲蓋組合配置較為完善等有利的油氣富集條件［2］，逐漸成為中國東部油區(qū)的重點勘探領(lǐng)域［3-6］，并已取得了較好的勘探成果［7］。但與其他沉積體系［8-9］相比，對灘壩沉積體系的研究程度尚不深入，且灘壩砂體多以砂、泥巖薄互層為特征，單層厚度薄，橫向變化較大，分布規(guī)律較為復(fù)雜［6］，勘探難度也較大；因此，加強對濱淺湖灘壩砂體沉積特征的研究則顯得尤為重要。現(xiàn)代沉積研究作為一種重要的沉積體系研究手段，對于恢復(fù)地史時期各種類型沉積砂體的沉積特征，以及研究其分布規(guī)律均具有重要意義［10］。為此，以山東半島中部濰坊市峽山水庫灘砂現(xiàn)代沉積考察為基礎(chǔ)，對其巖性、沉積構(gòu)造和粒度等沉積特征進行研究，探討灘砂的垂向序列，以期為濱淺湖灘壩砂體的分布規(guī)律及灘壩油藏的勘探提供有益的借鑒。

1 研究區(qū)概況

峽山水庫位于山東省東部濰坊市東南約25 km，安丘市與高密市之間的濰河中下游，地理位置為東經(jīng)119°21′～119°31′，北緯36°16′～36°31′。其形似喇叭狀，南北長約30 km，東西寬約15 km，集水面積為4 210 km2，平均水面面積為100 km2，平均水深為5 m，屬于淺水型水庫［11-13］。峽山水庫的水面開闊，岸線較平直，湖灣少，底部平坦，庫岸斜緩，形狀和生態(tài)環(huán)境均與淺水湖泊類似［2，14］。受季風(fēng)和地貌控制，在水庫東南部淺水地區(qū)廣泛發(fā)育灘砂及相關(guān)沉積構(gòu)造；且由于季節(jié)性水位變化較大，尤其在春、夏2季，湖水下降幅度較大［2，14］，灘砂沉積體常暴露于水面之上，適于進行現(xiàn)代沉積考察。

2 灘砂沉積特征

灘砂是指主要分布于水體邊緣波浪作用帶以上至地形陡坎或最高水位線之間，在以沿岸流、沖刷回流為主要水動力特點的環(huán)境中，在湖（海）濱岸地帶較平坦地形上，由湖浪、湖流作用形成的薄且分布面積較大的砂質(zhì)沉積體，在枯水期灘砂常接受風(fēng)的改造［14］。

2.1沉積物特征

峽山水庫灘砂沉積物主要由細砂、粉砂、泥質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)泥等組成。由于受到拍岸浪的沖洗，砂質(zhì)沉積物的分選較好，呈席狀分布于水庫濱岸地帶，灘砂單層厚度較薄，一般小于0.5 m，以薄互層為特征。

2.2 沉積構(gòu)造特征

灘砂沉積主要受拍岸浪的控制，水動力較強，水退時期亦暴露于水面之上，遭受風(fēng)的改造，因此其沉積構(gòu)造類型較為多樣，主要有層理、波痕、生物碎片及潛穴等（圖1）。層理主要為波浪成因的沖洗交錯層理、浪成沙紋層理、波狀層理、波狀復(fù)合層理、透鏡狀層理以及平行層理等，其中沖洗交錯層理是灘砂沉積最具有代表性的層理類型（圖1a）。波痕也是灘砂沉積中較為常見的沉積構(gòu)造（圖1b），除正常浪成波痕之外，干涉波痕和修飾波痕也比較發(fā)育，此外灘砂暴露于水上的部分也易于在風(fēng)的作用下形成不對稱的、具有平直波峰的風(fēng)成波痕。灘砂沉積中的生物碎片分為貝殼碎片和植物碎屑2種類型，由于濱岸帶的水進、水退比較頻繁，因此造成大量貝殼類生物死亡，主要為螺類和蚌類，其介殼成層分布于灘砂之上；同時由于灘砂沿湖岸線分布，植物比較發(fā)育，可見成層分布的植物碎屑（圖1c）。由于受拍岸浪作用的影響，生物潛穴基本為垂直鉆孔（圖1d），偶見傾斜潛穴。

圖1 峽山水庫灘砂沉積構(gòu)造特征

2.3 粒度特征

研究區(qū)樣品粒度分析結(jié)果表明，灘砂沉積物主要為細砂，粒度中值平均為0.236 mm，平均粒徑為0.238 mm［14］，沉積物跳躍組分含量較高，多在95%以上，懸浮組分含量較低。粒度概率累積曲線主要包括兩跳一懸式、兩段式和一跳一懸夾過渡式3種類型（圖2）。兩跳一懸式較為常見，主要由2段跳躍組分和1段懸浮組分組成，缺少滾動組分，是由于沉積環(huán)境中存在沖流和回流2種水動力條件造成的；跳躍組分斜率較陡，說明灘砂分選很好，沖刷—回流分界點的φ值為2～3，懸浮組分含量一般小于5%，與跳躍組分交切點的φ值為3～3.5。兩段式由較高斜率的跳躍次總體和懸浮次總體組成，跳躍組分含量大于90%，懸浮組分含量小于10%，與跳躍組分交切點的φ值為2.5～3.5。一跳一懸夾過渡式由較高斜率跳躍次總體、懸浮次總體以及較低斜率的過渡段組成，跳躍次總體含量大于90%，懸浮次總體含量小于10%，跳躍組分、懸浮組分與過渡組分交切點的φ值分別為2.5～3和3.5～4。

圖2 峽山水庫灘砂沉積物粒度概率累積曲線

2.4 沉積單元

根據(jù)巖性、沉積構(gòu)造、粒度特征以及微地貌形態(tài)可將灘砂劃分為灘后席狀砂、灘脊和灘脊間3個沉積單元（圖3）。灘后席狀砂位于平時水位線與豐水期水位線之間，沿湖岸線呈席狀分布，沉積物主要為細砂，局部含泥質(zhì)沉積物，細砂分選較好，發(fā)育生物介殼等沉積構(gòu)造，粒度概率累積曲線主要為兩段式和一跳一懸夾過渡式。灘脊位于水位線附近，受水體波浪控制明顯，為灘砂沉積中砂質(zhì)沉積物相對較厚的部分，其形態(tài)表現(xiàn)為線狀或魚鰭狀，與波浪方向呈一定夾角，并延伸至水面以下；沉積物主要為細砂和中砂，局部可見定向排列的細礫，分選好，發(fā)育沖洗交錯層理、波狀層理、生物潛穴以及指示水流方向的沖流痕及沖溝等沉積構(gòu)造，粒度概率累積曲線主要為兩跳一懸式和兩段式。灘脊間位于兩條灘脊之間，沉積物較細，以細砂和粉砂為主，夾部分泥質(zhì)沉積物；主要發(fā)育波狀層理、透鏡狀層理、波痕和生物爬跡等沉積構(gòu)造，局部富集植物碎屑及生物介殼，粒度概率累積曲線主要為兩跳一懸式和兩段式。

圖3 峽山水庫灘砂沉積單元劃分

2.5 沉積序列

圖4 峽山水庫灘砂沉積序列

灘砂在垂向上的沉積序列主要表現(xiàn)為明顯的反旋回特征，自下而上依次發(fā)育濱湖泥、灘脊間、灘脊以及灘后席狀砂（圖4）。濱湖泥不屬于灘砂沉積，但從垂向序列來看，濱湖相灘砂一般沉積于濱湖泥之上。濱湖泥一般為泥質(zhì)沉積物，其層理主要為水平層理，植物碎屑較為發(fā)育，可見成層分布的植物莖葉。灘脊間以泥質(zhì)沉積物夾少量砂質(zhì)沉積物為主，主要發(fā)育波狀層理、透鏡狀層理以及水平層理等，此外波痕也較為發(fā)育，主要為峰谷均圓的對稱波痕和受雙向水流影響形成的干涉波痕。灘脊為灘砂沉積中水動力作用最強的部分，沉積物粒度最粗，以粉砂和細砂為主，可見定向排列的礫石，單層砂體厚度較大；主要發(fā)育沖洗交錯層理、波狀層理、平行層理及浪成沙紋層理等，波痕主要發(fā)育由單向水流形成的不對稱波痕。灘后席狀砂以細砂和粉砂為主，發(fā)育障礙痕和生物介殼等沉積構(gòu)造，受風(fēng)的改造作用明顯。

3 對油氣勘探的啟示

3.1 灘砂砂體識別

現(xiàn)代沉積研究是識別地史時期各種類型沉積砂體的重要手段之一［10］，因此可以將現(xiàn)代灘砂沉積特征作為識別地史時期灘砂的重要標(biāo)志。斷陷盆地緩坡帶灘砂砂體主要具有以下特征：①沉積物粒度較細，以細砂和粉砂為主，單砂層厚度薄，以砂、泥薄互層為特征；②主要發(fā)育波浪成因的沖洗交錯層理、浪成沙紋層理、波狀層理、透鏡狀層理、浪成波痕、干涉波痕、生物潛穴、貝殼碎片和植物碎屑等沉積構(gòu)造；③粒度概率累積曲線包括兩段式、兩跳一懸式和一跳一懸夾過渡式3種類型；④在垂向上的沉積序列主要表現(xiàn)為明顯的反旋回特征。根據(jù)現(xiàn)代灘砂砂體的沉積特征，結(jié)合現(xiàn)代濱湖相壩砂砂體的沉積特征［2］，將先前作為一個整體研究的灘壩砂體進一步劃分為儲層物性相對較差的灘砂砂體和儲層物性較好的壩砂砂體，對于薄互層灘壩砂體的研究，以及提高灘壩油藏的勘探成功率［7］具有重要意義。

3.2 灘砂砂體分布預(yù)測

峽山水庫處于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)［15］，以濰河流域為主要水源，多年平均年降水量為677.8 mm［12］。1961—2005年研究區(qū)平均風(fēng)速為3.4 m/s［15］，區(qū)域大風(fēng)以北風(fēng)和南風(fēng)為主要風(fēng)向；冬季冷空氣活動頻繁，以偏北大風(fēng)為主；春、秋季節(jié)，因冷、暖空氣交換加劇，偏北大風(fēng)與偏南大風(fēng)交替出現(xiàn)；夏季除受臺風(fēng)影響出現(xiàn)大風(fēng)，強對流天氣造成的雷暴大風(fēng)也時有發(fā)生［16］。受大風(fēng)影響，水庫的水面常形成波浪和假潮等現(xiàn)象，且在盛行風(fēng)向下風(fēng)區(qū)東南部的淺水地區(qū)廣泛發(fā)育灘砂及相關(guān)沉積構(gòu)造，而在地形坡度較陡的西部和北部上風(fēng)區(qū)則較少發(fā)育灘砂沉積。表明風(fēng)向、風(fēng)力和地貌是影響灘砂發(fā)育的重要因素，因此加強沉積盆地古氣候和古地貌研究，并通過現(xiàn)代灘砂控制因素的分析，明確沉積盆地中灘砂的有利分布區(qū)，對于預(yù)測灘砂的分布［17］具有重要意義。

3.3 應(yīng)用實例

在沙四段上亞段沉積時期，渤海灣盆地東營凹陷受行星風(fēng)系及反氣旋作用影響，主要盛行西北風(fēng)或北風(fēng)［1］，在凹陷南部博興洼陷緩坡區(qū)，地形坡度一般小于0.5°［18］，非常平緩，因此預(yù)測博興洼陷南部沙四段上亞段沉積時期應(yīng)發(fā)育灘砂沉積?？碧浇Y(jié)果也證實，博興洼陷南部沙四段上亞段發(fā)育大面積分布的灘砂砂體［18］，表現(xiàn)為壩砂成帶、灘砂連片的分布特征；灘砂的巖性以粉砂和粉細砂為主，單層厚度一般小于2 m，并與泥巖頻繁互層，孔隙度為5%～15%，滲透率為0.01×10-3～10×10-3μm2；壩砂砂體的巖性以細砂為主，單層厚度一般為2～6 m，孔隙度為10%～20%，滲透率為0.1×10-3～100×10-3μm2。在勘探過程中，以厚度較大、物性較好的壩砂砂體作為有利勘探目標(biāo)，如博興洼陷高89井鉆遇較厚的壩砂油層，獲得了較高的工業(yè)油流，有效地推動了東營凹陷灘壩油藏的勘探。

4 結(jié)論

峽山水庫灘砂呈席狀沿岸線廣泛分布，沉積物主要以細砂和粉砂為主；發(fā)育波浪成因的沖洗交錯層理、浪成沙紋層理、波狀層理、透鏡狀層理、浪成波痕、干涉波痕、生物潛穴、貝殼碎片和植物碎屑等沉積構(gòu)造；粒度概率累積曲線主要包括兩跳一懸式、兩段式和一跳一懸夾過渡式3種類型；其沉積單元包括灘后席狀砂、灘脊和灘脊間，在風(fēng)力和波浪的作用下，灘砂在垂向上的沉積序列主要表現(xiàn)為明顯的反旋回特征，自下而上依次發(fā)育濱湖泥、灘脊間、灘脊以及灘后席狀砂。現(xiàn)代灘砂的沉積特征可以作為識別地史時期灘砂的重要標(biāo)志。通過對現(xiàn)代灘砂控制因素的分析認為，灘砂的發(fā)育主要受風(fēng)向、風(fēng)力和地貌控制，因此，加強沉積盆地古氣候（風(fēng)力和風(fēng)向）和古地貌研究，可以較好地預(yù)測灘砂砂體的有利分布區(qū)。根據(jù)現(xiàn)代灘砂的沉積特征，將灘壩砂體進一步細分為儲層物性相對較差的灘砂砂體和儲層物性較好的壩砂砂體，并應(yīng)用于薄互層灘壩砂體的研究中，可以有效地提高灘壩油藏的勘探成功率。

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編輯鄒瀲滟

TE112.23

：A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1009-9603（2014）01-0016-04

2013-12-02。

王升蘭，女，工程師，碩士，從事油氣地質(zhì)研究。聯(lián)系電話：13426015669，E-mail：wangshl8@cnooc.com.cn。

*通訊作者：劉暉，男，助理研究員，博士。聯(lián)系電話：13488778788，E-mail：liuhui@cags.ac.cn。

國家自然科學(xué)基金項目“祁連山凍土區(qū)天然氣水合物儲層結(jié)構(gòu)模式研究”（41202076）。