基于沉積模擬的河口壩構(gòu)型分析

胡曉玲，李少華，劉忠保（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100）

基于沉積模擬的河口壩構(gòu)型分析

胡曉玲，李少華，劉忠保
（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100）

綜合應(yīng)用沉積物理模擬實(shí)驗(yàn)原理和儲層構(gòu)型分析方法，以勝坨油田沙二段8砂組為例，結(jié)合工區(qū)構(gòu)造沉積背景，開展水槽模擬實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)區(qū)河口壩構(gòu)型進(jìn)行解剖。首先參照河流相構(gòu)型界面劃分方案劃分出水槽模擬實(shí)驗(yàn)條件下可識別的3、4、5級沉積界面 ，在此基礎(chǔ)上識別出4級構(gòu)型界面所限定的單一河口壩砂體構(gòu)型單元，從剖面和平面上對單一河口壩進(jìn)行了識別，定量分析了河口壩的寬厚比，研究可以為井下河口壩構(gòu)型的解剖提供參考。

沉積模擬；單一河口壩；構(gòu)型 ；勝坨油田

儲層構(gòu)型分析理論起源于21世紀(jì)60、70年代［1-3］，至今形成了野外露頭、現(xiàn)代沉積、密井網(wǎng)解剖、沉積模擬實(shí)驗(yàn)等多種研究方法，研究范圍涉及曲流河、辮狀河、三角洲等不同沉積體系。目前，野外露頭和現(xiàn)代沉積的構(gòu)型研究已取得了一定進(jìn)展［4］。前人對河口壩儲層開展了包括密井網(wǎng)解剖的構(gòu)型研究等大量工作 ，何文祥等［5］利用高分辨率層序地層學(xué)原理和構(gòu)型理論建立了河口壩三維構(gòu)型模式，辛治國［6］利用數(shù)值模擬技術(shù)建立了河口壩剩余油分布模式，溫立峰等［7］利用井資料對單一河口壩及其內(nèi)部增生體進(jìn)行識別，形成了針對河口壩的地下儲層精細(xì)解剖方法。本文則利用沉積模擬實(shí)驗(yàn)［8-9］的方法，以勝坨油田沙二段8砂組河口壩砂體為研究對象，觀測河口壩發(fā)育過程并解剖河口壩砂體 ，劃分出實(shí)驗(yàn)條件下可識別的沉積界面，從剖面和平面對單一河口壩進(jìn)行了識別，并對單一河口壩的幾何形態(tài)進(jìn)行了定量描述，研究為井下河口壩精細(xì)構(gòu)型分析提供了理論依據(jù)。

1 模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

根據(jù)勝坨油田沙二段8砂組構(gòu)造、地層、古地貌、古氣候、水介質(zhì)、巖石相類型和沉積類型等特征，建立了目的層段的原始沉積地質(zhì)模型。通過相似準(zhǔn)則，轉(zhuǎn)化為物理模型，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了沉積物理模擬的邊界條件、物源特征、來水時(shí)間、流量、加砂量、湖水位與活動底板升降等參數(shù)。

模擬實(shí)驗(yàn)裝置由于受到場地及裝置大小的限制 ，不可能無限地?cái)U(kuò)大規(guī)模，若原型幾何規(guī)模較大，要進(jìn)行室內(nèi)模擬，需要縮小比例，而比例過度縮小會造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果失真和變形，導(dǎo)致原型與模型之間相似度低，根據(jù)目前實(shí)驗(yàn)水平及沉積物理模擬理論，一般平面比例尺為1∶1000，垂向比例尺為1∶200比較合適。勝坨油田沙二段8砂組三角洲面積約54 km2，為辮狀河三角洲沉積，選擇模擬區(qū)域長9 km，寬6 km，則設(shè)計(jì)水槽有效范圍長度 Lm=9 m，寬度 Wm=6 m。勝坨油田沙二段8砂組的地層厚度約Hm=56.4 m，設(shè)定活動底板最大沉降量 hm=28.2 cm。

按原型資料，實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)Y方向2.5 m處為青坨子凸起物源，固定河道長4.5 m，4.5 m～12 m為湖盆沉積區(qū)，設(shè)計(jì)自NE至SW單斜坡展布的底形坡降為2°～4°，沙二段8砂組按照基準(zhǔn)面旋回樣式劃分為81、82、83三個(gè)小層。根據(jù)各小層的沉積厚度，利用相似準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)各沉積期次的厚度。

本次實(shí)驗(yàn)分三期完成，每個(gè)沉積期均按中水期—洪水期—中水期—枯水期的順序進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過程中適時(shí)測量流速、流向、流量、含沙量、湖水深度等參數(shù)，對沉積過程和現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)記錄和精細(xì)描述，模擬結(jié)果切片采用25 cm×25 cm網(wǎng)格進(jìn)行，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況劃分了17條縱剖面，28條橫剖面［10］。

2 河口壩構(gòu)型分析原理

儲層構(gòu)型即儲層建筑結(jié)構(gòu)要素分析法是指不同級次儲層構(gòu)成單元的形態(tài)、規(guī)模、方向及其疊置關(guān)系［11］。其研究內(nèi)容主要包括界面等級、構(gòu)型要素、巖相類型及其空間疊加樣式，其中構(gòu)型要素為巖相組合和砂體幾何形態(tài)，起源于Miall的河流相構(gòu)型分析。構(gòu)型界面具有層次性，因而不同級次界面限定的構(gòu)型單元具有層次性，而3級～5級界面限定的沉積單元為儲層意義上的構(gòu)型單元。

河口壩屬于三角洲前緣砂體，參照Miall研究河流相的構(gòu)型界面分級法，對比研究三角洲前緣河口壩砂體（表1，圖1），其中1級、2級界面僅可在巖心中識別，發(fā)育不穩(wěn)定，實(shí)際構(gòu)型分析中可以不作為主要研究對象。3級界面為巨型底型類的大規(guī)模加積增生面或前積增生面，限定的構(gòu)型要素為河口壩內(nèi)增生體。4級界面為巨型底型的上界面，多為河口壩砂體頂部沖刷面，限定的構(gòu)型要素為單一河口壩，5級界面為大型砂席頂界面，限定的構(gòu)型要素為河口壩復(fù)合體。側(cè)向上河口壩拼合（微相組合）形成的頂、底界面也為5級界面。

根據(jù)野外露頭和現(xiàn)代沉積的測量數(shù)據(jù)，前人［12］對河口壩長寬數(shù)據(jù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，單一河口壩長度/寬度 ，長度/厚度具有較好的相關(guān)性，如Lowry對美國猶他州、肯塔基州河控三角洲河口壩分析基礎(chǔ)上得出河口壩長度與厚度，長度與寬度均成雙對數(shù)線性關(guān)系。本次研究通過水槽模擬實(shí)驗(yàn)，直接測量單一河口壩的長度和寬度，建立了幾何形態(tài)的定量模型，可以指導(dǎo)井下單一河口壩的對比與建模。

3 河口壩構(gòu)型分析

分流河道入湖在河口處可形成一個(gè)向湖傾斜的大型長軸透鏡狀河口壩砂體，中間厚邊緣薄。平面上分流河道多期次改道入湖，可形成側(cè)向上疊加連片的河口壩復(fù)合體。實(shí)驗(yàn)條件下，可以觀察到河口壩體大面積連片分布，為了揭示沉積砂體內(nèi)部沉積級次 ，參考前人關(guān)于河口壩構(gòu)型分析的成果［13-15］。在實(shí)驗(yàn)條件下對河口壩進(jìn)行精細(xì)解剖，從剖面和平面上對河口壩進(jìn)行識別。

3.1 界面識別與劃分

本次沉積模擬實(shí)驗(yàn)參照Miall（1988）關(guān)于河流相的層次界面劃分方案，結(jié)合對勝二區(qū)沙二段8砂組三角洲前緣河口壩層次界面的認(rèn)識，對勝二區(qū)沙二段8砂組辮狀河三角洲沉積模擬實(shí)驗(yàn)前緣河口壩沉積的層次界面進(jìn)行了劃分，水槽實(shí)驗(yàn)條件下，河口壩發(fā)育規(guī)模小，僅識別出了3級界面、4級界面和5級界面（圖2，圖3）。

3級界面為單一河口壩砂體內(nèi)部增生體的頂、底界面，界面向湖心方向傾斜，為較薄的泥質(zhì)夾層，其限定的構(gòu)型要素為河口壩內(nèi)的增身體。該沉積界面代表了河水流量的變化，河口左右小幅擺動引起的局部水能量變化，負(fù)載的增減及湖盆水位的小幅升降等。

4級界面為單一河口壩的分界面，限定的構(gòu)型要素為單一河口壩。界面頂為多個(gè)河口壩增生體疊合形成的單一河口壩的頂界面，底界面為單一河口壩砂體與下伏泥質(zhì)沉積物的交界面。界面橫向延伸較遠(yuǎn)，頂部被更高級別的界面削蝕。

5級界面為河口壩復(fù)合體的頂界面，限定的構(gòu)型要素為河口壩復(fù)合體。為實(shí)驗(yàn)中能識別出來的最高級別的界面，界面延伸穩(wěn)定，分布廣泛，實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為第一期，第二期，第三期實(shí)驗(yàn)的分界面。

3.2 單一河口壩識別

在構(gòu)型界面劃分基礎(chǔ)上，模擬實(shí)驗(yàn)從橫縱兩種剖面上總結(jié)了單一河口壩識別標(biāo)志，利用拼接剖面對河口壩進(jìn)行了識別，平面上根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的單一河口壩長寬比定量關(guān)系確定了單一河口壩規(guī)模，可對大面積連片河口壩進(jìn)行單一河口壩邊界確定。

橫剖面上，單一河口壩具有下細(xì)上粗的反粒序，形態(tài)上底平頂凸及壩內(nèi)部層理傾向和相鄰壩內(nèi)部層理傾向相反的特征來識別（圖4）。河口壩在縱剖面上表現(xiàn)為一律的前積層，可通過粒度所表現(xiàn)出來的韻律層來識別。河口壩在發(fā)育末期因水流減弱而沉積一層細(xì)粒沉積物，此細(xì)粒層分隔不同的河口壩。分割不同河口壩的細(xì)粒沉積層為細(xì)-粉砂和泥質(zhì)沉積，而河口擺動過程中水流改變而形成的細(xì)粒沉積層更多為細(xì)-粉砂，屬于河口壩內(nèi)部增生體，兩者是不同的（圖5）。根據(jù)前三角洲泥的變化同樣可以識別河口壩 ，在較深水域，沉積有較厚的前三角洲泥，前三角洲泥在快速堆積的河口壩砂體重力作用下發(fā)生蠕動，泥層厚度不均一，在砂體中心部位下方泥層厚度薄，砂體前端泥層較厚，泥層與河口壩砂體頂面呈“圓滑”接觸。界。

水槽實(shí)驗(yàn)條件下，利用切剖面的方法測量獲得河口壩厚度數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中統(tǒng)計(jì)的可識別的85個(gè)河口壩長、寬數(shù)據(jù)，河口壩長介于45 cm～210 cm，寬介于30 cm～150 cm，平均長為127 cm，寬76 cm。經(jīng)分析，實(shí)驗(yàn)得出的河口壩長-壩寬相關(guān)性較好，R2等于0.6259。建立了河口壩長寬比經(jīng)驗(yàn)公式（圖6），根據(jù)河口壩長度可以預(yù)測其寬度，經(jīng)比例尺換算，得到河口壩平均長度為1.27 km，寬為0.76 km，從而從平面上輔助判斷單一河口壩邊界。

4 結(jié) 論

結(jié)合工區(qū)沉積背景，參考前人關(guān)于三角洲前緣河口壩的認(rèn)識，應(yīng)用水槽模擬實(shí)驗(yàn)的方法 ，開展河口壩構(gòu)型分析，實(shí)驗(yàn)條件下從剖面和平面對河口壩進(jìn)行了識別。取得了如下研究成果:

（1）實(shí)驗(yàn)條件下，結(jié)合前人對三角洲前緣河口壩層次界面的認(rèn)識，識別出了代表單一河口壩砂體內(nèi)部增生體頂、底界面的3級界面，代表單一河口壩分界面的4級界面和代表復(fù)合河口壩頂界面的5級界面。

（2）橫剖面上，利用下細(xì)上粗的反粒序形態(tài)上底平頂凸及壩內(nèi)部層理傾向和相鄰壩內(nèi)部層理傾向相反的特征來識別單一河口壩 ，縱剖面上則通過細(xì)粒沉積層以及前三角洲泥厚度變化特征識別河口壩 。

（3）利用所獲得的河口壩長寬數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，得出長寬比具有較好的規(guī)律性并獲得經(jīng)驗(yàn)公式，可用于預(yù)測河口壩規(guī)模 ，輔助識別單一河口壩邊

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Analysis of Mouth Bar Architecture Based on Physical Simulation of Sedimentation

HU Xiao-ling，LI Shao-hua，LIU Zhong-bao
（College of Geosciences，Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China）

Based on principle of physical simulation of sedimentation and architecture analysis，flume simulation tests of the mouth bar architecture were conducted on s Es2 8th sand group of Shengtuo oilfield，based on the architecture and sedimentation background of the researched area.Firstly，according to the division scheme of the architecture of fluvial facies，the third-order，fourth-order and fifth-order sedimentary boundaries were recognized under the experimental conditions，based on which the single mouth bar constrained by the fourth-order boundary was identified.Then the single mouth bar was recognized from plane and vertical profile further，and its width-to-thickness ratio was analyzed quantitatively.This study will provide references for the architecture analysis of subsurface mouth bars.

physical simulation of sedimentation；single mouth bar；architecture analysis；Shengtuo oilfield

P618.13

A

1672—1144（2015）02—0053—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2015.02.012

2015-01-17

2015-02-27

國家自然科學(xué)基金（41272136）；國家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05011-001）

胡曉玲（1988—），女 ，湖北松滋人 ，碩士研究生 ，研究方向?yàn)閮颖碚髋c建模。E-mail:821849685@qq.com

劉忠保（1965—），男，湖北荊州人，教授 ，主要從事沉積模擬、沉積學(xué)方面的教學(xué)與科研工作。E-mail:lzb623@163.com