單一河口壩砂體規(guī)模的定量表征

李少華，胡曉玲，王　軍，宋道萬，史敬華

（1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100；2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

單一河口壩砂體規(guī)模的定量表征

李少華1，胡曉玲1，王軍2，宋道萬2，史敬華2

（1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100；2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

以勝坨油田沙二段8砂組為例，綜合應(yīng)用水槽模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代沉積的測量結(jié)果對辮狀河三角洲河口壩內(nèi)部構(gòu)型進(jìn)行了深入分析，并重點(diǎn)對河口壩長寬比定量規(guī)模進(jìn)行了研究。水槽模擬實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明，模擬的研究區(qū)河口壩長45～210 cm，寬30～150 cm，長度與寬度具有較好的相關(guān)性?，F(xiàn)代沉積的測量結(jié)果也說明了河口壩的長度與寬度具有較好的相關(guān)性。綜合水槽模擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代沉積測量的結(jié)果，建立了研究區(qū)單一河口壩長寬比經(jīng)驗(yàn)公式。利用該公式可以指導(dǎo)研究區(qū)精細(xì)河口壩構(gòu)型解剖，輔助判斷單一河口壩邊界，為建立三角洲前緣河口壩精細(xì)三維地質(zhì)模型提供了依據(jù)。

河口壩；沉積模擬；長寬比；勝坨油田

0　引言

儲層構(gòu)型研究主要是應(yīng)用露頭調(diào)查、現(xiàn)代沉積測量、室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)及地震和測井信息分析等技術(shù)手段，在構(gòu)型分析理論［1-4］的指導(dǎo)下對儲層進(jìn)行定性分析和定量表征。目前，對曲流河儲層構(gòu)型的研究較為成熟，已經(jīng)建立起儲層定性及定量的構(gòu)型模式［5-6］。構(gòu)型要素分析的思路也應(yīng)用到了三角洲［7-10］和障壁海岸等沉積體系中。國內(nèi)外學(xué)者對三角洲沉積體系中的河口壩構(gòu)型單元做了大量定性和定量的分析研究，并取得了豐富成果。Reynolds［11］對古代河口壩的研究認(rèn)為河口壩長度是寬度的2倍；Lowry等［12］通過大量露頭研究發(fā)現(xiàn)單一河口壩長度與厚度和長度與寬度均具有較好的相關(guān)性，并建立了經(jīng)驗(yàn)公式；Tye［13］收集了墨西哥灣Atchafalaya三角洲及阿拉斯加Colville，Sagavanirktok和Kuparuk河流現(xiàn)代河口壩的規(guī)模數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示河口壩寬度為0.1～3.0 km，長度為0.14～7.00 km；還有學(xué)者利用多方向水平井孔隙度資料，求取并擬合了平面儲集層變差函數(shù)進(jìn)而確定河口壩的長度和寬度［14-15］。不同學(xué)者從不同角度對河口壩的長度和寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，但得到的結(jié)果相差懸殊，說明對河口壩實(shí)際規(guī)模的認(rèn)識還存在較大爭議。沉積模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟佻F(xiàn)各類砂體的形成過程、演變規(guī)律及其水動(dòng)力學(xué)機(jī)制，通過實(shí)驗(yàn)可以獲得室內(nèi)模擬的一套定量參數(shù)和定性認(rèn)識，因而該方法越來越多地在油氣田勘探開發(fā)中得到應(yīng)用［16］。筆者以勝坨油田沙二段8砂組河口壩砂體為研究對象，利用水槽模擬實(shí)驗(yàn)，針對性地觀測河口壩發(fā)育過程并解剖河口壩砂體，獲得河口壩長度、寬度及厚度等各類屬性數(shù)據(jù)；同時(shí)，基于衛(wèi)星照片獲得現(xiàn)代沉積考察測量的河口壩長度和寬度數(shù)據(jù)；最后，綜合水槽模擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代沉積測量的結(jié)果，建立研究區(qū)河口壩長寬比經(jīng)驗(yàn)公式，以期為該區(qū)河口壩精細(xì)構(gòu)型解剖及建模提供依據(jù)。

1　基于沉積模擬的河口壩規(guī)模分析

根據(jù)勝坨油田沙二段8砂組地質(zhì)資料，建立包括構(gòu)造、地層及沉積類型在內(nèi)的原型地質(zhì)模型，并通過相似準(zhǔn)則，將其轉(zhuǎn)化為物理模型，從而確定沉積物理模擬實(shí)驗(yàn)的邊界條件、物源特征、來水時(shí)間、流量、加沙量、湖水位與活動(dòng)底板控制量。根據(jù)長江大學(xué)沉積模擬實(shí)驗(yàn)室的條件，設(shè)計(jì)了切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，并對模擬的邊界條件和實(shí)驗(yàn)底型進(jìn)行了設(shè)定。按照研究區(qū)三角洲面積，選擇模擬區(qū)域長9 km，寬6 km，設(shè)定模擬實(shí)驗(yàn)平面比例尺為1∶1000，垂向比例尺為1∶200，則設(shè)計(jì)水槽有效長度為9 m，寬度為6 m。勝坨油田沙二段8砂組的地層厚度約為56.4 m，由此設(shè)定活動(dòng)底板最大沉降量為28.2 cm。按照原型資料，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，Y方向4.5～12.0 m為湖盆沉積區(qū)，設(shè)計(jì)北東—南西向單斜坡展布的底形坡降為2°～4°。按照基準(zhǔn)面旋回樣式，將研究區(qū)沙二段8砂組劃分為81，82，83共3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。

實(shí)驗(yàn)分3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、含沙量及湖水深度等參數(shù)，并對沉積過程和現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)記錄和精細(xì)描述。模擬結(jié)果采用25 cm×25 cm網(wǎng)格進(jìn)行切片分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況劃分了17條縱剖面和28條橫剖面。

實(shí)驗(yàn)完成后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程素描圖，得到研究區(qū)河口壩分布的大致位置，選取河口壩形成前、后的2張照片，進(jìn)行對比后確定河口壩位置，再利用iPhoto-Measure軟件測量河口壩長度與寬度的平面數(shù)據(jù)及湖岸線延伸距離，進(jìn)而繪制出河口壩平面分布圖（圖1）。

圖1　勝坨油田沙二段8砂組河口壩平面分布Fig.1　The distribution of mouth bar of the 8th sand group of the second member of Shahejie Formation in Shengtuo Oilfield

河口壩水槽模擬實(shí)驗(yàn)中，由于沉積速度很快，分流間灣泥質(zhì)沉積的時(shí)間短暫，沉積厚度不大，因而三角洲前緣區(qū)域主要被河口壩沉積所充填。實(shí)驗(yàn)中的沉積過程結(jié)束后，將砂體晾干，并按25 cm×25 cm網(wǎng)格依次切開砂體，測量河口壩的厚度數(shù)據(jù)。

在水槽模擬條件下，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中可識別的較大河口壩，得出81小層沉積期河口壩43個(gè)，82小層沉積期河口壩42個(gè)，并獲得其長度與寬度數(shù)據(jù)（參見圖1）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中統(tǒng)計(jì)的可識別的85個(gè)河口壩長度與寬度數(shù)據(jù)，得出模擬的研究區(qū)河口壩長度為45～210 cm，平均為127 cm；寬度為30～150 cm，平均為76 cm（圖2）。

圖2　勝坨油田沙二段8砂組河口壩長度和寬度直方圖Fig.2　The histogram diagram of length and width of mouth bar of the 8th sand group of the second member of Shahejie Formation in Shengtuo Oilfield

經(jīng)比例尺換算后，得到研究區(qū)河口壩的長度為450～2 100 m，平均為1 270 m；河口壩寬度為300～1 500 m，平均為760 m。利用由水槽模擬實(shí)驗(yàn)獲得的河口壩長度與寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性相關(guān)性分析，并建立了河口壩長寬比經(jīng)驗(yàn)公式（圖3）。從圖3可以看出，河口壩長度與寬度相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.625 9。因此，可根據(jù)河口壩長度預(yù)測其寬度。

圖3　河口壩長度與寬度定量關(guān)系Fig.3　The quantitative relation between length and width of mouth bar

河口壩厚度主要取決于河口壩沉積時(shí)的水體深度、注水量及沉積時(shí)間。對勝坨油田沙二段8砂組沉積模擬實(shí)驗(yàn)剖面的觀察發(fā)現(xiàn)，三角洲推進(jìn)距離越遠(yuǎn)，河口壩厚度就越大，為12.6～46.4 cm。河口壩長度和寬度與厚度的相關(guān)性均相對較差，這是因?yàn)?個(gè)沉積期河口壩的平面規(guī)模相差無幾，但各沉積期沉積水深不同，導(dǎo)致河口壩厚度出現(xiàn)3個(gè)集中分布的范圍，最終影響了河口壩整體長度和寬度與厚度的相關(guān)性。

2　基于現(xiàn)代沉積的河口壩規(guī)模分析

河口壩是河口作用的產(chǎn)物，河流將沉積物搬運(yùn)至河口，再從河口將其轉(zhuǎn)移并分散到周圍海域或者湖域，這些沉積物的分布狀況及各種砂體的形成均受河口區(qū)的水動(dòng)力所控制。Coleman［17］提出慣性、摩擦和浮力是決定河口作用的3個(gè)主要因素。勝坨油田沙二段8砂組是以慣性力為主的深水沉積，單一壩呈舌狀，多河道拼合而成的復(fù)合壩呈朵狀。通過對現(xiàn)代沉積三角洲的考察發(fā)現(xiàn)，位于東非裂谷帶附近的圖爾卡納湖和美國五大湖區(qū)附近的圣克萊爾湖均為慣性力主控的三角洲沉積，與研究區(qū)三角洲沉積的主控因素相同。因此，研究區(qū)河口壩與現(xiàn)代沉積考察的河口壩具有可比性，為綜合2種不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析提供了支撐。

前人通過大量的露頭研究發(fā)現(xiàn)，單一河口壩的長度與寬度具有較好的相關(guān)性。利用全球衛(wèi)星照片，對現(xiàn)代沉積河口壩長度與寬度的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，重點(diǎn)選取圖爾卡納湖和圣克萊爾湖河口壩為研究對象，對其河口壩長度和寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量（表1），測量部位（以圖爾卡納湖為例）如圖4所示。經(jīng)分析計(jì)算，由現(xiàn)代沉積測量獲得的河口壩長度與寬度相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)為0.945 1。

表1現(xiàn)代沉積河口壩長度與寬度數(shù)據(jù)Table 1The length and width data of mouth bar for modern sedimentation

圖4　現(xiàn)代沉積河口壩長度與寬度測量部位Fig.4　The length and width measurement location of mouth bar for modern sedimentation

3　河口壩規(guī)模綜合分析

為了對由實(shí)驗(yàn)得出的河口壩長寬比規(guī)律性進(jìn)行驗(yàn)證，對比了由水槽模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代沉積測量得出的河口壩長度與寬度的相關(guān)性，二者一致地表明了河口壩長度與寬度具有較好的相關(guān)性。因此，考慮綜合水槽模擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代沉積的河口壩規(guī)模數(shù)據(jù)，將這2種不同來源但具有相似沉積背景的數(shù)據(jù)綜合到一起進(jìn)行分析和研究。對河口壩長度與寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行的回歸分析表明，河口壩長度與寬度相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)為0.902 5，由此建立了河口壩長寬比經(jīng)驗(yàn)公式（圖5）。利用該經(jīng)驗(yàn)公式可以指導(dǎo)研究區(qū)精細(xì)河口壩構(gòu)型解剖與建模。

圖5　加入現(xiàn)代沉積的河口壩長度與寬度定量關(guān)系Fig.5　The quantitative relation between width and length of mouth bar with modern sedimentation data added in

4　結(jié)束語

（1）由水槽模擬實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出勝坨油田沙二段8砂組河口壩長度為45～210 cm，平均為127 cm；河口壩寬度為30～150 cm，平均為76 cm。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出實(shí)驗(yàn)條件下研究區(qū)河口壩長度與寬度具有較好的相關(guān)性，擬合出河口壩長寬比經(jīng)驗(yàn)公式為y=0.633 2x-4.806 5，相關(guān)系數(shù)為0.625 9。

（2）對現(xiàn)代沉積的考察發(fā)現(xiàn)，圖爾卡納湖和圣克萊爾湖的三角洲沉積背景與研究區(qū)相似。根據(jù)前人的研究，利用全球衛(wèi)星照片，對兩大湖發(fā)育的河口壩進(jìn)行了長度與寬度數(shù)據(jù)測量。分析表明，現(xiàn)代沉積測量的河口壩長度與寬度相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)為0.945 1，也從另一方面驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)測量分析的可靠性。

（3）考慮到水槽模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代沉積測量均能說明河口壩長度與寬度的相關(guān)性較好，因而綜合這2種不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了單一河口壩長寬比經(jīng)驗(yàn)公式為y=0.666 2x-66.354，相關(guān)系數(shù)為0.902 5。利用該經(jīng)驗(yàn)公式可以指導(dǎo)研究區(qū)精細(xì)河口壩構(gòu)型解剖，從平面上輔助判斷連片河口壩中單一河口壩的邊界，為建立三角洲前緣河口壩精細(xì)三維地質(zhì)模型提供了依據(jù)。

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（本文編輯：王會玲）

Quantitative characterization of single mouth bar

Li Shaohua1，Hu Xiaoling1，Wang Jun2，Song Daowan2，Shi Jinghua2
（1.School of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.Geology Scientific Research Institute，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257015，Shandong，China）

Taking the 8th sand group of the second member of Shahejie Formation in Shengtuo Oilfield as an example，this paper analyzed the configuration of braided river delta mouth bar by using physical simulation experiment and measurement result of modern sedimentation，and studied the ratio of length to width of mouth bar.The results of physical simulation experiment show that the length of mouth bar varies from 45 cm to 210 cm and the width of mouth bar ranges from 30 cm to 150 cm，the ratio of length to width of mouth bar shows some correlation，as the same with the result of modern sedimentation measurement.At last，the empirical formula of the ratio of length to width of single mouth bar was established with combination consideration of physical simulation of sedimentation and measurement result of modern sedimentation.This formula can guide the study of reservoir architecture of mouth bar and the boundary identification of single mouth bar，providing support for establishment of fine 3D model of mouth bar.

mouth bar；physical simulation ofsedimentation；length towidth ratio；ShengtuoOilfield

TE121.3

A

1673-8926（2015）05-0001-05

2015-04-18；

2015-06-20

國家自然科學(xué)基金“點(diǎn)壩砂體內(nèi)部非均質(zhì)性的層次建模法”（編號：41272136）和國家重大科技專項(xiàng)“儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)建模軟件研制”（編號：2011ZX05011-001）聯(lián)合資助

李少華（1972-），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事儲層表征與建模方面的教學(xué)與科研工作。地址：（430100）湖北省武漢市蔡甸區(qū)大學(xué)路111號長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院。E-mail：534354156@qq.com。