湖泊濱岸砂壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征剖析及其地質(zhì)意義
——以峽山湖現(xiàn)代砂壩沉積為例

商曉飛，郭穎，侯加根，段太忠，趙磊

1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083 2.山東科技大學 山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室，山東青島 266590 3.臨沂大學地質(zhì)與古生物研究所，山東臨沂 276000 4.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249

0 引言

濱岸砂壩(near shoal sand bank)是波浪、湖流或風暴作用將周邊匯集到湖盆內(nèi)部的砂體重新攪起、搬運，在濱岸淺水區(qū)或水下低隆起等有利部位再次沉積而成[1-3]。在湖泊水動力作用下，砂壩多呈現(xiàn)出與湖岸線平行或斜交的窄條帶狀形態(tài)[4-5]。作為湖泊中一種常見的沉積類型，砂壩因其儲集性能好、生儲蓋配置完善等有利的成藏地質(zhì)條件，顯現(xiàn)出良好的油氣資源潛力[6-7]。近年來，在我國多個盆地，尤其是渤海灣盆地多個凹陷，均發(fā)現(xiàn)了以砂壩為儲集層的油氣藏[8-10]。前人對湖泊砂壩的研究主要集中在砂壩類型劃分、控制因素、分布規(guī)律等方面[11-18]。實際上，隨著湖岸線或波浪能量的變化，濱岸砂壩在空間上會來回遷移擺動[19-21]，不同時期形成的砂壩因沉積環(huán)境的差異而具有不同的沉積特征[22-25]。相比湖泊其他沉積體系，對濱岸砂壩在其形態(tài)、規(guī)模以及砂體間的疊置接觸關(guān)系等方面的認識仍不清晰，也就制約著砂壩油藏的進一步開發(fā)。

目前，隨著構(gòu)型(reservoir architecture)理論的發(fā)展[25-28]，已有學者嘗試對湖泊砂壩砂體的空間分布規(guī)律進行分析[29-30]、對砂壩內(nèi)部隔(夾)層的展布進行刻畫[31]，但構(gòu)型解剖的成果始終缺乏原型地質(zhì)模型的指導，造成其理論根據(jù)上的不足，可信度有待考證，也就滿足不了砂壩油藏開發(fā)所需的定量信息依據(jù)。針對這種情況，本文對濱岸砂壩發(fā)育的峽山湖現(xiàn)代沉積進行考察，利用淺鉆孔、探坑等手段，細致剖析砂壩砂體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，揭示了砂壩內(nèi)部砂體之間的疊置接觸關(guān)系和展布形態(tài)，并結(jié)合砂壩沉積過程，探討其內(nèi)部砂、泥空間配置關(guān)系，對構(gòu)建湖泊濱岸砂壩儲層地質(zhì)知識庫，解析儲層“灰箱”，填補其構(gòu)型理論的缺陷具有重要意義，使其能夠真正指導油田開發(fā)和剩余油挖潛。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

峽山湖位于中國山東省中部，地理位置介于119°21′～119°31′ E，36°16′～36°31′ N。湖面輪廓似喇叭狀，南北長約30 km，東西寬約15 km，湖泊總面積144 km2，總?cè)萘考s5.5×108m3，洪水期水深最高達20多米。峽山湖在構(gòu)造上處于昌邑—莒縣斷裂東部，高密斷裂南部，構(gòu)造整體受郯廬斷裂活動的影響較大；在地貌上與斷陷湖盆相似，西邊地勢陡，東邊較平緩，平均坡降<2‰。峽山湖南部為低山丘陵區(qū)，北部為沖積平原，物源供給水系主要來自西南的洪溝河和北邊的濰河(圖1)。因常年受季風的影響，湖面具有較強的波浪作用，波浪將物源砂體重新搬運，在緩坡帶一側(cè)形成了范圍較大的砂壩聚集發(fā)育區(qū)。

收集峽山湖1∶1萬地形圖(1990年)和2000—2014年航片，結(jié)合實地調(diào)查數(shù)據(jù)，依據(jù)湖岸線變化和監(jiān)測剖面坡度變化，發(fā)現(xiàn)濱岸砂壩總體上呈退積狀態(tài)。據(jù)山東省地礦部在上世紀80年代對湖泊沉積物類型分析來看，經(jīng)過近30年的變化，離岸較近區(qū)域由于長期波浪水動力的侵蝕作用，砂壩沉積物顆粒經(jīng)過反復淘洗，有逐漸細化現(xiàn)象。峽山湖每年春、夏兩季為枯水期，加上近幾年氣候干旱，農(nóng)業(yè)用水較多，湖水水位大幅度下降[32]，多個成行排列的沿岸砂壩暴露于水面之上。本次現(xiàn)代砂壩研究的主要場所位于湖泊東南岸的后店村和鄭公村附近(圖1)，該處沉積的砂壩發(fā)育時間長、規(guī)模大，巖性以細砂—中砂為主，貝殼層、砂層、泥質(zhì)層交互顯示，可為砂壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的解剖起到良好的標識作用。

2 砂壩內(nèi)部構(gòu)型劃分和研究方法

濱岸砂壩沉積具有級次性，不同級次砂體在沉積展布上有一定的約束關(guān)系[31,33]。根據(jù)吳勝和等提出的構(gòu)型級次劃分體系[26]和高分辨率層序地層學原理，作為儲層意義上的構(gòu)型單元，砂壩砂體沉積可分為砂壩復合體、單一砂壩和壩內(nèi)增生體三級構(gòu)型要素(7～9級構(gòu)型要素，對應(yīng)Miall構(gòu)型體系的5～3級)，對應(yīng)三個級次構(gòu)型界面(圖2)。在精細地層對比和沉積微相研究的基礎(chǔ)上，可以較好地明確小層內(nèi)部砂壩復合體的總體展布。每一個砂壩復合體都是由一個或多個單一砂壩組成，單一壩之間通常發(fā)育泥質(zhì)、粉砂質(zhì)或鈣質(zhì)等較為穩(wěn)定的隔層(8級構(gòu)型界面)，使每一個單一砂壩可構(gòu)成一個獨立的連通體(圖2)。受超短期旋回的控制，單一砂壩內(nèi)部又可進一步細分出一個或多個增生體韻律段，增生體之間發(fā)育不穩(wěn)定的夾層(9級構(gòu)型界面)。目前在砂壩油藏開發(fā)過程中，通過識別隔層，結(jié)合砂壩的分布規(guī)律，已經(jīng)能夠較為準確地進行單一砂壩劃分。而單一砂壩內(nèi)部的構(gòu)型解剖，因?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)特征不明確，導致解剖結(jié)果還缺乏一定的模式指導。

現(xiàn)代砂壩因沉積時間較短且均靠近現(xiàn)今的湖岸水位線，受沉積時間和地形的限制，主要為單一砂壩的沉積(圖3A)，因此，可以充分利用淺鉆孔、探坑、探槽解剖等方法，對現(xiàn)代湖泊單一壩和壩內(nèi)增生體進行定性、定量的研究。淺鉆孔主要是為了觀察沉積物的垂向序列，以及確定砂體或細粒(泥質(zhì))沉積的平面分布范圍。本次研究在峽山湖東南岸兩列較大的砂壩布置了淺鉆孔(圖3B)，總體垂直砂壩長軸方向共鉆孔45個，跨度約150 m，平均鉆孔深度1.3 m，最大鉆深達2.8 m，取芯直徑8 cm，每次取芯長度25 cm。探坑主要是為了觀察沉積物的垂向序列以及確定沉積體的邊界。探槽主要是用來觀察沉積物的垂向序列、沉積構(gòu)造以及砂體和細粒(泥質(zhì))沉積的側(cè)向變化規(guī)律。因水位較高的區(qū)域容易發(fā)生滲水和探槽壁垮塌，本次探槽主要布置在出露水面較高的靠近砂壩中心部位，總長約6 m，深度近0.5～1 m。

圖1 峽山湖地理位置圖及考察區(qū)航拍照片F(xiàn)ig.1 Location map of Xiashan Lake and the photo of sand banks survey area

圖2 湖泊濱岸砂壩沉積構(gòu)型級次劃分(據(jù)商曉飛等，2014修改)Fig.2 Division of different architecture orders in lacustrine sand bank deposition(modified from Shang et al., 2014)

圖3 峽山湖濱岸砂壩現(xiàn)代沉積特征A.峽山湖兩列平行單一砂壩；B.濱岸砂壩淺鉆孔照片；C.單一砂壩后端泥質(zhì)沉積；D.單一砂壩表面波痕特征及其形態(tài)變化Fig.3 Modern sedimentary characteristics of lacustrine sand banks in Xiashan Lake

3 結(jié)果

3.1 砂壩表面形態(tài)與沉積特征

峽山湖沿岸分布的近代砂壩中，較大者主要分布于東南岸后店村一帶。早期有學者將該處發(fā)育的砂壩劃分為4期單一壩體，其沉積演化主要與波浪作用和湖平面變化有關(guān)[34]。從本次的考察來看，單一砂壩在平面上呈兩頭尖的橢圓形或新月形，長軸方向近NE15°(圖3A)。緊靠濱岸的近代砂壩壩高(距湖面)一般在1～4 m，寬約22～45 m，壩的長度達數(shù)百米，在橫切剖面上呈底平頂凸的透鏡狀。在鄭公村以北湖濱處還發(fā)育兩個近期形成的小型單一砂壩，壩間距3 m，壩高0.5～1 m，寬約2～14 m，大致沿湖呈NE5°～NE10°分布，并與盛行風高角度相交，傾角向湖坡約7°，背湖坡近水平。

砂壩主要沉積物為黃色中砂、細砂、粉砂，成分主要為石英、長石和巖屑，局部可見粗砂和礫石沉積(平均礫徑0.3 cm)。在砂壩的前端發(fā)育明顯水位痕和灘脊，沉積物濕潤并有生物介殼堆積；砂壩主體部位，沉積物逐漸變得干燥疏松，以較純的黃色砂質(zhì)沉積為主，沉積物分選性好；砂壩后端因波浪能量傳播受阻，水動力較弱，沉積物以灰黑色泥為主，可見泥裂縫(圖3C)。砂壩發(fā)育的主要沉積構(gòu)造類型有板狀交錯層理、沖洗交錯層理、浪成波紋層理、平行層理和波狀層理。板狀交錯層理一般由2～3個層系組成，單個層系的厚度約3～8 cm，紋層的傾斜排列指示了波浪的主體傳播方向。平行層理層系組的厚度一般為2～15 cm，由顆粒大小不同的紋層疊置而成，是受波浪高能水動力作用形成的。由于砂壩的遷移，砂壩表面發(fā)育了一系列的大型平緩波狀波痕，其上又可進一步迭加次一級的大型或小型波紋。波痕類型有對稱波痕和非對稱波痕，以對稱波痕為主，波長一般為5～10 cm，波高一般為1～3 cm(圖3D)。

3.2 砂壩沉積序列

單一砂壩是濱岸發(fā)育的特殊沉積單元，砂壩沉積直接覆蓋在原有的砂壩、淺灘或湖相泥沉積之上[35]。通過淺鉆孔抽提單一壩體在縱向上的沉積序列的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，砂壩中心沉積物厚度相對邊緣地區(qū)較大，沉積物向壩體邊緣逐漸減薄。受碎浪帶和沖浪回流帶對沉積物沖刷淘洗的影響，每一期砂壩沉積序列的底部沉積物粒度最細，為細砂、粉砂沉積，含有豐富的植物根、植物碎屑；中部為中砂、細砂，發(fā)育小型板狀交錯層理、平行層理；頂部以粗砂為主，可見細礫，發(fā)育大型板狀交錯層理、平行層理。砂壩內(nèi)部總體呈現(xiàn)出下細上粗的反粒序結(jié)構(gòu)，反韻律層在剖面上重復出現(xiàn)，反映湖平面的多次波動和岸線遷移(圖4)。隨著砂壩的不斷堆積演化，壩體堆積增高，砂壩的規(guī)模也逐漸增大。砂壩頂端因水位下降而時常暴露于水面之上，易遭受風的侵蝕和改造，發(fā)育風成交錯層理。

圖4 單一砂壩內(nèi)部增生體沉積的垂向序列Fig.4 Vertical sequence of the accretion in a single sand bank

3.3 砂壩內(nèi)部構(gòu)型單元特征

3.3.1 增生體

通過在砂壩中的淺鉆孔發(fā)現(xiàn)，單一砂壩由一個或多個明顯的韻律層段(即增生體)疊加形成。增生體的沉積與湖平面的短暫變化相關(guān)，不管基準面是上升還是下降，湖平面若出現(xiàn)短暫的上升，則就有可能沉積一期韻律性砂體[25]。增生體之間界面對應(yīng)于9級構(gòu)型界面(Miall構(gòu)型理論的3級界面)，界面處通常存在泥、粉砂質(zhì)泥、泥質(zhì)粉砂等細粒泥質(zhì)沉積，成為單一壩內(nèi)部夾層(圖4)，夾層的產(chǎn)狀很大程度上與增生體的堆積樣式有關(guān)。

增生體規(guī)模受控于單一砂壩規(guī)模，若濱岸砂壩受沉積時間的限制，砂壩規(guī)模較小，則每個增生體厚度較小。同時，由于湖平面往復升降的時間長短不一，同一砂壩內(nèi)部各增生體在厚度上也有所差別。在本次解剖的東南岸幾個砂壩中，每一個砂壩大致包含2～4個厚約10～40 cm的增生體(圖4)。單一砂壩內(nèi)增生體在垂向上一般呈現(xiàn)出自下向上由粉砂到細砂再到中—細砂的反旋回特點(圖5A)，其中上部細砂處可見明顯的低角度沖洗交錯層理、浪成波紋交錯層理(圖5B)和板狀交錯層理等沉積構(gòu)造。粉砂多呈深黃—黃褐色薄層狀，厚約1～5 cm，含有一定的泥質(zhì)組分，分布較為穩(wěn)定，可認為是兩期增生體之間的界面，該界面上下可見落淤泥質(zhì)沉積，形成單一壩內(nèi)夾層。

3.3.2 落淤泥質(zhì)沉積

過去認為濱岸砂壩是一種相對較均質(zhì)的儲層，內(nèi)部細粒沉積不發(fā)育[1,36]?，F(xiàn)代砂壩沉積觀察發(fā)現(xiàn)，濱岸砂壩在沉積過程中受波浪水動力條件變化導致沉積物巖性差異，使砂壩之間和砂壩內(nèi)部同樣發(fā)育了泥質(zhì)或灰質(zhì)的多種細粒沉積體[31]。細粒泥質(zhì)沉積總與不同級次的構(gòu)型界面相對應(yīng)[37]，在單一砂壩內(nèi)部最為常見的就是落淤層。落淤層巖性細，通常發(fā)育在增生體之間，影響著砂體之間的接觸關(guān)系。落淤泥質(zhì)沉積具有一定的滲流遮擋能力，是造成砂壩沉積體非均質(zhì)性的重要因素。

峽山湖現(xiàn)代砂壩內(nèi)部的落淤層一般是由黏土沉積組成，可見粉砂質(zhì)黏土。落淤層主要沿砂壩內(nèi)部增生體界面分布，厚度一般為0.5 cm到十幾厘米。砂壩主體區(qū)(壩主體)的落淤層密度最大，可達2層/m～4層/m，砂壩兩端(壩側(cè)翼)的落淤層密度為1層/m～2層/m，相鄰兩列砂壩之間(壩間)的區(qū)域，落淤層基本不發(fā)育。砂壩迎浪一側(cè)水動力作用最強，泥質(zhì)落淤層厚度較薄，約1～3 cm，受后期強浪沖刷作用的影響，泥質(zhì)沉積容易受破壞，落淤層連續(xù)性變差，平行砂壩長軸延展長度不超過3 m。砂壩頂部至背浪一側(cè)落淤沉積最發(fā)育，主要是由于在單一砂壩形成過程中，細粒懸浮物質(zhì)在波浪回流時受增生體的遮擋容易沉積下來，該區(qū)的落淤層平均厚約6 cm，保存較好且分布較為穩(wěn)定，可追蹤距離達15 m。總之，從砂壩外緣到中心部位具有泥質(zhì)落淤層增多的特點。

3.4 砂壩內(nèi)部增生體堆積樣式

由于砂壩內(nèi)部同一增生體在沉積環(huán)境和沉積時間上具有一致性，造成同一增生體的顏色、粒度、韻律性、沉積構(gòu)造等方面也具有一致性，通過在單一砂壩不同部位進行淺鉆孔取樣分析，可以將同一增生體進行有效對比。剖析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增生體在砂壩內(nèi)部主要發(fā)育有2種堆積樣式，分別為湖侵—覆蓋式和湖退—頂積式(圖6)。

3.4.1 覆蓋式增生體堆積

該類堆積樣式表現(xiàn)為砂壩內(nèi)部早期形成的增生體被后一期次形成的增生體完全覆蓋。增生體規(guī)模向上逐漸增大，砂壩的規(guī)模取決于最后一期增生體的規(guī)模。覆蓋式增生體堆積的砂壩主要發(fā)育在湖侵時期，在湖平面相對靜止或緩慢上升的過程中，便會沉積一期增生體，隨水體逐漸加深，可容納空間增大，多期增生體縱向加積形成一個完整的單一砂壩砂體。增生體受沖浪和沿岸流作用小，保存程度也較好，后期增生體可完全覆蓋在前一期增生體上面繼續(xù)沉積，因此，在剖面上會呈現(xiàn)出多期增生體斜列狀排列(圖6)。

覆蓋式增生體堆積在近代砂壩中較為常見，在研究區(qū)主要發(fā)育在離岸較遠的一列砂壩中(位置見圖1)。該砂壩走向為北偏東30°，寬度約14 m，洪水季節(jié)砂壩被淹沒，枯水季節(jié)暴露出水面，砂壩后方局部地區(qū)可見泥裂。優(yōu)選出露較好的區(qū)域(圖1中的解剖區(qū)一)布置4個淺鉆孔(圖7)，通過分析鉆孔提取出來的沉積剖面，揭示砂壩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。如圖8所示，鉆孔1和鉆孔3均鉆遇到了2個增生體，并在55 cm和50 cm深鉆至湖平面；鉆孔2位于砂壩頂端，厚度最大，達65 cm，共鉆遇了2套落淤層及其分隔的3個增生體；鉆孔4位于砂壩前端，鉆至20 cm即見水位。值得注意的是，在距砂壩表面15～20 cm處均鉆遇到了生物貝殼，為增生體的對比提供了很好的等時沉積標志。綜合分析并對比各鉆孔反映出來的沉積體，認為在該單一砂壩內(nèi)部共發(fā)育3期增生體，增生體為覆蓋式堆積。在壩中心處，最早一期形成的增生體厚度約0.2 m，展布范圍最小，向上增生體平面規(guī)模增大，厚度約0.2～0.4 m。增生體整體上背湖一側(cè)坡度緩，向湖一側(cè)坡度陡；增生體之間界面處因水體能量低而發(fā)育泥質(zhì)落淤層，落淤層分布穩(wěn)定，連續(xù)性好，其產(chǎn)狀與增生體表面形態(tài)一致。

圖6 單一砂壩內(nèi)部增生體堆積樣式及特征Fig.6 Accumulation patterns and characteristics of inner accretion in single sand bank

圖7 峽山湖東南岸單一砂壩內(nèi)部覆蓋式增生體堆積Fig.7 Overlay pattern accretions of single sand bank on southeast bank of Xiashan Lake

圖8 峽山湖東南岸單一砂壩內(nèi)部覆蓋式增生體解剖Fig.8 Dissection of overlay pattern accretions of single sand bank on southeast bank of Xiashan Lake

3.4.2 頂積式增生體堆積

該類增生體堆積樣式表現(xiàn)為砂壩內(nèi)部后期形成的增生體疊加在前一期形成的增生體的頂端。增生體規(guī)模向上逐漸減小，砂壩的規(guī)模取決于最早一期增生體的規(guī)模。頂積式增生體堆積形成的砂壩主要發(fā)育在湖退時期，在湖平面相對靜止或短暫上升時，增生體僅在頂部形成垂向加積。湖平面短暫下降過程中，早期形成的增生體頂部受到波浪的沖刷破壞，因此，該類增生體保存較差，在剖面上呈類似塔狀排列(圖6)。

在研究區(qū)近岸處的多個單一砂壩，砂壩內(nèi)部增生體以頂積式堆積為主(位置見圖1)。在砂壩的兩翼(砂壩橫切剖面)，尤其是向湖盆方向一側(cè)，各期增生體會有不同程度的出露，因此頂積式增生體堆積形成的砂壩在砂壩表面上可以看出增生體的展布變化，甚至增生體之間的界線(圖9)，這是與覆蓋式增生體堆積形成的砂壩的一個重要區(qū)別。

通過在解剖區(qū)二(圖1)布置5個淺鉆孔所反映的垂向剖面看，該單一砂壩共可劃分為4期壩內(nèi)增生體(圖10)：底段在砂壩前端、砂壩中心、砂壩后端的同一高程下均可見到黑褐色粉—細砂，低角度板狀交錯層理、平行層理發(fā)育，能夠很好地揭示是同一期增生體的沉積；中部兩段為黃色粉—細砂沉積，發(fā)育波狀層理、浪成沙紋層理；上段為黃色細砂沉積，反韻律明顯，下部發(fā)育一套連續(xù)的薄層棕色粉砂，發(fā)育明顯的低角度沖洗交錯層理，紋層傾角在10°左右，說明受到?jīng)_浪回流帶波浪的反復沖刷作用。增生體之間呈水平狀加積接觸，最早一期形成的增生體厚度約0.5 m，平面展布范圍等于該單一壩的寬度(約45 m)，向上增生體厚度略有減小，約0.2～0.3 m，平面展布范圍也逐一變小，至最頂部增生體寬僅10 m左右，同一期增生體的厚度在砂壩各處變化不明顯。在砂壩側(cè)翼的局部探槽剖面可以更清晰地看到砂壩內(nèi)部韻律的變化，明確增生體之間的界面以及增生體的展布樣式(圖10)。

4 討論

4.1 增生體堆積樣式與落淤泥質(zhì)沉積的關(guān)系

對于落淤層的成因主要有兩個方面。前已述及，在單一砂壩沉積過程中，受超短期基準面旋回控制，每一期砂壩內(nèi)部由一個或多個增生體垂向或側(cè)向加積而成。增生體沉積時，湖平面快速上升，可容納空間相對增大，由于水體加深，同一位置水體能量會迅速減弱，細粒的泥質(zhì)懸浮物便在增生體之上沉積，形成砂壩內(nèi)部落淤層。另一方面，基準面相對穩(wěn)定的情況下，波浪受風的影響通常是不穩(wěn)定的[38]，波浪間歇期，水動力很弱，在之前波浪作用期沉積的增生體之上形成近平行或傾斜的細粒泥質(zhì)沉積物，成為單一壩內(nèi)落淤層。因此，落淤層的沉積代表了單一砂壩內(nèi)部相鄰兩期增生體之間的分界，即9級構(gòu)型界面(圖11)。

落淤層作為砂壩內(nèi)部最主要的夾層類型，其發(fā)育情況影響著湖泊濱岸砂壩沉積砂、泥的配置關(guān)系。落淤層不發(fā)育的地區(qū)，不同期次沉積的增生體(砂層)常呈大面積相互接觸，砂體連通性好；落淤層發(fā)育的地區(qū)主要呈現(xiàn)總體連片、局部斷續(xù)的特征，落淤層連續(xù)性好的區(qū)域，不同期次沉積的增生體(砂層)之間往往大范圍被落淤層所分隔，砂體連通性差，非均質(zhì)性強。

圖9 峽山湖東岸單一砂壩內(nèi)部頂積式增生體堆積Fig.9 Top-set pattern accretions of single sand bank on southeast bank of Xiashan Lake

圖10 峽山湖東岸單一砂壩內(nèi)部頂積式增生體堆積剖析Fig.10 Dissection of top-setpattern accretions of single sand bank on East bank of Xiashan Lake

覆蓋式增生體之間的落淤層與砂體之間接觸面積較大，落淤層呈連片狀披覆在下部增生體的表面。落淤層在該類增生體間分布穩(wěn)定，連續(xù)性好。通過砂壩底部構(gòu)造拉平的方法可以計算不同部位落淤層的傾角，即同一落淤層相對單一砂壩底面的高度差與相鄰淺鉆孔間距的比值就是該角度的正切值。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，砂壩靠近岸線的一側(cè)，落淤層基本水平，傾角不超過2°；大部分區(qū)域，尤其是砂壩中心部位的迎波浪作用方向，落淤層傾角稍大，為5°～15°。因此，呈覆蓋式堆積的增生體之間落淤層以向湖盆方向傾斜分布為主。隨增生體疊置，砂壩逐漸生長變大，內(nèi)部落淤層的展布范圍也越來越大，最外層的落淤層規(guī)模最大，與砂壩規(guī)模相當。

頂積式增生體之間發(fā)育孤立狀落淤層，是早期沉積在增生體表面的落淤層受水流的沖刷破壞后殘留下來的部分。殘留的落淤層與增生體表面平行，總體近水平方向展布，橫向分布不穩(wěn)定。落淤層的平面形態(tài)順砂壩(或增生體)長軸方向呈不規(guī)則片狀或斷續(xù)相接的菱形。探槽剖面上，落淤層在增生體界面附近零星散布，連續(xù)性差，厚度不一。孤立殘留落淤層的一個重要識別標志是具有明顯的沖刷改造特征，在向岸方向可見明顯的沖刷尖滅點，落淤層之上發(fā)育貝殼碎片、粗砂等粗粒沉積，同樣表明落淤層沉積后曾發(fā)生過強水動力作用(圖12)。

砂壩內(nèi)落淤層的發(fā)育主要受水動力條件、微地貌及暴露時間等因素的控制：1) 落淤層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)是湖盆中搬運大量的泥、粉砂質(zhì)泥等細粒懸浮物質(zhì)。強浪期水體渾濁，泥、粉砂質(zhì)泥含量高，在較低的水動力下，這些細粒物質(zhì)便會緩慢沉積下來形成落淤層。2) 增生體表面微地貌的陡緩影響著落淤層沉積的寬度。在相同構(gòu)造位置和水動力的情況下，增生體表面微地貌坡度緩，則迎浪一側(cè)低能帶寬度大，形成寬度較大的落淤層沉積；增生體表面微地貌較陡時，低能帶較窄，沉積的落淤層較窄。3) 當暴露時間較長，較薄的落淤層容易收縮形成碎片，呈邊部翹起的形態(tài)，這種落淤層容易受波浪的沖刷形成片狀的泥礫從而難以保存。當短時間暴露或基本不暴露地表時，落淤層保持較完整的形態(tài)，不形成泥裂，而且含有較高的水分，抗侵蝕能力強。

圖12 單一砂壩頂積式增生體堆積的落淤層分布A.砂壩表面零星散布的落淤泥質(zhì)沉積；B.砂壩表面落淤層遭受侵蝕破壞而成不規(guī)則碎片狀；C.頂積式增生體之間落淤層展布剖面；D.落淤層剖面顯示落淤層厚度變化大且連續(xù)性差Fig.12 Distribution of falling mud layer between top-set accumulated accretions in a single sand bank

4.2 砂壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)對油田開發(fā)的指導

古代濱淺湖灘壩砂體是湖泊相重要的4類儲集體之一[15,39]。通過現(xiàn)代砂壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細定量化表征，還原了砂壩沉積發(fā)育過程，對其內(nèi)部砂體的堆積方式和砂、泥的空間分布有了清晰的認識。將今論古，將現(xiàn)代砂壩的解剖結(jié)果應(yīng)用進古代砂壩油藏研究中，可為砂壩儲集層構(gòu)型研究提供真實的原型地質(zhì)模式，對湖泊砂壩油氣藏的勘探開發(fā)有重要意義。

本文引入板橋凹陷的古代砂壩儲層對其進行解剖。板橋油田位于黃驊坳陷中北部，古近系沙河街組灘壩砂體是該油田主要儲集類型之一，砂壩油藏也是近幾年油田油氣儲量和產(chǎn)量增加的重要領(lǐng)域。目前油田綜合含水率高，剩余油分布復雜，急需對砂壩儲層內(nèi)部構(gòu)型進行研究，明確砂體和隔(夾)層的空間配置關(guān)系，為開發(fā)方案調(diào)整和剩余油進一步挖潛提供方向與指導。

受湖泊面積、物源供給、氣候等因素的影響，相較于古代砂壩儲層，現(xiàn)今沉積的單一砂壩規(guī)模要小得多。前期的研究統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，板橋凹陷沙二段地層中共劃分出了113個單一壩砂體，單一壩的長度平均2 200 m，寬度約553 m，最大厚度達20多米，長寬比平均為4.2，寬厚比平均為26。單一砂壩的平均長度和寬度(或?qū)挾群秃穸?具有較好的相關(guān)性，而這種相關(guān)關(guān)系與峽山湖觀測到的現(xiàn)代砂壩沉積具有一致性，表明單一砂壩的識別劃分結(jié)果較為可靠，同時也可利用現(xiàn)今砂壩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征指導砂壩儲層更細一級次的解剖。

通過精細地層對比、單一砂壩井上識別以及單一砂壩井間對比，已基本能夠刻畫出單一砂壩的展布，如何在此基礎(chǔ)上進一步劃分構(gòu)型單元，分析砂體連通性，成為困擾研究人員的“瓶頸”問題。本文以濱Ⅳ-3小層bG5井組所在的單一砂壩為例進行內(nèi)部構(gòu)型分析。該單一壩體為橢圓狀展布，長軸方向為NNE15°，如圖13所示垂直砂壩長軸的連井剖面，除bn5-5井外，其他如bG5井、bn5-1井、bn5-4井等均能夠通過測井曲線識別出1～3套壩內(nèi)夾層作為不同增生體之間的界面，也就初步判定該單一砂壩內(nèi)部發(fā)育4期增生體(從下至上記為增生體A-D)。濱Ⅳ-3小層為一短期基準面下降半旋回，該單一砂壩是在湖退時期沉積形成的。借助現(xiàn)代砂壩剖析，砂壩內(nèi)部增生體應(yīng)該呈頂積式堆積。依據(jù)頂積式壩內(nèi)增生體的堆積樣式，結(jié)合井上增生體界面的識別，對4期增生體進行對比：最底部增生體A規(guī)模最大，鉆遇井數(shù)最多，增生體長約400～600 m，寬150～200 m，厚約5 m，向上增生體規(guī)模依次減小，至砂壩最頂端增生體D的規(guī)模僅為增生體A的1/6，僅bn5-4井鉆遇。增生體界面之間發(fā)育夾層(即泥質(zhì)落淤層)，夾層連續(xù)性差，幾乎不超過兩個井距。注水開發(fā)實踐表明，該砂壩底部砂體連通性好，不同增生體之間連通性變差，證明對該單一砂壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖析結(jié)果較為準確。

另外，本文研究成果不僅在砂壩油田勘探開發(fā)中指導儲層精細解剖等工作，在建立三維地質(zhì)模型時，現(xiàn)代砂壩沉積的定量規(guī)模參數(shù)(尤其是長寬比等相關(guān)性參數(shù))還可以豐富地質(zhì)知識庫，指導訓練圖像的建立，用以砂壩儲層的隨機模擬。砂壩砂體的堆積樣式和砂、泥巖的空間配置關(guān)系，可以作為原型地質(zhì)模型給予砂壩儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)一個有利的約束，使模擬的結(jié)果更加符合客觀實際。

5 結(jié)論

(1) 峽山湖東南岸發(fā)育多個現(xiàn)代砂壩沉積，砂壩呈兩頭尖的橢圓形或新月形，長軸方向近NE 15°。沉積物以細砂為主，砂質(zhì)較純，發(fā)育波狀層理、表面對稱波痕等多種沉積構(gòu)造。沉積物由砂壩中心向壩體邊緣逐漸減薄，砂壩內(nèi)部總體呈現(xiàn)出下細上粗的反粒序結(jié)構(gòu)。

圖13 板橋凹陷bG5井區(qū)濱Ⅳ-3小層單一砂壩沉積的內(nèi)部構(gòu)型解剖Fig.13 Single sand bank architecture anatomy in bG5 Well area of BinⅣ-3 sub-layer in Banqiao sag

(2) 單一砂壩由一個或多個厚約10～40 cm的韻律層段(即增生體)疊加形成，不同砂壩其增生體個數(shù)與規(guī)模有所差異，增生體在垂向上一般呈現(xiàn)出自下向上由粉砂到細砂再到中—細砂的反旋回特點，增生體之間界面處通常發(fā)育由黏土組成的落淤泥質(zhì)沉積，厚度0.5 cm至十幾厘米，從砂壩外緣到中心部位具有泥質(zhì)落淤層增多的特點。

(3) 增生體在砂壩內(nèi)部主要發(fā)育有2種堆積樣式，分別為湖侵—覆蓋式和湖退—頂積式：前者加積作用強，早期形成的增生體被后一期次形成的增生體完全覆蓋，增生體保存較好，剖面呈斜列狀排列；后者加積作用弱，后期形成的增生體疊加在前一期形成的增生體的頂端，呈類似塔狀排列，增生體易受波浪沖刷破壞而保存較差。

(4) 砂壩內(nèi)部落淤層的發(fā)育程度與湖泊中泥質(zhì)含量、增生體表面微地貌和暴露時間等因素有關(guān)，其分布特征受增生堆積樣式影響。覆蓋式增生體間的落淤層呈連片狀披覆在增生體的頂面，向湖盆中心傾斜型分布，傾角約5°～15°；頂積式增生體間的落淤層呈孤立殘留狀，近水平零星散布在增生體界面處。