印森林，吳勝和，陳恭洋，白 凱，曾建宏

1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 昌平 102249 2.長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023 3.中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院，天津 大港 300280

基于砂礫質(zhì)辮狀河沉積露頭隔夾層研究*

印森林1，2，吳勝和1，陳恭洋2，白 凱2，曾建宏3

1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 昌平 102249 2.長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023 3.中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院，天津 大港 300280

以準(zhǔn)噶爾盆地西北緣扎伊爾山出露的三疊系克拉瑪依組黑油山溝35剖面為例，利用巖相組合和層次界面分析方法，結(jié)合沉積學(xué)理論，探討了砂礫質(zhì)辮狀河巖石相組合、構(gòu)型界面及構(gòu)型單元級次，進(jìn)而研究砂礫質(zhì)辮狀河河道砂體內(nèi)部隔夾層的成因、級次、形態(tài)、規(guī)模及其控制下的滲流地質(zhì)差異特征。結(jié)果表明，在研究區(qū)可以識別8種典型巖相，8個(gè)5級儲集體構(gòu)型單元以及2個(gè)3級儲集體構(gòu)型單元。泥質(zhì)隔夾層主要分為細(xì)粒沉積和泥礫型兩種類型，泥礫型隔夾層主要發(fā)育在河道底部泥礫巖沉積，由河道侵蝕河岸或河底的泥巖快速堆積而成，主要分布在5級或3級界面之上，向河道兩側(cè)邊緣減薄尖滅。同時(shí)，內(nèi)部不同級次的泥質(zhì)隔夾層控制了儲層非均質(zhì)。

砂礫質(zhì)辮狀河；露頭；隔夾層；克拉瑪依組；準(zhǔn)噶爾盆地西北緣

印森林，吳勝和，陳恭洋，等．基于砂礫質(zhì)辮狀河沉積露頭隔夾層研究[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，36（4）：29–36．

Yin Senlin,Wu Shenghe,Chen Gongyang,et al．A Study on Intercalation of Sand-gravel Braided River Deposit Based on Outcrop Section[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（4）：29–36．

引言

隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，老油田水淹嚴(yán)重，剩余油呈現(xiàn)“三高”特點(diǎn)，相當(dāng)數(shù)量的油氣滯留地下，其中河道砂體內(nèi)部因沉積作用形成的泥質(zhì)夾層對剩余油分布的控制作用日益突出。開展精細(xì)的儲層地質(zhì)研究是實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步挖掘剩余油及提高采收率的良好途徑。野外露頭剖面具有資料豐富、取樣點(diǎn)多、精度高、直觀可靠等特點(diǎn)，可為地下儲層的定量研究和沉積模式建立提供地質(zhì)依據(jù)，野外露頭剖面的精細(xì)解剖和地質(zhì)建模逐步成為關(guān)注熱點(diǎn)[1-4]。

克拉瑪依油田的礫巖型河道砂體儲層是重要儲集體，也是國內(nèi)特殊的儲層類型之一。礫巖型河道砂體儲層在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣具有較好的出露條件，為開展礫巖型儲層河道砂體露頭建模研究提供了良好條件。探索和建立礫巖型儲層地質(zhì)原型模型，不僅能豐富儲層地質(zhì)知識庫的內(nèi)容，而且對與克拉瑪依油田類似的油藏剩余油的二次開發(fā)、地下三維儲層隨機(jī)建模具有直接的指導(dǎo)意義[5]。

Schumm S A、束青林、馬世忠、陳玉琨等通過對野外露頭、現(xiàn)代沉積及地下密井網(wǎng)資料的綜合研究，探索并初步建立了曲流河和砂質(zhì)辮狀河河道砂體儲層內(nèi)部泥質(zhì)夾層分布模式[6-9]。但已有研究主要有以下幾方面的不足：（1）針對河道砂體的隔夾層研究以地下為主，井間隔夾層預(yù)測存在較大的不確定性，對不同級次的隔夾層形態(tài)、規(guī)模、分布樣式的精度不夠；（2）已有研究主要針對砂質(zhì)河道砂體，對于砂礫質(zhì)型河道砂體，其內(nèi)部構(gòu)型級次劃分及其泥質(zhì)隔夾層級次及成因研究亟待加強(qiáng)。雖然焦養(yǎng)泉等[10-11]在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣扎伊爾山脈三疊系露頭剖面地層對比、沉積體系分析與體系演化序列、儲層砂體內(nèi)部構(gòu)成分析、儲層非均質(zhì)及露頭三維建模方面開展了大量的研究工作，取得了豐富的成果，但已有的研究成果在砂礫質(zhì)辮狀河砂體中構(gòu)型級次劃分、隔夾層級次及成因等方面依然存在不足。同時(shí)，已有的研究成果及數(shù)據(jù)為本次研究奠定了良好的資料基礎(chǔ)。

1 露頭區(qū)地質(zhì)背景

圖1 黑油山溝35剖面位置Fig.1 Location of Heiyoushan No.35 profile

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣沿扎伊爾山脈不同程度地出露了三疊系—侏羅系，其發(fā)育在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣大型逆沖推覆體構(gòu)造背景之下[12]。研究區(qū)黑油山溝35剖面有3條呈環(huán)狀分布于現(xiàn)代河谷的剖面（圖1），即一號剖面、二號剖面和三號剖面（簡稱黑35–1、黑35–2及黑35–3剖面），為三疊系上克拉瑪依組第二砂層組，主要發(fā)育扇前濕地低彎度砂礫質(zhì)辮狀河道沉積（圖2）。黑油山溝35–1剖面位于現(xiàn)代溝谷的左岸，呈北西—南東向展布，河道主體被包圍于河道間—分流河道間灣中，向上，尤其是右上部逐漸過渡為濱湖沉積，剖面走向150°，古河道走向101°。黑油山溝35剖面實(shí)際出露與控制面積約為80.0 m×10.0 m，出露的河道視寬度大于80.0 m，視厚度2.5～7.0 m。

2 巖石相及構(gòu)型分析

2.1 巖石相分析

圖2 克拉瑪依組露頭剖面特征Fig.2 Outcrop sedimentary sequence of Karamay Formation

通過對黑油山溝35剖面的小間距觀測，剖面總體巖性以中細(xì)砂巖—粗砂巖、細(xì)礫巖為主，可見中礫巖，局部含少量薄層泥巖，中—粗砂巖和細(xì)礫巖在局部位置占出露剖面的60%以上。河道寬厚比約18：1，沉積物類型以細(xì)礫巖、含礫砂巖和極細(xì)砂巖為主，屬于砂礫巖型河道，巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高。剖面西北部以水平和低—高角度小型板狀交錯(cuò)層理最常見，剖面中部和南東部則以沖刷充填交錯(cuò)層理和大型槽狀交錯(cuò)層理為主（圖3），局部可見平行層理以及水平層理等，可見不同級次沖刷面及泥礫。

圖3 黑油山溝35剖面兩種典型的沉積構(gòu)造Fig.3 Two typical types of sedimentary structure of Heiyoushan No.35 profile

根據(jù)Miall A D的巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)和劃分方案，依據(jù)顏色、巖性、粒度和沉積構(gòu)造等識別標(biāo)志[13-14]，在黑油山溝35剖面共識別出8種巖相，并按照0.5 m×0.5 m進(jìn)行了精細(xì)巖石相剖面寫實(shí)（圖4）。

圖4 黑油山溝35露頭剖面構(gòu)型及典型段巖相剖面圖Fig.4 Architecture and lithofacies profile of Heiyoushan No.35 outcrop

圖中顯示其右端主要為細(xì)礫巖和小礫巖，剖面中部逐漸向粗砂巖過渡，其中間下部位于河道底部巖性粒度為小礫巖，左邊粒度由中細(xì)砂巖向粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖過渡，同時(shí)，剖面顯示巖性從河道單元的底部向上是完整的正旋回特征，即由粗到細(xì)，巖性的變化表明古河道的遷移方向是由剖面右部逐步向左邊遷移，河流的能量從右至左逐步減弱，其具體描述和成因解釋見表1。

表1 黑油山溝35號剖面巖相類型及特征Tab.1 Lithofacies types and characteristics of Heiyoushan No.35 profile

2.2 構(gòu)型單元研究

研究區(qū)砂礫巖型河道與沖積扇的關(guān)系十分密切，它位于辮狀河的上游地段，靠近物源區(qū)。發(fā)育于沖積扇背景下的近源砂礫質(zhì)辮狀河，由于坡降大，導(dǎo)致分叉河道下切的深度大，河道相對較窄且深。參考Maill A D的分級方案，對工區(qū)內(nèi)砂礫質(zhì)辮狀河分級，如表2。

表2 沉積地質(zhì)體構(gòu)型分級簡表Tab.2 Summary of hierarchy of geological sedimentary architecture

在剖面上，較大規(guī)模的5級界面相對發(fā)育，可見8條，依次是5A、5B、5C、5D、5E、5F、5G和5H。5級界面識別的依據(jù)：（1）界面附近為兩條河道切疊處；（2）界面底部存在廢棄河道細(xì)粒沉積物；（3）界面所限定的沉積體幾何形態(tài)呈頂平底凸的形態(tài)。上述8條5級界面將河道劃分為8個(gè)河道單元和一個(gè)廢棄河道單元。8個(gè)河道單元中沉積物的分布具有較好的規(guī)律，這也反映了河道發(fā)展演化的規(guī)律。

3 泥質(zhì)隔夾層分析

3.1 泥質(zhì)隔夾層級次劃分及成因解釋

細(xì)粒泥質(zhì)屏障層是河道單元或順流加積增生體單元在沉積末期由于能量衰減形成的懸浮沉積物，主要分布于這些沉積單元的頂部，并向河道外圍方向加厚，甚至與河道間細(xì)粒沉積物連通。特殊情況下連續(xù)性好的廢棄河道泥巖也可以構(gòu)成滲流屏障。它的幾何形態(tài)不僅受沉積作用控制，而且與后期的侵蝕作用關(guān)系密切。

黑油山溝35剖面夾層類型主要發(fā)育細(xì)粒沉積及泥質(zhì)砂礫巖類。其中細(xì)粒沉積物按照泥質(zhì)屏障的級別主要識別了5個(gè)級次（表3）：5級界面是一個(gè)時(shí)間單元內(nèi)兩期河道之間穩(wěn)定的泥巖隔層，4級界面廢棄河道泥質(zhì)沉積及兩條辮流水道側(cè)向拼接處泥質(zhì)層，3級界面是河道內(nèi)部泥質(zhì)沉積，2級界面是兩個(gè)層系組之間的細(xì)粒沉積，1級界面是層理系內(nèi)部不連續(xù)泥質(zhì)條帶[15]（圖5）。

表3 隔夾層分級Tab.3 Hierarchy of barrier beds and intercalations

圖5 不同級別的泥質(zhì)隔夾層Fig.5 Different hierarchy of muddy intercalation

泥質(zhì)砂礫巖類以泥礫巖為主，主要發(fā)育在河道底部，形成的泥礫巖沉積由河道侵蝕河岸或河底的泥巖而快速堆積而成（圖6），主要分布在5級或3級界面之上，向河道兩側(cè)邊緣迅速減薄尖滅。

圖6 河道底部泥礫發(fā)育Fig.6 Boulder clay at the bottom of channel sediment

3.2 隔夾層規(guī)模和幾何形態(tài)特征

在對黑油山溝35剖面的仔細(xì)觀察和描述過程中，對泥質(zhì)隔夾層的規(guī)模和形態(tài)也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和描述，并總結(jié)了其樣式，如圖7。

3.2.1 5級泥質(zhì)隔夾層

5級泥質(zhì)隔夾層為相當(dāng)于單層間的穩(wěn)定細(xì)粒沉積（泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等），為兩個(gè)等時(shí)單元的分界。

3.2.2 4級泥質(zhì)隔夾層

（1）為單一水道間泥質(zhì)隔夾層厚0.2～0.3 m，寬約5.0 m；呈不連續(xù)薄層狀分布于兩期河道交切位置，為河道沖刷不完全的結(jié)果。（2）廢棄河道細(xì)粒沉積物厚0.3～0.5 m，寬約20 m；呈相對厚層狀與河道相交，為河道逐漸消亡的標(biāo)志，其形態(tài)與河道形態(tài)相似，為頂平底凸型。

3.2.3 3級泥質(zhì)夾層

主要為單一辮狀水道內(nèi)部的隔夾層，厚度0.1～0.2 m，寬度3.0～5.0 m；是水道內(nèi)部多期增生體間的泥質(zhì)夾層，為水道洪水期加積成因；其形態(tài)不規(guī)則，與河道剖面形態(tài)平行或者斜交。

3.2.4 2級泥質(zhì)層理系

主要為兩個(gè)層理系之間的細(xì)粒沉積。厚度0.01～0.05 m，寬度0.5～1.0 m，工區(qū)以大型槽狀交錯(cuò)層系為主，形態(tài)與槽狀交錯(cuò)層理密切相關(guān)，呈不規(guī)則槽狀形態(tài)。反映了水道內(nèi)部不同的高強(qiáng)度的水流條件下短暫的洪水期沉積的細(xì)粒沉積物。

3.2.5 1級泥質(zhì)紋層

單一層理系內(nèi)部紋層之間的泥質(zhì)層；其厚度在0.001 m左右，寬度0.1～0.5 m，形態(tài)平行層理系面，呈不規(guī)則條帶狀或者槽狀，體現(xiàn)了微時(shí)間單元內(nèi)河流周期性的沖刷和加積的特點(diǎn)。

4 隔夾層控制下的滲流地質(zhì)差異分析

圖7 泥質(zhì)隔夾層樣式圖Fig.7 Styles of mudstone barriers and intercalations

沉積環(huán)境的差異導(dǎo)致巖石成分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造等存在較大的變化。其一，影響儲集砂體的幾何形態(tài)、疊置關(guān)系、側(cè)向連續(xù)性和相互截切關(guān)系等；其二，影響砂巖的厚度、粒度、分選性和泥質(zhì)含量，最終影響到成巖作用，從而控制了儲層的儲集物性。其中，又以不同成因類型的泥質(zhì)隔夾層對儲層內(nèi)部非均質(zhì)性影響最大。

4.1 不同巖石相的儲層物性差異

研究區(qū)巖石相類型豐富，從中—細(xì)礫巖至粉砂巖均有。其孔隙度差別不大，平均22%～25%，但滲透率差異很大（表4）。從中可知粗砂巖滲透率最高，平均滲透率為1 869.5 mD；其粒度雖然不是最大，但分選最好。隨著粒度變粗，滲透率有變差趨勢。細(xì)礫巖平均滲透率1 455.1 mD，這是因?yàn)榧?xì)礫巖中分選磨圓性變差，且泥礫含量增加的緣故。而比粗砂巖粒度細(xì)的巖性由于孔隙度減小，泥質(zhì)含量增加，滲透率變的越來越差。其中，中砂巖平均滲透率727.8 mD、細(xì)砂巖平均滲透率926.0 mD，粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖的平均滲透率更低，小于23.0 mD。

表4 不同巖相的孔隙度滲透率特征Tab.4 Characteristics of different lithofacies porosity and permeability

4.2 構(gòu)型單元與泥質(zhì)隔夾層控制下的滲流地質(zhì)差異

儲層構(gòu)型對巖石相的類型、分布及其物性差異起控制作用。在巖石相儲層質(zhì)量研究的基礎(chǔ)上，利用分析化驗(yàn)資料，結(jié)合對隔夾層的認(rèn)識，分析砂礫質(zhì)辮狀河內(nèi)部構(gòu)型單元的儲層物性特征，進(jìn)而通過巖石相控制下的孔滲剖面模擬，研究儲層物性的空間分布規(guī)律（圖8）。

砂礫質(zhì)辮狀河儲層內(nèi)部構(gòu)型單元形成的沉積環(huán)境和水流機(jī)制不同，其儲層質(zhì)量存在著較大的差異?？傮w上，各構(gòu)型單元孔隙度差別不大，滲透率差異明顯，由南東向北西方向等值線整體由多個(gè)高值區(qū)塊組成。5級界面辮狀水道底部滯留沖刷泥礫沉積粒度粗、分選較差、以中—細(xì)礫巖為主、含泥礫導(dǎo)致其滲透率差異較大。辮狀河道充填的中部因沉積物分選較好、以粗砂巖相為主，滲透率大且差異較小，從而成為儲層質(zhì)量最好的構(gòu)型單元。而廢棄河道和泛濫平原沉積其粒度較細(xì)、泥質(zhì)含量較高、滲透率小且差異較大。

圖8 構(gòu)型和巖相控制下的滲透率插值Fig.8 Permeability interpolation controlled by architecture units and lithofacies

多期辮流水道的側(cè)向遷移疊加處的泥質(zhì)隔夾層導(dǎo)致了5級界面附近存在滲流屏障，而滲透率降低，形成側(cè)向上“好—差—好”的滲流差異樣式。而辮狀水道內(nèi)部因受底部沖刷泥礫層及頂部4級細(xì)粒沉積物的影響而構(gòu)成垂向上“差—好—差”的滲流差異模式。

5 結(jié) 論

（1）研究區(qū)主要巖石相類型可劃分為8種，分別是塊狀砂礫巖（Gm）、槽狀交錯(cuò)層理細(xì)礫巖—中粗砂巖（Gt）、槽狀交錯(cuò)層理的含礫中—粗砂（St）、板狀交錯(cuò)層理的含礫中—粗砂（Sp）、交錯(cuò)層理細(xì)砂巖（SSt）、平行層理中—粗砂巖（Sh）、水平層理的泥質(zhì)粉砂巖（Fp）、泥巖（Fm）。工區(qū)內(nèi)砂礫巖型河道5級構(gòu)型單元為多期水道疊置，4級界面是單一辮狀水道和廢棄河道，3級為單一水道內(nèi)部增生體，2級為層理系組，1級為層系，0級紋層，不同的構(gòu)型單元由不同巖石相組成。

（2）研究區(qū)主要有兩種類型的泥質(zhì)隔夾層：細(xì)粒沉積物和泥礫巖（泥質(zhì)砂礫巖）。泥礫為河道底部的泥礫巖沉積由河道侵蝕河岸或河底的泥巖而快速堆積而成，主要分布在5級或3級界面之上，向河道兩側(cè)邊緣減薄尖滅。而細(xì)粒沉積物可以分為不同的級次。細(xì)粒型具有4種不同的級次，其中，4級細(xì)粒型為單一水道間泥質(zhì)隔夾層，厚0.2～0.3 m，寬5.0 m，呈連續(xù)薄層狀分布于兩期河道交切位置。廢棄河道細(xì)粒沉積物厚0.3～0.5 m，寬約20.0 m；呈厚層狀與河道相交，其形態(tài)與河道相似，呈頂平底凸半透鏡狀。3級細(xì)粒型隔夾層主要為單一辮狀水道內(nèi)部的隔夾層，厚0.1～0.2 m，寬3.0～5.0 m；其形態(tài)不規(guī)則，與河道剖面形態(tài)平行或者斜交。2級細(xì)粒型主要為兩個(gè)層理系之間的細(xì)粒沉積，厚0.01～0.05 m，寬0.5～1.0 m，以大型槽狀交錯(cuò)層系為主，呈不規(guī)則槽狀。1級細(xì)粒型為單一層理系內(nèi)部紋層之間的泥質(zhì)層，厚0.001 m左右，寬0.1～0.5 m，形態(tài)平行層理系面，呈不規(guī)則條帶狀或者槽狀。

（3）泥質(zhì)隔夾層控制了滲流差異樣式。多期辮流水道的側(cè)向遷移疊加處的5級泥質(zhì)隔夾層導(dǎo)致滲透率降低，總體形成側(cè)向上“好—差—好”的滲流差異樣式。辮狀水道內(nèi)部因受底部沖刷泥礫層及頂部4級細(xì)粒沉積物的影響而構(gòu)成垂向上形成“差—好—差”的滲流差異模式。

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編輯：杜增利

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A Study on Intercalation of Sand-gravel Braided River Deposit Based on Outcrop Section

Yin Senlin1，2,Wu Shenghe1,Chen Gongyang2,Bai Kai2,Zeng Jianhong3
1.College of Geosciences，China University of Petroleum（Beijing），Changping，Beijing 102249，China 2.College of Computer Science，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，China 3.Exploration&Development Research Institute，Dagang Oilfield Company，PetroChina，Dagang，Tianjin 300280，China

Based on Triassic Karamay Formation outcrop of 35 profiles in Heiyoushan，which is located in the Zaire Mountain，northwestern of Junggar Basin.The lithofacies associations，architecture boundaries and hierarchy of architecture units are discussed by using lithofacies associations and hierarchy interface analysis methods，combined with sedimentary theory.Then，the origin，hierarchy，morphology as well as scale of intercalation in the sand-gravel braided river are analyzed.The results show that eight typical lithofacies which can be divided into eight fifth hierarchy architecture units and two third hierarchy architecture units are recognized.While the muddy intercalation is mainly divided into fine type and mud boulder type.Different level architecture units were identified in the fine grained type deposits.The mud boulder type intercalation chiefly develops in the bottom of channel，formed by the rapid sediment of mud which was caused by the erosion of bank and river bottom.It principally distributes on fifth or third hierarchy surface，pinching out toward both sides of channel.At the same time，internal intercalation of the different hierarchy controlled reservoir heterogeneity.

sand-gravel braided river；outcrop；intercalation；Karamay Formation；northwestern margin of Junggar Basin

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2013.05.27.03.html

印森林，1983年生，男，漢族，湖北仙桃人，博士，主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)和儲層三維建模學(xué)習(xí)工作。E-mail：yinxiang_love@qq.com

吳勝和，1963年生，男，漢族，江西撫州人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事儲層地質(zhì)學(xué)、油藏表征與建模的教學(xué)與科研工作。E-mail：reser@cup.edu.cn

陳恭洋，1963年生，男，漢族，湖北潛江人，教授，主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)及錄井地質(zhì)的教學(xué)與科研工作。E-mail：gychen8888@126.com

白凱，1980年生，男，滿族，湖北沙市人，講師，博士研究生，主要從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)及油氣井開發(fā)工程教學(xué)和科研工作。E-mail：baikai2000@126.com

曾建宏，1974年生，男，漢族，四川資中人，工程師，主要從事油氣勘探科研工作。E-mail：zengjhong@petrochina.com.cn

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.05.27.03

1674-5086（2014）04-0029-08

TE132

A

2013–05–27 < class="emphasis_bold"> 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：

時(shí)間：2014–07–03

國家重大科技專項(xiàng)（2011ZX05030–005–02；2011ZX05009–003）。