居字龍，唐輝，劉偉新，戴宗，陳程，李慶明

（1.中海石油深圳分公司研究院，廣州510240；2.中國地質大學能源學院，北京100083）

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基于辮狀河露頭幾何模型的小層對比方法及應用——以珠江口盆地A油田恩平組為例

居字龍1，唐輝1，劉偉新1，戴宗1，陳程2，李慶明1

（1.中海石油深圳分公司研究院，廣州510240；2.中國地質大學能源學院，北京100083）

摘要：北京門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)中侏羅統(tǒng)后城組露頭存在辮狀河分流河道橫截面由河道中心向翼部逐漸減薄的現象，結合河道變遷體制，總結出分流河道橫截面的幾何模型:河道中心向兩翼逐步減薄，呈非對稱的“頂平底凸”半橢圓形。分別應用幾何模型和傳統(tǒng)的“砂對砂，泥對泥”的小層對比方法,對珠江口盆地A油田辮狀河沉積體系的恩平組進行單砂體小層對比。研究結果表明，基于幾何模型的小層對比方法，能通過辮狀河河道的空間展布特征來解釋等時地層橫向井間砂體個數和砂體厚度的差異，及縱向上沉積中心的演化規(guī)律，較傳統(tǒng)對比方法更適用于以辮狀河為代表的復雜沉積體系。

關鍵詞：珠江口盆地；恩平組；辮狀河；河道橫截面模型；小層對比

小層通常指單砂體或單砂層，屬于油氣田最低級別的儲集層單元，為油氣開發(fā)的基本單元，合理的小層劃分對于油藏描述中等時地層格架的建立、砂體展布規(guī)律的認識等具有重要指導意義。辮狀河沉積體系距物源相對較近，垂向上河道疊置復雜、橫向上砂體連續(xù)性差，儲集層非均質性強，使得傳統(tǒng)基于“砂對砂，泥對泥”測井信息的小層對比異常困難。學者們通過層序旋回對比、逐級控制、自旋回分析、沉積旋回數值分析等方法[1-3]輔助小層對比，但辮狀河沉積體系的小層對比依然存在如下問題：①縱向上砂泥巖頻繁互層致使測井曲線相似，容易導致小層對比錯位；②常規(guī)的砂體小層對比的底平頂凸的幾何形態(tài)，違背辮狀河河道砂體的實際形態(tài)特征；③對比結果無法反映沉積成因，更無法合理解釋辮狀河儲集層縱向及橫向變化規(guī)律。盡管已有學者在小層對比中考慮砂體的垂向沉積成因[4]，但傳統(tǒng)小層對比嚴重依賴于已判定的沉積模式，欠缺對于辮狀河沉積體系儲集層研究至關重要的對砂體構型特征的認識。

野外露頭是觀察儲集層三維分布特征、總結不同儲集層構型的規(guī)模及層次的有效方法，應用野外露頭建立儲集層構型受到了越來越多的國內外學者的重視[5-13]。然而，露頭研究多半是定性分析砂體的構型特征，定量統(tǒng)計砂體的幾何形態(tài)，定性分析砂體類型配置關系及分布規(guī)律，并將相應定量或半定量的經驗數據或經驗公式應用到相應的儲集層預測中，分析這些統(tǒng)計規(guī)律與油藏采收率的關系。筆者查閱文獻發(fā)現缺乏野外露頭和實際小層對比結合的研究實例，而對于儲集層構型復雜的辮狀河沉積體系，考慮辮狀河內部砂體構型特點的小層對比方法，能從最基礎小層對比工作剖析砂體的疊置關系及構型特征，對于提高辮狀河儲集層的高效開發(fā)具有重要的意義。

本文建立了北京門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)侏羅系后城組辮狀河沉積露頭所展示的分流河道的幾何模型，利用幾何模型對珠江口盆地A油田辮狀河沉積體系的古近系恩平組儲集層進行單砂體級別的小層對比，并分別比較基于幾何模型的方法和傳統(tǒng)的“砂對砂，泥對泥”方法的小層對比結果。結果表明，基于幾何模型小層對比方法能通過河道的空間展布特征，合理解釋等時地層內井間砂體變化規(guī)律及縱向上的儲集層演化規(guī)律。

1　露頭巖相特征

軍莊鎮(zhèn)露頭剖面位于北京市門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)東北。受鐵路建設過程中開挖作業(yè)的影響，上侏羅統(tǒng)后城組大量出露，為露頭研究提供了良好的條件。后城組巖性以中粗粒長石砂巖為主，夾少量細砂巖和粉砂巖，局部泥巖，發(fā)育大型槽狀交錯層理和平行層理（圖1）。

圖1　軍莊鎮(zhèn)露頭剖面后城組剖面示意

巖相類型是沉積微相研究的重要基礎，反映其形成的水動力條件、搬運方式、沉積作用機理等。對門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)的2條北北西—南南東向剖面（厚度分別為900 m和400 m）的巖性、沉積構造和沖刷面特征進行觀察，共識別出5種典型巖相。

（1）塊狀層理礫巖相（Gm）由磨圓較好、分選一般的礫巖組成，礫石最大半徑約2 cm，塊狀層理，局部見泥礫，該巖相多為水下分流河道底部沖刷面之上的滯留礫石沉積，通常代表分流河道沉積。

（2）槽狀交錯層理中粗砂巖相（St）由分選、磨圓度較好的中—粗砂巖組成，發(fā)育大型槽狀交錯層理，屬于高能水流條件下分流河道下切、遷移并充填的產物。

（3）平行層理中粗砂巖相（Sh）由具有平行層理的灰色粗砂巖和中砂巖組成，為水淺流急條件下的產物，屬于高流態(tài)，常見于分流河道邊部淺灘環(huán)境。

（4）流水砂紋層理粉細砂巖相（Sr）由分選、磨圓較好的灰色粉砂巖或細砂巖組成，發(fā)育流水砂紋層理，通常為漫積形成的片汜沉積。

（5）塊狀層理泥巖相（M）暗色厚層塊狀泥巖，低能、靜水條件下，細粒懸浮沉積物卸載形成，通常為前三角洲或濱淺湖泥巖。

剖面中，塊狀層理礫巖相（Gm）—槽狀交錯層理中粗砂巖相（St）—平行層理中粗砂巖相（Sh）巖相組合分布頻率高。此巖相組合是辮狀河分流河道的典型巖相組合。此外，大型槽狀交錯層理明顯，分流河道呈塊板狀，無明顯二元結構，局部出現較明顯的正粒序，結合同一地質時期的河北灤平及北京延慶露頭剖面[14-15]。綜合分析認為，門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)剖面為典型的辮狀河沉積。結合研究區(qū)區(qū)域地質認為，后城組的河流沉積為受逆沖構造控制的山間槽地或山前坳陷的產物，而研究區(qū)逆沖斷層的主要走向偏東西向，因此判斷該辮狀河物源方向與露頭剖面斜交，這為后文總結該辮狀河分流河道橫截面的幾何形態(tài)特征打下了基礎。

2　辮狀河河道橫截面幾何模型

通過測量露頭儲集層砂體的大小、展布方向、古流向及內部建筑構型，可以建立可靠的砂體骨架模型[16-18]，砂體骨架模型應用到小層對比中，能夠更合理地解釋砂體縱向和橫向上的變化特征。

軍莊鎮(zhèn)露頭的辮狀河分流河道底部沖刷面較明顯，最為突出的現象是河道砂體從河道中心向翼部逐漸減?。▓D2a），雖然露頭不能顯示完整的河道橫截面形態(tài)，但結合大同云岡石窟的吳官屯辮狀河剖面（圖2b），可以確定辮狀河河道由河道中心向兩側逐漸減薄的幾何形態(tài)特征。

圖2　辮狀河沉積體系露頭

綜合門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)及云岡石窟的辮狀河露頭，并參考前人對分流河道橫截面幾何形態(tài)的描述，筆者總結了辮狀河河道橫截面的幾何形態(tài)特征：河道為頂平底凸，且厚度由河道中心向兩翼逐漸減薄，呈現出半橢圓的形態(tài)。理論上，一條河道的橫截面形態(tài)是水流、通過橫斷面運動的沉積物的數量與特性，以及組成河岸與河床的物質特性的函數，并隨著這些因素的變化而改變，而從河道流動體制上分析河道的沉積、侵蝕和搬運作用受到水流和渦流的共同作用。由于辮狀河河道主流線的擺動及渦流的存在，實際辮狀河橫截面的幾何形態(tài)中心偏向于渦流作用較強的沉積中心處，而不是理論上沿河道中心線完全對稱的幾何形態(tài)（圖3a）。綜合上述分析認為，辮狀河分流河道橫截面的幾何模型為由河道沉積中心向翼部減薄的非對稱半橢圓。

基于幾何模型的小層對比的實際應用中有4個關鍵步驟（圖3b）：①基于幾何模型小層對比的可行性分析，首先整體上判斷研究區(qū)是否有辮狀河沉積背景，然后根據目的層單井測井相特征，判斷研究層段是否具有辮狀河分流河道沉積相，另外需參考寬厚比[19]和單井的河道厚度，推算單期河道的延伸范圍并判斷實際井距是否在該范圍內，只有在沉積體系和井間距離都滿足的條件下，才能開展基于幾何模型的小層對比；②基于幾何模型小層對比方法的要點分析，首先建立可靠的大尺度等時地層，然后在各等時地層內分析各井河道砂體數目和厚度差異，確定各等時地層內河道砂體相對于各井的空間距離及河道疊置情況；③根據上一步的分析要點，推測等時地層內分流河道的展布特征，繪制研究區(qū)目的層段的單砂體連井對比剖面；④通過河道空間展布特征，解釋井間砂體變化及儲集層的演化規(guī)律。

圖3　辮狀河河道橫截面幾何模型及應用

筆者以虛擬油田的連井剖面（圖3c），來闡述基于儲集層幾何模型小層對比方法的優(yōu)越性。首先假定該虛擬油田為辮狀河沉積體系，目的層段存在分流河道沉積相且符合基于儲集層幾何模型小層對比的近井距要求。連井剖面顯示有2套河道砂體，河道沉積中心偏向B井附近，這2期河道砂體在B井附近發(fā)生疊置，而A井和C井位于河道的翼部,因此，A井和C井在自然伽馬測井曲線上表現為2套砂體，而B井為相對較厚的一套砂體?？傊趲缀文Ｐ瓦M行砂體小層對比的核心思想是將河道橫截面的變化規(guī)律融入到砂體小層對比，為井間砂體變化識別提供具有地質認識的解釋工具。

3　實際應用

A油田位于珠江口盆地北部凹陷帶的陸豐凹陷，目前從珠江組到恩平組共鉆遇19個油藏，2014年加拿大哈斯基作業(yè)公司實施A油田整體開發(fā)，共3口井鉆遇恩平組：A1井，A2井和A2_ST1井。A油田恩平組油藏為典型的辮狀河沉積體系[20-21]，主要發(fā)育分流河道、分流河道間、分流河道側緣、河口壩、席狀砂和前三角洲泥沉積微相，并以A2_ST1井為標準繪制了A油田恩平組的綜合柱狀剖面（圖4）。鉆遇目的層段的3口井的井距較小，其中，A2井和A2_ST1井相距249 m，A2_ST1井和A1井相距80 m.綜合沉積體系的認識和井距的判斷標準，認為A油田恩平組可以開展基于幾何模型的單砂體小層對比。

針對研究區(qū)恩平組砂體互層頻繁的特點，識別出5套較厚的泥巖標志層（圖5），并以這5套泥巖作為約束面建立了等時地層格架。

圖4　A油田恩平組綜合柱狀剖面

圖5　A油田恩平組標志層連井剖面

在相對大尺度的等時地層格架下，各等時地層內單井的砂體厚度及個數表明砂體的發(fā)育特征差異較大，定量統(tǒng)計結果進一步驗證了辮狀河橫向變化快的特點。因此，如何開展各等時地層內單砂體對比，合理解釋井間的砂體變化規(guī)律，對于認識研究區(qū)砂體展布規(guī)律至關重要。

不同研究人員對于地質知識庫的掌握程度不同，最終會反映在砂體小層對比的結果上，也能體現出地質知識庫對小層對比的約束作用[19]，為了突出傳統(tǒng)的小層對比方法和基于儲集層幾何模型小層對比效果的差異，分別使用傳統(tǒng)的小層對比方法和基于儲集層幾何模型的小層對比方法，對A油田開展單砂體級別的小層對比（圖6）。對比效果表明，傳統(tǒng)方法的單砂體小層對比方法解釋結果只是簡單地根據測井相的相似度判斷連通與否，而基于幾何模型的小層對比方法則通過河道的空間展布特征，可以解釋等時地層內井間橫向砂體個數和砂體厚度的差異及縱向上沉積中心的演化規(guī)律（表1）。筆者挑選EP3A，EP1B1到EP1A1等時地層，比較傳統(tǒng)小層對比方法和基于幾何模型的小層對比的效果，詳細論述后者利用河道空間展布特征對于等時地層內井間砂體厚度和個數的差異的解釋方案。

EP3A等時地層內，A2井發(fā)育5套砂體，而A2_ST1井發(fā)育1套厚層砂體。傳統(tǒng)的小層對比方法認為井間砂體厚度差異巨大，故認為A2井發(fā)育5套獨立的砂體，而A2_ST1井發(fā)育1套巨厚的砂體，且該時期的各期砂體不連通（圖6e）。而基于幾何模型的小層對比認為該地層發(fā)育5套辮狀河河道砂體（①，②，③，④，⑤），5套砂體河道中心偏向A2_ST1井，且在A2_ST1井附近河道疊加，故A2_ST1井的自然伽馬和電阻率測井曲線表現為巨厚的1套砂體，而A2井為5套砂體（圖6f）。通過已總結的辮狀河沉積的儲集層構型，認為基于幾何模型的小層對比結果更合理。辮狀河單個河道的寬厚比為50～180[20]，研究區(qū)A2_ST1 井EP3A砂體厚度達42.44 m，而A2井EP3A也有2套砂體厚度達7.00 m，按照最小寬厚比和最小河道厚度，單個河道砂體橫向延伸長度達到350 m，遠超這2口井的實際井距（225 m），已有的儲集層展布規(guī)律認為，這2口井的EP3A砂體應該是連通的，因此基于幾何模型的砂體小層對比結果更符合地質認識。

在EP1B1到EP1A1等時地層內，同一等時地層內各井砂體的數目和砂體厚度變化較大，且縱向上單井的砂體變化也較劇烈。傳統(tǒng)的小層對比方法只是簡單地按照砂體厚度和測井相的形態(tài)判斷井間砂體是否連通（圖6a），無法解釋縱向和橫向砂體變化的原因。而基于幾何模型的小層對比結果表明，該地質時期河道沉積中心逐漸由A1井過渡到A2井，該儲集層演化規(guī)律較好地解釋砂體厚度在橫向和縱向上的變化規(guī)律（圖6b）。其中，EP1B1發(fā)育2期辮狀河河道砂體，這2套河道砂體沉積中心位于A1井附近，并在該井附近發(fā)生疊置，而A2井較A2_ST1井距沉積中心更遠，根據自然伽馬和電阻率曲線判斷，A1井發(fā)育1套厚砂體，而A2井發(fā)育的2套砂體較A2_ST1井薄。在EP1A2等時地層，2期河道砂體沉積中心向A2_ST1井偏移，砂體在A2_ST1井附近產生疊置，A1井較A2井離沉積中心更近，故在測井上A2_ST1井發(fā)育1套厚層砂體，而A2井的2套砂體較A1井偏薄。在EP1A1等時地層，2套河道砂體沉積中心進一步偏移到A2井附近，且在該處附近發(fā)生疊置，而A1井位于河道翼部邊緣，故測井上顯示A2_ST1井為1套較厚砂體，而A2 井2套砂體的厚度較A1井厚。

圖6　A油田恩平組傳統(tǒng)小層對比和基于幾何模型小層對比效果對比

表1　等時地層內砂體數目和砂體厚度差異統(tǒng)計及解釋方案

綜合分析自下而上等時地層內砂體沉積中心特點，能夠反映A油田恩平組辮狀河沉積中心頻繁遷移的演化規(guī)律。其中，約束面E至約束面C（等時地層EP3A到EP2F2）：沉積中心從EP3A的A2_ST1井逐漸轉移到EP2F2的A2井。約束面C至約束面B（等時地層EP2F1到EP2A），該期間沉積中心波動較大，經歷2 期A2井到A1井區(qū)的遷移。約束面C至約束面A（等時地層從EP1C到EP1A1），沉積中心經歷2期從A1井到A2井的遷移。

4　結論

（1）北京門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)露頭為典型的辮狀河沉積。其中塊狀層理礫巖相反應分流河道底部沖刷面上的滯留沉積，而大型槽狀交錯層理中粗砂巖相屬于河道下切，遷移并充填沉積，這2種沉積相為典型的分流河道相。流水砂紋層理粉細砂巖相發(fā)育典型的流水砂紋層理，為明顯的片汜沉積，而塊狀層理泥巖相為前三角洲泥或河道間的巖相。

（2）總結出辮狀河分流河道橫截面的幾何模型：由河道沉積中心向翼部減薄的非對稱的半橢圓，且?guī)缀涡螒B(tài)的厚度中心偏向渦流作用較強處。

（3）基于幾何模型的砂體小層對比方法能將露頭觀察到的辮狀河河道的構型特征融入小層對比，通過辮狀河河道的空間展布特征來解釋等時地層內井間橫向砂體個數和砂體厚度的差異及縱向上沉積中心的演化規(guī)律。

（4）基于儲集層幾何模型的砂體小層對比方法的核心是總結各類儲集層幾何形態(tài)的特征，其更廣泛的實用性取決于如何通過露頭、巖心等資料建立不同沉積體系儲集層幾何形態(tài)的地質知識庫。

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（編輯曹元婷葉良）

Sub?Layer Correlation Method and Application Based on Braided River Outcrop Geometric Model:A Case Study of Enping Formation in Oilfield A,Pearl River Mouth Basin

JU Zilong1,TANG Hui1,LIU Weixin1,DAI Zong1,CHEN Cheng2,LI Qingmin1
(1.Shenzhen Branch Research Institute,CNOOC,Shenzhen,Guangdong 510240,China;2.School of Energy,ChinaUniversity of Geosciences,Beijing 100083,China)

Abstract:From the braided river outcrops of Houcheng formation of Middle Jurassic at Junzhuang town,Mentougou region in Beijing,it is observed the cross?section of the braided river distributary channel is characterized by gradual thinning of thickness from channel center to channel wings.Considering the channel changing system,this paper presents the geometric model of the cross?section is that besides the thinning feature,it appears the unsymmetric semi?ellipse with flat top and swell bottom.Using the geometric model and the conventional “sand to sand and shale to shale”sub?layer correlation methods,the correlation of single sand body sub?layer of the Enpingformation in oil?field?A braided river sedimentary system in Pearl River Mouth basin is conducted.The result shows that the geometric model?based sub?layer correlation method can be applied to explain the lateral difference between sand body number and sand thickness of interwells and longitudinal evolution pattern of the sedimentary center through the spatial distribution characteristics of braided river channels,and is more applicable in study of complicated sedimentary system like braided river,compared with conventional sub?layer correlation method.

Keywords:Pearl River Mouth basin;Enpingformation;braided river;channel cross?section model;sub?layer correlation

作者簡介：居字龍（1988-），男，湖北黃岡人，工程師，儲層地質，（Tel）020-84262312（E-mail）juzl@cnooc.com.cn

基金項目：中海石油科技重大專項（CNOOC-KJ 125 ZDXM 06 LTD）

收稿日期：2015-09-06

修訂日期：2016-01-15

文章編號：1001-3873（2016）02-0179-07

DOI：10.7657/XJPG20160210

中圖分類號：TE112.221

文獻標識碼：A