溫立峰 ，吳勝和 ，岳大力

(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京))

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粗粒辮狀河心灘內(nèi)部泥質(zhì)夾層分布新模式
——以吳官屯野外露頭為例

溫立峰1，吳勝和2，岳大力2

(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京))

通過(guò)對(duì)山西省大同市吳官屯侏羅系辮狀河沉積露頭觀察、測(cè)量及成因分析，對(duì)該露頭進(jìn)行了3 ～ 5級(jí)構(gòu)型解剖。此處沉積體垂向發(fā)育三期辮狀河道砂體，期次之間發(fā)育穩(wěn)定的細(xì)粒沉積物；在單期河道砂體內(nèi)部，發(fā)育辮狀河道和心灘兩個(gè)4級(jí)沉積構(gòu)型單元，其中，心灘主要為辮狀河砂體類型；在單一心灘內(nèi)部，發(fā)育多個(gè)增生體，增生體之間界面處發(fā)育溝道及落淤層，均為細(xì)砂巖充填，未見(jiàn)泥質(zhì)夾層。在以上解剖基礎(chǔ)上，綜合其它同類型辮狀河心灘沉積特征，最終得到了粗粒辮狀河心灘級(jí)次及內(nèi)部細(xì)粒沉積單元分布模式。

云岡地區(qū)；吳官屯；野外露頭；辮狀河；構(gòu)型解剖

前人對(duì)山西省大同市吳官屯侏羅系辮狀河沉積露頭心灘內(nèi)部泥質(zhì)夾層進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為心灘沉積體為一“泛連通體”，心灘內(nèi)部為多期洪水沉積，每期洪水對(duì)應(yīng)一個(gè)垂積體，主要為砂礫質(zhì)沉積物堆積，垂積體之間發(fā)育落淤層，為間洪期細(xì)粒物質(zhì)沉積[1-2]。分析前人研究成果發(fā)現(xiàn)，心灘內(nèi)部泥質(zhì)夾層分布模式依然模糊，如泥質(zhì)夾層類型除了落淤層是否還存在其它沉積類型以及泥質(zhì)夾層的橫向連續(xù)性等。

實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，隨著心灘砂體粒度的變化，內(nèi)部泥質(zhì)側(cè)積層分布模式也是發(fā)生變化的；另外，除了傳統(tǒng)的落淤層外，心灘內(nèi)部還發(fā)育了另一種細(xì)粒沉積體——溝道。此處選取典型的粗粒辮狀河沉積露頭作為解剖對(duì)象，對(duì)其發(fā)育的不同級(jí)次構(gòu)型單元進(jìn)行描述、表征，建立其心灘內(nèi)部夾層發(fā)育類型及分布模式，為開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)及油氣田開(kāi)發(fā)提供原型模型。

1　露頭概況

吳官屯剖面位于山西大同市區(qū)以西，沿339市道往西，在距晉華宮煤礦300 m處339市道分叉，其中北側(cè)為2008年新鑿公路，沿此公路北上約2 km，公路轉(zhuǎn)至東西向，沿公路東行約3 km至吳官屯村口，此剖面即出露在村口東側(cè)，全程14 km左右。

云崗地區(qū)地層均為侏羅系地層，包括下統(tǒng)永定莊組，中統(tǒng)大同組和云崗組，上統(tǒng)被剝蝕[3]。吳官屯剖面即屬于中侏羅統(tǒng)云岡組石窟段上部，屬于大同侏羅紀(jì)坳陷盆地邊緣辮狀河沉積體系，距物源較近，沉積粒度較粗[4]，露頭剖面規(guī)模400 m(長(zhǎng))× 12 m(高)，北東-南西走向，近切古水流方向。

該沉積露頭以粗粒(含細(xì)礫)長(zhǎng)石雜砂巖和碎屑長(zhǎng)石雜砂巖為主，砂巖內(nèi)部夾雜條帶狀的細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，局部發(fā)育黑灰色純泥巖。反映當(dāng)時(shí)沉積水動(dòng)力較強(qiáng)，距物源較近，沉積物質(zhì)較粗，在整個(gè)露頭沉積過(guò)程中，發(fā)生多次洪泛事件，使得較大規(guī)模的泛濫平原泥巖得以保存，而小期次洪泛事件所形成的小規(guī)模的細(xì)粒沉積物受到后期流水沖刷作用而殘留甚少(圖1)。

因沉積時(shí)水動(dòng)力較強(qiáng)，露頭砂體層理類型以大型的低角度槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理及水平層理為主，槽狀交錯(cuò)層理發(fā)育砂體的底部，向上逐漸過(guò)渡為水平層理。該露頭整體為正韻律特征，內(nèi)部包括3個(gè)小的正韻律段，厚度規(guī)模均為3 m左右，小韻律段之間發(fā)育細(xì)粒沉積物，層理構(gòu)造不明顯(圖1)。

2　構(gòu)型解剖

以沉積學(xué)理論為基礎(chǔ)，在儲(chǔ)層構(gòu)型解剖思路指導(dǎo)下，經(jīng)分析表明，該處露頭發(fā)育3～5級(jí)構(gòu)型單元，即復(fù)合河道、單一河道、心灘級(jí)次構(gòu)型單元及心灘內(nèi)部等多個(gè)級(jí)次沉積體，不同級(jí)次構(gòu)型單元有其自身的沉積規(guī)模、空間形態(tài)、拼合關(guān)系及成因類型[5]。

圖1　吳官屯辮狀河剖面巖性及沉積構(gòu)造特征

2.1河道級(jí)次

從宏觀角度分析，該露頭砂體垂向被兩期穩(wěn)定分布的細(xì)粒沉積物所分割，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、局部純泥巖。細(xì)粒物質(zhì)能夠在如此粗粒度砂巖內(nèi)部穩(wěn)定分布，說(shuō)明其沉積于規(guī)模較大的洪泛期，沉積厚度較大，雖然下期洪水對(duì)其進(jìn)行劇烈沖刷，但還能較為連續(xù)地保存下來(lái)，故此類細(xì)粒沉積物為泛濫平原沉積物，而非單期河道砂體內(nèi)部沉積物。進(jìn)而可以說(shuō)明該辮狀河露頭垂向?yàn)?期河道沉積，穩(wěn)定分布的細(xì)粒沉積物相當(dāng)于地下單層廣泛發(fā)育的隔層，有一定的滲流屏障作用(圖2)。

在單一河道內(nèi)部，發(fā)育心灘與辮狀河道沉積體，心灘寬度與辮狀河道規(guī)模相當(dāng)，均為砂質(zhì)充填，其剖面形態(tài)十分典型，單一心灘呈底平頂凸?fàn)睿p狀河道呈頂平底凸?fàn)?。由于該露頭沉積時(shí)期屬于河道逐漸消亡時(shí)期，心灘和辮狀河道規(guī)模均較小，橫向?qū)挾榷荚?00 m范圍內(nèi)(圖2)。

圖2　吳官屯辮狀河剖面單期河道內(nèi)部心灘-辮狀河道組合關(guān)系

值得注意的是，心灘是辮狀河主要的砂體類型，其垂向增長(zhǎng)主要是洪水作用的結(jié)果，沉積過(guò)程中水動(dòng)力強(qiáng)，攜帶物質(zhì)較粗，以砂礫沉積為主。而辮狀河道的充填方式則有所不同，不但在洪水期發(fā)生沉積作用，間洪期甚至流水更小的沉積環(huán)境下也能發(fā)生沉積作用。通過(guò)多處辮狀河野外露頭實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，辮狀河道存在3種充填樣式，即砂質(zhì)充填(吳官屯露頭就屬于此種類型)、泥質(zhì)半充填及泥質(zhì)充填，其內(nèi)部充填物存在明顯差異。

2.2心灘內(nèi)部

通過(guò)對(duì)露頭心灘沉積進(jìn)一步精細(xì)解剖，發(fā)現(xiàn)心灘內(nèi)部垂向存在多個(gè)正韻律段，韻律段之間存在更小級(jí)次的構(gòu)型界面，界面近水平展布，界面處未見(jiàn)泥質(zhì)夾層，僅發(fā)育5 ～ 10 cm厚的細(xì)砂巖，橫向延伸穩(wěn)定。此種現(xiàn)象與河道沉積時(shí)水動(dòng)力關(guān)系密切相關(guān)，每期洪水沉積對(duì)應(yīng)心灘內(nèi)部一個(gè)垂向增生體，以垂向加積作用為主。洪水退卻時(shí)，先期沉積的粗粒物質(zhì)上覆一層細(xì)粒沉積物，但由于此處河流處于盆地邊緣，臨近物源，地形坡度大，河流攜帶的碎屑物質(zhì)以粗粒為主，懸浮物質(zhì)含量較低，所以上覆的細(xì)粒沉積物厚度較小，僅頂部沉積薄層泥質(zhì)沉積物，加之后期洪水的強(qiáng)烈沖刷作用，頂部泥質(zhì)沉積物被再次沖刷搬運(yùn)至下游水動(dòng)力較弱地區(qū)，僅殘留以細(xì)砂巖為主的細(xì)粒落淤層(圖3)。

圖3　吳官屯辮狀河剖面心灘內(nèi)部細(xì)粒落淤層

除上述心灘內(nèi)部沿界面水平展布的細(xì)粒落淤層外，此次在吳官屯心灘內(nèi)部還發(fā)現(xiàn)另一類型小規(guī)模細(xì)粒沉積物——溝道，其剖面形態(tài)呈頂平底凸?fàn)?，?nèi)部亦為細(xì)砂充填，平均寬度3 m左右，中心厚度0.5 m左右，同樣發(fā)育在心灘內(nèi)部增生體間界面處(圖4)，與落淤層呈切割關(guān)系。溝道形成于間洪期，洪水過(guò)后，心灘露出水面，心灘表面會(huì)被小規(guī)模流水沖出若干溝道，由于間洪期流水規(guī)模小且不穩(wěn)定，這些溝道后期被懸浮的細(xì)粒物質(zhì)所充填，以細(xì)砂巖最為常見(jiàn)。受自身形態(tài)及心灘頂面微地貌和后期洪水區(qū)域作用差異性的綜合影響，溝道泥巖呈不連續(xù)的窄條帶狀在心灘內(nèi)部隨機(jī)分布。除了在吳官屯剖面發(fā)現(xiàn)溝道沉積外，在其它考察點(diǎn)亦發(fā)現(xiàn)此種沉積類型，如河北木蘭圍場(chǎng)境內(nèi)的含礫粗砂巖辮狀河現(xiàn)代沉積心灘頂面，發(fā)育平面不連續(xù)的溝道沉積，細(xì)砂充填，平均寬度2 m，厚度40 cm。

圖4　吳官屯辮狀河剖面心灘內(nèi)部溝道沉積

3　粗粒辮狀河心灘內(nèi)部夾層分布模式

通過(guò)對(duì)吳官屯粗粒辮狀河原型模型沉積背景、巖性特征、沉積構(gòu)造及內(nèi)部構(gòu)型等剖析，綜合其它粗粒辮狀河心灘沉積特征，得到了粗粒辮狀河心灘級(jí)次及內(nèi)部細(xì)粒沉積單元分布模式(圖5)。

圖5　粗粒心灘內(nèi)部細(xì)粒沉積物分布模式

(1)此類心灘巖性以中粗砂巖為主，心灘與辮狀河道寬度規(guī)模相當(dāng)，兩者剖面形態(tài)存在差異，心灘呈底平頂凸?fàn)?，而辮狀河道呈頂平底凸?fàn)?。心灘均為砂質(zhì)充填，而辮狀河道存在3種充填方式，即砂質(zhì)充填、泥質(zhì)半充填、泥質(zhì)充填。

(2)心灘內(nèi)部，垂向發(fā)育多個(gè)增生體，正韻律特征較為明顯，各增生體厚度橫向變化不大，表明在一個(gè)心灘形成過(guò)程中，每期洪水規(guī)模大體相當(dāng)。

(3)在增生體之間存在構(gòu)型界面，切古水流方向近水平展布，順古水流方向略向下游方向傾斜。

(4)心灘內(nèi)部界面處發(fā)育兩種成因的細(xì)粒沉積物，分別是落淤層與溝道，均為細(xì)砂巖充填，未見(jiàn)泥質(zhì)充填物。其中落淤層沿界面呈面狀分布，橫向連續(xù)性好，但厚度規(guī)模較小，一般為數(shù)十厘米；而溝道具有頂平底凸的剖面形態(tài)，寬度較小，通常為幾米，且平面連續(xù)性差，與落淤層呈切割關(guān)系。

4　結(jié)論

(1)吳官屯辮狀河沉積露頭為典型的粗粒辮狀河沉積，全長(zhǎng)400 m左右，垂向發(fā)育三期河道沉積，單期河道砂體厚度3～5 m，期間發(fā)育細(xì)粒沉積物，橫向延伸較為穩(wěn)定，具有一定的滲流屏障作用。

(2)在單期河道內(nèi)部，發(fā)育多個(gè)心灘-辮流水道組合沉積模式，由于該露頭沉積于河道消亡期，其發(fā)育的辮流水道和心灘規(guī)模相對(duì)較小，橫向不超過(guò)10 m，心灘與辮流水道之間存在沉積界面，但界面處罕見(jiàn)細(xì)粒沉積物，而為一泛連通體。

(3)心灘內(nèi)部發(fā)育多期增生體，其代表多次洪水作用，增生體之間存在沉積界面，界面處發(fā)育溝道與落淤層兩種沉積構(gòu)型單元，兩者巖性均為細(xì)砂，未見(jiàn)泥質(zhì)沉積物，在一定程度上并非滲流遮擋體，與經(jīng)典的心灘沉積模式存在不同；傳統(tǒng)模式認(rèn)為，心灘內(nèi)部?jī)H發(fā)育落淤層，且為泥質(zhì)沉積物，在地下具有滲流屏障作用；該處粗粒辮狀河心灘內(nèi)部夾層新模式的發(fā)現(xiàn)豐富了傳統(tǒng)的心灘內(nèi)部構(gòu)型模式，即同是辮狀河沉積，由于沉積環(huán)境的不同，其內(nèi)部構(gòu)型單元也可能表現(xiàn)為不同的物理屬性，繼而影響油氣區(qū)地下儲(chǔ)層應(yīng)表征的級(jí)次和開(kāi)發(fā)工藝的實(shí)施。

[1]廖保方,葛云龍,逯徑鐵，等. 辮狀河現(xiàn)代沉積研究與相模式——中國(guó)永定河剖析[J].沉積學(xué)報(bào)，1998,16(1):34-39.

[2]葛云龍，逯徑鐵，廖保方，等.辮狀河相儲(chǔ)集層地質(zhì)模型——“泛連通體”[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，1998,25(5):77-79.

[3]王隨繼.大同盆地中侏羅世河流沉積體系及古河型演化[J].沉積學(xué)報(bào), 2001,19(4):501-505.

[4]于興河,馬興祥,穆龍新，等.辮狀河儲(chǔ)層地質(zhì)模式及層次界面分析[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004,3-175.

[5]王政云，楊少春，廖飛燕.辮狀河儲(chǔ)層中隔夾層的層次結(jié)構(gòu)分析[J].天然氣地球科學(xué)，2009，20(3)：378-383.

編輯：黨俊芳

1673-8217(2016)04-0005-03

2016-03-17

溫立峰，博士，工程師，1983年生，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)，現(xiàn)從事儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層表征與建模等油氣勘探開(kāi)發(fā)工作。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40902035)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目(20090007120003)；國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2011ZX05011-001,2011ZX05024-001，2011ZX05009)。

TE111.3

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