王夏斌 胡光義 范廷恩 范洪軍 陳 飛 何明薇

中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028

1 概述

曲流河沉積具有復(fù)雜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，儲集層非均質(zhì)性強，已有的表征方法難以解釋清楚，地質(zhì)模型通常簡化甚至忽略復(fù)合點壩儲集層內(nèi)部的非均質(zhì)性(吳勝和等，2008；岳大力等，2009；胡光義等，2018，2019；Sylvesteretal.，2019；Salmelaetal.，2020)。因此，亟待提出一種創(chuàng)新性思路分析曲流河復(fù)合點壩儲集層的非均質(zhì)性。本研究提出了對復(fù)合點壩和側(cè)積體構(gòu)型樣式分布情況進行量化統(tǒng)計，在樣本數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上分析它們的定量分布概率，從而建立復(fù)合點壩和側(cè)積體構(gòu)型樣式的定量關(guān)系，嘗試建立一種分析曲流河儲集層非均質(zhì)性的新方法。

圖 1 Koppen-Geiger氣候區(qū)分布與樣本所屬河流分布Fig.1 Distribution of Koppen Geiger climate areas and samples of rivers

側(cè)積體是曲流河道遷移的產(chǎn)物，反映了曲流河演化的軌跡(Wuetal.，2016；Ghinassietal.，2018；Hagstrometal.，2019；陳薪凱等，2020；趙曉明等，2020)。而復(fù)合點壩的形態(tài)正是最晚期曲流河道的形態(tài)。因此，復(fù)合點壩與側(cè)積體之間具有成因關(guān)系。

研究過程中，利用Google Earth選取了不同氣候下的典型曲流河段，進行參數(shù)分類統(tǒng)計。識別出各類復(fù)合點壩的形態(tài)、規(guī)模、組合樣式等，截取單一點壩對巖性特征進行描述，并對側(cè)積體的遷移模式進行分析，形成曲流河復(fù)合點壩地質(zhì)知識庫。以知識庫作為基礎(chǔ)，充分利用復(fù)合點壩與側(cè)積體的定量分布概率關(guān)系，達到在資料較少的情況下分析復(fù)合點壩儲集層非均質(zhì)性的目的。這種方法避開了傳統(tǒng)沉積考察和露頭研究具有局限性的缺點。

表 1 研究樣本所屬河流情況Table1 River conditions to which the study samples belong

2 復(fù)合點壩樣本來源

Google Earth軟件提供了全球解析度較高的衛(wèi)星影像圖，為地質(zhì)研究提供了大量樣本(石書緣等，2012； 王夏斌等，2016，2018)。 通過對Google Earth衛(wèi)星照片上全球河流的觀察與篩選，選取了13條不同氣候條件下的典型曲流河段、 每條曲流河段選取20個復(fù)合點壩進行統(tǒng)計，即260個復(fù)合點壩。 河流區(qū)域位置繪制在Koppen-Geiger氣候區(qū)分布圖上(Peeletal.，2007)(圖 1)，覆蓋了所有主要的氣候類型。 表 1總結(jié)了各河段的位置、 長度、 坡降和流量。 河流流量數(shù)據(jù)來源于Nixon等(1959)、 Bobrovitskaya等(1996)、 Meybeck和Ragu(1997)、 Swales等(2000)的研究。

3 復(fù)合點壩類型劃分與演化

3.1 類型劃分

對選取的260個復(fù)合點壩樣本形態(tài)特征進行定量描述。定義復(fù)合點壩兩翼端點連線為寬度，從復(fù)合點壩頂點做寬度連線的垂線段為長度。首先，依據(jù)復(fù)合點壩兩翼切線向頂點處是否收斂，將復(fù)合點壩分為敞開型和閉合型；然后，在敞開型復(fù)合點壩中，依據(jù)河灣頂點處是否有明顯的夾角，分為棱角型和非棱角型；最后，在敞開非棱角型復(fù)合點壩中，依據(jù)復(fù)合點壩是否對稱，分為敞開非對稱型和敞開對稱型。據(jù)此，將復(fù)合點壩構(gòu)型樣式分為4大類、25個亞類。4大類包括： 敞開非對稱型(M1)、棱角型(M2)、閉合型(M3)和敞開對稱型(M4)復(fù)合點壩。M1型復(fù)合點壩細分為9個亞類，M2型細分為4個亞類，M3型細分為7個亞類，M4型細分為5個亞類(表 2)。

敞開非對稱型(M1)復(fù)合點壩兩翼呈不對稱狀，其中一翼與復(fù)合點壩寬度連線夾角為90°或鈍角。根據(jù)長寬比和一翼與寬度連線夾角的不同將M1型復(fù)合點壩細分為9個亞類，具體特征見表 2。

棱角型(M2)復(fù)合點壩河灣頂點具有明顯的夾角，這種類型在自然界中較少見。根據(jù)其長寬比、夾角大小及兩翼對稱性將M2型復(fù)合點壩分為4個亞類(表 2)。

閉合型(M3)復(fù)合點壩壩尾開口呈閉合狀，曲流帶兩翼切線在曲流環(huán)內(nèi)相交，易發(fā)生截彎取直現(xiàn)象。根據(jù)其長寬比、對稱性、河灣頂點圓滑程度、曲流帶一翼與寬度連線的夾角將M3型復(fù)合點壩細分為7個亞類(表 2)。

敞開對稱型(M4)復(fù)合點壩兩翼對稱，且兩翼與復(fù)合點壩寬度連線夾角為銳角。根據(jù)其長寬比、河灣頂點的圓滑程度將M4型復(fù)合點壩細分為5個亞類(表 2)。

表 2 復(fù)合點壩構(gòu)型樣式分類Table2 Classification of the architectural styles of composite point bars

3.2 演化模式

通過對全球曲流河研究的調(diào)研(喬輝等，2015；Durkinetal.，2018;Mason and Mohrig，2019;王夏斌等，2019；Herbertetal.，2020)，文中將復(fù)合點壩的演化分為5種運動方式，即： 側(cè)向遷移模式、順流遷移模式、擴張模式、旋轉(zhuǎn)模式和閉合(截彎取直)模式(圖 2)。復(fù)合點壩通過5種模式進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程可以是單一模式，也可以是2至3種的復(fù)合模式。

a—側(cè)向遷移型(澳大利亞墨累河)；b—順流遷移型(阿根廷丘布特河)；c—擴張旋轉(zhuǎn)型(阿根廷內(nèi)格羅河)；d—擴張順流型(澳大利亞米切爾河)；e—順流旋轉(zhuǎn)型(阿根廷科羅拉多河)圖 2 河流復(fù)合點壩演化模式Fig.2 Evolution models of compound point bars

1)側(cè)向遷移模式。 側(cè)向遷移模式是通過增加河道彎曲度指數(shù)和加長流路實現(xiàn)的，其河灣頂點沿著曲流帶垂直方向規(guī)律性遷移。此種模式曲流環(huán)對稱且側(cè)積方向較為固定。如果把曲流河視作波，其波長保持不變，而振幅隨時間有規(guī)律增大。上游壩和下游壩曲流環(huán)的轉(zhuǎn)折端處，側(cè)積泥巖夾層在此有規(guī)律收斂于一點，上游壩沒有明顯遭受侵蝕和切割。這種模式通常發(fā)育在水動力較弱、流量變化較為平緩的河段，通常與其他模式復(fù)合。側(cè)向遷移易誘發(fā)頸項取直作用(圖 2-a)。

2)順流遷移模式。 順流遷移模式指曲流河曲率保持不變，河灣頂點平行于曲流帶長軸方向朝著下游遷移，即波長和振幅保持不變，相位發(fā)生平移。具體表現(xiàn)為晚期曲流環(huán)平行于曲流帶縱軸方向有規(guī)律地遷移，上游壩被晚期的點壩侵蝕切割，下游壩被超覆疊置，發(fā)育反向壩。壩上游端側(cè)積泥巖夾層平整剪切呈平行發(fā)散狀，壩下游端的側(cè)積泥巖夾層彼此平行，轉(zhuǎn)折端依次疊覆。其控制因素包括： (1)堤岸抗沖蝕能力相對較弱；(2)持續(xù)穩(wěn)定的強水動力；(3)沉積物粒度偏細；(4)水淺流急；(5)穩(wěn)定物源供給等(圖 2-b)。

3)擴張模式。 擴張模式是指河灣頂點、河灣轉(zhuǎn)換點均規(guī)律性向外移動，河道流路加長、復(fù)合點壩規(guī)模增大，但河道彎曲度指數(shù)變化不大。前人文獻中(Ielpi and Ghinassi，2014)，通常將擴張模式簡單歸入側(cè)向遷移模式，筆者認為有必要將其從側(cè)向遷移模式中獨立出來。側(cè)向遷移模式一般僅是單向延伸，河道遷移軌跡呈1維線性變化；而擴張模式是多向延伸，河道遷移軌跡呈2維面向擴展。擴張模式一定程度上“拉直”了河道，減緩了曲流河截彎取直的過程(圖 2-c)。

4)旋轉(zhuǎn)模式。 旋轉(zhuǎn)模式是指河灣頂點有規(guī)律地做圓周運動，分為順流向和逆流向旋轉(zhuǎn)2種方式。順流向旋轉(zhuǎn)表現(xiàn)為河道向下游方向旋轉(zhuǎn)遷移，逆流向旋轉(zhuǎn)表現(xiàn)為向上游方向旋轉(zhuǎn)遷移。這2種模式會產(chǎn)生不同的側(cè)積結(jié)果。(1)順流向旋轉(zhuǎn)會造成上游壩的側(cè)積泥巖夾層向上游方向分散、下游壩的側(cè)積泥巖夾層收斂。上游壩遭受侵蝕切割，下游壩不斷增生，但凹岸被掏蝕，形成反向壩。通常下游壩比上游壩旋轉(zhuǎn)幅度大，同時也增加了下游壩河段發(fā)生頸項取直的概率。這種模式與堤岸兩側(cè)不均衡的抗沖蝕能力有關(guān)，即上游壩凹岸抗沖蝕能力強、下游壩抗沖蝕能力弱。(2)逆流向旋轉(zhuǎn)表現(xiàn)為曲流環(huán)在向下游生長的同時，曲流環(huán)有向上游旋轉(zhuǎn)的趨勢，除了發(fā)育反向壩外，上游壩的側(cè)積泥巖夾層依次疊覆收斂，弱化了上游壩側(cè)積泥巖夾層向上游方向發(fā)散的幅度，而下游壩的側(cè)積泥巖夾層收斂速度因逆流旋轉(zhuǎn)而變慢，收斂距離拉長。由于逆流旋轉(zhuǎn)作用，導(dǎo)致上游壩與下游壩發(fā)育的規(guī)模極不對稱，上游壩更發(fā)育。壩的逆流生長與凹岸抗沖蝕能力不均衡有關(guān)，下游抗沖蝕能力更強，導(dǎo)致曲流環(huán)向旋轉(zhuǎn)抗沖蝕能力的方向拓展(圖 2-d)。

5)閉合模式。 閉合模式是指曲流環(huán)轉(zhuǎn)折端在曲流演化過程中，隨著河道彎度指數(shù)增大，上游與下游轉(zhuǎn)折端靠攏的過程。閉合模式會引發(fā)曲流河段截彎取直現(xiàn)象，當(dāng)上游與下游轉(zhuǎn)折端距離突破某一臨界值后，曲流環(huán)兩側(cè)河道不再舍近求遠而直接匯合，形成主河道。原來的河灣遭廢棄，形成牛軛湖。閉合模式與曲流河單向環(huán)形螺旋水流密切相關(guān)，水流在轉(zhuǎn)折端凹岸處下沉，造成凹岸不斷被掏蝕，河流向凸岸擴張，擴張結(jié)果的直接表現(xiàn)形式是河流路徑加長，河道彎度指數(shù)增大。在有限空間內(nèi)，這種增長必然是有限度的增長，即曲流環(huán)兩側(cè)上下游轉(zhuǎn)折端距離趨近于0時，便發(fā)生了截彎取直。這種作用也可以提前，如洪水期，隨著流量和流速的增大，河流前驅(qū)力和慣性力必然增強，由此具備了水流沖破曲流轉(zhuǎn)折端狹窄薄弱帶的條件，而直接與下游段匯合，提前發(fā)生截彎取直作用。閉合模式有對稱和非對稱2種形式，非對稱閉合模式上下游壩增生規(guī)模不同(圖 2-e)。

6)復(fù)合模式。 通常情況，曲流河演化表現(xiàn)為上述幾種模式的復(fù)合。常見的有側(cè)向順流、順流旋轉(zhuǎn)、側(cè)向擴張、擴張旋轉(zhuǎn)、閉合擴張、閉合擴張旋轉(zhuǎn)、閉合側(cè)向擴張、閉合側(cè)向旋轉(zhuǎn)等復(fù)合類型。復(fù)合模式中單個類型與前述特征一致，不同點在于其表現(xiàn)為2種或3種模式類型同時發(fā)生。如側(cè)向順流模式表現(xiàn)為在沿著曲流帶長軸方向側(cè)向遷移的同時，曲流環(huán)整體垂直曲流帶長軸向下游遷移，曲流波長基本保持不變，且相位順水流平移，上游壩和下游壩側(cè)積泥巖夾層的分布規(guī)律類似順流模式，同樣上游壩被侵蝕而下游壩向下游方向增生，發(fā)育反向壩。復(fù)合模式是自然界中復(fù)合點壩發(fā)育的常態(tài)模式，相反，單一模式的點壩不常見。

不同復(fù)合點壩類型通過以上5種運動模式或復(fù)合模式進行轉(zhuǎn)換。本次研究通過調(diào)研分析，根據(jù)運動模式繪制了復(fù)合點壩成因演化圖版(圖 3)。該圖版詳細展示了某種類型向另一種類型復(fù)合點壩的演化歷程。往往一種類型復(fù)合點壩既是演化起始點，又是演化產(chǎn)物。僅作為演化起始點的復(fù)合點壩類型有M1c、M3b、M3c和M4e，僅作為演化產(chǎn)物的復(fù)合點壩類型有M1g和M3g，M2b類型的演化歷程尚不清晰，在自然界中也較少見。復(fù)合點壩成因演化圖版相當(dāng)于建立了復(fù)合點壩的“譜系”，通過該“譜系”，依據(jù)復(fù)合點壩的形態(tài)即可重構(gòu)出演化歷史，解釋復(fù)合點壩的成因，具有理論和應(yīng)用意義。

圖 3 河流復(fù)合點壩演化規(guī)律Fig.3 Evolution laws of compound point bars

3.3 側(cè)積體類型劃分

通過Google Earth衛(wèi)星圖像，進一步分析了多個復(fù)合點壩側(cè)積體形態(tài)和生長軌跡。衛(wèi)星圖像顯示側(cè)積體的遷移方向、組合樣式具有較大的變異性，總體上表現(xiàn)為漸變和突變2種形式，反映了河道緩慢遷移和洪水等突發(fā)現(xiàn)象。側(cè)積體遷移組合方式主要有側(cè)向、擴張、順流和旋轉(zhuǎn)4種形式(Ghinassietal.，2014)，這是側(cè)積體構(gòu)型樣式劃分的主要依據(jù)。根據(jù)衛(wèi)星圖像的觀察、素描和分析，以及對前人成果(Nowinskietal.，2011；Stricketal.，2018；林志鵬等，2018)的總結(jié)，最終將側(cè)積體構(gòu)型樣式劃分為8個大類，分別為側(cè)向遷移型、側(cè)向旋轉(zhuǎn)型、二次順流遷移型、擴張型、順流遷移型、順流變向型、復(fù)合型和殘存型，每種類型進一步細分，劃分為22種亞類模式(圖 4；表 3)，對每種類型模式編號。每個側(cè)積體構(gòu)型樣式的編碼由2個數(shù)字組成： 第1個數(shù)字表示大類，第2個數(shù)字表示亞類，用點隔開，以分級描述多種不同側(cè)積體構(gòu)型樣式。該分類方案包括了所有側(cè)積體構(gòu)型樣式，并考慮了其成因機制，對側(cè)積體復(fù)雜性的描述優(yōu)于側(cè)向、擴張、順流和旋轉(zhuǎn)4種簡單成因機制。通過觀察后確定側(cè)積體樣本在該分類方案中的類型，就可以進一步推導(dǎo)出曲流帶的遷移歷史過程。

圖 4 不同類型河流側(cè)積體構(gòu)型樣式(分類名稱見表3)Fig.4 Architectural styles of lateral accretionary bodies(category names in Table 3)

表 3 河流側(cè)積體構(gòu)型樣式分類Table3 Classification of the architectural styles of lateral accretionary bodies

4 樣本分布概率統(tǒng)計

4.1 樣本分析舉例

研究選取了13條典型曲流河段作為樣本分析統(tǒng)計。文中以奧克泰迪河、塞內(nèi)加爾河、墨累河和額爾齊斯河樣本的地質(zhì)素描圖為例，詳細描述其特征。4條河流分屬不同氣候區(qū)，具有不同的地貌特征。素描圖件突出了廢棄河道和活動河道的幾何形態(tài)、復(fù)合點壩樣式、側(cè)積體的組合樣式，并對局部區(qū)域放大，進行細致的沉積特征和成因分析。在此基礎(chǔ)上，對研究段復(fù)合點壩和側(cè)積體構(gòu)型樣式進行分類統(tǒng)計。這是下一步定量概率分析工作的基礎(chǔ)。

4.1.1 奧克泰迪河樣本特征

奧克泰迪河(Ok Tedi River)位于巴布亞新幾內(nèi)亞境內(nèi)，處于熱帶雨林區(qū)。河流源于星山(Star Mountain)，流域幾乎全部位于西部省境內(nèi)。河流流速極快，流量巨大，是世界流速最快的河流之一(Grenfelletal.，2014)。

為了便于研究統(tǒng)計，繪制了該曲流段的素描圖(圖 5)。漫灘上廢棄河道和廢棄點壩支離破碎、互相疊置(圖 5-a，④)，截彎取直現(xiàn)象顯著(圖 5-a，③)，廢棄河道位置常伴生小型泛濫湖泊(圖 5-a，⑤)。根據(jù)素描圖分析，建立了奧克泰迪河20個復(fù)合點壩樣本的分類方案(圖 5-a右)。分析定量分類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，復(fù)合點壩多為閉合型(M3型)，占35%；敞開非對稱型(M1型)和敞開對稱型(M4型)復(fù)合點壩各占25%；側(cè)積體類型多樣化，涵蓋所有8種類型，多為側(cè)向旋轉(zhuǎn)型(類型2)，占30%。側(cè)積體類型顯示曲流帶遷移過程中發(fā)生了方向變化。曲流帶遷移方式與復(fù)合點壩的長度有關(guān)： 長度大于3ikm的復(fù)合點壩以側(cè)向遷移作用為主(圖 5-a，①)，長度小于3ikm的復(fù)合點壩以旋轉(zhuǎn)作用為主(圖 5-a，②)。

進一步分析亞類特征，復(fù)合點壩構(gòu)型樣式以M3g亞類(曲流帶一側(cè)倒轉(zhuǎn)，頂部圓狀)占比最大，占15%；側(cè)積體構(gòu)型樣式以3.1亞類(旋轉(zhuǎn)漸變順流型)占比最大，占15%。這反映了曲流帶遷移以旋轉(zhuǎn)作用為主。總體上，各種類型多樣化，占比差別并不大，反映了該曲流段類型復(fù)雜，如果形成儲集層，則儲集層的非均質(zhì)性強。

圖 5-b為圖 5-a中白色方框內(nèi)復(fù)合點壩非均質(zhì)性解剖圖件。圖中，復(fù)合點壩和側(cè)積體破壞程度高，大部分為殘缺體，且分布雜亂。與活動河道成因相關(guān)的側(cè)積體少，說明河道發(fā)生過多期改道。與活動河道相關(guān)的側(cè)積體組合樣式表現(xiàn)出河道主要通過旋轉(zhuǎn)漸變順流(3.1亞類)和微旋側(cè)向(1.2亞類)遷移，復(fù)合點壩靠下游位置巖性較上游位置細。

a—①側(cè)向遷移作用，②旋轉(zhuǎn)作用，③截彎取直，④廢棄點壩疊置，⑤小型泛濫湖泊；b—重點研究段非均質(zhì)性解釋圖 5 巴布亞新幾內(nèi)亞奧克泰迪河研究段素描Fig.5 Sketch drawing of Ok Tedi River research section

4.1.2 塞內(nèi)加爾河樣本特征

塞內(nèi)加爾河(Senegal River)為非洲西部河流，為毛里塔尼亞和塞內(nèi)加爾的界河。河流主要位于干旱草原地區(qū)。流域面積44×104ikm2，年平均流量773im3/s(Raziketal.，2014)。

研究段廢棄點壩規(guī)模大，人為破壞小，植被區(qū)和裸露區(qū)清晰可辨。曲流帶以敞開型為主(圖 6-a，①)，順流和擴張加積現(xiàn)象顯著(圖 6-a，②)。點壩復(fù)合疊置現(xiàn)象明顯，側(cè)積體有多次變向增生的特點(圖 6-a，③)。根據(jù)素描圖分析，建立了塞內(nèi)加爾河20個復(fù)合點壩樣本的分類方案(圖 6-a右)。分析定量分類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，復(fù)合點壩多為敞開非對稱型(M1型)，占35%；側(cè)積體多為二次順流遷移型(類型3)，占40%。側(cè)積體形態(tài)表現(xiàn)出曲流帶遷移以向下游順流加積為主，代表順流型的側(cè)積體類型(類型3、類型5、類型6)占據(jù)了樣本的80%，反映了河道以順流和擴張作用為主?？拷顒雍拥缼?，側(cè)積體變密(圖 6-a，⑤)，植被也顯著增多(圖 6-a，④)，反映河道規(guī)律性遷移、砂泥巖含量均衡。復(fù)合點壩和側(cè)積體亞類型占比差距大，M3c亞類復(fù)合點壩(頂端扁平狀)、3.1亞類側(cè)積體(旋轉(zhuǎn)漸變順流型)與6.1亞類側(cè)積體(變向順流型)均占20%，形成儲集層后，均質(zhì)性好。

a—①敞開型復(fù)合點壩，②順流和擴張作用，③側(cè)積體多次變向增生，④植被，⑤側(cè)積體加密；b—重點研究段非均質(zhì)性解釋圖 6 塞內(nèi)加爾塞內(nèi)加爾河研究段素描Fig.6 Sketch drawing of Senegal River research section

a—①曲流帶類型復(fù)雜，②多期間斷遷移后形成的復(fù)雜復(fù)合體，③順流和擴張作用為主，旋轉(zhuǎn)作用為輔，④串溝取直；b—重點研究段非均質(zhì)性解釋圖 7 澳大利亞墨累河研究段素描Fig.7 Sketch drawing of Murray River research section

圖 6-b為圖 6-a中白色方框內(nèi)復(fù)合點壩儲集層非均質(zhì)性解剖圖件。圖中，側(cè)積體組合樣式以順流和擴張作用為主，這導(dǎo)致了沉積物的分異，靠近上游沉積砂質(zhì)為主，靠近下游沉積泥質(zhì)為主，這是儲集層非均質(zhì)性的主要成因。

4.1.3 墨累河樣本特征

墨累河(Murray River)位于澳大利亞南部，發(fā)源于澳大利亞阿爾卑斯山脈(Australian Alps)，是澳大利亞最長、流域面積最大的一條河流。河流主要位于熱帶草原氣候。流域面積100×104ikm2，年均流量190im3/s(Fluinetal.，2010)。

研究段廢棄河道和復(fù)合點壩數(shù)量多，規(guī)模差別大。整體上隨著曲流帶規(guī)模增大，其不規(guī)則性和復(fù)雜性增加(圖 7-a，①)。長度小于1.5ikm的復(fù)合點壩主要表現(xiàn)為順流遷移型特征，長度大于1.5ikm的復(fù)合點壩表現(xiàn)為多期間斷遷移后形成的復(fù)雜復(fù)合體(圖 7-a，②)。這種大型復(fù)合點壩遷移特征以順流和擴張作用為主，旋轉(zhuǎn)作用為輔(圖 7-a，③)。根據(jù)素描圖分析，建立了墨累河20個復(fù)合點壩樣本的分類方案(圖 7-a右)。分析定量分類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，復(fù)合點壩多為敞開對稱型(M4型，占40%)和棱角型(M2型)；側(cè)積體多為二次順流遷移型(類型3)，占40%。復(fù)合點壩和側(cè)積體形態(tài)較為規(guī)律。廢棄河道特征表明，串溝取直是曲流帶廢棄的主要原因(圖 7-a，④)。河道潰堤的部位形成狹長水道，成為主河道的連接水道(圖 7-a，⑤)?？傮w上，該段曲流河遷移機制較為規(guī)律，小型點壩順流擴張加積為主，大型點壩為多期間斷遷移形成的復(fù)合體，可以成為潛力較好的儲集層。

圖 7-b為圖 7-a中白色方框內(nèi)復(fù)合點壩儲集層非均質(zhì)性解剖圖件。圖中，泥質(zhì)廢棄河道發(fā)育，截彎取直現(xiàn)象普遍。復(fù)合點壩規(guī)模不同，其側(cè)積體類型和儲集層非均質(zhì)性不同。大型復(fù)合點壩主要為河道微旋側(cè)向遷移所形成(1.2亞類)，靠近上下游巖性粒度不同，具有非均質(zhì)性；小型復(fù)合點壩主要為河道順流遷移所形成，巖性以泥巖為主。

a—①旋轉(zhuǎn)和順流作用，②旋轉(zhuǎn)遷移作用，③截彎取直，④河道中心壩植被，⑤泛濫平原植被；b—重點研究段非均質(zhì)性解釋圖 8 俄羅斯額爾齊斯河研究段素描Fig.8 Sketch drawing of Irtysh River research section

4.1.4 額爾齊斯河樣本特征

額爾齊斯河(Irtysh River)為鄂畢河最大的支流，是流經(jīng)中國、哈薩克斯坦、俄羅斯的國際河流，主體位于俄羅斯境內(nèi)。額爾齊斯河發(fā)源于中國新疆阿爾泰山南坡，在俄羅斯注入鄂畢河。河流跨經(jīng)多個不同氣候區(qū)，研究段為溫帶大陸性氣候。流域面積164.3×104ikm2，年均流量214im3/s(Chenetal.，2016)。

研究段廢棄河道多呈閉合狀，截彎取直現(xiàn)象顯著(圖 8-a，③)。側(cè)積體組合樣式以旋轉(zhuǎn)型和順流型為主(圖 8-a，①)，復(fù)合點壩增生主要為旋轉(zhuǎn)遷移作用(圖 8-a，②)。植被主要發(fā)育于河道中心壩和遠離活動河道的泛濫平原區(qū)，反映泥質(zhì)含量高(圖 8-a，④，⑤)。根據(jù)素描圖分析，建立了墨累河20個復(fù)合點壩樣本的分類方案(圖 8-a右)。分析定量分類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，復(fù)合點壩多為閉合型(M2型)，占40%，其次是敞開對稱型(M1型)和敞開非對稱型(M4型)，各占25%。側(cè)積體以二次順流遷移型(類型3)為主，占35%，側(cè)向旋轉(zhuǎn)型(類型2)和擴張型(類型4)占比也較大，各占25%和15%。本例中，側(cè)積體的變化是最為連續(xù)的，反映了河道緩慢遷移的特征，是形成優(yōu)質(zhì)儲集層的基礎(chǔ)。

圖 8-b為圖 8-a中白色方框內(nèi)復(fù)合點壩儲集層非均質(zhì)性解剖圖件。圖中，各復(fù)合點壩類型具有典型性，反映河道遷移連續(xù)、突發(fā)事件少。側(cè)積體組合樣式均表現(xiàn)為先側(cè)向、再擴張或旋轉(zhuǎn)，沉積物表現(xiàn)為靠近上游粒度粗、下游粒度細。

綜合分析，4條曲流河段樣本具有不同的特征，形成的儲集層類型也相異。其中，奧克泰迪河和額爾齊斯河以閉合型復(fù)合點壩為主，塞內(nèi)加爾河以敞開非對稱型為主，墨累河以敞開對稱型為主。奧克泰迪河所包含的亞類型復(fù)合點壩和側(cè)積體種類最多，反映其均質(zhì)性差；塞內(nèi)加爾河所包含的亞類型復(fù)合點壩和側(cè)積體種類最少，且不同種類占比相差大，反映其均質(zhì)性最好。額爾齊斯河側(cè)積體類型多于復(fù)合點壩類型，反映其河道遷移較為連續(xù)；墨累河復(fù)合點壩類型多于側(cè)積體類型，反映其為多期間斷沉積。

圖 9 復(fù)合點壩類型(a)與側(cè)積體類型(b)分布概率Fig.9 Probability of compound point bartypes(a)and lateral accretionary body types(b)

4.2 復(fù)合點壩和側(cè)積體構(gòu)型樣式總體概率分布

對260個復(fù)合點壩和側(cè)積體的構(gòu)型樣式進行分類(表 2，表 3)，在分類基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、概率計算，形成了復(fù)合點壩和側(cè)積體的構(gòu)型樣式概率統(tǒng)計分布圖(圖 9-a，9-b)。

對260個樣本中復(fù)合點壩構(gòu)型樣式概率統(tǒng)計分布進行分析，4大類、25亞類復(fù)合點壩構(gòu)型樣式均涵蓋于內(nèi)。敞開非對稱型、棱角型、閉合型、敞開對稱型復(fù)合點壩在樣本中各占比26%、11%、24%、39%。敞開對稱型(M4型)在樣本中占比最大，13條曲流段均可見，每條曲流段至少可以觀察到4個以上。棱角型(M2型)和閉合型(M3型)在不同曲流段的出現(xiàn)概率差異大，例如，卡斯科奎姆河樣本沒有閉合型復(fù)合點壩，普魯斯河樣本卻出現(xiàn)了10個。所有復(fù)合點壩樣本中占比最大的亞類是M4d(半圓型)，占比14%。各大類復(fù)合點壩中占比最大的亞類分別是M1g(橫臥型)、M2d(對稱棱角型)、M3f(斜倚閉合型)、M4d(半圓型)(圖 9-a)。

對樣本中側(cè)積體構(gòu)型樣式概率統(tǒng)計分布進行分析，8大類22亞類側(cè)積體構(gòu)型樣式均涵蓋于內(nèi)。各大類側(cè)積體構(gòu)型樣式在樣本中占比如下： 側(cè)向遷移型2%、側(cè)向旋轉(zhuǎn)型16%、二次順流遷移型45%、擴張型5%、順流遷移型6%、順流變向型12%、復(fù)合型9%、殘存型5%。每條曲流段中都發(fā)育側(cè)向旋轉(zhuǎn)型側(cè)積體(類型2)，并逐漸向下游轉(zhuǎn)化為二次順流遷移型側(cè)積體(類型3)。二次順流遷移型(類型3)在樣本中占比最大，每條研究曲流段中至少發(fā)育6個。不同研究曲流段中分布概率差異最大的是順流變向型(類型6)，例如，卡斯科奎姆河樣本中沒有順流變向型側(cè)積體，塞內(nèi)加爾河樣本中卻可見7個。所有復(fù)合點壩樣本中，側(cè)積體占比最大的亞類是3.1(旋轉(zhuǎn)漸變順流型)，占比20%。各大類側(cè)積體構(gòu)型樣式中占比最大的亞類分別是1.2(垂向側(cè)向遷移型)、2.2(單向側(cè)向突變旋轉(zhuǎn)型)、3.1(旋轉(zhuǎn)漸變順流型)、4.2(垂向側(cè)向后平面擴張型)、5.2(弧狀順流型)、6.2(順流后變向擴張型)、7.1(2期點壩復(fù)合型)、8.2(側(cè)積體殘存型)(圖 9-b)。

4.3 復(fù)合點壩與側(cè)積體構(gòu)型樣式概率分布關(guān)系

以上統(tǒng)計了復(fù)合點壩與側(cè)積體構(gòu)型樣式在所有樣本中的分布概率，而統(tǒng)計各類復(fù)合點壩中側(cè)積體類型的概率分布更具意義，即建立起復(fù)合點壩與側(cè)積體構(gòu)型樣式之間的關(guān)系。通過對樣本的統(tǒng)計，制作了側(cè)積體構(gòu)型樣式在各復(fù)合點壩樣式中的分布數(shù)量和占比圖表(圖 10；表 4)。圖 10中，先將各研究河段樣本按照4類復(fù)合點壩進行分類統(tǒng)計，然后統(tǒng)計各側(cè)積體構(gòu)型模式在某一類復(fù)合點壩構(gòu)型樣式中的數(shù)量與占比。

圖 10 河流復(fù)合點壩與側(cè)積體構(gòu)型樣式概率分布關(guān)系Fig.10 Probability distribution of architectural styles of composite point bars and lateral accretionary bodies

表 4 河流復(fù)合點壩與側(cè)積體構(gòu)型樣式概率分布統(tǒng)計Table4 Probability distribution of architectural styles of composite point bars and lateral accretionary bodies

通過統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)4類復(fù)合點壩構(gòu)型樣式中，棱角型(M2型)和敞開對稱型(M4型)復(fù)合點壩具有所有8種類型的側(cè)積體構(gòu)型樣式，而敞開非對稱型(M1型)復(fù)合點壩缺失側(cè)向遷移型、順流遷移型側(cè)積體，閉合型(M3型)復(fù)合點壩缺失順流遷移型側(cè)積體。總體上，各類復(fù)合點壩內(nèi)部側(cè)積體類型多樣，反映了復(fù)合點壩沉積和遷移規(guī)律的復(fù)雜性。

通過 圖 10 中間列餅圖具體分析每類復(fù)合點壩。閉合型(M3型)復(fù)合點壩中側(cè)積體構(gòu)型樣式分布概率與其他3類復(fù)合點壩明顯不同，它的二次順流遷移型(類型3)、順流遷移型(類型5)、順流變向型(類型6)側(cè)積體占比31%，遠小于其他3類復(fù)合點壩中該類側(cè)積體平均占比74%，反映了其下游遷移加積作用最弱。閉合型(M3型)復(fù)合點壩中側(cè)向旋轉(zhuǎn)型(類型2)側(cè)積體占比最大(37%)，遠高于其他3類復(fù)合點壩中該類側(cè)積體的平均值(9%)，反映其最易截彎取直。敞開非對稱型(M1型)復(fù)合點壩中二次順流遷移型(類型3)側(cè)積體占比62%，明顯偏高，反映了其下游加積作用顯著。棱角型(M2型)和敞開對稱型(M4型)復(fù)合點壩中側(cè)積體類型和占比最為接近，反映了這2類復(fù)合點壩在成因上的相似性。

5 分布概率分析復(fù)合點壩平面非均質(zhì)性

利用以上復(fù)合點壩與側(cè)積體構(gòu)型樣式分布概率統(tǒng)計成果，以及復(fù)合點壩構(gòu)型樣式分類演化圖版(表 4；圖 10)，本次研究提出了一種分析復(fù)合點壩內(nèi)部構(gòu)型樣式與儲集層平面非均質(zhì)性的方法。

圖 11 巴布亞新幾內(nèi)亞奧克泰迪河復(fù)合點壩10(M1i亞類)內(nèi)部非均質(zhì)性解釋流程Fig.11 Flow chart for explaining the heterogeneity of the Composite Point Bar 10(M1i subtype) of Ok Tedi River in Papua New Guinea

在傳統(tǒng)儲集層表征研究中，通過研究區(qū)的井震資料一般可以表征出8級構(gòu)型單元(復(fù)合點壩)的形態(tài)，對于更精細的級次(單一點壩、側(cè)積體等級次)，受限于資料分辨率難以表征(胡光義等，2018)。仔細分析復(fù)合點壩衛(wèi)星照片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜性主要是由于河道多期變向遷移所致。通過復(fù)合點壩外形特征，可以判斷出其類型(表 2)，進而通過演化圖版(圖 3)恢復(fù)出其演化歷史，對復(fù)合點壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)樣式達到定性分析的程度，再通過各類復(fù)合點壩和側(cè)積體概率分布，可以進一步半定量恢復(fù)出復(fù)合點壩內(nèi)部構(gòu)型樣式與儲集層平面非均質(zhì)性。

為了驗證方法的可行性、有效性，本次研究以樣本的衛(wèi)星照片為例說明工作流程。樣本的衛(wèi)星照片可以直接觀察出其內(nèi)部構(gòu)型特征，可以驗證工作成果。圖 11以奧克泰迪河復(fù)合點壩10(M1i亞類)樣本為例，簡述分析復(fù)合點壩內(nèi)部構(gòu)型樣式與儲集層非均質(zhì)性的工作流程。

1)首先需要明確復(fù)合點壩儲集層非均質(zhì)性的成因主要是河道變向遷移和疊置造成的，所以第1步應(yīng)反推出河道的演化歷史。這主要依據(jù)本次研究建立的曲流帶演化解釋圖版(圖 3)。

2)傳統(tǒng)井震結(jié)合的儲集層表征方法，一般可以解剖出復(fù)合點壩的邊界形態(tài)(岳大力等，2018；Yueetal.，2019)。依據(jù)其形態(tài)、長寬比和對稱性等參數(shù)特征，按照復(fù)合點壩構(gòu)型樣式分類表(表 2)，判別出復(fù)合點壩的類型和編號。以奧克泰迪河復(fù)合點壩10樣本衛(wèi)星照片為例說明，根據(jù)復(fù)合點壩樣本的形態(tài)、長寬比和對稱性，判斷出其為Mli型復(fù)合點壩(圖 11-A，11-BⅠ)。

3)依據(jù)曲流帶演化解釋圖版(圖 3)，反推出復(fù)合點壩的演化過程。如M1i亞類復(fù)合點壩，可以依據(jù)圖版反推出前期點壩類型分別為M1a、M4d和M4e亞類。該步驟的難點在于多解性，往往一個復(fù)合點壩類型有多種可能的反推結(jié)果。這需要參考相鄰層位的解釋成果、復(fù)合點壩的定量規(guī)模、鄰近復(fù)合點壩的特征、曲流河的總體演化規(guī)律、復(fù)合點壩概率分布等已知信息綜合分析判斷(圖 11-BⅡ，11-BⅢ，11-BⅣ)。

4)識別出曲流環(huán)的河灣頂點、河灣轉(zhuǎn)換點、彎曲度變化點，初步判斷所形成點壩的平面非均質(zhì)性分布。依據(jù)的理論基礎(chǔ)是彎曲度變化處通常為流速差異最大的區(qū)域，沉積物巖性發(fā)生變化。普遍表現(xiàn)為上游壩位置巖性粒度粗，下游壩位置巖性粒度細，凹岸發(fā)生剝蝕作用(Carter，2003；Smithetal.，2009；Colomberaetal.，2017)。

5)將反推出的各復(fù)合點壩與初解釋的復(fù)合點壩疊置，根據(jù)復(fù)合點壩概率分布(圖 9-a)半定量化判斷其疊置面積，早期低彎度曲流河覆蓋于晚期高彎度曲流河之上(圖 11-CⅠ)。

6)半定量確定復(fù)合點壩內(nèi)側(cè)積體分布樣式。依據(jù)復(fù)合點壩與側(cè)積體構(gòu)型樣式概率分布關(guān)系(圖 10，表 4)，初步推斷出各復(fù)合點壩內(nèi)側(cè)積體的分布組合樣式。進一步根據(jù)側(cè)積體概率分布(圖 9-b)，半定量繪制出各亞類側(cè)積體在復(fù)合點壩內(nèi)的分布面積(圖 11-CⅡ)。

7)將各類復(fù)合點壩、側(cè)積體合并，根據(jù)各曲流帶拐點位置判斷出非均質(zhì)性(圖 11-CⅢ)。

8)將曲流帶上相同性質(zhì)的拐點連接，連接線替換為不同非均質(zhì)性類型的界線，一般認為相鄰區(qū)域儲集層非均質(zhì)性是連續(xù)漸進變化的，上游壩巖性粗、下游壩巖性細，所以從復(fù)合點壩靠上游區(qū)域至下游區(qū)域用漸變的顏色填充，形成最終復(fù)合點壩內(nèi)部構(gòu)型樣式和平面非均質(zhì)性成果圖件(圖 11-CⅣ)。

6 結(jié)論

1)通過樣本數(shù)據(jù)分析，將復(fù)合點壩劃分為4個大類、25亞類，4個大類包括敞開非對稱型(M1型)復(fù)合點壩、棱角型(M2型)復(fù)合點壩、閉合型(M3型)復(fù)合點壩、敞開對稱型(M4型)復(fù)合點壩。M1型復(fù)合點壩細分為9個亞類，M2型細分為4個亞類，M3型細分為7個亞類，M4型細分為5個亞類。將側(cè)積體構(gòu)型樣式劃分為8個大類，分別為側(cè)向遷移型、側(cè)向旋轉(zhuǎn)型、二次順流遷移型、擴張型、順流遷移型、順流變向型、復(fù)合型和殘存型，每種類型進一步細分，劃分為22種亞類模式。

2)各類型復(fù)合點壩和側(cè)積體統(tǒng)計樣本中，敞開對稱型(M4型)復(fù)合點壩占比最大，二次順流遷移型側(cè)積體占比最大。

3)通過復(fù)合點壩與側(cè)積體構(gòu)型樣式分布概率統(tǒng)計成果，以及復(fù)合點壩構(gòu)型樣式分類演化圖版，可以在資料較少的情況下分析復(fù)合點壩平面非均質(zhì)性。