李曉輝，杜曉峰，官大勇，王志萍，王啟明

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

河流相儲層是陸相盆地中發(fā)育最廣泛的碎屑巖儲層類型之一，具有非常高的油氣發(fā)現比例［1-3］。以渤海油田為例，河流相儲層探明儲量占總探明地質儲量的53%，油氣產量占總產量的64%［4-5］?？碧綄嵺`表明，河流類型控制著河流相儲層的展布和物性特征，明確河流類型對于相關地區(qū)儲層預測以及制定合理的開發(fā)方案都具有重要意義。

河流類型的劃分方案較多，根據彎曲度與分岔指數，可將河流劃分為順直河（straight river）、辮狀河（braided river）、曲流河（meandering river）及網狀河（anastomosing river），這也是最常用的分類方案，其中曲流河與辮狀河是現代沉積以及科研生產中出現頻率最高的2 種河流類型［6-9］。隨著各大盆地勘探程度的不斷加深，勘探研究的不斷精細，研究人員逐漸意識到，辮狀河與曲流河作為河流不同的發(fā)育階段時常在空間上同時存在，但二者之間并不是簡單的非此即彼，曲流河與辮狀河受地形地貌、物源供給、氣候變化等條件的控制經常相互轉換［10-11］，而且這種轉換不是截然的，二者之間會存在一個兼具2 種河流類型沉積特征的過渡階段［12］。Walker［13］在研究河道廢棄過程時首先提出了過渡型河道的發(fā)育機理；Schumm［14］和Hooke［15］則通過現代沉積的觀察證實了這種河流類型的存在，并將河流的這個階段命名為“辮曲過渡型河流”。近些年，國內學者基于現代沉積及露頭觀察，對辮曲過渡型河流進行了研究。其中，譚程鵬等［16］在對準噶爾盆地頭屯河組露頭研究的基礎上，建立了辮曲過渡型河流的沉積模式；李勝利等［17］研究了辮曲過渡型河流的沉積轉換特征及河道廢棄模式，并建立了辮曲過渡型河流的典型沉積序列。然而，國內學者對這種過渡型河流的研究仍相對較少，且相關研究缺少勘探實踐的驗證。

以渤海灣盆地遼東灣坳陷東北部館陶組為研究對象，在現有研究成果的基礎上，識別出辮曲過渡型河流沉積，并系統對比辮狀河、辮曲過渡型河流及曲流河的沉積差異，分析辮曲過渡型河流沉積在油氣勘探中的成藏優(yōu)勢，以期為相似地區(qū)油氣勘探提供借鑒。

1 地質概況

遼東灣坳陷位于渤海海域東北部，是渤海灣盆地的一個次級構造單元，面積約2.6×104km2，坳陷內自西向東細分為遼西凹陷、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷等5 個構造單元，各單元均呈北東—南西向近平行展布，形成“三凹夾二凸”的構造格局［18-19］。新生代以來遼東灣坳陷構造演化比較復雜，先后經歷了古新世至始新世早期伸展拉張裂陷階段（裂陷Ⅰ幕，38.0～65.0 Ma）、始新世晚期盆地裂后熱沉降階段（32.8～38.0 Ma）、漸新世再次裂陷階段（裂陷Ⅱ幕，24.6～32.8 Ma）以及新近系整體坳陷下沉階段［20］。研究區(qū)位于遼東灣坳陷東北部（圖1a），受控于構造演化及斷裂活動，研究區(qū)新生界沉積有沙河街組、東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組（圖1b），其中在凹陷區(qū)，新生界沙河街組二段至明化鎮(zhèn)組直接覆蓋在前新生界基底之上；凸起區(qū)新生界主要發(fā)育東營組一段和二段以及新近系，只在局部沉積有較薄的沙河街組［18，21］。

遼中凹陷北部是整個遼東灣坳陷新生代的沉積中心，特別是新近紀以來，遼中凹陷及遼東凹陷填平補齊作用明顯，伴隨構造沉降作用，遼東凸起逐漸消失，整個遼東灣坳陷北部地區(qū)呈現出均一化沉積的特點。研究區(qū)作為一個統一的沉積中心接受了來自膠遼隆起大量的陸源碎屑，為該區(qū)新近系沉積體系的發(fā)育提供了充足的物質基礎［22］。

2 層序地層劃分及沉積類型

2.1 層序地層劃分

遼東灣坳陷東北部共有探井16 口，結合探井地質資料及覆蓋全區(qū)的三維地震資料，以層序地層理論為指導，建立了研究區(qū)層序地層格架。其中館陶組底部為一套厚層含礫砂巖，與東營組呈角度不整合接觸，館陶組頂部發(fā)育一套穩(wěn)定的泥巖，可將其作為地層對比及層序劃分的標志層。在館陶組內部，經過井震標定和對比分析，識別出2 個可進行區(qū)域對比追蹤的層序界面，自下而上分別命名為SB1 和SB2，這2 個層序界面將館陶組劃分為3個層段，自下而上分別為館下段、館中段和館上段（圖2a）。

2.2 沉積類型

遼東灣坳陷東北部館下段砂巖含量相對較高，巖性組合主要為厚層砂礫巖或含礫砂巖夾薄層泥巖；測井曲線上，以箱形或下部箱形頂部鐘形疊加為典型特征，整體上反映出強水動力、河流不斷改道、相互沖刷疊加的沉積特征，為典型的辮狀河沉積。館上段砂巖含量相對較低，巖性組合主要為中—厚層砂巖夾中—厚層泥巖；測井曲線上，以完整的鐘形為典型特征，反映出單期河道砂巖向上變細的“二元結構”，同時可見少量指形和漏斗形，反映出天然堤和決口扇的沉積相組合，綜合判斷為曲流河沉積［23-24］。館中段主要發(fā)育中—薄層砂巖與中—厚層泥巖的互層；測井曲線主要為小幅度箱形、鐘形和指形的疊加（圖2b）。

對于館中段的沉積體系類型，部分研究人員認為其屬于辮狀河沉積，也有人認為屬于曲流河沉積，或者將館中段一分為二，認為下部發(fā)育辮狀河，上部發(fā)育曲流河。針對館中段沉積體系類型認識不清的問題，此次研究以館中段為重點層段，結合遼東灣坳陷東北部館陶組鉆井、測井、取心、巖礦及地震等資料，從現代沉積類比、構造演化趨勢、巖心沉積特征和地震正演模擬4 個方面進行系統分析，認為研究區(qū)館中段沉積體系類型主要為辮曲過渡型河流沉積。

（1）現代沉積類比

借助遙感地圖軟件，對我國長江上游（宜賓段）、黃河上游（銀川段）、松花江、雅魯藏布江、灤河進行了現代沉積形態(tài)學觀察，發(fā)現在辮狀河向曲流河演化的過程中，普遍發(fā)育兼具辮狀河與曲流河沉積特征的辮曲過渡型河流（圖3）。河流類型的轉化是沉積旋回、地貌、地形坡度、氣候、流量、含砂量、河床抗沖程度等多種因素共同影響的結果［10-11，25］，而且這些控制因素的變化并不是截然突變的，辮狀河不會驟然轉化成曲流河，也不存在大規(guī)模心灘沉積的突然消失和曲流河邊灘沉積的突然出現。通過對現代沉積的觀察也進一步證實了辮曲過渡型河流是廣泛存在于辮狀河與曲流河之間的沉積形式，主要發(fā)育在辮狀河心灘規(guī)模和數量逐漸減小、邊灘開始出現并且規(guī)模逐漸增大的階段，此時辮狀河河道開始變得彎曲，但還沒有達到常規(guī)曲流河的彎曲度。

（2）構造演化趨勢

遼東灣坳陷新近系處于整體沉降階段，特別是遼中凹陷北部地區(qū)，構造沉降最明顯，是遼東灣坳陷新近系的沉降和沉積中心［17］。構造沉降導致整個遼東灣坳陷在新近系的可容納空間不斷增大，基準面持續(xù)上升。同時，研究區(qū)處于物源區(qū)與區(qū)域沉降沉積中心的過渡區(qū)域，受構造和沉積旋回的控制，具有沉積體系持續(xù)順向演化的條件，即垂向上河流相持續(xù)地從低成熟階段（辮狀河）向高成熟階段（曲流河）演化。研究區(qū)館下段屬于辮狀河沉積，館上段屬于曲流河沉積，館中段具備發(fā)育辮曲過渡型河流的宏觀地質條件。通過觀察研究區(qū)內已鉆井巖性組合特征后發(fā)現，館中段在砂巖厚度、泥巖厚度以及砂地比等方面與館下段和館上段均具有明顯差異，且存在自下而上逐漸過渡的特征，這也表明研究區(qū)館中段具有發(fā)育辮曲過渡型河流沉積的可能。

（3）巖心沉積特征

譚程鵬等［16］、李勝利等［17］在根據露頭觀察和測量建立的沉積模式中，定義了辮曲過渡型河流的典型沉積序列（圖4a）。通過對研究區(qū)JZ-A 井館中段巖心進行分析和對比后發(fā)現，館中段巖心沉積序列組合特征（圖4b）與典型辮曲過渡型河流的沉積序列組合特征十分類似。館中段巖心可見明顯的河道疊加，但河道下切幅度較小，往往只有頂部被下一期河道沖刷，保留了單期河道中上部細粒沉積和下部沉積序列。具體巖相組合特征（圖4c）表現為：館中段河道底部發(fā)育沖刷面，巖性以含礫砂巖為主，底部可見礫石；河道中下部發(fā)育槽狀交錯層理與高角度板狀交錯層理組合，巖性以中—細砂巖為主，向上粒度逐漸變細，整體帶有辮狀河道的沉積特征；河道中上部主要發(fā)育小規(guī)模的槽狀交錯層理與低角度下切型板狀交錯層理，巖性為細—粉砂巖，局部可見粉砂巖發(fā)育，整體反映出水動力能量減弱的特點；河道上部多被下一期河道沖刷，個別發(fā)育完整的河道，可見沙紋交錯層理粉砂巖、塊狀泥巖，局部泥巖沉積也有一定的規(guī)模，且含有炭質碎屑，來源于河道間小型泥沼沉積。從巖心反映出的水動力強度、巖相組合、沉積序列、河道疊置樣式可以看出，研究區(qū)館中段沉積特征與典型辮曲過渡型河流沉積特征相似，證明館中段發(fā)育辮曲過渡型河流沉積。

（4）地震正演模擬

研究區(qū)館下段辮狀河河道砂體垂向上相互疊置，橫向連片，厚度大，范圍廣，泥巖主要以薄夾層的形式出現；館上段曲流河砂體相互孤立發(fā)育，周圍被厚層泥巖包裹，砂體分布比較局限。根據現有的沉積模式，辮曲過渡型河流沉積砂體呈現出側切疊置的沉積特征，其河道砂體分布比辮狀河河道砂體的分布更加分散，但砂體之間大多沒有分離，橫向上多為首尾相切，相互連通，縱向上發(fā)育規(guī)模不等的泥巖夾層?；谝陨险J識，建立了辮狀河、辮曲過渡型河流和曲流河河道砂體的地震反射正演模型（圖5）。通過對比發(fā)現，研究區(qū)館中段地震相具有中—強振幅、中等頻率以及斷續(xù)反射特征，與辮曲過渡型河流河道砂體的正演結果特征高度相似；同時，館下段與館上段的地震相也分別符合辮狀河和曲流河砂體的正演特征。這從宏觀上進一步說明了研究區(qū)館陶組自下而上沉積體系類型由辮狀河向曲流河過渡，其中館中段發(fā)育辮曲過渡型河流沉積。

3 沉積特征

沉積特征是對沉積體系類型進行識別最關鍵的因素。截至目前遼東灣坳陷東北部共有探井16口，且均鉆穿館陶組，這為研究辮曲過渡型河流沉積特征奠定了非常豐富的資料基礎，也在一定程度上彌補了這種新認識的河流類型在鉆探驗證上的空白。借助鉆井地質資料，結合區(qū)域地質認識以及以往的研究成果，對比分析了研究區(qū)辮曲過渡型河流與辮狀河及曲流河沉積特征的差異性，對加深地質認識、充分挖掘其勘探潛力具有重要意義。

3.1 宏觀特征

遼東灣坳陷東北部館陶組沉積時期，基準面持續(xù)上升。館下段辮狀河發(fā)育時期，基準面較低，水動力較強，河道平直，下切明顯，河道砂體相互沖刷疊加，沉積作用以垂向加積為主，形成厚層連片砂體，且泥巖分布比較局限；在測井曲線上，辮狀河砂體主要呈箱形或下部箱形上部鐘形相疊加的形態(tài)特征。館中段沉積時期，隨著基準面逐漸上升，河水水動力減弱，河道彎曲度增加，河流類型轉變?yōu)檗p曲過渡型河流，此時心灘在河道凹岸一側逐漸出現側積作用，并伴隨著加積作用的減弱，河床整體變窄，心灘數量逐漸減少，同時在河道凸岸開始出現小規(guī)模的邊灘沉積；辮曲過渡型河流河道砂體首尾相切疊加，橫向上多相互連通，砂體間發(fā)育規(guī)模不等的泥巖夾層，部分泥巖分布比較穩(wěn)定；測井曲線上，辮曲過渡型河流河道砂體呈下部箱形上部鐘形或者多個鐘形曲線連續(xù)疊加的形態(tài)組合特征。館上段曲流河發(fā)育時期，基準面較高，水動力較弱，河道彎曲度較高，河道砂體沉積作用以側向加積為主，邊灘為最主要的砂質沉積，但不同的邊灘砂體相互孤立，砂體多被厚層泥巖包裹，連通性較差；測井曲線上，曲流河河道砂體具有明顯的鐘形形態(tài)，且常伴有少量漏斗形和指形曲線組合。通過統計研究區(qū)已鉆井館陶組不同層段巖性組合特征發(fā)現，辮狀河單砂體平均厚度為7.5 m，單層泥巖厚度平均為2.7 m，砂地比為65%～90%，平均砂地比為77%；辮曲過渡型河流單砂體平均厚度為3.6 m，單層泥巖厚度平均為3.5 m，砂地比為45%～55%，平均砂地比為51%；曲流河單砂體平均厚度為3.1 m，單層泥巖厚度平均為4.2 m，砂地比為35%～45%，平均砂地比為39%（圖6）。

3.2 微觀特征

遼東灣坳陷東北部館陶組3 種河流類型微觀沉積特征（圖7）的差異主要表現在以下幾個方面：①在辮狀河到曲流河的演化過程中，砂巖中層理規(guī)模與傾角逐漸變小，其中辮狀河河道砂巖槽狀交錯層理規(guī)模最大且呈現多層疊加的特點，發(fā)育高角度下截型板狀交錯層理，沖刷面頻繁出現；辮曲過渡型河流河道砂巖中交錯層理規(guī)模變小，沖刷面間隔發(fā)育，且部分沖刷面下可見沙紋層理；曲流河中槽狀交錯層理規(guī)模更小，且集中發(fā)育在河道下部，向上逐漸過渡為低角度下切型板狀交錯層理，河道中上部細砂巖中可見多套沙紋層理，頂部為河漫相塊狀泥巖沉積。②通過統計不同河流類型砂巖薄片數據發(fā)現，辮狀河砂巖巖屑平均體積分數達47%，石英平均體積分數為24%；辮曲過渡型河流砂巖巖屑平均體積分數為31%，石英平均體積分數為32%；曲流河砂巖巖屑平均體積分數為29%，石英平均體積分數為31%?？傮w表現為，從辮狀河向曲流河轉化過程中，砂巖成分成熟度逐漸升高。③在典型河道砂巖粒度分布柱狀圖上，辮狀河在中砂巖上出現單個高峰值，且在不同粒度區(qū)間內均有一定數量分布，體現出分選較差的特點；辮曲過渡型河流砂巖粒度分布比較均勻，并在中砂巖及細粉砂巖處出現2 個峰值；曲流河砂巖則在細粉砂巖處出現單個峰值，粒度集中分布在細粉砂巖周圍。④通過壁心觀察發(fā)現，研究區(qū)辮狀河河道砂巖含礫較多，壁心可見礫石最大直徑可達7 mm，且砂巖整體偏粗，分選較差；辮曲過渡型河流砂巖中也可見礫石發(fā)育，粒徑普遍為2～4 mm，砂巖分選中等；曲流河在河道底部沖刷面附近可見礫石，但更多的壁心顯示曲流河以細粉砂巖為主，砂巖分選好，結構成熟度高。

4 油氣勘探意義

遼東灣坳陷東北部館陶組總體上體現出自下而上、自物源區(qū)向凹陷區(qū)，由辮狀河向曲流河逐漸過渡轉換的演化特征。在沉積相類型劃分的基礎上，統計了研究區(qū)已鉆探井館陶組不同河流類型已鉆遇砂巖的油氣成藏情況。結果表明，研究區(qū)辮狀河砂巖油氣顯示非?；钴S，89%的儲層至少有D 級熒光顯示，而油氣成藏比例只有52%，尤其是大于30 m 的厚層砂巖，成藏比例不足20%，且已經成藏的往往油氣只集中在厚層砂巖頂部；辮曲過渡型河流沉積有87%的砂巖有油氣顯示，而有顯示的砂巖中82%形成油藏，綜合砂巖成藏比例達到71%；曲流河砂巖油氣顯示比例只有52%，其中有顯示的砂巖幾乎全部成藏，綜合砂巖成藏比例為47%（圖8）。此外，在研究區(qū)16 口已鉆井中，辮曲過渡型河流砂體累計發(fā)現油層174.5 m，占已發(fā)現油層的56%，探明儲量占研究區(qū)總儲量的61%，在3 種類型河流砂體中占據絕對的主導地位。

遼東灣坳陷東北部油源充足，油氣縱向運移通暢［26］，同時館陶組埋深淺，壓實程度低，儲層孔滲條件普遍比較優(yōu)越，綜合分析認為，油氣保存條件以及橫向疏導是影響研究區(qū)館陶組成藏差異的主要因素。研究區(qū)館下段辮狀河儲層厚度大且連片發(fā)育，厚層砂巖中發(fā)育薄層泥巖，但泥巖范圍局限，整體呈現砂包泥的巖石組合特征，難以形成足夠的封蓋條件；此外，受斷裂控制的厚儲層砂泥對接困難，需要更加苛刻的側封條件才能形成有效圈閉，這些因素致使辮狀河沉積雖然儲層厚、連通性好，但是油氣容易通過過度連通的儲層發(fā)生溢散而導致“運而不聚”，油氣顯示活躍但是成藏比例較低。館上段曲流河沉積具有泥包砂的巖石組合特征，且泥巖厚度大、分布廣，蓋層條件普遍比較好，但曲流河砂巖相互孤立發(fā)育，砂體之間連通性差，單個砂體如果不直接與油源溝通，則難以形成油氣聚集，所以研究區(qū)館上段曲流河砂體往往缺少油氣顯示，一旦有油氣顯示，則成藏的概率比較大。館中段辮曲過渡型河流沉積則兼具了辮狀河與曲流河的優(yōu)點，儲層厚度適中，河道砂體橫向側切疊加，具有較好的連通性，縱向上間隔發(fā)育穩(wěn)定分布的中—厚層泥巖，砂泥互層的巖石疊置樣式形成了優(yōu)越的儲蓋組合條件，有利于油氣的運移與保存以及大規(guī)模油氣藏的形成。

在已鉆井沉積相和地震相的約束下，對遼東灣坳陷東北部館陶組不同層段沉積體系及砂體展布特征進行了精細刻畫（圖9）。結果表明：館下段沉積時期，研究區(qū)內大部分地區(qū)以辮狀河沉積為主，大范圍連片的心灘砂體占據絕對主導地位，同時在西南部，河流接近沉積中心，能量減弱，河流類型轉換為辮曲過渡型河流；館中段沉積時期，研究區(qū)整體發(fā)育辮曲過渡型河流沉積，但結合區(qū)域地質認識認為，西南部儲層發(fā)育程度較東北部偏差；館上段沉積時期，研究區(qū)整體發(fā)育曲流河沉積?？傮w而言，研究區(qū)館陶組自下而上，由東北物源區(qū)向西南凹陷區(qū)，沉積體系類型由辮狀河向曲流河逐漸過渡轉變，其中在館下段西南部和館中段大部分地區(qū)發(fā)育辮曲過渡型河流沉積，具有較優(yōu)越的儲蓋組合條件，相應的具有較大的勘探潛力。

需要指出的是，河流相沉積，不管是辮狀河、曲流河還是辮曲過渡型河流，都是儲層條件比較好的沉積體系類型，隨著勘探程度的逐漸提高，精細勘探要求優(yōu)中選優(yōu)，因此辮曲過渡型河流相對而言具有最有利的成藏條件。

5 結論

（1）遼東灣坳陷東北部新近系館陶組館中段發(fā)育辮曲過渡型河流沉積，館陶組自下而上、由物源區(qū)至凹陷區(qū)，沉積體系類型由辮狀河逐漸過渡轉化為曲流河，河流類型的不同直接控制了館陶組不同層段儲層展布和成藏條件的差異。

（2）研究區(qū)辮狀河、辮曲過渡型河流及曲流河在地震相特征、測井形態(tài)特征、沉積水動力、巖石組合特征、巖礦成分以及成熟度等方面均存在顯著差異，且這3 種河流類型沉積特征均呈現出由辮狀河向曲流河逐漸過渡的演化趨勢。

（3）研究區(qū)辮狀河沉積儲層厚，連通性好，但蓋層條件較差，不利于油氣保存；曲流河沉積儲層孤立發(fā)育，連通性差，不利于油氣運聚；辮曲過渡型河流沉積河道砂體橫向側切疊加，相互連通，垂向上間隔發(fā)育規(guī)模性泥巖夾層，相對于辮狀河與曲流河具有更好的儲蓋組合和油氣疏導條件，有利于油氣規(guī)模性成藏。