多類型河流體系沉積模式及對油氣的控制作用

褚慶忠，武澤，王連進，邵先杰，劉英杰

(燕山大學，河北秦皇島 066004）

多類型河流體系沉積模式及對油氣的控制作用

褚慶忠，武澤，王連進，邵先杰，劉英杰

(燕山大學，河北秦皇島 066004）

依據巖心、化驗分析及測井等資料，詳細分析了渤海灣地區秦皇島32－6油田高彎度曲流河、低彎度曲流河和辮狀河等3種河流沉積體系的沉積微相類型及特征。通過對沉積基準面變化規律的分析，研究了3種河流類型在縱向上的交互沉積模式。不同河流沉積體系的沉積微相類型及砂體結構特征不同，從而表現出了不同的儲集性能和含油氣豐度。曲流點壩微相含油豐度最高，其他依次為辮狀河道、決口扇、低彎度曲流河道和高彎度曲流河廢棄河道微相。研究結果可為下一步的滾動勘探提供目標地區和層位。

秦皇島32－6油田；沉積模式；辮狀河；曲流河；含油氣豐度

1 地質概述

渤海灣盆地構造上位于太行山，魯西和膠、遼隆起之間，經歷了中晚元古代克拉通邊緣拗拉槽階段、古生代克拉通階段、中生代擠壓隆升剝蝕階段和新生代裂谷階段的復雜構造演化過程，是典型的疊合盆地［1］。由于新生代構造運動等因素影響，在上第三系明化鎮組沉積時期，發育了不同類型的河流沉積體系交替沉積序列。

秦皇島32－6油田是一個在前第三系古潛山(石臼坨凸起)背景上發育起來的并被斷層復雜化了的大型低幅度披覆構造［2］。油層埋深淺，一般為950～1 500 m，成巖程度較低，平均孔隙度為28%，平均滲透率為1 500×10－3μm2，縱向上含油層位多，油水關系復雜。油田主要目的層發育于新生界上第三系明化鎮組下段，于2001年10月相繼投入開發，投產初期基本沒有無水采油期，表現出綜合含水率上升快、采油速度低、產量遞減速度快等特點。迫切需要通過沉積微相及沉積模式的研究，查明其儲層的沉積微相及相帶變化規律。這不僅能優化儲層的劃分與對比，而且有利于砂體及其非均質性預測，為油藏開發尋找剩余油，并針對不同的河流類型及微相采取不同的措施，改善油田的開發效果提供依據［3－4］。

2 不同類型河流體系的沉積微相特征

秦皇島32－6油田明化鎮組下段可進一步細分為Nm0、NmⅠ、NmⅡ、NmⅢ、NmⅣ、NmⅤ等6個油組、29個小層。其中，NmⅡ2－4層為砂質辮狀河沉積體系，Nm01、NmⅠ1、NmⅠ2、NmⅤ3、NmⅤ4、NmⅤ5等6個小層為低彎度曲流河沉積體系，其他20個小層為高彎度曲流河沉積體系。不同河流體系由于其地質背景、沉積機制以及水動力條件的差異，發育有不同的沉積微相類型，表現出不同的砂體幾何特征和不同的內部連通結構［5］。

2.1 高彎度曲流河沉積體系特征

高彎度曲流河砂體厚度一般為2～15 m，彎曲度為1.5～3.0，根據對沉積環境標志的研究，進一步劃分為點壩、廢棄河道、決口扇、天然堤和泛濫平原等5種微相(圖1)。

2.1.1 點壩微相

點壩砂體是高彎度曲流河沉積體系的砂體骨架。巖性以細砂巖、粉砂巖為主，只在底部的滯留層段發育有厚度較薄的中砂巖。主要發育槽狀交錯層理、板狀交錯層理、波狀交錯層理和水平層理等，分選較好。平面上多呈新月形分布在凸岸一側，砂體規模大小受曲率半徑、滿岸河深及滿岸河寬等因素的影響［6］。該區點砂壩微相發育規模變化較大，厚度一般為2～22 m，最大厚度可達30.7 m，長度為439.1～4 839.7 m、寬度為442.0～5 351.7 m，砂體長寬比為1.0～3.5，面積為0.1～10.3 km2，曲率半徑為217.7～1 478.7 m。有效孔隙度為24%～38%，空氣滲透率為500×10－3～2 500×10－3μm2。

圖1 秦皇島32－6油田06小層沉積微相

橫剖面上呈透鏡狀，凸岸一側厚度薄，凹岸一側厚度大?？v向上表現為正韻律特征，下粗上細，電測曲線呈底部突變、頂部漸變的中高幅度鐘形。點壩砂體縱向上可劃分為3段，底部為厚度較薄的河道滯留沉積單元，一般為1～2 m，粒度較粗，多為中砂巖，分選較差，與下伏泥巖呈沖刷接觸，橫向上連通較好。而中部為側積體單元，由細砂巖和粉砂巖組成。由于發育有不同規模的泥質側積夾層，砂體之間不相連通或呈半連通狀。上部為加積成因的粉砂巖和泥質粉砂巖等細碎屑沉積，厚度為1～3 m。這3個單元構成了曲流河點壩砂體完整的縱向序列。

2.1.2 廢棄河道微相

廢棄河道充填是高彎度曲流河沉積體系中特有的一種沉積微相，其砂層厚度較薄，一般為1～2 m，巖性以中砂巖為主，含有較多的泥礫，泥礫大小為5～15 mm，并且有較高的磨圓度。主要發育沖刷構造和槽狀交錯層理，電測曲線呈高幅指狀，平面上位于河道凹岸一側，與點壩砂體過渡接觸。

2.1.3 決口扇微相

決口扇是由于洪水的間隙性暴發，河水攜帶的沉積物突破天然堤被沖刷到泛濫平原上形成的決口充填沉積，一般發育在曲流河的凹岸外側。平面上呈扇狀、朵狀、條帶狀及不規則狀。縱向上也常因多期疊加而呈薄互層狀，有時厚度可達10 m以上。巖性一般較細，分選差，主要為細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖，發育波狀交錯層理、波狀層理、波紋爬升層理和水平層理，見植物化石碎片。電測曲線多為低幅指狀、復合韻律狀等。由于受地勢、地貌及河道彎曲度等因素的影響，決口扇發育規模變化較大，規模最小的僅為400 m×800 m，厚度為1～4 m，這一類儲層物性較差，一般不能形成有效儲層；規模較大的可達1 600 m×3 600 m，厚度為5～10 m，物性較好的部位可形成有效儲層。

2.1.4 天然堤微相

巖性以粉砂巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖為主，發育小型波狀交錯層理、波狀層理和水平層理等，平面上呈楔形窄條狀分布于河道兩岸，縱向上一般發育在曲流點壩之上，電測曲線呈低幅齒狀，分選較差。一般不會成為有效儲層。

2.1.5 泛濫平原微相

以紫紅色塊狀泥巖為主，局部夾粉砂巖、粉砂質泥巖及泥質粉砂巖，巖心斷面呈疙瘩狀，見大量鈣質結核和植物根痕化石，泥裂構造、雨痕構造發育。

電測曲線平直且齒化嚴重。

2.2 低彎度曲流河沉積體系特征

秦皇島32－6油田的低彎度曲流河是介于高彎度曲流河和辮狀河之間的一種過渡類型，彎曲度一般為1.2～1.5，可細分為河道、決口扇、天然堤和泛濫平原等4種微相(圖2)。天然堤和泛濫平原微相與高彎度曲流河的特征基本一致［7］。

2.2.1 河道微相

巖性以細砂巖、粉砂巖及泥質粉砂巖為主，發育小型槽狀交錯層理、板狀交錯層理及水平層理等沉積構造。河道寬度為300～1 500 m，砂體厚度變化大，一般為2～8 m，最大可達18 m，呈砂壩狀分布，多為順河道方向透鏡狀，縱向上呈加積結構。電測曲線為典型的正韻律特征。有效孔隙度為20%～30%，空氣滲透率為300×10－3～2 000×10－3μm2。

2.2.2 決口扇微相

低彎度曲流河的決口扇比高彎度曲流河更發育，且發育規模變化大，普遍分布在河道兩側的低洼處，規模最大可達2 000 m×4 000 m，厚度一般為2～6 m，最大可達12 m，平面上常呈扇狀、透鏡狀及不規則狀。巖性以粉砂巖、泥質粉砂巖及粉砂質泥巖為主，發育波狀交錯層理、波紋層理及水平層理等，電測曲線表現為低幅的反韻律及復合韻律。

圖2 秦皇島32－6油田V3小層沉積微相

2.3 辮狀河沉積體系特征

砂質辮狀河由多條河道側向拼接，呈大面積分布(圖3)，剖面上呈現頂平底凸的特征?？蓜澐譃楹拥篮秃勇?個微相［8］。

2.3.1 辮狀河道微相

辮狀河道微相是辮狀河沉積體系的主要儲集體部分，由于其頻繁改道，使得多期成因的河道砂體橫向上連片分布、縱向上相互疊置，呈沖刷充填結構，形成廣泛分布的厚砂體，稱為“泛連通體”［9］。整個河道平面呈十分寬闊的帶狀。主要為中砂巖、細砂巖和粉砂巖，寬度為4 349.2～5 906.1 m，厚度為5～30 m。內部可細分出4～6期河道單元，每期單元底部都存在沖刷面，單個河道單元厚度為2～5 m，寬度為500～2 000 m。沉積構造以槽狀交錯層理、板狀交錯層理為主，電測曲線以頂底部突變的箱狀特征為主，也見底部突變上部漸變的鐘形曲線。河道中間發育大量不規則“土豆”狀和“紡錘”狀的縱向、橫向及斜向河道砂壩，砂壩厚度一般為10～36 m，最厚達40 m以上，最大達850 m×2 300 m。

根據巖心觀察，發育完整的辮狀河道單元一般可劃分成3個沉積單元：①底部高能單元，多為中砂巖，河道底部沖刷面含大量泥礫，泥礫直徑為5～20 mm，具有一定排列方向，發育大型槽狀交錯層理，反映河道發育早期水流搬運能力強；②中部加積單元，以細砂沉積為主，主要由垂向加積作用形成，發育板狀交錯層理、波紋爬升層理等；③頂部低能單元，以細砂和粉砂沉積為主，發育波紋層理，河道已進入發育晚期，水流搬運能量顯著降低。

圖3 秦皇島32－6油田Ⅱ2－4小層沉積微相

2.3.2 河漫灘微相

以灰綠色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖及塊狀泥巖為主，發育水平層理、波狀層理等。

3 多類型河流體系交替沉積模式

上第三系明化鎮組沉積時期，整個渤海灣地區進入以拗陷作用為主的演化階段，且沉積范圍不斷擴大，與下伏館陶組之間屬于連續沉積。其沉積序列與館陶組河流相相比，具有一定的繼承性。渤海灣盆地受郯－廬大斷裂帶的多期幕式構造運動的影響，導致明化鎮組沉積時期，沉積基準面頻繁小幅度的升降，使得不同彎度的曲流河、辮狀河在空間上反復交替出現。從下部Ⅴ油組到O油組，經歷了沉積基準面下降—上升—下降—上升的過程(圖4)。沉積基準面上升幅度最大時期發生在Ⅱ油組。受沉積基準面變化影響，自下而上依次出現了低彎度曲流河道—高彎度曲流河—辮狀河—高彎度曲流河—低彎度曲流河沉積體系的交替。

4 微相對油氣的控制作用

由于不同類型的河流體系發育的沉積微相類型不同，巖性、粒度、分選、填隙物特征以及時空展布特征等各不相同，從而導致了不同的含油氣分布特征［10－11］，根據統計分析結果，微相類型對含油氣豐度的分布起著重要的控制作用。

(1)點壩砂體厚度適中，平面上呈透鏡狀分布，縱向上頂底均有厚層泥巖分隔，儲、蓋、圈閉條件好，含油氣豐度最高，點壩砂體的儲量占總儲量的58.4%，含油氣豐度最高。

(2)砂質辮狀河道砂體厚度大，粒度粗，物性好，砂體平面上大面積連通，縱向上隔層厚度薄，封隔作用差，對于構造幅度較低的秦皇島油田，不利于油氣聚集，大部分地段表現為底水油藏，油氣充滿度比較低，所以含油氣豐度略低于曲流點壩砂體，其儲量占總儲量的23.7%，含油氣豐度中等。

(3)決口扇砂體，由于研究區的決口沉積比較發育，且規模較大，多期決口扇在空間上相互疊置，雖然砂體變化大，分選差，非均質性嚴重，其儲量仍占8.0%。其他依次為低彎度曲流河道和高彎度曲流河廢棄河道，低彎度曲流河道砂體分布范圍窄，厚度變化大，油氣豐度低，其儲量只占總儲量的5.5%。而高彎度曲流河廢棄河道厚度薄，砂體規模小，泥礫含量高，物性差，含油氣豐度低，占總儲量的3.4%。天然堤及其他微相幾乎不含油。因此，在滾動擴邊時，應充分利用微相研究結果，有針對性地優選目標地區和層位，提高鉆井成功率。

5 結論

(1)在明化鎮組沉積時期，由于沉積基準面的頻繁小幅度的升降，在渤海灣盆地秦皇島32－6油田形成了復雜、有規律的不同類型河流相交替沉積體系。

(2)微相類型對含油豐度的分布起著重要的控制作用，曲流點壩微相含油氣豐度最高，其他依次為辮狀河道、決口扇、低彎度曲流河道和高彎度曲流河廢棄河道微相。

圖4 秦皇島32－6油田沉積序列綜合柱狀圖

(3)不同河道砂體的內部構型不同，開發過程中表現出的生產特征不同。曲流河點壩砂體呈正韻律，以側積作用為主，縱向非均質性嚴重，由于側積夾層的阻隔，砂體橫向上構成了一個“半連通體”，注水后見效慢。辮狀河道砂體多呈均勻型韻律，厚度大，橫向上分布穩定，構成了一個“泛連通體”。低彎度曲流河介于二者之間。

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編輯林樹龍

TE121

A

1006－6535(2014)03－0023－05

10.3969/j.issn.1006－6535.2014.03.005

20131124；改回日期：20140318

國家科技重大專項項目“大型油氣田及煤層氣開發”(2011ZX05038)

褚慶忠(1974－)，男，副教授，1998年畢業于中國地質大學(武漢)石油與天然氣地質勘探專業，2003年畢業于該校礦產普查與勘探專業，獲博士學位，現主要從事石油地質與工程方面的教學和科研工作。