單一河口壩砂體規模的定量表征

李少華，胡曉玲，王　軍，宋道萬，史敬華

（1.長江大學地球科學學院，武漢430100；2.中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東東營257015）

單一河口壩砂體規模的定量表征

李少華1，胡曉玲1，王軍2，宋道萬2，史敬華2

（1.長江大學地球科學學院，武漢430100；2.中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東東營257015）

以勝坨油田沙二段8砂組為例，綜合應用水槽模擬實驗和現代沉積的測量結果對辮狀河三角洲河口壩內部構型進行了深入分析，并重點對河口壩長寬比定量規模進行了研究。水槽模擬實驗統計表明，模擬的研究區河口壩長45～210 cm，寬30～150 cm，長度與寬度具有較好的相關性。現代沉積的測量結果也說明了河口壩的長度與寬度具有較好的相關性。綜合水槽模擬實驗與現代沉積測量的結果，建立了研究區單一河口壩長寬比經驗公式。利用該公式可以指導研究區精細河口壩構型解剖，輔助判斷單一河口壩邊界，為建立三角洲前緣河口壩精細三維地質模型提供了依據。

河口壩；沉積模擬；長寬比；勝坨油田

0　引言

儲層構型研究主要是應用露頭調查、現代沉積測量、室內模擬實驗及地震和測井信息分析等技術手段，在構型分析理論［1-4］的指導下對儲層進行定性分析和定量表征。目前，對曲流河儲層構型的研究較為成熟，已經建立起儲層定性及定量的構型模式［5-6］。構型要素分析的思路也應用到了三角洲［7-10］和障壁海岸等沉積體系中。國內外學者對三角洲沉積體系中的河口壩構型單元做了大量定性和定量的分析研究，并取得了豐富成果。Reynolds［11］對古代河口壩的研究認為河口壩長度是寬度的2倍；Lowry等［12］通過大量露頭研究發現單一河口壩長度與厚度和長度與寬度均具有較好的相關性，并建立了經驗公式；Tye［13］收集了墨西哥灣Atchafalaya三角洲及阿拉斯加Colville，Sagavanirktok和Kuparuk河流現代河口壩的規模數據，數據顯示河口壩寬度為0.1～3.0 km，長度為0.14～7.00 km；還有學者利用多方向水平井孔隙度資料，求取并擬合了平面儲集層變差函數進而確定河口壩的長度和寬度［14-15］。不同學者從不同角度對河口壩的長度和寬度數據進行了研究，但得到的結果相差懸殊，說明對河口壩實際規模的認識還存在較大爭議。沉積模擬實驗能夠再現各類砂體的形成過程、演變規律及其水動力學機制，通過實驗可以獲得室內模擬的一套定量參數和定性認識，因而該方法越來越多地在油氣田勘探開發中得到應用［16］。筆者以勝坨油田沙二段8砂組河口壩砂體為研究對象，利用水槽模擬實驗，針對性地觀測河口壩發育過程并解剖河口壩砂體，獲得河口壩長度、寬度及厚度等各類屬性數據；同時，基于衛星照片獲得現代沉積考察測量的河口壩長度和寬度數據；最后，綜合水槽模擬實驗與現代沉積測量的結果，建立研究區河口壩長寬比經驗公式，以期為該區河口壩精細構型解剖及建模提供依據。

1　基于沉積模擬的河口壩規模分析

根據勝坨油田沙二段8砂組地質資料，建立包括構造、地層及沉積類型在內的原型地質模型，并通過相似準則，將其轉化為物理模型，從而確定沉積物理模擬實驗的邊界條件、物源特征、來水時間、流量、加沙量、湖水位與活動底板控制量。根據長江大學沉積模擬實驗室的條件，設計了切實可行的實驗方案，并對模擬的邊界條件和實驗底型進行了設定。按照研究區三角洲面積，選擇模擬區域長9 km，寬6 km，設定模擬實驗平面比例尺為1∶1000，垂向比例尺為1∶200，則設計水槽有效長度為9 m，寬度為6 m。勝坨油田沙二段8砂組的地層厚度約為56.4 m，由此設定活動底板最大沉降量為28.2 cm。按照原型資料，實驗裝置內Y方向2.5 m處為青坨子凸起物源，固定河道長4.5 m，Y方向4.5～12.0 m為湖盆沉積區，設計北東—南西向單斜坡展布的底形坡降為2°～4°。按照基準面旋回樣式，將研究區沙二段8砂組劃分為81，82，83共3個小層。根據各小層的沉積厚度，利用相似準則，設計各沉積期次的厚度。

實驗分3期完成，每個沉積期均按中水期—洪水期—中水期—枯水期的順序進行。實驗過程中適時測量流速、流向、流量、含沙量及湖水深度等參數，并對沉積過程和現象進行詳細記錄和精細描述。模擬結果采用25 cm×25 cm網格進行切片分析，根據實驗情況劃分了17條縱剖面和28條橫剖面。

實驗完成后，根據實驗過程素描圖，得到研究區河口壩分布的大致位置，選取河口壩形成前、后的2張照片，進行對比后確定河口壩位置，再利用iPhoto-Measure軟件測量河口壩長度與寬度的平面數據及湖岸線延伸距離，進而繪制出河口壩平面分布圖（圖1）。

圖1　勝坨油田沙二段8砂組河口壩平面分布Fig.1　The distribution of mouth bar of the 8th sand group of the second member of Shahejie Formation in Shengtuo Oilfield

河口壩水槽模擬實驗中，由于沉積速度很快，分流間灣泥質沉積的時間短暫，沉積厚度不大，因而三角洲前緣區域主要被河口壩沉積所充填。實驗中的沉積過程結束后，將砂體晾干，并按25 cm×25 cm網格依次切開砂體，測量河口壩的厚度數據。

在水槽模擬條件下，統計實驗過程中可識別的較大河口壩，得出81小層沉積期河口壩43個，82小層沉積期河口壩42個，并獲得其長度與寬度數據（參見圖1）。根據實驗過程中統計的可識別的85個河口壩長度與寬度數據，得出模擬的研究區河口壩長度為45～210 cm，平均為127 cm；寬度為30～150 cm，平均為76 cm（圖2）。

圖2　勝坨油田沙二段8砂組河口壩長度和寬度直方圖Fig.2　The histogram diagram of length and width of mouth bar of the 8th sand group of the second member of Shahejie Formation in Shengtuo Oilfield

經比例尺換算后，得到研究區河口壩的長度為450～2 100 m，平均為1 270 m；河口壩寬度為300～1 500 m，平均為760 m。利用由水槽模擬實驗獲得的河口壩長度與寬度數據進行線性相關性分析，并建立了河口壩長寬比經驗公式（圖3）。從圖3可以看出，河口壩長度與寬度相關性較好，相關系數為0.625 9。因此，可根據河口壩長度預測其寬度。

圖3　河口壩長度與寬度定量關系Fig.3　The quantitative relation between length and width of mouth bar

河口壩厚度主要取決于河口壩沉積時的水體深度、注水量及沉積時間。對勝坨油田沙二段8砂組沉積模擬實驗剖面的觀察發現，三角洲推進距離越遠，河口壩厚度就越大，為12.6～46.4 cm。河口壩長度和寬度與厚度的相關性均相對較差，這是因為3個沉積期河口壩的平面規模相差無幾，但各沉積期沉積水深不同，導致河口壩厚度出現3個集中分布的范圍，最終影響了河口壩整體長度和寬度與厚度的相關性。

2　基于現代沉積的河口壩規模分析

河口壩是河口作用的產物，河流將沉積物搬運至河口，再從河口將其轉移并分散到周圍海域或者湖域，這些沉積物的分布狀況及各種砂體的形成均受河口區的水動力所控制。Coleman［17］提出慣性、摩擦和浮力是決定河口作用的3個主要因素。勝坨油田沙二段8砂組是以慣性力為主的深水沉積，單一壩呈舌狀，多河道拼合而成的復合壩呈朵狀。通過對現代沉積三角洲的考察發現，位于東非裂谷帶附近的圖爾卡納湖和美國五大湖區附近的圣克萊爾湖均為慣性力主控的三角洲沉積，與研究區三角洲沉積的主控因素相同。因此，研究區河口壩與現代沉積考察的河口壩具有可比性，為綜合2種不同來源的數據進行分析提供了支撐。

前人通過大量的露頭研究發現，單一河口壩的長度與寬度具有較好的相關性。利用全球衛星照片，對現代沉積河口壩長度與寬度的關系進行了統計分析，重點選取圖爾卡納湖和圣克萊爾湖河口壩為研究對象，對其河口壩長度和寬度數據進行了測量（表1），測量部位（以圖爾卡納湖為例）如圖4所示。經分析計算，由現代沉積測量獲得的河口壩長度與寬度相關性很好，相關系數為0.945 1。

表1現代沉積河口壩長度與寬度數據Table 1The length and width data of mouth bar for modern sedimentation

圖4　現代沉積河口壩長度與寬度測量部位Fig.4　The length and width measurement location of mouth bar for modern sedimentation

3　河口壩規模綜合分析

為了對由實驗得出的河口壩長寬比規律性進行驗證，對比了由水槽模擬實驗和現代沉積測量得出的河口壩長度與寬度的相關性，二者一致地表明了河口壩長度與寬度具有較好的相關性。因此，考慮綜合水槽模擬實驗與現代沉積的河口壩規模數據，將這2種不同來源但具有相似沉積背景的數據綜合到一起進行分析和研究。對河口壩長度與寬度數據進行的回歸分析表明，河口壩長度與寬度相關性很好，相關系數為0.902 5，由此建立了河口壩長寬比經驗公式（圖5）。利用該經驗公式可以指導研究區精細河口壩構型解剖與建模。

圖5　加入現代沉積的河口壩長度與寬度定量關系Fig.5　The quantitative relation between width and length of mouth bar with modern sedimentation data added in

4　結束語

（1）由水槽模擬實驗統計得出勝坨油田沙二段8砂組河口壩長度為45～210 cm，平均為127 cm；河口壩寬度為30～150 cm，平均為76 cm。對實驗數據進行回歸分析，得出實驗條件下研究區河口壩長度與寬度具有較好的相關性，擬合出河口壩長寬比經驗公式為y=0.633 2x-4.806 5，相關系數為0.625 9。

（2）對現代沉積的考察發現，圖爾卡納湖和圣克萊爾湖的三角洲沉積背景與研究區相似。根據前人的研究，利用全球衛星照片，對兩大湖發育的河口壩進行了長度與寬度數據測量。分析表明，現代沉積測量的河口壩長度與寬度相關性很好，相關系數為0.945 1，也從另一方面驗證了實驗測量分析的可靠性。

（3）考慮到水槽模擬實驗和現代沉積測量均能說明河口壩長度與寬度的相關性較好，因而綜合這2種不同來源的數據進行分析，得出了單一河口壩長寬比經驗公式為y=0.666 2x-66.354，相關系數為0.902 5。利用該經驗公式可以指導研究區精細河口壩構型解剖，從平面上輔助判斷連片河口壩中單一河口壩的邊界，為建立三角洲前緣河口壩精細三維地質模型提供了依據。

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（本文編輯：王會玲）

Quantitative characterization of single mouth bar

Li Shaohua1，Hu Xiaoling1，Wang Jun2，Song Daowan2，Shi Jinghua2
（1.School of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.Geology Scientific Research Institute，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257015，Shandong，China）

Taking the 8th sand group of the second member of Shahejie Formation in Shengtuo Oilfield as an example，this paper analyzed the configuration of braided river delta mouth bar by using physical simulation experiment and measurement result of modern sedimentation，and studied the ratio of length to width of mouth bar.The results of physical simulation experiment show that the length of mouth bar varies from 45 cm to 210 cm and the width of mouth bar ranges from 30 cm to 150 cm，the ratio of length to width of mouth bar shows some correlation，as the same with the result of modern sedimentation measurement.At last，the empirical formula of the ratio of length to width of single mouth bar was established with combination consideration of physical simulation of sedimentation and measurement result of modern sedimentation.This formula can guide the study of reservoir architecture of mouth bar and the boundary identification of single mouth bar，providing support for establishment of fine 3D model of mouth bar.

mouth bar；physical simulation ofsedimentation；length towidth ratio；ShengtuoOilfield

TE121.3

A

1673-8926（2015）05-0001-05

2015-04-18；

2015-06-20

國家自然科學基金“點壩砂體內部非均質性的層次建模法”（編號：41272136）和國家重大科技專項“儲層內部結構建模軟件研制”（編號：2011ZX05011-001）聯合資助

李少華（1972-），男，教授，博士生導師，主要從事儲層表征與建模方面的教學與科研工作。地址：（430100）湖北省武漢市蔡甸區大學路111號長江大學地球科學學院。E-mail：534354156@qq.com。