基于露頭和巖心研究儲層尺度深水砂巖的問題與思考

師 展，趙永剛，2，王 博，張棟梁，張辛雨，卜曉慶，劉 翔

（1.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710065；2.西安石油大學陜西省油氣成藏地質學重點實驗室，陜西西安 710065；3.中國石油長慶油田分公司第九采油廠，寧夏銀川 750006）

深水砂巖作為深水沉積環境的產物，它的識別標志、分類及其特征、成因、形成機制和沉積模式等都是非常規油氣沉積學研究的重要內容。在沉積學中，利用測井、錄井資料研究油氣儲層深水砂巖是人們所熟悉的，基于露頭和巖心研究儲層尺度深水砂巖是非常重要的，但是這種研究絕不是簡單地觀察與描述。本文主要探討基于露頭和巖心研究儲層尺度深水砂巖時出現的一些問題，并對這些問題進行初步地思考。

1 關于深水沉積環境與深水砂巖

“深水”既包括海洋環境，也包括湖泊環境。現代大洋中，深水是指水深200 m 左右的陸架坡折向海方向的陸坡、陸隆及海盆環境。例如現代墨西哥灣的深淺水分界值為200 m～457 m。

沉積環境中的“深水區”是指半深海、深海區域，也指半深湖、深湖區域。“深水沉積”是在現代沉積環境中不易觸及、難于觀測和研究的沉積類型。因此，盡管深水沉積的研究已有幾十年時間，但相對于其他更易于觀測和記錄的沉積類型而言，人們對于深水沉積的研究和理解要落后許多[1]。20 世紀50 年代初濁流理論興起，并開始大量研究深水環境中的重力流沉積，使人們認識到半深海-深海環境中不都是極細粒沉積，也沉積粗粒物質，并可能出現水下扇體；同時發現由牽引流形成的碎屑沉積也出現在深海和半深海環境中。20 世紀60 年代，等深流沉積和內潮汐、內波研究一度成為深水牽引流沉積研究的熱點之一，直到目前其研究熱度有增無減。從20 世紀60 年代到90 年代，古代、現代海底扇或湖底扇沉積模式相繼被提出，認識不斷被深化，甚至目前仍有不少學者利用海底扇或湖底扇沉積模式解釋深水沉積體分布，并用之預測深水沉積油氣儲層。從20 世紀90 年代開始，G.Shanmugam 等在描述全球范圍內的鉆井巖心和野外露頭時，開始對深水體系中的濁流沉積優勢產生懷疑，并意識到由于異常復雜的深水塊狀砂巖的影響，深水體系極其復雜多變，沉積單元在規模上產生混亂[2，3]。G.Shanmugam 等于1996年認為在深水區發育大規模砂質碎屑流沉積，深水塊狀砂巖的形成與此有關，在全球沉積界引起了廣泛關注。直到目前砂質碎屑流的研究成果仍然在一定程度上代表了深水重力流研究的新進展[4，5]。

深水砂巖是深水沉積環境的產物。迄今為止，利用經典濁流沉積的鮑馬序列識別深水砂巖幾乎成為“濁積巖”和“濁積相”研究的“法寶”之一。以半深湖、深湖區沉積為例，深水砂巖從成因上可分為滑塌成因的砂巖、砂質碎屑流成因的砂巖和濁流成因的濁積砂巖等。湖相深水砂巖結構具有顆粒偏細、云母和綠泥石等塑性顆粒含量高、碳酸鹽巖巖屑及伊利石雜基發育等特征[6]。由于沉積、成巖因素的共同影響，深水砂巖儲層普遍致密。非常規油氣勘探表明致密油氣形成的有利區往往與深水砂巖分布區相關。

2 通過露頭研究儲層尺度深水砂巖

露頭是地質學家進行基礎地質研究的基本手段。利用深水沉積地質露頭（簡稱“深水露頭”）可以更好地解釋深水沉積體系的結構、沉積相和沉積演化。最重要的是，深水砂巖露頭可以與地下的深水砂巖沉積體系（油氣勘探目標）進行多種尺度的類比研究。

2.1 研究方案

世界范圍內的露頭研究極大地增強了人們對于深水沉積過程和儲層尺度深水砂巖特征及沉積相的理解。迄今為止并沒有看到國內外通過露頭研究儲層尺度深水砂巖統一研究方案的相關報道。

Nilsen 等2007 年在《世界深水沉積地質露頭圖集》（AAPG 地質研究成果56）中，使用一種深水沉積結構單元分類方案研究深水露頭，為業界較為廣泛地接受。該分類方案中的沉積結構單元主要分為四種：席狀砂、水道、薄層（一些研究人員也使用天然堤來代替薄層）和塊體搬運沉積物。這四種沉積結構單元是深水露頭中最容易找到的，也是一些露頭中主要的沉積物。在露頭描述及統計表中，使用S 代表席狀砂，C 代表水道，TB 或T 代表薄層，MTD 代表塊體搬運沉積物或MTC 代表塊體搬運復合體。侵入砂巖（規模大的發育為砂巖巖墻）在多個露頭中被發現，但是并未將其在該分類方案中單獨劃分出來。每個沉積結構單元中都發育深水砂巖。水道和席狀砂是其中主要的結構單元，其中水道所占比例高于席狀砂。一個露頭中可能只有一種結構單元是最主要的（如水道切割了規模更小的席狀砂)，但是大部分露頭包含多種結構單元。值得注意的是：該分類方案中的席狀砂是指幾何形態，但實際上它可能包含不同類型的沉積物，包括泥巖和（或）碎屑流沉積物；水道也可能被泥巖充填。最重要的是，每個露頭中結構單元的屬性都被詳盡地描述以便能和其他露頭或地下巖心及測井曲線進行對比。

目前國內學者通過露頭研究儲層尺度深水沉積體系或深水砂巖的工作非常薄弱，主要是利用觀察與描述的手段研究巖石學、沉積相特征，還未見到提出一種用于研究的分類方案。上述的Nilsen 等2007 年提出的深水沉積結構單元分類方案值得借鑒或采納，以便于將中國的深水露頭沉積體系、砂巖特征與世界范圍內的深水露頭資料進行對比分析。

2.2 露頭建模

圖1 鄂爾多斯盆地南部長6 油層組巖屑長石雜砂巖粒度曲線

露頭一直是地質研究的關鍵，但是傳統的野外工作因為其安全隱患、植被或巖屑覆蓋、或缺少露頭，使其總是充滿挑戰。眾所周知，露頭資料是聯系大范圍、低精度地震資料與小范圍、高精度鉆井資料之間的重要橋梁。但是，與地下資料不同的是傳統的露頭資料一直是定性的二維資料，不適用于定量化的三維建模。目前看來數字時代深水砂巖露頭研究最關鍵的局限性也是在三維地質建模方面。

精確的數字化露頭資料采集方法主要包括GPS填圖、激光測距儀填圖、點云技術及現實影像技術[7]。運用現實影像技術得到的露頭資料就能夠用于露頭可視化。通過基礎數據采集、采集數字露頭資料、采集傳統野外露頭資料、不同資料的綜合、建立露頭概念模型、層面數字化和制作測井圖、建立靜態的露頭模型、質量控制以及現實和模型的同步顯示等過程可以實現深水砂巖露頭建模及模型的可視化。與傳統露頭資料相比，數字化露頭資料和相應露頭模型對于深水砂巖油氣勘探開發會更有價值。

3 通過巖心研究儲層尺度深水砂巖

巖心是最直觀、最可靠地反映地下地質特征的第一性資料。油田通常都積累了大量的巖心資料。通過對巖心的觀察研究，可以了解地下儲層的巖性、物性和含油、氣、水產狀特征[8]。

長期以來，從巖心（宏觀上）和鏡下（微觀上）識別深水砂巖都是有困難的，因為巖心中致密的細砂巖、粉砂巖組合及鏡下的雜砂巖不一定就是深水成因的砂巖，必須要考慮區域沉積環境，并分析所在地區的水動力條件。自然界中水動力總是由強變弱或是由弱變強，重力流與牽引流之間的轉化也不是突變的，“過渡”廣泛存在。目前研究認為，深水砂巖中純砂巖與雜砂巖之間存在一個過渡類型，將雜基含量小于10 %、大于20 %的深水砂巖分別定名為純砂巖和雜砂巖（見圖1），雜基含量在10 %～20 %的深水砂巖確定為過渡類型砂巖[9]。

近20 多年來，人們對深水體系中的濁流沉積優勢產生懷疑，意識到深水塊狀砂巖的成因復雜，從而影響到對深水砂巖巖心中沉積構造的客觀解釋；反過來，通過在巖心中觀察到的類似鮑馬序列的沉積構造組合，也不能說明該深水砂巖就一定是濁積成因的。

沉積環境中的“深水區”是指半深海、深海區域，也指半深湖、深湖區域。鄂爾多斯盆地南部旬邑-黃陵地區長7、長6 期均處于深水沉積區邊緣，其長6、長7 油層組深水砂巖發育[10]。針對半深海、深海沉積環境的深水砂巖研究比較成熟，半深湖、深湖沉積環境的水淺、水動力條件特殊，其深水砂巖沉積環境及沉積相與半深海、深海沉積環境有相似之處，但是自身特點明顯（見圖2）。由圖2 可以看出，旬黃地區長62砂層組1 760.79 m～1 779.40 m 巖心段反映出湖相深水沉積的復雜性，深水重力流沉積中，既發育砂質碎屑流沉積，也發育濁流沉積。深水砂巖主要發育于砂質碎屑流的舌狀體和濁流沉積的濁積水道中；粒度較細的深水砂巖出現于砂質碎屑流的舌狀體間和濁流沉積的濁積水道間。因此，利用巖心研究深水砂巖的沉積環境及沉積相是分析儲層尺度深水砂巖成因的有效手段。

4 露頭與巖心結合研究存在的問題與思考

理論上，深水砂巖露頭可以與地下的深水砂巖沉積體系進行多種尺度的類比研究；地下的深水砂巖沉積體系面貌是通過對鉆井巖心和測井、錄井資料的深入分析得到的，因此露頭與巖心是有對比基礎的。但是在實際的研究工作中，將露頭與巖心結合研究深水砂巖是有一定困難的，主要是因為露頭地質層位的確定及細分層難度較大，分層標準也可能與巖心和測井不同；地下的地質建模主要是利用測井和地震資料，僅僅利用巖心資料無法進行地質建模，因此沒有真正的地下巖心模型可與露頭模型對比。露頭與巖心結合研究儲層尺度的深水砂巖離不開測井、地震，甚至是開發動態資料，它們都是聯系測井、地震等資料的重要橋梁。

圖2 旬黃地區長62 砂層組巖心分析沉積相柱狀圖