基于沉积模拟的河口坝构型分析

胡晓玲，李少华，刘忠保（长江大学地球科学学院，湖北武汉430100）

基于沉积模拟的河口坝构型分析

胡晓玲，李少华，刘忠保
（长江大学地球科学学院，湖北武汉430100）

综合应用沉积物理模拟实验原理和储层构型分析方法，以胜坨油田沙二段8砂组为例，结合工区构造沉积背景，开展水槽模拟实验，对实验区河口坝构型进行解剖。首先参照河流相构型界面划分方案划分出水槽模拟实验条件下可识别的3、4、5级沉积界面 ，在此基础上识别出4级构型界面所限定的单一河口坝砂体构型单元，从剖面和平面上对单一河口坝进行了识别，定量分析了河口坝的宽厚比，研究可以为井下河口坝构型的解剖提供参考。

沉积模拟；单一河口坝；构型 ；胜坨油田

储层构型分析理论起源于21世纪60、70年代［1-3］，至今形成了野外露头、现代沉积、密井网解剖、沉积模拟实验等多种研究方法，研究范围涉及曲流河、辫状河、三角洲等不同沉积体系。目前，野外露头和现代沉积的构型研究已取得了一定进展［4］。前人对河口坝储层开展了包括密井网解剖的构型研究等大量工作 ，何文祥等［5］利用高分辨率层序地层学原理和构型理论建立了河口坝三维构型模式，辛治国［6］利用数值模拟技术建立了河口坝剩余油分布模式，温立峰等［7］利用井资料对单一河口坝及其内部增生体进行识别，形成了针对河口坝的地下储层精细解剖方法。本文则利用沉积模拟实验［8-9］的方法，以胜坨油田沙二段8砂组河口坝砂体为研究对象，观测河口坝发育过程并解剖河口坝砂体 ，划分出实验条件下可识别的沉积界面，从剖面和平面对单一河口坝进行了识别，并对单一河口坝的几何形态进行了定量描述，研究为井下河口坝精细构型分析提供了理论依据。

1 模拟实验设计与实施

根据胜坨油田沙二段8砂组构造、地层、古地貌、古气候、水介质、岩石相类型和沉积类型等特征，建立了目的层段的原始沉积地质模型。通过相似准则，转化为物理模型，实验设计了沉积物理模拟的边界条件、物源特征、来水时间、流量、加砂量、湖水位与活动底板升降等参数。

模拟实验装置由于受到场地及装置大小的限制 ，不可能无限地扩大规模，若原型几何规模较大，要进行室内模拟，需要缩小比例，而比例过度缩小会造成实验结果失真和变形，导致原型与模型之间相似度低，根据目前实验水平及沉积物理模拟理论，一般平面比例尺为1∶1000，垂向比例尺为1∶200比较合适。胜坨油田沙二段8砂组三角洲面积约54 km2，为辫状河三角洲沉积，选择模拟区域长9 km，宽6 km，则设计水槽有效范围长度 Lm=9 m，宽度 Wm=6 m。胜坨油田沙二段8砂组的地层厚度约Hm=56.4 m，设定活动底板最大沉降量 hm=28.2 cm。

按原型资料，实验装置内Y方向2.5 m处为青坨子凸起物源，固定河道长4.5 m，4.5 m～12 m为湖盆沉积区，设计自NE至SW单斜坡展布的底形坡降为2°～4°，沙二段8砂组按照基准面旋回样式划分为81、82、83三个小层。根据各小层的沉积厚度，利用相似准则，设计各沉积期次的厚度。

本次实验分三期完成，每个沉积期均按中水期—洪水期—中水期—枯水期的顺序进行。实验过程中适时测量流速、流向、流量、含沙量、湖水深度等参数，对沉积过程和现象进行详细记录和精细描述，模拟结果切片采用25 cm×25 cm网格进行，根据实验情况划分了17条纵剖面，28条横剖面［10］。

2 河口坝构型分析原理

储层构型即储层建筑结构要素分析法是指不同级次储层构成单元的形态、规模、方向及其叠置关系［11］。其研究内容主要包括界面等级、构型要素、岩相类型及其空间叠加样式，其中构型要素为岩相组合和砂体几何形态，起源于Miall的河流相构型分析。构型界面具有层次性，因而不同级次界面限定的构型单元具有层次性，而3级～5级界面限定的沉积单元为储层意义上的构型单元。

河口坝属于三角洲前缘砂体，参照Miall研究河流相的构型界面分级法，对比研究三角洲前缘河口坝砂体（表1，图1），其中1级、2级界面仅可在岩心中识别，发育不稳定，实际构型分析中可以不作为主要研究对象。3级界面为巨型底型类的大规模加积增生面或前积增生面，限定的构型要素为河口坝内增生体。4级界面为巨型底型的上界面，多为河口坝砂体顶部冲刷面，限定的构型要素为单一河口坝，5级界面为大型砂席顶界面，限定的构型要素为河口坝复合体。侧向上河口坝拼合（微相组合）形成的顶、底界面也为5级界面。

根据野外露头和现代沉积的测量数据，前人［12］对河口坝长宽数据进行研究发现，单一河口坝长度/宽度 ，长度/厚度具有较好的相关性，如Lowry对美国犹他州、肯塔基州河控三角洲河口坝分析基础上得出河口坝长度与厚度，长度与宽度均成双对数线性关系。本次研究通过水槽模拟实验，直接测量单一河口坝的长度和宽度，建立了几何形态的定量模型，可以指导井下单一河口坝的对比与建模。

3 河口坝构型分析

分流河道入湖在河口处可形成一个向湖倾斜的大型长轴透镜状河口坝砂体，中间厚边缘薄。平面上分流河道多期次改道入湖，可形成侧向上叠加连片的河口坝复合体。实验条件下，可以观察到河口坝体大面积连片分布，为了揭示沉积砂体内部沉积级次 ，参考前人关于河口坝构型分析的成果［13-15］。在实验条件下对河口坝进行精细解剖，从剖面和平面上对河口坝进行识别。

3.1 界面识别与划分

本次沉积模拟实验参照Miall（1988）关于河流相的层次界面划分方案，结合对胜二区沙二段8砂组三角洲前缘河口坝层次界面的认识，对胜二区沙二段8砂组辫状河三角洲沉积模拟实验前缘河口坝沉积的层次界面进行了划分，水槽实验条件下，河口坝发育规模小，仅识别出了3级界面、4级界面和5级界面（图2，图3）。

3级界面为单一河口坝砂体内部增生体的顶、底界面，界面向湖心方向倾斜，为较薄的泥质夹层，其限定的构型要素为河口坝内的增身体。该沉积界面代表了河水流量的变化，河口左右小幅摆动引起的局部水能量变化，负载的增减及湖盆水位的小幅升降等。

4级界面为单一河口坝的分界面，限定的构型要素为单一河口坝。界面顶为多个河口坝增生体叠合形成的单一河口坝的顶界面，底界面为单一河口坝砂体与下伏泥质沉积物的交界面。界面横向延伸较远，顶部被更高级别的界面削蚀。

5级界面为河口坝复合体的顶界面，限定的构型要素为河口坝复合体。为实验中能识别出来的最高级别的界面，界面延伸稳定，分布广泛，实验中表现为第一期，第二期，第三期实验的分界面。

3.2 单一河口坝识别

在构型界面划分基础上，模拟实验从横纵两种剖面上总结了单一河口坝识别标志，利用拼接剖面对河口坝进行了识别，平面上根据实验总结出的单一河口坝长宽比定量关系确定了单一河口坝规模，可对大面积连片河口坝进行单一河口坝边界确定。

横剖面上，单一河口坝具有下细上粗的反粒序，形态上底平顶凸及坝内部层理倾向和相邻坝内部层理倾向相反的特征来识别（图4）。河口坝在纵剖面上表现为一律的前积层，可通过粒度所表现出来的韵律层来识别。河口坝在发育末期因水流减弱而沉积一层细粒沉积物，此细粒层分隔不同的河口坝。分割不同河口坝的细粒沉积层为细-粉砂和泥质沉积，而河口摆动过程中水流改变而形成的细粒沉积层更多为细-粉砂，属于河口坝内部增生体，两者是不同的（图5）。根据前三角洲泥的变化同样可以识别河口坝 ，在较深水域，沉积有较厚的前三角洲泥，前三角洲泥在快速堆积的河口坝砂体重力作用下发生蠕动，泥层厚度不均一，在砂体中心部位下方泥层厚度薄，砂体前端泥层较厚，泥层与河口坝砂体顶面呈“圆滑”接触。界。

水槽实验条件下，利用切剖面的方法测量获得河口坝厚度数据，根据实验过程中统计的可识别的85个河口坝长、宽数据，河口坝长介于45 cm～210 cm，宽介于30 cm～150 cm，平均长为127 cm，宽76 cm。经分析，实验得出的河口坝长-坝宽相关性较好，R2等于0.6259。建立了河口坝长宽比经验公式（图6），根据河口坝长度可以预测其宽度，经比例尺换算，得到河口坝平均长度为1.27 km，宽为0.76 km，从而从平面上辅助判断单一河口坝边界。

4 结 论

结合工区沉积背景，参考前人关于三角洲前缘河口坝的认识，应用水槽模拟实验的方法 ，开展河口坝构型分析，实验条件下从剖面和平面对河口坝进行了识别。取得了如下研究成果:

（1）实验条件下，结合前人对三角洲前缘河口坝层次界面的认识，识别出了代表单一河口坝砂体内部增生体顶、底界面的3级界面，代表单一河口坝分界面的4级界面和代表复合河口坝顶界面的5级界面。

（2）横剖面上，利用下细上粗的反粒序形态上底平顶凸及坝内部层理倾向和相邻坝内部层理倾向相反的特征来识别单一河口坝 ，纵剖面上则通过细粒沉积层以及前三角洲泥厚度变化特征识别河口坝 。

（3）利用所获得的河口坝长宽数据进行相关性分析，得出长宽比具有较好的规律性并获得经验公式，可用于预测河口坝规模 ，辅助识别单一河口坝边

［1］ Allen J R L.Studys in fluviatile sedimentation:six cyclothems from the lower Old Red Sandstone Anglo welsh basin［J］. Sedimentology，1964，（3）:163-198.

［2］ Miall A D.Fluvial sedimentology［M］.Canada:Canadian Society of Petroleum Geologists，1977.

［3］ Miall A D.Architectural-element analysis:a new method of facies analysis applied to Fluvial deposits［J］.Earth Science Review，1985，22:261-308.

［4］ 张昌民，林克湘，徐 龙，等.储层砂体建筑结构分析［J］.江汉石油学院学报，1994，16（2）:1-7.

［5］ 何文祥，吴胜和，唐义疆，等.河口坝砂体构型精细解剖［J］.石油勘探与开发，2005，32（5）:42-46.

［6］ 辛治国.河控三角洲河口坝构型分析［J］.地质评论，2008，54（4）:527-531.

［7］ 温立峰，吴胜和，王延忠，等.河控三角洲河口坝地下储层构型精细解剖方法［J］.中南大学学报，2011，42（4）: 1072-1078.

［8］ 张春生，刘忠保，现代河湖沉积于模拟实验［M］.北京:地质出版社，1997.

［9］ 赖志云，赖伟庆，刘 震.湖盆模拟实验沉积学［M］.北京:石油工业出版社，2006.

［10］ 石富伦，刘忠保，李少华，等.河口坝成因主控因素分析［J］.水利与建筑工程学报，2013，11（2）:32-36.

［11］ 吴胜和.储层表征与建模［M］.北京:石油工业出版社，2009.

［12］ Tye R S.Geomorphology:An approach to determining subsurface reservoir dimensions［J］.AAPG Bulletin-American Association of Petroleum Geologists，2004，88（8）:1123-1147.

［13］ 李云海，吴胜和，李艳平，等.三角洲前缘河口坝储层构型界面层次表征［J］.石油天然气学报 ，2007，29（6）: 49-52.

［14］ 黄文科，戴俊生，窦之林，等.胜坨油田储层砂体建筑结构分析［J］.西南石油大学学报，2007，29（3）:32-35.

［15］ 卢虎胜，林承焰，程 奇，等.东营凹陷永安镇油田沙二段三角洲相储层构型及剩余油分布［J］.东北石油大学学报，2013，37（3）:40-48.

Analysis of Mouth Bar Architecture Based on Physical Simulation of Sedimentation

HU Xiao-ling，LI Shao-hua，LIU Zhong-bao
（College of Geosciences，Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China）

Based on principle of physical simulation of sedimentation and architecture analysis，flume simulation tests of the mouth bar architecture were conducted on s Es2 8th sand group of Shengtuo oilfield，based on the architecture and sedimentation background of the researched area.Firstly，according to the division scheme of the architecture of fluvial facies，the third-order，fourth-order and fifth-order sedimentary boundaries were recognized under the experimental conditions，based on which the single mouth bar constrained by the fourth-order boundary was identified.Then the single mouth bar was recognized from plane and vertical profile further，and its width-to-thickness ratio was analyzed quantitatively.This study will provide references for the architecture analysis of subsurface mouth bars.

physical simulation of sedimentation；single mouth bar；architecture analysis；Shengtuo oilfield

P618.13

A

1672—1144（2015）02—0053—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2015.02.012

2015-01-17

2015-02-27

国家自然科学基金（41272136）；国家科技重大专项（2011ZX05011-001）

胡晓玲（1988—），女 ，湖北松滋人 ，硕士研究生 ，研究方向为储层表征与建模。E-mail:821849685@qq.com

刘忠保（1965—），男，湖北荆州人，教授 ，主要从事沉积模拟、沉积学方面的教学与科研工作。E-mail:lzb623@163.com