单一河口坝砂体规模的定量表征

李少华，胡晓玲，王　军，宋道万，史敬华

（1.长江大学地球科学学院，武汉430100；2.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

单一河口坝砂体规模的定量表征

李少华1，胡晓玲1，王军2，宋道万2，史敬华2

（1.长江大学地球科学学院，武汉430100；2.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

以胜坨油田沙二段8砂组为例，综合应用水槽模拟实验和现代沉积的测量结果对辫状河三角洲河口坝内部构型进行了深入分析，并重点对河口坝长宽比定量规模进行了研究。水槽模拟实验统计表明，模拟的研究区河口坝长45～210 cm，宽30～150 cm，长度与宽度具有较好的相关性。现代沉积的测量结果也说明了河口坝的长度与宽度具有较好的相关性。综合水槽模拟实验与现代沉积测量的结果，建立了研究区单一河口坝长宽比经验公式。利用该公式可以指导研究区精细河口坝构型解剖，辅助判断单一河口坝边界，为建立三角洲前缘河口坝精细三维地质模型提供了依据。

河口坝；沉积模拟；长宽比；胜坨油田

0　引言

储层构型研究主要是应用露头调查、现代沉积测量、室内模拟实验及地震和测井信息分析等技术手段，在构型分析理论［1-4］的指导下对储层进行定性分析和定量表征。目前，对曲流河储层构型的研究较为成熟，已经建立起储层定性及定量的构型模式［5-6］。构型要素分析的思路也应用到了三角洲［7-10］和障壁海岸等沉积体系中。国内外学者对三角洲沉积体系中的河口坝构型单元做了大量定性和定量的分析研究，并取得了丰富成果。Reynolds［11］对古代河口坝的研究认为河口坝长度是宽度的2倍；Lowry等［12］通过大量露头研究发现单一河口坝长度与厚度和长度与宽度均具有较好的相关性，并建立了经验公式；Tye［13］收集了墨西哥湾Atchafalaya三角洲及阿拉斯加Colville，Sagavanirktok和Kuparuk河流现代河口坝的规模数据，数据显示河口坝宽度为0.1～3.0 km，长度为0.14～7.00 km；还有学者利用多方向水平井孔隙度资料，求取并拟合了平面储集层变差函数进而确定河口坝的长度和宽度［14-15］。不同学者从不同角度对河口坝的长度和宽度数据进行了研究，但得到的结果相差悬殊，说明对河口坝实际规模的认识还存在较大争议。沉积模拟实验能够再现各类砂体的形成过程、演变规律及其水动力学机制，通过实验可以获得室内模拟的一套定量参数和定性认识，因而该方法越来越多地在油气田勘探开发中得到应用［16］。笔者以胜坨油田沙二段8砂组河口坝砂体为研究对象，利用水槽模拟实验，针对性地观测河口坝发育过程并解剖河口坝砂体，获得河口坝长度、宽度及厚度等各类属性数据；同时，基于卫星照片获得现代沉积考察测量的河口坝长度和宽度数据；最后，综合水槽模拟实验与现代沉积测量的结果，建立研究区河口坝长宽比经验公式，以期为该区河口坝精细构型解剖及建模提供依据。

1　基于沉积模拟的河口坝规模分析

根据胜坨油田沙二段8砂组地质资料，建立包括构造、地层及沉积类型在内的原型地质模型，并通过相似准则，将其转化为物理模型，从而确定沉积物理模拟实验的边界条件、物源特征、来水时间、流量、加沙量、湖水位与活动底板控制量。根据长江大学沉积模拟实验室的条件，设计了切实可行的实验方案，并对模拟的边界条件和实验底型进行了设定。按照研究区三角洲面积，选择模拟区域长9 km，宽6 km，设定模拟实验平面比例尺为1∶1000，垂向比例尺为1∶200，则设计水槽有效长度为9 m，宽度为6 m。胜坨油田沙二段8砂组的地层厚度约为56.4 m，由此设定活动底板最大沉降量为28.2 cm。按照原型资料，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，Y方向4.5～12.0 m为湖盆沉积区，设计北东—南西向单斜坡展布的底形坡降为2°～4°。按照基准面旋回样式，将研究区沙二段8砂组划分为81，82，83共3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。

实验分3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、含沙量及湖水深度等参数，并对沉积过程和现象进行详细记录和精细描述。模拟结果采用25 cm×25 cm网格进行切片分析，根据实验情况划分了17条纵剖面和28条横剖面。

实验完成后，根据实验过程素描图，得到研究区河口坝分布的大致位置，选取河口坝形成前、后的2张照片，进行对比后确定河口坝位置，再利用iPhoto-Measure软件测量河口坝长度与宽度的平面数据及湖岸线延伸距离，进而绘制出河口坝平面分布图（图1）。

图1　胜坨油田沙二段8砂组河口坝平面分布Fig.1　The distribution of mouth bar of the 8th sand group of the second member of Shahejie Formation in Shengtuo Oilfield

河口坝水槽模拟实验中，由于沉积速度很快，分流间湾泥质沉积的时间短暂，沉积厚度不大，因而三角洲前缘区域主要被河口坝沉积所充填。实验中的沉积过程结束后，将砂体晾干，并按25 cm×25 cm网格依次切开砂体，测量河口坝的厚度数据。

在水槽模拟条件下，统计实验过程中可识别的较大河口坝，得出81小层沉积期河口坝43个，82小层沉积期河口坝42个，并获得其长度与宽度数据（参见图1）。根据实验过程中统计的可识别的85个河口坝长度与宽度数据，得出模拟的研究区河口坝长度为45～210 cm，平均为127 cm；宽度为30～150 cm，平均为76 cm（图2）。

图2　胜坨油田沙二段8砂组河口坝长度和宽度直方图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

经比例尺换算后，得到研究区河口坝的长度为450～2 100 m，平均为1 270 m；河口坝宽度为300～1 500 m，平均为760 m。利用由水槽模拟实验获得的河口坝长度与宽度数据进行线性相关性分析，并建立了河口坝长宽比经验公式（图3）。从图3可以看出，河口坝长度与宽度相关性较好，相关系数为0.625 9。因此，可根据河口坝长度预测其宽度。

图3　河口坝长度与宽度定量关系Fig.3　The quantitative relation between length and width of mouth bar

河口坝厚度主要取决于河口坝沉积时的水体深度、注水量及沉积时间。对胜坨油田沙二段8砂组沉积模拟实验剖面的观察发现，三角洲推进距离越远，河口坝厚度就越大，为12.6～46.4 cm。河口坝长度和宽度与厚度的相关性均相对较差，这是因为3个沉积期河口坝的平面规模相差无几，但各沉积期沉积水深不同，导致河口坝厚度出现3个集中分布的范围，最终影响了河口坝整体长度和宽度与厚度的相关性。

2　基于现代沉积的河口坝规模分析

河口坝是河口作用的产物，河流将沉积物搬运至河口，再从河口将其转移并分散到周围海域或者湖域，这些沉积物的分布状况及各种砂体的形成均受河口区的水动力所控制。Coleman［17］提出惯性、摩擦和浮力是决定河口作用的3个主要因素。胜坨油田沙二段8砂组是以惯性力为主的深水沉积，单一坝呈舌状，多河道拼合而成的复合坝呈朵状。通过对现代沉积三角洲的考察发现，位于东非裂谷带附近的图尔卡纳湖和美国五大湖区附近的圣克莱尔湖均为惯性力主控的三角洲沉积，与研究区三角洲沉积的主控因素相同。因此，研究区河口坝与现代沉积考察的河口坝具有可比性，为综合2种不同来源的数据进行分析提供了支撑。

前人通过大量的露头研究发现，单一河口坝的长度与宽度具有较好的相关性。利用全球卫星照片，对现代沉积河口坝长度与宽度的关系进行了统计分析，重点选取图尔卡纳湖和圣克莱尔湖河口坝为研究对象，对其河口坝长度和宽度数据进行了测量（表1），测量部位（以图尔卡纳湖为例）如图4所示。经分析计算，由现代沉积测量获得的河口坝长度与宽度相关性很好，相关系数为0.945 1。

表1现代沉积河口坝长度与宽度数据Table 1The length and width data of mouth bar for modern sedimentation

图4　现代沉积河口坝长度与宽度测量部位Fig.4　The length and width measurement location of mouth bar for modern sedimentation

3　河口坝规模综合分析

为了对由实验得出的河口坝长宽比规律性进行验证，对比了由水槽模拟实验和现代沉积测量得出的河口坝长度与宽度的相关性，二者一致地表明了河口坝长度与宽度具有较好的相关性。因此，考虑综合水槽模拟实验与现代沉积的河口坝规模数据，将这2种不同来源但具有相似沉积背景的数据综合到一起进行分析和研究。对河口坝长度与宽度数据进行的回归分析表明，河口坝长度与宽度相关性很好，相关系数为0.902 5，由此建立了河口坝长宽比经验公式（图5）。利用该经验公式可以指导研究区精细河口坝构型解剖与建模。

图5　加入现代沉积的河口坝长度与宽度定量关系Fig.5　The quantitative relation between width and length of mouth bar with modern sedimentation data added in

4　结束语

（1）由水槽模拟实验统计得出胜坨油田沙二段8砂组河口坝长度为45～210 cm，平均为127 cm；河口坝宽度为30～150 cm，平均为76 cm。对实验数据进行回归分析，得出实验条件下研究区河口坝长度与宽度具有较好的相关性，拟合出河口坝长宽比经验公式为y=0.633 2x-4.806 5，相关系数为0.625 9。

（2）对现代沉积的考察发现，图尔卡纳湖和圣克莱尔湖的三角洲沉积背景与研究区相似。根据前人的研究，利用全球卫星照片，对两大湖发育的河口坝进行了长度与宽度数据测量。分析表明，现代沉积测量的河口坝长度与宽度相关性很好，相关系数为0.945 1，也从另一方面验证了实验测量分析的可靠性。

（3）考虑到水槽模拟实验和现代沉积测量均能说明河口坝长度与宽度的相关性较好，因而综合这2种不同来源的数据进行分析，得出了单一河口坝长宽比经验公式为y=0.666 2x-66.354，相关系数为0.902 5。利用该经验公式可以指导研究区精细河口坝构型解剖，从平面上辅助判断连片河口坝中单一河口坝的边界，为建立三角洲前缘河口坝精细三维地质模型提供了依据。

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（本文编辑：王会玲）

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

国家自然科学基金“点坝砂体内部非均质性的层次建模法”（编号：41272136）和国家重大科技专项“储层内部结构建模软件研制”（编号：2011ZX05011-001）联合资助

李少华（1972-），男，教授，博士生导师，主要从事储层表征与建模方面的教学与科研工作。地址：（430100）湖北省武汉市蔡甸区大学路111号长江大学地球科学学院。E-mail：534354156@qq.com。