基于沉积过程的三角洲前缘河口坝储层构型精细分析——以老君庙油田L11小层为例

秦国省,吴胜和,郑联勇,喻　宸1,

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083；3.中国石油玉门油田分公司勘探开发研究院，甘肃酒泉735200）

基于沉积过程的三角洲前缘河口坝储层构型精细分析
——以老君庙油田L11小层为例

秦国省1,2,吴胜和2,郑联勇3,喻宸1,3

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083；3.中国石油玉门油田分公司勘探开发研究院，甘肃酒泉735200）

应用老君庙油田较丰富的钻井资料和多年积累的地质研究成果，从沉积过程角度出发，对其河口坝较发育的L11小层进行了储层构型研究，并对基于沉积过程的河口坝储层构型分级系统进行了探讨。该系统以末端水下分流河道控制形成的单一成因河口坝为三级构型单元（同时也是基本的研究单元），以主干水下分流河道控制形成的单一成因河口坝复合体为四级构型单元，以多个主干水下分流河道控制形成的河口坝复合体为五级构型单元。确定了单一成因河口坝的识别标志，在研究区共识别出14个单一成因河口坝。在此基础上，通过横切物源剖面及顺物源剖面确定各单一成因河口坝沉积的先后顺序，结合三维综合分析，最终阐明了各单一成因河口坝的时间演化序列。在沉积学原理的指导下，恢复了研究区复合河口坝的形成过程，明确了河口坝的规模及河口坝间的叠置样式与其形成过程间的耦合关系。

三角洲前缘；河口坝；沉积过程；储层构型；老君庙油田

0　引言

河口坝为三角洲沉积体系中主要的构成单元之一［1-3］，同时也是重要的油气储层。前人对河口坝露头及地下储层作了大量的研究，取得了丰硕的成果［4-7］。近年来，随着老油田开发的需要，前人对河口坝储层精细研究已形成了较完善的、以构型为主导的研究方法［8-10］。储层构型分析方法为河口坝储层精细描述提供了系统的分级控制的研究思路和模式拟合与多维互动的研究方法，对储层内部单一砂体的形态、规模、方向及其相互接触关系进行了详细的刻画，对高含水期油田开发方案调整及剩余油预测均奠定了重要的地质基础。然而，储层构型分析侧重于将具有宏观一体性的储层进行细分，割裂了各储层构型单元之间的关系（尤其是内在成因关系），同时储层构型分析强调对地质体的精细刻画，而对其地质成因未作过多的探索，不利于深入揭示其形成机理。沉积过程分析在一定程度上再现了储层的演化过程［11-13］，将沉积过程融入到储层构型分析之中，既可以检验储层构型分析结果的合理性，重塑储层内部结构，又可以实现从储层客观描述到形成机理解释的转变，进一步加深储层研究的认识。

笔者以老君庙油田L11小层为例，应用其70余年开发积累的岩心、钻井资料和研究成果，在储层构型分析的基础上结合沉积学基本原理及前人水槽模拟成果［14］，通过多剖面及三维可视化分析，建立各单一河口坝的时间演化序列，探讨复合河口坝的形成过程，明确单一河口坝规模及不同河口坝间的叠置样式与沉积演化过程的关系，以期为研究区下一步开发方案调整提供依据，同时加深对河口坝储层研究的认识。

图1　老君庙油田构造位置（a）及地层系统（b）Fig.1　The structural location（a）and stratigraphic system（b）of Laojunmiao Oilfield

1　地质概况

老君庙油田位于酒西盆地南部逆冲推覆带中部，为酒西盆地主要的油气聚集带［15-17］［图1（a）］。老君庙油田为该构造带中油气储量最丰富且开发最早的油田，其构造为一完整的不对称穹窿背斜，轴向为北西—南东向，北翼受庙北1号区域断层切割，构造较陡，南部构造较平缓，构造高点海拔约2 250 m，闭合高度约700 m。

L层属渐新统白杨河组间泉子段，其顶部为石油沟段B-C层较厚的棕红色泥岩（全区的标志层），底部为L-M层较稳定的棕红色含钙泥质粉砂岩。L层为一套砂泥岩间互的河流—三角洲沉积，岩性以棕红色细砂岩和粉砂岩为主，局部含砾状砂岩和砾岩。根据岩性及旋回性特征自下而上可划分为5个砂组（L5～L1砂组）和20个小层［图1（b）］。L5～L3砂组以辫状河沉积为主，L2砂组发育辫状河三角洲平原沉积，L1砂组发育辫状河三角洲前缘沉积，自下而上构成了辫状河—辫状河三角洲的完整沉积序列。其中，L1砂组主要发育水下分流河道、河口坝及水下分流间湾沉积。水下分流河道以暗棕红色中—细砂岩为主，可见泥砾及河道冲刷特征，垂向上以正韵律为主；河口坝以棕红色细砂岩为主，分选与磨圆均较好，整体呈反韵律；水下分流间湾以发育较纯的棕红色泥岩为主，其间多夹薄层青灰色粉—细砂岩（图2）。L11小层河口坝较发育，呈近连片状分布，为此次研究的目的层段。研究区沉积时的古地形较缓，水下分流河道能量总体较弱［17］，湖浪及水下分流河道对先期形成的河口坝的改造作用均较弱，使得河口坝得以较完整地保存，为此次沉积过程分析提供了物质基础。同时研究区（面积为21 km2）自1941年开发以来，有探井及开发井共计800余口，平均井间距离为100～150 m，各时期测井资料较全，为此次研究奠定了良好的资料基础。

图2　老君庙油田主要沉积微相类型测井及岩心特征Fig.2　Core characteristics and log response of main sedimentary microfacies in Laojunmiao Oilfield

2　构型级次划分

随着老油田开发的需要，近年来众多学者对河口坝储层开展了储层构型的精细研究，在构型级次划分方面基本取得了较统一的认识［6］，即以单一河口坝作为四级构型单元，并以此为基础将多个单一河口坝的复合体作为五级构型单元，以单一河口坝内部隔夹层限定的河口坝内部增生体作为三级构型单元。本文在Miall［10］提出的构型分级的基础上，借鉴前人研究成果，从沉积成因的角度出发提出了基于沉积过程的构型分级方案。该方案将单一成因河口坝作为基本研究单元（三级构型单元），将单一主干水下分流河道（初始入湖分流河道）控制形成的单一成因河口坝复合体作为四级构型单元，将多个主干水下分流河道控制形成的近连片复合河口坝作为五级构型单元（表1）。

表1　本文构型分级系统与前人分级系统对比Table 1　Comparison of architecture classification system

单一成因河口坝由单个或相邻多个末端水下分流河道控制形成［18-19］，其为河口坝初始形成的沉积单元，也是河口坝成因分析的最小沉积单元，相当于前人分级系统中的河口坝内部增生体。末端水下分流河道延伸入湖能量基本消耗殆尽，携带的沉积物卸载形成单一成因河口坝，其规模一般较小，但后期较易受改造。

单一成因河口坝复合体受控于单一主干水下分流河道［20］，由若干单一成因河口坝复合而成。主干水下分流河道为初始入湖水下分流河道，并一直向沉积中心延伸直至演化为末端水下分流河道，为沉积物向沉积中心输送的主要通道，其携带的沉积物充足，在一定条件下发生分支，进一步扩展了河口坝的范围，形成单一成因河口坝复合体。

复合河口坝为三角洲前缘众多主干水下分流河道控制形成的河口坝复合体，相当于前人分级系统中的单一河口坝复合体，众多主干水下分流河道在水下侧向迁移，形成的河口坝相互叠置拼接，最终形成近连片的复合河口坝。

3　河口坝内部构型分析

3.1单一成因河口坝复合体的识别

单一成因河口坝复合体由不同主干水下分流河道控制形成。由于不同主干水下分流河道所携带的沉积物的数量存在差异和水动力条件不同均可造成其沉积特征不同，主要表现为主干水下分流河道控制的河口坝的展布方向不同以及河口坝规模不同，据此可识别为单一成因河口坝复合体。同时单一成因河口坝复合体间多以分布较广泛的水下分流间湾泥岩相隔挡，广泛分布的水下分流间湾泥岩亦可作为单一成因河口坝复合体的识别标志。

结合上述单一成因河口坝复合体沉积特征及识别依据，通过剖面分析确定老君庙油田L11小层主要发育3个单一成因河口坝复合体（图3），分别位于研究区北东部、中部和南西部。北东部单一成因河口坝复合体在研究区内分布较局限，向北延伸出研究区，中部和南西部单一成因河口坝复合体均由同一主干水下分流河道控制，入湖延伸一段距离（约2 km）后进一步演化为2条主干水下分流河道，中部水下分流河道控制的河口坝基本沿南东—北西方向覆盖全区，南西部主干水下分流河道进一步向西迁移，其控制形成的河口坝向西延伸出研究区。

3.2单一成因河口坝的识别

单一成因河口坝是沉积过程分析中所能表征的最小沉积单元，因此单一成因河口坝的准确识别是之后沉积过程分析的基础。在上述单一成因河口坝复合体识别的基础上进一步识别单一成因河口坝，主要包括其发育位置的确定（定位）和范围的确定（定边）2个方面。

3.2.1单一成因河口坝位置的确定

河口坝是由水下分流河道携带的沉积物在末端卸载并不断前积与堆积而成的沉积体，其中部（坝主体）厚度较大，向两侧（坝缘）逐渐减薄，据此特征可大致识别单一成因河口坝的位置。具体方法为：首先在目的层内部提取测井解释的河口坝（包括坝主体和坝缘）砂体厚度进行平面插值成图；然后根据砂体厚度分布特征圈定砂体厚度最大处为单一成因河口坝的坝主体位置；最后将砂体厚度减薄至最小处作为单一成因河口坝的大致边界。通过该方法在研究区目的层基本确定了多个单一成因河口坝的位置（图4）。研究区河口坝多发育于中部及近沉积中心的西部，中部河口坝规模较大，数量较少，西部河口坝规模较小，数量较多。

图3　老君庙油田L11小层单一成因河口坝复合体分布Fig.3　The distribution of complex single bar of L11layer in Laojunmiao Oilfield

图4　砂体厚度识别的L11小层河口坝分布位置Fig.4　Location of mouth bars of L11layer identified by using sandstone thickness

3.2.2单一成因河口坝边界的识别

各单一成因河口坝间存在不同的叠置拼接关系，这将造成砂体厚度的叠加，因此上述定位方法仅能确定单一成因河口坝的大致位置，准确边界的确定仍需借助其他标志。通过研究区连井剖面分析，笔者总结了单一成因河口坝边界识别的3种标志。

（1）坝间泥岩

坝间泥岩往往为水下分流间湾沉积，代表了河口坝的未沉积区，说明河口坝发育的终止，因此坝间泥岩可作为单一河口坝边界识别的标志［图5（a）］。

（2）坝缘

坝缘代表了河口坝的边部沉积，是单一河口坝的沉积边界区，相邻河口坝以坝缘接触说明其边界在此重合，指示了相邻河口坝的边界，因此坝缘的出现可作为单一河口坝边界识别的依据［图5（b）］。

图5　老君庙油田L11小层单一成因河口坝典型识别标志及分布Fig.5　Identification signs and distribution of single bar of L11layer in Laojunmiao Oilfield

（3）坝体底面不等高程

河口坝的沉积是由水下分流河道携带的沉积物卸载堆积在前三角洲湖相泥之上形成的，湖相泥岩沉积一般代表一个等时界面，河口坝底面高程（河口坝底面距该小层底面的高度）的差异代表了不同时期的沉积事件，因此河口坝底面高程的差异可用来识别单一成因河口坝［图5（c）］。

通过以上识别标志可进一步确定单一成因河口坝的边界，同时通过剖面亦可将垂向上相互叠置的单一成因河口坝相区分。由目的层单一河口坝识别结果［图5（d）］可知，研究区内共发育14个单一成因河口坝，其规模大小不等，最大可达4 km2，最小仅为0.2 km2，平均为1 km2。各单一成因河口坝平面形态各异，多数呈朵状，亦可见长轴状和鸟足状。

4　河口坝期次分析

通过上述研究虽然明确了单一成因河口坝的空间分布特征，但对各单一成因河口坝的形成顺序仍有待进一步分析。目前对于复合河口坝形成演化的研究多集中于沉积实验模拟中［21-23］，而对地下地质体的研究较少，这是由地下地质体的复杂性和不确定性［24］（地质体空间分布的复杂性及资料的不确定性）导致的。本文将利用老君庙油田L11小层河口坝后期改造作用较弱、井网较密以及资料丰富的优势，通过多剖面与三维互动综合分析的方法，建立研究区单一成因河口坝的时间演化序列，并最终分析复合河口坝沉积过程。

4.1横向期次划分

由于三角洲前缘河口坝形成时期不同，其底部湖相泥岩的沉积厚度也不同，造成河口坝底面高程不同。先期沉积河口坝底部泥岩厚度较薄，河口坝底面高程较小，后期沉积河口坝底部沉积泥岩厚度较大，河口坝底面高程较大，据此可在横切物源剖面上对邻近单一成因河口坝进行分期。在全区主要横切物源剖面［图6（a），剖面位置见图7（a）］中可识别出4个不同的单一成因河口坝，右侧单一成因河口坝底面紧邻L11小层底面，为较早时期形成的河口坝，中部单一河口坝底面高程最大，为后期沉积产物，左侧2个河口坝底面高程相同，高程差均介于前述2个河口坝高程差之间，为中间时期沉积产物。根据以上分析，可在该横切物源剖面中基本确定不同单一成因河口坝的形成期次，以此方法对全区多个横切物源剖面分析并可基本确定各相邻单一河口坝形成的相对期次。

图6　老君庙油田L11小层各单一成因河口坝演化相对期次Fig.6　Relative evolution stages of different mouth bars of L11layer in Laojunmiao Oilfield

4.2纵向期次划分

传统河口坝储层构型分析多集中于横切物源剖面分析中，河口坝复合体纵向解剖未得到重视，对于三角洲这种纵向沉积体系（沉积特征随水动力特征的纵向变化而变化），其纵向解剖可以将三角洲特有的前积现象与成因相结合，更能体现其成因本质。本文通过精细解剖在全区主要顺物源剖面［图6（b），剖面位置见图7（a）］中识别出5个单一成因河口坝（自右向左分别标注为①～⑤号河口坝，其标号同时代表各河口坝的形成先后顺序），①～④号河口坝可见明显的前积，并不断超覆，如在H211井中可见②号河口坝超覆于①号河口坝之上。经计算，①～④号河口坝前积角度依次变小，由①号河口坝初始的0.085°减小至②号河口坝的0.053°，进一步减小至③号河口坝的0.039°，至末期④号河口坝已减小至0.025°，近乎水平。同时，在143井中见到⑤号河口坝垂向加积于④号河口坝之上［图6（c）］。

通过上述精细解剖，可在顺物源剖面中确定各河口坝演化期次。结合前人对河口坝增生模式的研究［25-26］，笔者认为研究区L11小层内纵向河口坝具有“先期前积，逐步超覆，后期加积”的演化模式［图6（c）］，即初期形成河口坝由于受较强水动力水下分流河道控制不断向前进积，各单一河口坝逐步超覆于先期河口坝之上，至后期水下分流河道能量较弱，河口坝前积动力减弱，表现为垂向加积特征。

4.3河口坝期次综合分析

通过上述顺物源和横切物源剖面的分析，可在单一方向基本确定各单一成因河口坝的演化顺序，但对于其他方向期次的确定仍需借助三维分析来完成，以精确确定各单一成因河口坝形成的相对顺序。笔者选取河口坝叠置拼接较复杂的前缘末端区域（面积约10 km2）进行三维分析［图6（d）］，以确定不同期次河口坝的演化。在最东部横切物源剖面中可见B-1河口坝（英文字母为期次，数字为该期河口坝标号）底面高程小于东部邻近的C-2河口坝，可知B-1河口坝先于C-1沉积，同时其前部被C-1和D-1单一河口坝部分前积超覆，D-1河口坝前积距离明显大于C-1河口坝，因此可判断B-1河口坝先于C-1和D-1沉积，且C-1河口坝先于D-1沉积。综上所述，可建立研究区南部4个单一河口坝的时间演化序列，以此方法应用至全区可建立研究区14个单一河口坝的时间演化序列［图7（a）］。

图7　老君庙油田L11小层单一成因河口坝演化时间序列及沉积演化过程Fig.7　The evolutionary time and sedimentary process of L11layer in Laojunmiao Oilfield

在研究区各单一成因河口坝期次确定的基础上，笔者恢复了研究区的沉积演化过程［图7（b）］。其共经历了6个阶段：第1阶段由东部水下分流河道初始入湖，形成2个河口坝（A-1和A-2）；第2阶段西部有一新的主干水下分流河道进入研究区，形成规模最大的河口坝（B-1河口坝全区规模最大），同时东部水下分流河道控制的河口坝进一步前积发展为新的河口坝（B-2）；第3阶段原西部主干水下分流河道向西迁移，形成新的河口坝（C-1）并延伸出研究区，且其决口形成新的主干水下分流河道，进一步形成新的河口坝（C-2），东部水下分流河道控制形成新的河口坝（C-3）并延伸出研究区；第4阶段西部主干水下分流河道进一步向沉积中心延伸，形成新的河口坝（D-1），原决口处形成的主干水下分流河道向北北西方向延伸形成2个新的河口坝（D-2和D-3）；第5阶段2个主干水下分流河道进一步延伸，各形成1个新的河口坝（E-1和E-2）；第6阶段水下分流河道形成小规模河口坝（F-1和F-2）垂向加积于先期河口坝之上，仅有小幅度前积。

不同阶段形成的河口坝其规模及河口坝间的叠置拼接关系与河口坝的沉积过程有着较好的耦合性：演化初期由于水下分流河道众多，沉积物卸载较分散，此时形成的河口坝规模较小（A-1），坝间以边部部分侧向拼接样式为主；随着演化中期水下分流河道较固定，沉积物卸载较集中，河口坝规模较大，不同河口坝间易形成坝边部完全侧向拼接样式（B-2和C-2）；至演化末期水下分流河道水动力较弱且不易迁移，此时形成的河口坝规模较小，多以垂向加积和弱前积为主（F-2），坝间呈现部分垂向叠置和完全垂向叠置样式。

5　结论

（1）建立了基于沉积过程的河口坝构型级次划分方案，以末端水下分流河道控制形成的单一成因河口坝为三级构型单元，以单一主干水下分流河道控制形成的单一成因河口坝复合体为四级构型单元，以多个主干水下分流河道控制形成的河口坝复合体为五级构型单元。

（2）定位了老君庙油田L11小层主要河口坝的位置，单一成因河口坝边界主要有坝间泥岩出现、坝缘出现和坝底面高程不同3种识别标志，在此基础上确定了研究区14个规模不等的单一成因河口坝的范围。

（3）明确了单一成因河口坝具有“先期前积，逐步超覆，后期加积”的纵向演化模式，且向沉积中心方向前积倾角由0.085°向0.025°不断减小，同时综合横切物源剖面及三维分析建立了老君庙油田L11小层各单一成因河口坝的时间演化序列。

（4）阐明了老君庙油田L11小层复合河口坝的形成过程，其共经历了6个阶段，不同阶段单一成因河口坝的规模及河口坝间的叠置样式与其沉积演化过程具有较好的耦合关系。

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（本文编辑：李在光）

Detailed architecture analysis of mouth bar in delta front based on sedimentary process：A case study of L11layer in Laojunmiao Oilfield

Qin Guosheng1，2，Wu Shenghe2，Zheng Lianyong3，Yu Chen1，3
（1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Beijing 100083，China；2.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Yumen Oilfield Company，Jiuquan 735200，Gansu，China）

Based on abundant well drilling data and geological research results in Laojunmiao Oilfield，detailed architecture analysis was carried out in the L11layer where mouth bars are well developed.In the view of sedimentary process，the hierarchical system of mouth bar was discussed，taking the single mouth bar controlled by terminal underwater distributary channel as the third order architecture unit，the complex single mouth bar controlled by trunk underwater distributary channels as the fourth order architecture unit，and the multiple mouth bar controlled by several trunk underwater distributary channels as the fifth order architecture unit.The signs of single mouth bar were clarified，and 14 single bars were identified in the study area.According to the principle of sedimentation that bar formed in different time has different bar bottom elevation，sedimentary sequence can be constructed in the transverse section，meanwhile，the time sequence can be constructed in the longitudinal section.Integrated with 3D comprehensive analysis，the evolution time of different bars was determined.Under the guidance of the principles of sedimentology，the sedimentaryprocess in the delta front bar was constructed.The size of single bar and the connect relationship between different bars werewellcoupledwiththesedimentaryprocess.

delta front；mouth bar；sedimentary process；reservoir architecture；Laojunmiao Oilfield

TE121.3

A

1673-8926（2015）06-0055-09

2015-07-15；

2015-09-15

国家重大科技专项“复杂油气田地质与提高采收率技术”（编号：2011ZX05009-003）和中国石油天然气集团公司重大科技专项“玉门油田重上百万吨勘探开发关键技术研究”（编号：2013E-3305）联合资助

秦国省（1988-），男，中国石油大学（北京）在读硕士研究生，研究方向为精细油藏描述及开发地质。地址：（102249）北京市昌平区府学路18号中国石油大学（北京）地球科学学院。电话：（010）89733465。E-mail：qin8002008@163.com。