复杂曲流带识别标志及其内部点坝叠加接触模式

孙志峰，林承焰，董春梅

中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛　266580

0　引言

随着国内油田勘探开发的深入，曲流河储层内部建筑结构对剩余油分布的控制作用越来越明显，因此迫切需要对其储层砂体建筑结构进行精细解剖，以解决注采不均衡等开发问题。曲流河砂体作为油气储层的重要组成，对其分布特征及内部结构的研究对该类储层的剩余油预测及二次开发有重要的指导作用[1]。近年来国内学者主要对曲流河点坝结构，点坝内部非均质性，建筑结构控制下的渗流单元特征[2-6]进行了大量研究。单敬福等[7]通过密井网信息研究了简单曲流带内点坝砂体演化过程；马跃华等[8]，梁宏伟等[9]分别运用频谱分解和正演技术对曲流河薄层及曲流河构型层次进行研究。

国外学者对世界范围内不同水文特征河流的点坝沉积特征进行了广泛的研究[10-12]，同时对大量的点坝沉积露头进行细致研究，以此来指导地下储层的形态及沉积特征研究[13-15]。地震技术在研究地下曲流河形态及曲流带参数应用相对较多：Carter[16]，El-Mowafyetal.[17]用三维地震地形学研究了地下简单的单一曲流带形态特征、曲流河分布特征及曲流带的几何参数；Torradoetal.[18]运用地震属性及及频谱分解技术对地下单河道及河流系统分布进行识别。对于曲流带内部点坝间接触叠加结构的研究主要集中在现代沉积和野外露头的解剖中：Donselaaretal.[19]从野外露头点坝砂体间叠加关系入手讨论了河流相砂体的连通性评价方法，从其露头照片可看出不同期次点坝砂体的顶、底界面存在一定的高程差异；Ghinassietal.[20]，Durkinetal.[21]等用现代沉积做指导分析野外露头中点坝生长模式；Hartleyetal.[22]通过野外露头解剖曲流带内部点坝砂体叠加结构，这向我们揭示了地下曲流带砂体内部复杂的砂体接触叠加结构。

总体上目前国内外针对曲流河砂体的解剖多局限于单个点坝或单一的曲流带沉积，对地下曲流河储层中复杂曲流带的研究成果相对较少，尤其缺乏对复杂曲流带内部点坝接触叠加结构类型的系统研究和认识。因此本文在国内外对曲流河砂体已有研究成果的基础上，以现代沉积为指导(图1)，通过测井地质、地震地质研究提出了通过边界砂体类型特征作为识别复杂曲流带的标志，依据此识别标志可以确定单个或多个复杂曲流带平面分布范围。之后以现代沉积及野外露头中点坝间叠加特征为指导，以测井地质剖面解剖为基础建立了研究区内多种点坝接触叠加结构的正演模型，通过正演反射剖面特征与地震剖面特征对比及测井地质剖面验证，最终建立研究区内多种点坝间接触叠加模式，为后期剩余油富集特征提供更为精细的地质模型。

1　研究区概况

孤东油田是目前胜利油区四大主力整装油田之一，地理上位于山东省东营市垦利县境内，地处黄河入海口北侧的滩涂地带(图2a)，是一个在中生界潜山背景上发育起来的近南北走向的新近系馆陶组疏松砂岩为主要储集层的大型披覆背斜构造整装油藏。

图1　复杂曲流带现代沉积航拍图A.海拉尔河，Khalkhgll段；a.海拉尔河，Khalkhgll段素描图Fig.1　The aerial map showing modern sedimentary complex meander beltA.Hailar River, Khalkhgll segment; a.Hailar River, Khalkhgll section sketch map

七区西位于孤东构造的东翼，为孤东油田第一大区块。地层倾角平缓，其北、西、南分别被断层所切割，向东与七区中自然相连。馆上段是七区西的主力油层，属于河流相沉积(图2b)，目前共有各类完钻井一千多口。油层埋深一般在1 180～1 145 m，含油面积11.7 km2，地质储量5 800×104t，占孤东油田总储量的26.4%。其中馆52+3层以曲流河砂体沉积为主，平均孔隙度 34.0%，平均空气渗透率 1 784×10-3μm2，具有高孔高渗、强非均质、储层胶结疏松、易出砂的特征。

孤东油田自1986年投入开发以来，先后进行了多次层系调整以及注采井网调整，目前平均含水98.4%。研究区内经过多次精细储层描述工作，普遍观点认为研究区以单一点坝砂体沉积为主。随着开发的深入，单一点坝地质模型已无法解释生产开发中遇到的问题。因此急需对地下储层模型进行重新认识，并建立新的解释模型，预测剩余油的形成与分布。

本文储层构型分析采用文献[3]中总结的层次分析、模式拟合及多维互动的研究思路，分层次逐级对曲流河内部结构进行研究。具体研究过程中以现代沉积分析为指导，采用多维地震分析、密井网剖面信息解释和多露头信息副证的综合研究方法来确定复杂曲流带的范围及内部的结构特征。

图2　a.研究区地理位置；b.馆陶组52+3区域沉积微相图(据胜利油田地质院)Fig.2　a.Geographical location of the study area; b. Sedimentary micro facies of the 52+3 area of Guantao group (according to Shengli Oilfield Geology Institute)

2　复杂曲流带的确定及边界特征

复杂曲流带是由曲流河道频繁摆动所形成的平面上多点坝相互切叠的复杂河道。由于河道频繁摆动，早期点坝、废弃河道沉积被后期河流的反复冲刷而支离破碎，废弃河道呈零星分布，点坝间接触关系复杂。复杂曲流带相当于6级构型单元[20]。现代沉积中曲流带两侧废弃河道特别发育、连线不规则是复杂曲流带的典型特征(图1)。复杂曲流带河谷两侧边界常常被废弃河道占据了绝大部分区域(所占曲流带边界长度平均比例65%～95%)。以海拉尔河曲流带为例，在其凸岸一侧废弃河道所占边界长度比例较低，在50%以上；在其凹岸一侧此比例较高，局部可达95%(图1)。

由单一河道形成的简单曲流带废弃河道只在凹岸一侧发育。根据单敬福等[7]对简单曲流带演化的研究，简单曲流带两侧废弃河道较为规则，但连续性较差，废弃河道占据河道底形两侧的比例较低(约50%)。可见，废弃河道的发育特征可作为识别复杂曲流带的一个重要标志。

2.1　曲流带边界测井地质特征

研究区内曲流带东侧边界长1.4 km，西侧边界长1.9 km。曲流带边界延伸方向上平均井距70 m。地层拉平后，测井剖面近似反应河道砂体沉积形态。研究过程中对14条垂直曲流带延伸方向的剖面进行精细对比研究，总结出曲流带边界上主要发育两种形态的成因砂体，参考Ghinassietal.[20]等按照位置对点坝砂体的分类(图3)，将点坝边界砂体划分为：

(1) 点坝末端砂体——即废弃河道下部砂体(图3)，其特征如图4中曲流带边界剖面Aa，底界面略高于点坝主体砂体的底界面，上部废弃河道泥岩较厚(图5)。紧邻PE砂体发育的薄层砂体多为渐弃型废弃河道[23]砂体，距离底部砂体一定距离的薄层砂体多为洪水期漫溢形成。

(2) 点坝起始端砂体——即点坝发育最早的几期侧积体中上部砂体(图3)，其特征如图4中曲流带边界Bb部面，砂体的顶界面和点坝主体砂体的顶界面相当(图3)，或比点坝主体砂体的顶界面略低，钻井上显示其厚度约为点坝主体砂体的1/2。此类砂体多为早期河道废弃，新河道在曲流边界处侵蚀下切所形成的点坝最早期形成的砂体沉积，此时河道两侧水体较浅，沉积形成的砂体厚度较薄且位于河道的中上部。随着河道向曲流带主体部位侧向侵蚀迁移，其主流线向曲流带内迁移，形成厚度较大的点坝主体沉积。此类砂体不同于溢岸砂体，其厚度较大(多在3～6 m)，自然电位曲线表现为高幅钟形或指形(图6)。

通过钻井信息识别两种类型砂体平面分布范围如图4a，曲流带的“凹岸”一侧废弃河道砂体占据比例约为85%，“凸岸”一侧废弃河道砂体比例下降为72%左右(图4b)。

图3　点坝边界砂体位置分类示意图(据Ghinassi et al.[20]有改动)Fig.3　Schematic diagram of sand body at the boundary classifi-cation by position(modified from Ghinassi et al.[20])

2.2　曲流带边界地震地质特征

两种形态的砂体的并存及其在曲流带边界所占比例是识别复杂曲流带的重要依据。本文在曲流河构型模式的指导下建立两种形态砂体的概念模型，并通过正演模拟对其波形特征进行分析(表1)。以期指导非密井网区复杂曲流带的识别。本文在用地震资料做解释之前，先采用地震沉积学方法将地震数据体进行90°相位转换及频谱分解处理。地震资料主频在25～30 Hz之间，本文主要采用频率为40～45 Hz的地震数据进行地质解释。

虽然废弃河道底部砂体的下界面略高于点坝主体砂体下界面，但废弃河道中上部泥岩厚度较大，废弃河道底部砂体顶界面与点坝主体砂体顶界面高程差异较大(大多在3～7 m)。其地震波形特征则表现为从废弃河道凸岸向凹岸方向，地震波波谷上部零相位位置快速下降、下部零相位点缓慢下降，地震波振幅及能量强度由强变弱，其相对高振幅区位于同相轴的中下部(表1)。

图4　曲流带均方根振幅属性切片(a)和曲流带边界属性上部/下部比值对数分布图(b)Fig.4　a. Meander belt root mean square amplitude attribute slice; b. The logarithmic distribution of the upper / lower ratio of the flow with boundary property

图5　曲流带边界废弃河道测井特征(图4Aa剖面)Fig.5　Meander belt boundary abandoned channel logging characteristics (Fig. 4Aa section)

图6　曲流带边界点坝伊始位置砂体测井特征(图4Bb剖面)Fig.6　Meander belt boundary point at the beginning of dam locations of sand logging characteristics (Fig. 4Bb section)

点坝起始处砂体顶界面与点坝主体砂体的顶界面高程相当或略低，但点坝起始处砂体的底界面明显低于点坝主体砂体的底界面(高程差大多在3～6 m)

表1曲流带边界及其内部点坝接触模式特征表

Table1Meanderbeltboundaryanditscharacteristicsofinteriorpoint-barcontactmode

其地震波形特征则表现为从凸岸向凹岸方向，地震波呈波谷上部零相位位置略有下降，地震波振幅及能量强度由弱变强。由点坝中心到边界处，地震波能量形态呈上翘楔形，其相对高振幅区位于同相轴的中上部(图7、表1)。

以靠近曲流带边界的厚层点坝砂体中心线为界线将地震上追踪的曲流带砂体分为上下两部分，地震反射振幅及能量的较大值区位于下半部分的为废弃河道发育区，地震反射振幅及能量的较大值区位于上半部分的为点坝伊始位置砂体发育区。在边界区域提取曲流带内上半部分振幅或能量属性值与下半部分振幅或能量属性值做比值后，在边界区比值(曲流带内上半部振幅或能量属性值/下半部分振幅或能量属性值取对数)大于0的区域为点坝伊始位置发育区，小于0的部分为废弃河道发育区。以研究区内曲流带东侧边界为例，点坝伊始位置与废弃河道发育位置的大致区域如图4b所示，通过钻井解释的结果与地震解释结果吻合率达到85%。

3　曲流带内部点坝叠加特征

3.1　曲流带内单点坝内部结构单元岩性特征

研究区曲流带内部主体部位有两口密闭取芯井，以其中一口取芯井为例(图8)，其底部发育厚约0.3 m块状中砂岩，底部侵蚀面；向上发育低角度(4°～11°)斜层理细砂岩与高角度(13°～30°)斜层理细砂岩组合，两者层理面倾向相反，构成较大型的槽状交错层理；槽状交错层理的顶界面发育近平行层理的粉砂质细砂岩，判断其为侧积面附近水体能量相对较弱时沉积而成；上部为斜层理细砂岩组合，以小型槽状交错层理为主；上部发育厚0.1 m的泥岩，判断为侧积面处的沉积物；点坝中上部为其能量较弱时的沉积物，岩性由粉砂质细砂岩过度为泥质粉砂岩，沉积构造由小型斜层理、近平行层理过渡为波状层理，沉积界面处岩性均以厚度不超过0.25 m的泥岩为主。 侧积界面处岩性特征如表2。两口取芯井显示，除了底界面外均不发育其他较大型的侵蚀面，说明晚期点坝大规模侵蚀下切早期点坝的现象在研究区主体位置相对不发育。

图7　点坝起始端砂体形态及点坝间高程差地震反射井—震结合剖面(45 Hz)Fig.7　Seismic reflection profile of the beginning sandstone of point bar and difference between point bars in elevation(45 Hz)

图8　密闭取芯井29-J254岩芯及岩性柱状图Fig.8　The sealed core 29-J254 heart wells and lithology

3.2　曲流带内点坝接触叠加模式及其特征识别

曲流带内部点坝主体砂体相互叠加的部位在测井和地震均较难识别，而在点坝伊始部位和废弃河道相互叠加的位置由于存在不同点坝高程差以及局部残留的废弃河道泥岩，使得这些位置在地震和测井上有一定的响应，有助于对曲流带内部结构的解剖。

表2研究区内密闭取芯井侧积层特征表

Table2Thestudyareasealedcoringwellsandthefeatureoflateral-accretionsurfaces

3.2.1后期点坝伊始位置叠加前期废弃河道

后期点坝对初期点坝的废弃河道侵蚀较弱时，早期点坝废弃河道泥岩被保留(图9)，此叠加部位的测井和地震均有较明显响应。如表1后期点坝伊始部位侵蚀叠加在早期点坝废弃河道之上，废弃河道上部泥岩被保留且厚度较大0.8～2.5 m，平行叠加带方向的剖面上残留的废弃河道泥岩相对稳定；垂直叠加带测井响应特征跟表1模式图中点坝起始位置与废弃河道叠加剖面AB特征相同，垂直剖面上残留的废弃河道泥岩尖灭快，分布不稳定。其中残留的废弃河道泥岩明显比侧积层泥岩(0.08～0.25 m)厚度大(图8、表2)。

由于废弃河道下部砂体粒度相对较细，存在残留的废弃河道泥岩，以及后期点坝伊始部位砂体较细等综合原因使得叠加位置地震反射能量较弱，振幅属性图上为低值区(图4)。地震反射能量轴呈较明显的叠置特征——强能量反射表现为底凸上凹特征，且废弃河道泥岩保存越好，此叠加结构越明显。

3.2.2点坝主体—主体—废弃河道叠加特征

两期点坝主体叠加时，废弃河道只在早期点坝边界处有局部残留，测井显示残留的废弃河道泥岩厚度为0.6～3 m左右。叠加部位振幅属性仍为高值区(图4a)，地震剖面上高能量同相轴的宽度向上部砂体变窄，弧长变小(表1)。精细的地层对比后发现，早期点坝砂体埋藏较深，后期点坝侵蚀沉积时与早期点坝间存在小幅度高程差，具体表现为：早期点坝砂体底界面比后期点坝砂体底界面低1～4 m，后期点坝砂体顶界面比早期点坝砂体顶界面略高(图7，10)。此结构特征类似于Marinusetal.[19]观察到的野外点坝叠加砂体顶底界面特征。时间上相邻发育的叠加点坝间的高程差较小，对比不易识别，且废弃河道泥岩很难保留；河谷底部最早发育的点坝与后期点坝间高程差较易识别。

对于砂体底部高程差较为明显的点坝砂体叠加区尤其是河谷底部最早发育的点坝与后期点坝叠加区，等时地层切片中最先出现下部点坝砂体的高振幅响应，强能量反射表现为顶平底抬升特征，可以据此划分早期点坝砂体的形态及分布范围。

3.2.3点坝伊始位置叠加

两期点坝伊始位置叠加时，砂体叠加处两点坝间泥岩相对不发育，叠加部位地震反射变化小，振幅属性为高值区，同相轴能量相对变弱(表1)。精细的地层对比后发现，早期点坝砂体埋藏较深，早期点坝主体砂体的底界面比后期点坝主体砂体的底界面深2 m，后期点坝砂体顶界面比早期点坝砂体顶界面高1.8～2.5 m(图11)。叠加区两侧砂体沉积厚度变薄，振幅属性值较低，强能量反射表现为底凸顶平特征。

图9　点坝伊始叠加废弃河道测井特征(图4Cc剖面)Fig.9　The logging characteristics of the abandoned channel at the beginning of the point bar (Fig. 4Cc section)

图10　点坝主体—主体—废弃河道叠加测井特征(图4Dd剖面)Fig.10　The logging characteristics of superposition relation of main body of the bar-the main body of the abandoned channel (Fig.4Dd section)

3.2.4末期河道测井及地震地质特征

随着河道在曲流带内不断的迁移摆动，曲流带内形成多期点坝的叠加。根据前面分析得知后期点坝沉积形成的砂体底界面比早期点坝砂体底界面略高。末期河道水动力较弱，受末期水道下切侵蚀能力的限制，早期点坝下部砂体保留下来。曲流带废弃后末期河道上部发育泥岩沉积且沉积保留较完整。测井剖面上末期河道部位砂体厚度较小，顶部泥质沉积厚度较大，砂体顶界面比两侧砂体低1.5～2.5 m(图12)。地震剖面上显示末期河道处地震振幅属性值较小，表现为较为连续的条带状弱振幅区(图4a)，地震剖面上强能量反射呈底平上凹的特征。

4　复杂曲流带结构特征模式

在充分分析复杂曲流带现代沉积及野外露头特征的基础上，通过测井、地震剖面识别，结合正演模型指导，最终建立研究区内复杂曲流带结构特征模式(图13)：复杂曲流带边界废弃河道型砂体所占比例一般均超过72%，此值在凸岸一侧略低，凹岸一侧较高。复杂曲流带内发育点坝伊始叠加早期点坝废弃河道、末期河道叠加、两期点坝伊始位置叠加、两期点坝废弃河道叠加、晚期点坝废弃河道叠加早期点坝伊始位置等点坝间接触叠加模式，其特征分别对应图13中的Aa和Bb剖面、Cc剖面、Dd剖面、Ee剖面、Ff剖面。研究区内点坝规模差异明显，点坝长度由300 m到800 m不等，其宽度已不易测量。

5　结论

本次研究在充分分析复杂曲流带现代沉积及野外露头特征的基础上，通过正演模型指导，在经地震沉积学方法处理后的地震数据体中采用测井—地震剖面相结合的方法识别地下储层曲流带结构特征，最终得到以下结论认识：

(1) 复杂曲流带两侧边界处废弃河道底部砂体所占比例在65%～95%，研究区曲流带两侧边界处废弃河道底部砂体所占比例均超过72%。研究区内曲流带应为复杂曲流带，其内部结构复杂。

(2) 通过密闭取芯井观察发现点坝砂体内侧积层处发育的泥岩厚度不超过0.25 m，容易识别的较厚(厚度0.45～2.5 m)泥岩应为曲流带内部残留的废弃河道泥岩。

图11　点坝伊始位置叠加测井特征(图4Ee剖面)Fig.11　The logging characteristics of superposition relation of the position of the sandstone at the beginning of point bars (Fig.4Ee section)

图12　末期点坝叠加测井特征(图4Ff剖面)Fig.12　The logging characteristics of the end point bar (Fig.4Ff section)

图13　复杂曲流带结构特征模式图Fig.13　The characteristics of structural model of complex meander belt

(3) 通过概念模型正演得到的地震反射特征与研究区内曲流带内部结构表现出的地震反射特征具有较好的对应关系：强能量反射的底凸上凹、顶平底抬升、底凸顶平、底平上凹的特征分别对应点坝伊始位置叠加前期废弃河道、点坝主体—废弃河道叠加、点坝伊始位置叠加、末期河道等点坝间接触叠加结构。

(4) 通过点坝间砂体顶、底界面高程差异及地震反射同相轴振幅和能量的变化特征，可以识别复杂曲流带点坝伊始叠加早期点坝废弃河道、末期河道叠加、两期点坝伊始位置叠加、两期点坝废弃河道叠加、晚期点坝废弃河道叠加早期点坝伊始位置等点坝间接触叠加模式；研究区内点坝规模差异明显，点坝长度由300 m到800 m不等。

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