冲积扇储集层构型及三维地质模型——以准噶尔盆地红车地区红18井区为例

陈娟，吴小军，陈燕辉，印森林

（1.长江大学 a.工程技术学院；b.录井技术与工程研究院，湖北 荆州 434020；2.中国石油 新疆油田分公司 勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 83400）

冲积扇为河（洪）流出山口的扇形堆积体，与陆上其他成因的碎屑沉积体相比，受构造、气候及物源等多种因素控制，冲积扇沉积十分复杂[1-6]，不同级次沉积体的形态、规模、方向及相互叠置关系（即沉积构型）不同[7-8]。近年来，学者们建立了不同类型的冲积扇的沉积构型模式，包括湿润型、干旱型和半干旱型[1，6]等，同时，对其沉积机制和冲积扇模式的差异性进行了详细研究，如对三叠系克拉玛依组克下亚组半干旱型冲积扇内部构型进行了分级解剖[9-11]，对冲积扇内部不同隔夹层类型进行了分析[12]，对洪水期和间洪期不同冲积扇模式进行了研究[13]。整体来说，冲积扇研究受到了广泛的关注[14-19]，但对比河流—三角洲沉积体，对冲积扇沉积构型的研究程度仍明显滞后。目前，虽初步建立了冲积扇构型模式，但对其内部各成因沉积体的三维叠置关系与几何形态，以及砂砾岩体内部结构特征的研究不足。与此同时，冲积扇扇根槽流—片流砂砾岩体、扇中辫流沉积体、扇缘径流沉积体差异较大，与河流—三角洲沉积体系三维建模相比，对冲积扇建模的难度更大，收敛性更差，难以较好地应用数学模型来表征。因此，冲积扇建模方法有待进一步完善。

1 区域地质概况

红山嘴油田红18井区位于准噶尔盆地西北缘克乌断阶带与车排子隆起之间，是一个四周被断裂切割的大型断块区，包括红18断块、红48断块、红43断块和红91断块（图1）。研究区共有开发井50多口，平均井距200～300 m，局部100～150 m，测井曲线系列完整，并完钻了1口系统取心井，另外，在研究区西北的加依尔山麓深底沟，出露有三叠系克拉玛依组（1-13号露头剖面），为本次研究奠定了基础。

图1 研究区构造位置

研究区自下而上发育了石炭系，三叠系克拉玛依组（克下亚组T2k1和克上亚组T2k2）、白碱滩组（T3b），侏罗系八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）、西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t）、齐古组（J3q）和白垩系吐谷鲁群（K1tg）。研究区克拉玛依组克下亚组沉积较为稳定，厚度98.0～154.0 m，平均117.2 m，可以划分为S6和S7共2个砂层组，细分为等8个砂层及14个单层。克下亚组整体为一套粗碎屑沉积，储集层主要为不等粒砾岩、砂砾岩、含砾不等粒砂岩和砂岩，碎屑颗粒自下而上由粗变细，具正旋回特征；成分成熟度和结构成熟度低，重矿物以钛铁矿和褐铁矿为主，具近源短距离搬运和快速堆积的特征。孔隙度主要集中在10.0%～20.0%，分布相对较为集中，呈正态分布；储集层平均孔隙度为17.8%，渗透率分布范围较广，为0.10～1 000.00 mD，平均为57.81 mD，属中孔中—低渗储集层。

2 冲积扇相带分布特征

冲积扇沉积主要发育在S7砂组。自下而上，主要发育席状分布的槽流砾石体（图2a），主要为槽流与片流砾石体叠置主要发育席状分布片流砾石体主要发育宽带状片流砾石体。

3 冲积扇储集层构型样式

3.1 扇根构型样式

在取心井、密井网研究的基础上，对碎屑流带的沉积构型单元进行划分，并分析总结构型要素的岩电特征，认为扇根主要发育槽流带、片流带和漫洪带3种5级构型要素。

（1）槽流带构型单元规模与叠置关系 单一槽流砾石体是一次洪水事件在主槽部位形成的主要沉积体，其规模受控于古地形和洪水规模，由中间向两侧，主槽沉积体厚度逐渐减小。单一槽流砾石体宽度约1.5 km，厚度3～6 m（图3）。

图2 红18井区不同层位沉积微相展布

单一槽流砾石体并无明显的岩性边界，由于槽流砾石体沉积时为碎屑流出山口沉积的初始阶段，粗粒碎屑沉积物质卸载迅速，整个槽流带岩性以不同粒度的砂砾岩为主，使得单一期次槽流砾岩体的边界不易区分。砂质沉积的流沟和泥质夹层为垂向分期的重要依据，然而，其发育分布的极不稳定性引起平面上单一槽流砾石体边界难于识别。综上所述，槽流带是席状砂砾岩体，其内部发育少量小规模（横向规模一般小于50 m，垂向厚度小于0.5 m）的砂质沟道沉积或泥质夹层。

（2）片流带构型单元规模与叠置关系 与槽流带相比，片流带的形成地形较为开阔，粗粒碎屑物质由主槽涌出时能量比较高，在开阔地带形成连片状近似均匀撒开的砾石体。因此，片流带砂砾岩体是不同期次垂向、侧向多期叠加而成，不存在明显的冲刷、充填沉积构造。片流沉积砂砾岩体呈连片状分布，砂砾岩体厚度为4～6 m，横向宽度为1.5～2.5 km，为典型的席状连通砂砾岩体。由中间向两侧，砂砾岩体厚度逐渐减小，电阻率也明显降低。连片砂砾岩体中出现的漫流沉积为片流沉积顺源逐渐过渡到辫流水道沉积的标志，这是由于片流砂砾岩体以垂向加积为主，而冲积扇辫流水道则以下切、冲刷和充填为主。辫流水道沉积砂体电阻率（18～28 Ω·m）较片流沉积（25～35 Ω·m）明显降低，而单砂体厚度则明显减小。

图3 研究区槽流带构型要素剖面特征

（3）漫洪带构型单元规模与叠置关系 漫洪带主要发育2类4级构型要素，包括漫洪砂体和漫洪细粒沉积，漫洪带的发育程度主要受控于主槽边部的古地形，在主槽边部起伏不定的古地形影响下，不同部位差异较大，因此，漫洪带的沉积分布不均匀，连片性差是其最突出的特征。漫洪砂体为物性较差的储集体，而漫洪细粒沉积则为冲积扇根部主要的隔夹层。漫洪砂体厚度为0.5～2.0 m，横向宽度一般不超过300 m，且形态不规则（图3）。主槽向漫洪带侧向过渡，其砂砾岩体厚度减小，平面上出现不连续，储集层物性差。

3.2 扇中构型样式

扇中辫流带是在漫流细粒沉积背景下，下切形成的水道复合砂体，由多个高能水道、低能水道和漫流砂体横向复合切叠而成。

辫流带砂体厚度整体由中央向两边变薄，连通性开始变差，单一辫流水道规模变小，最终被漫流细粒沉积完全分隔开。不同复合辫流水道之间连通性较差。复合辫流水道中央砂砾岩体厚度大，连片性好。研究认为，辫流带为较大规模的漫流沉积，平面宽度一般大于500 m.

单一辫流水道是辫流带的基本组成单元，根据水道规模、岩性和物性的差异，将其分为低能水道和高能水道两类，叠置样式主要有4种。

（1）高能水道—高能水道拼接 高能水道横向和垂向规模较大，一般相互交切作用较强，连通性强，高能水道发育带一般也可形成泛连通体，研究区单一高能水道厚度3～5 m，不同单一水道一般厚度相当，高程差异较小（图4a）。该模式在研究区主要发育在辫流带开始位置，主要发育层位为S3-37和S3-27，占整个水道体系的25%左右。

图4 研究区单一辫流水道连通模式

（2）高能水道—低能水道拼接 高能水道边部与低能水道相拼接、切叠，具有一定的高程差，这是由于高、低能水道往往不是同一时期发育。高能水道与低能水道的交切面上一般不存在泥质隔夹层，主要原因是，不同期次的高能、低能水道之间总是切叠而成（图4b）。该模式在研究区主要发育在S3-27和S3-17辫流带中部，占整个水道体系的20%左右。

（3）低能水道—低能水道拼接 低能水道拼接样式为扇中中部至扇缘发育的最典型样式，表现为低能水道频繁迁移并相互交切，最终形成局部较为连片的低能水道带（图4c）。低能水道的拼接样式一般是以汇聚和垂向叠置为主，不存在很强的切叠作用，从而导致拼接面存在一定的泥质隔夹层。值得一提的是，扇中的低能水道一般存在孤立状（单一低能水道被漫流带分隔）和汇聚状，造成纵向上不同部位的连通性存在较大的变化，主要发育在研究区S2-37和S2-27辫流带中部，占整个水道体系的30%左右。

（4）水道—漫洪砂体拼接 水道与漫洪砂体侧向上拼接，进一步加强了横向上砂体的连续性。但漫洪砂体厚度较小且一般处于高部位，物性较差（图4d）。因此，水道与漫洪砂体拼接连通面积很低，连通性弱。发育在研究区辫流带各个位置，其样式占据了整个水道体系约25%，建模过程中主要考虑了其侧向拼接的相变及规模特点。

3.3 扇缘构型样式

利用密井网资料，对研究区扇缘构型单元的研究发现，其组成相对简单，单井上径流水道和漫流砂体能够清晰的从漫流细粒沉积中识别出来。S2-17和S71的主体为漫流细粒沉积，径流水道宽度小，厚度1.0～2.5 m，呈窄条状分布。径流水道侧向被漫流细粒沉积遮挡，宽度一般60～80 m.自下而上，径流水道和漫流砂体逐渐减少。

4 储集层三维构型模型

4.1 建模思路和方法

图5 研究区辫流水道叠置样式

确定性建模和随机建模是目前建模的主要方法。确定性建模是对井间未知区通过地质模式给出确定性的预测结果，而随机建模则是对井间未知区应用随机模拟方法给出多个可选的预测结果。针对冲积扇沉积体来说，目前已有的地质建模算法适用性较差，基于象元的随机模拟算法砂砾岩体分布与冲积扇沉积体形态差异较大，而基于目标的随机模拟算法难以用数学模型来表征不同级别的构型单元，主要原因是冲积扇扇根槽流-片流沉积砂砾岩体、扇中辫流沉积体及扇缘径流沉积体差异较大，难以用单一数学模型来表达。基于此，在井点构型数据约束下，结合前述构型平面分布研究，确定不同细层的砂砾岩体构型分布，最后，利用人机交互的方法进行模型精细修正，力争较为真实地反映冲积扇沉积体空间三维分布特征。

在研究区数据分析的基础上，建立坐标系统和网格系统。根据研究区的开发现状及数值模拟的需要，平面网格大小设置为25 m×25 m，网格高度为0.25 m，整个研究层段的网格数为228×221×387=19 500 156个。

4.2 建模结果分析

在单井和二维平面相研究的基础之上，通过人机交互的方法，在储集层沉积学和储集层构型理论的指导下，建立了克下亚组储集层三维构型模型。从S5-27的多个细分层可以发现，砂砾岩体发育程度很高，内部漫洪细粒沉积分布范围越来越大，形态呈土豆状，也有条带状和连片状等多种形态，规模不等（图6a）。S4-27主要发育片流砂砾岩体沉积，自下而上片流砾石体发育程度越来越低，漫洪细粒沉积分布范围越来越广（图6b）。S3-27主要发育辫流水道砂体，具有明显的正旋回特征，自下而上砂体发育程度越来越低，漫流细粒沉积发育程度越来越高（图6c）。S2-27主要发育径流水道砂体，具有明显的正旋回特征，自下而上砂体发育程度越来越低，漫流细粒沉积发育程度越来越高（图6d）。整体来说，砂砾岩体发育程度自下而上越来越低，连续性越来越差，漫洪细粒与漫流细粒沉积发育程度越来越高。同时，表征并建立了研究区的三维砂砾岩体模型（图7a），包括了槽流砾石体、片流砾石体和辫流水道、径流水道、漫洪与漫流沉积成因的砂（砾）岩体模型的空间分布。另一方面，建立了由漫洪细粒沉积与漫流细粒沉积代表的三维隔夹层模型（图7b）、三维漫洪细粒沉积模型（图7c）和三维漫流细粒沉积模型（图7d）。

图6 研究区克下亚组三维构型模型（k为建模的细分层序号）

图7 研究区克拉玛依组三维构型模型栅状图

通过上述研究及建模工作，对得到的模型进行对比分析。从单井数据、离散化数据及三维模型数据分析发现，砂砾岩体所占比例相差5%以内；砂体最小厚度、均值、最大厚度和方差模拟的结果差异均不大，总体说明了模型比较可靠。

以冲积扇储集层二维构型的研究为基础，开展平面约束下的冲积扇储集层三维构型模型，为有效建立复杂沉积体三维模型提供了方法。效果分析表明，在研究区域以及其他区域相似油藏均具有推广意义，对类似油气藏的开发生产和降低类似油藏开发风险具重要意义。

5 结论

（1）识别了冲积扇砂砾岩体储集层内部构型单元的构成；扇根的槽流砾石体、片流砾石体、漫洪砂体和漫洪细粒沉积等4类，扇中的辫状水道分为高能水道、低能水道、漫流砂体和漫流细粒沉积等4类，扇缘的径流水道和漫流砂体等2类。

（2）冲积扇储集层内部构型单元具有不同的叠置样式及分布规模；扇根槽流—片流带为砂砾岩体的复杂叠置形成的泛连通体样式，单一砂砾岩体分布范围1.2～1.6 km不等；扇中辫流带为高能水道砂体、低能水道砂体与漫流砂体的复杂交错叠置，呈局部连片、整体分散的样式，其中高能水道宽度为400～600 m，低能水道宽度为100～250 m；扇缘径流带为径流水道呈镶嵌状分布在漫溢细粒沉积中，呈窄条带状样式，径流水道宽度为50～80 m不等。

（3）在精细地质研究基础上，利用确定性建模结合人工互动方式，建立了研究区冲积扇的三维构型模型。模型很好地从三维的角度对冲积扇不同相带的砂砾岩体构型单元进行了表征，同时，建立了研究区的三维隔夹层模型。综合分析发现，三维模型与地质认识较为一致。