基于露头和岩心研究储层尺度深水砂岩的问题与思考

师 展，赵永刚，2，王 博，张栋梁，张辛雨，卜晓庆，刘 翔

（1.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065；2.西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西西安 710065；3.中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川 750006）

深水砂岩作为深水沉积环境的产物，它的识别标志、分类及其特征、成因、形成机制和沉积模式等都是非常规油气沉积学研究的重要内容。在沉积学中，利用测井、录井资料研究油气储层深水砂岩是人们所熟悉的，基于露头和岩心研究储层尺度深水砂岩是非常重要的，但是这种研究绝不是简单地观察与描述。本文主要探讨基于露头和岩心研究储层尺度深水砂岩时出现的一些问题，并对这些问题进行初步地思考。

1 关于深水沉积环境与深水砂岩

“深水”既包括海洋环境，也包括湖泊环境。现代大洋中，深水是指水深200 m 左右的陆架坡折向海方向的陆坡、陆隆及海盆环境。例如现代墨西哥湾的深浅水分界值为200 m～457 m。

沉积环境中的“深水区”是指半深海、深海区域，也指半深湖、深湖区域。“深水沉积”是在现代沉积环境中不易触及、难于观测和研究的沉积类型。因此，尽管深水沉积的研究已有几十年时间，但相对于其他更易于观测和记录的沉积类型而言，人们对于深水沉积的研究和理解要落后许多[1]。20 世纪50 年代初浊流理论兴起，并开始大量研究深水环境中的重力流沉积，使人们认识到半深海-深海环境中不都是极细粒沉积，也沉积粗粒物质，并可能出现水下扇体；同时发现由牵引流形成的碎屑沉积也出现在深海和半深海环境中。20 世纪60 年代，等深流沉积和内潮汐、内波研究一度成为深水牵引流沉积研究的热点之一，直到目前其研究热度有增无减。从20 世纪60 年代到90 年代，古代、现代海底扇或湖底扇沉积模式相继被提出，认识不断被深化，甚至目前仍有不少学者利用海底扇或湖底扇沉积模式解释深水沉积体分布，并用之预测深水沉积油气储层。从20 世纪90 年代开始，G.Shanmugam 等在描述全球范围内的钻井岩心和野外露头时，开始对深水体系中的浊流沉积优势产生怀疑，并意识到由于异常复杂的深水块状砂岩的影响，深水体系极其复杂多变，沉积单元在规模上产生混乱[2，3]。G.Shanmugam 等于1996年认为在深水区发育大规模砂质碎屑流沉积，深水块状砂岩的形成与此有关，在全球沉积界引起了广泛关注。直到目前砂质碎屑流的研究成果仍然在一定程度上代表了深水重力流研究的新进展[4，5]。

深水砂岩是深水沉积环境的产物。迄今为止，利用经典浊流沉积的鲍马序列识别深水砂岩几乎成为“浊积岩”和“浊积相”研究的“法宝”之一。以半深湖、深湖区沉积为例，深水砂岩从成因上可分为滑塌成因的砂岩、砂质碎屑流成因的砂岩和浊流成因的浊积砂岩等。湖相深水砂岩结构具有颗粒偏细、云母和绿泥石等塑性颗粒含量高、碳酸盐岩岩屑及伊利石杂基发育等特征[6]。由于沉积、成岩因素的共同影响，深水砂岩储层普遍致密。非常规油气勘探表明致密油气形成的有利区往往与深水砂岩分布区相关。

2 通过露头研究储层尺度深水砂岩

露头是地质学家进行基础地质研究的基本手段。利用深水沉积地质露头（简称“深水露头”）可以更好地解释深水沉积体系的结构、沉积相和沉积演化。最重要的是，深水砂岩露头可以与地下的深水砂岩沉积体系（油气勘探目标）进行多种尺度的类比研究。

2.1 研究方案

世界范围内的露头研究极大地增强了人们对于深水沉积过程和储层尺度深水砂岩特征及沉积相的理解。迄今为止并没有看到国内外通过露头研究储层尺度深水砂岩统一研究方案的相关报道。

Nilsen 等2007 年在《世界深水沉积地质露头图集》（AAPG 地质研究成果56）中，使用一种深水沉积结构单元分类方案研究深水露头，为业界较为广泛地接受。该分类方案中的沉积结构单元主要分为四种：席状砂、水道、薄层（一些研究人员也使用天然堤来代替薄层）和块体搬运沉积物。这四种沉积结构单元是深水露头中最容易找到的，也是一些露头中主要的沉积物。在露头描述及统计表中，使用S 代表席状砂，C 代表水道，TB 或T 代表薄层，MTD 代表块体搬运沉积物或MTC 代表块体搬运复合体。侵入砂岩（规模大的发育为砂岩岩墙）在多个露头中被发现，但是并未将其在该分类方案中单独划分出来。每个沉积结构单元中都发育深水砂岩。水道和席状砂是其中主要的结构单元，其中水道所占比例高于席状砂。一个露头中可能只有一种结构单元是最主要的（如水道切割了规模更小的席状砂)，但是大部分露头包含多种结构单元。值得注意的是：该分类方案中的席状砂是指几何形态，但实际上它可能包含不同类型的沉积物，包括泥岩和（或）碎屑流沉积物；水道也可能被泥岩充填。最重要的是，每个露头中结构单元的属性都被详尽地描述以便能和其他露头或地下岩心及测井曲线进行对比。

目前国内学者通过露头研究储层尺度深水沉积体系或深水砂岩的工作非常薄弱，主要是利用观察与描述的手段研究岩石学、沉积相特征，还未见到提出一种用于研究的分类方案。上述的Nilsen 等2007 年提出的深水沉积结构单元分类方案值得借鉴或采纳，以便于将中国的深水露头沉积体系、砂岩特征与世界范围内的深水露头资料进行对比分析。

2.2 露头建模

图1 鄂尔多斯盆地南部长6 油层组岩屑长石杂砂岩粒度曲线

露头一直是地质研究的关键，但是传统的野外工作因为其安全隐患、植被或岩屑覆盖、或缺少露头，使其总是充满挑战。众所周知，露头资料是联系大范围、低精度地震资料与小范围、高精度钻井资料之间的重要桥梁。但是，与地下资料不同的是传统的露头资料一直是定性的二维资料，不适用于定量化的三维建模。目前看来数字时代深水砂岩露头研究最关键的局限性也是在三维地质建模方面。

精确的数字化露头资料采集方法主要包括GPS填图、激光测距仪填图、点云技术及现实影像技术[7]。运用现实影像技术得到的露头资料就能够用于露头可视化。通过基础数据采集、采集数字露头资料、采集传统野外露头资料、不同资料的综合、建立露头概念模型、层面数字化和制作测井图、建立静态的露头模型、质量控制以及现实和模型的同步显示等过程可以实现深水砂岩露头建模及模型的可视化。与传统露头资料相比，数字化露头资料和相应露头模型对于深水砂岩油气勘探开发会更有价值。

3 通过岩心研究储层尺度深水砂岩

岩心是最直观、最可靠地反映地下地质特征的第一性资料。油田通常都积累了大量的岩心资料。通过对岩心的观察研究，可以了解地下储层的岩性、物性和含油、气、水产状特征[8]。

长期以来，从岩心（宏观上）和镜下（微观上）识别深水砂岩都是有困难的，因为岩心中致密的细砂岩、粉砂岩组合及镜下的杂砂岩不一定就是深水成因的砂岩，必须要考虑区域沉积环境，并分析所在地区的水动力条件。自然界中水动力总是由强变弱或是由弱变强，重力流与牵引流之间的转化也不是突变的，“过渡”广泛存在。目前研究认为，深水砂岩中纯砂岩与杂砂岩之间存在一个过渡类型，将杂基含量小于10 %、大于20 %的深水砂岩分别定名为纯砂岩和杂砂岩（见图1），杂基含量在10 %～20 %的深水砂岩确定为过渡类型砂岩[9]。

近20 多年来，人们对深水体系中的浊流沉积优势产生怀疑，意识到深水块状砂岩的成因复杂，从而影响到对深水砂岩岩心中沉积构造的客观解释；反过来，通过在岩心中观察到的类似鲍马序列的沉积构造组合，也不能说明该深水砂岩就一定是浊积成因的。

沉积环境中的“深水区”是指半深海、深海区域，也指半深湖、深湖区域。鄂尔多斯盆地南部旬邑-黄陵地区长7、长6 期均处于深水沉积区边缘，其长6、长7 油层组深水砂岩发育[10]。针对半深海、深海沉积环境的深水砂岩研究比较成熟，半深湖、深湖沉积环境的水浅、水动力条件特殊，其深水砂岩沉积环境及沉积相与半深海、深海沉积环境有相似之处，但是自身特点明显（见图2）。由图2 可以看出，旬黄地区长62砂层组1 760.79 m～1 779.40 m 岩心段反映出湖相深水沉积的复杂性，深水重力流沉积中，既发育砂质碎屑流沉积，也发育浊流沉积。深水砂岩主要发育于砂质碎屑流的舌状体和浊流沉积的浊积水道中；粒度较细的深水砂岩出现于砂质碎屑流的舌状体间和浊流沉积的浊积水道间。因此，利用岩心研究深水砂岩的沉积环境及沉积相是分析储层尺度深水砂岩成因的有效手段。

4 露头与岩心结合研究存在的问题与思考

理论上，深水砂岩露头可以与地下的深水砂岩沉积体系进行多种尺度的类比研究；地下的深水砂岩沉积体系面貌是通过对钻井岩心和测井、录井资料的深入分析得到的，因此露头与岩心是有对比基础的。但是在实际的研究工作中，将露头与岩心结合研究深水砂岩是有一定困难的，主要是因为露头地质层位的确定及细分层难度较大，分层标准也可能与岩心和测井不同；地下的地质建模主要是利用测井和地震资料，仅仅利用岩心资料无法进行地质建模，因此没有真正的地下岩心模型可与露头模型对比。露头与岩心结合研究储层尺度的深水砂岩离不开测井、地震，甚至是开发动态资料，它们都是联系测井、地震等资料的重要桥梁。

图2 旬黄地区长62 砂层组岩心分析沉积相柱状图