深水浊积朵叶体构型特征——以爱尔兰克莱尔盆地石炭系露头为例

张磊夫 ，李易隆

（1. 国家能源页岩气研发（实验）中心，河北廊坊 065007；2. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083；3. 中国石油非常规油气重点实验室，河北廊坊 065007）

0 引言

储集层构型是指不同级次储集层构成单元的形态、规模、方向及其叠置关系，它决定着储集层的非均质性与连通性，因此储集层构型研究对提高油气采收率非常关键[1]。深水浊积岩是物性较好的沉积砂体，其内部复杂的构型特征与非均质性直接控制着剩余油分布。近年来针对深水浊积岩的勘探开发取得了重要进展并发现了一系列巨型油田，深水区将是未来全球油气资源重要战略接替领域[2-3]。前人对深水浊积岩构型特征做了大量工作，但相关研究多集中于浊积水道[4-5]，针对浊积朵叶体的构型层次划分与精细解剖仍然较少。本文通过对爱尔兰克莱尔盆地（Clare Basin）石炭系浊积朵叶体露头进行精细解剖，在垂向上进行构型层次划分，在侧向上追踪对比构型单元的分布，建立深海浊积朵叶体沉积模式，以期为深海朵叶体储集层勘探开发提供依据。

1 研究区概况

研究区位于爱尔兰西部Kilbaha Bay地区，研究层段为克莱尔盆地石炭系Ross Sandstone组（见图1）。克莱尔盆地石炭系沉积可划分为下部的 Shannon群与上部的Central Clare群。早纳缪尔期，整个盆地物源匮乏，沉积了黑色深海泥岩（Clare Shale组），之后发育了一套深水扇浊积岩（Ross Sandstone组，厚300～400 m）。随着沉积物不断充填，盆地逐渐变浅，以富泥的、不稳定陆坡沉积为主（Gull Island组），并最终被陆相的河流—三角洲沉积物覆盖（Tullig组）。在爱尔兰西海岸，克莱尔盆地的深水—陆坡—河流三角洲沉积体系连续出露，且可与北美墨西哥湾的一系列含油气盆地直接类比[6-9]，因此是沉积学界开展露头研究的重点地区。研究区地层在沿大西洋海岸线分布的悬崖中有非常良好的出露，植被覆盖较少且侧向连续性良好，有利于精细解剖其内部结构特征。本文选取10个观察点并建立10～20 m厚的垂直剖面（见图1），在准确追踪标志层的基础上，通过步行连续测量20余条重点层面，进行了精细的地层对比，建立的二维剖面能较好地反映各层次界面和构型单元分布特征。

图1 研究区地层分布及露头位置示意图（据文献[8]修改）

2 浊积朵叶体岩相与成因单元

2.1 岩相类型

研究区出露地层主要为细砂岩、层状页岩与薄层粉砂岩。基于岩性、沉积构造、粒度、韵律等特征，识别出7种岩相类型与3种成因单元（见图2）。

①富棱菊石页岩相（见图2a）：水平层理页岩，棱菊石化石发育，由远洋细粒物质缓慢悬浮沉降形成，在研究区剖面中仅出露1层，厚0.7 m，在整个盆地范围可稳定对比，是重要的标志层。

图2 研究区露头典型岩相

②薄层页岩相（见图2b）：水平层理页岩，厚0.1～0.8 m，夹少量薄层砂岩、粉砂岩，棱菊石化石不发育，是朵叶状浊流远端的细粒物质悬浮沉降的产物。

③具层理粉砂岩相（见图2c）：粉砂岩中发育波状层理、偶见平行层理，厚0.1～0.5 m，常与页岩平行互层组成厚0.1～5.0 m的砂泥互层单元，整体砂地比小于50%，是朵叶状浊流远端卸载的产物。

⑤含泥砾中—细砂岩相（见图2e）：由厚0.3～4.0 m的块状中—粗砂岩组成，内部常见泥砾与高角度下切面，侧向延伸数十米至数百米后转化为砂泥薄互层，是侵蚀性很强的水道化浊流快速卸载的产物。

⑥滞留砾岩相（见图 2f）：次棱角状—棱角状砾石，直径0.05～0.50 m，与变形砂岩碎屑、泥岩交互，整体厚 0.4～2.0 m，是浊积水道底部和侧翼滑塌的产物，下方为冲刷面。

⑦杂乱泥岩相：主要由杂乱泥岩组成，内部可出现数米长的砂质岩屑（见图2g）；泥质沉积物严重变形（见图 2h），是局部滑动-滑塌作用的产物，该岩相在研究区仅有少量出露（见图2i），受地表覆盖影响，难以预测侧向展布范围。

2.2 浊积岩成因单元

研究区发育浊积朵叶体、浊积水道、滑动-滑塌 3种成因单元。

浊积朵叶体：在研究区占绝对主导，由岩相②、③、④组合而成。顶底面一般为规则平面，侧向延伸数千米。岩相②、③、④分别指示浊积朵叶体的远端、中部、近端沉积，自下而上组合形成多个向上变厚旋回（见图2d），是多期浊流持续前积作用的产物。

浊积水道：主要由岩相③、⑤、⑥组合而成。在研究区识别出两期浊积水道（见图2e、图2f、图3），厚度分别为2 m和4 m，侧向发育小于300 m。底面为小规模侵蚀面，下切程度较小。岩相⑤、⑥与岩相③自下而上组合形成向上变薄旋回（见图3），解释为朵叶体内部的分支水道。

滑动-滑塌：由岩相⑦组成，在研究区仅局部出露，指示局部的高坡度不稳定环境，滑动-滑塌沉积对下覆地层有较强的侵蚀与改造作用，给区域地层对比造成了一定困难。

为了明确sigma-1受体对于心脏缺血再灌注损伤的作用,首先检测了使用sigma-1受体抑制剂后小鼠心脏缺血再灌注损伤的面积.经过3 d的尾静脉注射sigma-1受体抑制剂BD1047后发现,接受了BD1047预处理后的小鼠心肌受损面积即梗死区与危险区比值(INF/AAR)要远大于对照组,如图1所示,图中LV为左心室(left ventricle),***代表P＜0.01,n=6.

此外，前人在克莱尔盆地中发现了多套富棱菊石页岩段（岩相①），厚0.5～20.0 m[6-9]，在盆地范围连续发育，具有重要的等时意义。研究区仅出露1层0.7 m厚深海相页岩，侧向发育稳定，是重要的对比标志层。

3 朵叶体构型层次

针对深水浊积朵叶体的构型层次，近年来学者们基于高分辨率地震资料与露头表征提出了多种划分方案[10-20]。参考已有方案，笔者通过对露头的精细解剖，充分考虑浊积朵叶体沉积模式、构型单元的规模、顶底界面及内部特征，提出了自纹层至浊积体系的 7级划分方案（见表1）。

图3 研究区17个3级构型单元（LE1—LE 17）与3、4、5级构型界面特征

表1 浊积朵叶体构型层次划分方案对比

河流相、浊积水道相沉积的各层次构型单元通常具有较为明显的不规则物理界面，如大型冲刷面等。本次露头研究中，浊积朵叶体构型单元的物理界面并不明显，对于构型层次的划分是基于对构型单元之间泥质单元的识别。

本次研究共识别出2个5级构型单元，6个4级构型单元，17个3级构型单元（见图3、图4）。5级构型界面为厚0.7 m、富棱菊石化石远洋泥岩（见图2a），按悬浮沉降速度推断其记录了大约 1×105～1×106年的沉积间断[6-9]。朵叶体复合体（5级）是本次研究中最高层次构型单元，上部朵叶体复合体的顶界面与下部朵叶体复合体的底界面在研究区均未出露。5级构型单元由多个朵叶体（4级）组成，4级朵叶体构型界面为厚度0.25～1.00 m的层状页岩段，内部含少量粉砂岩夹层，页岩段的顶底面少见侵蚀冲刷（见图 2b、图 3、图4）。研究区4级构型界面侧向稳定展布，可达数千米（见图3、图5），指示大型供给水道改道后引起的沉积间断。

4级朵叶体内部，发育多个厚0.02～0.50 m、侧向展布几百米至几千米的页岩段，夹薄层粉砂岩（见图3、图5）。这些页岩段指示着朵叶体单元之间的沉积间断，是朵叶体单元（3级）的界面（见图5c、图5d）。朵叶体单元由多个单砂层（2级）组成，单砂层之间发育页岩隔层，页岩厚度变化较大（0.01～0.30 m），侧向展布数米至数百米。每一个单砂层指示着一次浊流沉积事件，沉积发生时间可能仅为数秒至数天。由于沉积速率较快，浊流的泥质部分还未充分沉降就被新一期的浊流所侵蚀，因此单砂层之间页岩厚度小、连续性差且常见突然尖灭，砂体融合频繁出现，通过多期融合，可形成厚度大于3 m的无构造砂岩层。

在垂向上，浊积朵叶体最显著的构型特征是粗粒/砂质、厚层的构型单元与细粒/泥质、薄层的构型界面的平行/类平行互层。各层次构型界面形成了相应构型单元的主要渗流屏障。因此，准确识别不同层次的泥质构型界面是划分构型层次、研究砂体分布样式与连通性的关键。浊积朵叶体构型单元在剖面上一般呈“底平顶凸”的外形，但由于宽厚比较大（通常大于500∶1）[21-24]，顶界面的“凸起”并不明显，而是呈现水平、板状特征，侵蚀冲刷构造发育较少。

图4 研究区朵叶体的补偿性叠置特征

图5 研究区2—5级构型单元及界面

4 浊积朵叶体砂体定量表征

研究区出露的2个5级构型单元未见边界，但前人[6-9]研究表明其在研究区均稳定发育，预计侧向展布可达数十千米，最大厚度分别约70 m与200 m。露头可提供高分辨率的垂向资料，但对于构型单元的侧向尖灭特征的研究严重依赖于露头质量与出露范围。前人研究表明研究区物源方向垂直于露头的走向[6-9]，因此宽度可近似假设为真实宽度，可避免因测量角度引起的误差。但是，本研究区并未见4级、3级构型单元的侧向边界，同时，2级构型单元融合程度较高，常出现突然尖灭（见图 3、图 4）。因此，本次研究并不能准确地记录各构型单元的宽度值，而只能基于前人研究估算宽度范围。

浊积朵叶体砂体的定量构型特征如表 2所示，2级至 5级构型单元的厚度统计位于不同区间，构型层次越高，厚度越大（见图6）。

表2 浊积朵叶体定量构型特征

图6 研究区单砂层厚度分布（a）与2—5级构型单元厚度统计（b）

朵叶体（4级）的最大厚度变化较大，6个朵叶体的平均厚度为3.17 m。单个朵叶体内部的朵叶体单元（3级）数量变化较大，如朵叶体5中可识别出6个朵叶体单元，而朵叶体4仅由1个朵叶体单元组成（见图 3）。此外，朵叶体单元的宽度变化较大并可出现相互融合（“lobe element amalgamation”，见图3）。朵叶体单元的平均厚度为1.34 m。

2级构型单元厚度值变化较大（0.02～3.00 m），宽数米至数百米不等，对10个观察点中280多个单砂层的统计数据表明：单砂层的平均厚度为0.32 m（中位数0.15 m），多数单砂层厚度一般为0.05～0.50 m（见图6a）。单砂层厚度可达3 m，甚至更大，应是发育在浊积朵叶体的中心部分，可能由多个较薄的单砂层相互融合而成。对露头的侧向追踪表明，厚层砂岩向两侧变薄，常“分裂”为多个薄层砂岩与页岩的交互层。

5 讨论

5.1 浊积朵叶体沉积模式

对研究区详细地层对比表明：在两期 5级构型单元内部，从老至新，4级构型单元呈现厚度逐渐变小的趋势（朵叶体1—4；朵叶体5—6，见图3、图4），这可能反映了可容空间/沉积物供给（A/S）比值持续增加，直至最终沉积停止。此外，相邻朵叶体之间显示补偿性叠置（compensational stacking）特征，即上覆朵叶体的最厚位置（近端环境）一般发育于下伏朵叶体最薄位置（远端环境）之上（见图 4），因为较新的浊流事件总是倾向于先填补较老的浊流事件沉积所形成的地形较低处，从而不断“补偿”已有地形。经过持续的“补偿性”作用，最终的沉积物呈现平行、板状特征，即前人所形容的“浊积席状砂”。相邻朵叶体之间的泥质单元发育稳定，少见冲刷、侵蚀构造（见图3、图 4、图 5），指示低能沉积环境，亦证明朵叶体的相互叠置以补偿性叠置为主。

本次研究识别的17个朵叶体单元（3级构型单元）在垂向上均显示向上变厚的旋回特征（见图2d、图7），由 3部分组成（见图 2、图 8）：底部的薄层页岩（岩相②）；中部的砂泥薄互层（岩相③）；顶部的厚层无构造砂岩（岩相④）。因此，朵叶体（4级）在垂向上表现为多个“向上变厚”反旋回（3级）的重复叠置（见图7d、图8），这与几十年来沉积学家对于浊积朵叶体的认识一致[17-18,20]。对于朵叶体单元而言，在呈现“向上变厚”的同时，砂质含量、砂岩融合程度、侵蚀程度也向上增大，指示由下至上、由老至新，流体能量的持续增加，由朵叶体内部持续的前积作用形成。

图7 典型露头中各构型层级单元与界面（露头为阶梯状断崖，由于仰拍角度，图b与图c存在一定差异；剖面位置见图3，A）

值得注意的是，垂向上的“向上变厚”旋回仅出现在朵叶体单元（3级构型单元）级别。当朵叶体（4级构型单元）由多个朵叶体单元组成时，在朵叶体内部，单砂层的整体垂向叠置特征没有特定规律，并不呈现“向上变厚”的特征（见图8），在实际工作中应引起注意。

平面上，各层次构型单元均呈朵叶状（见图7b）。以朵叶体为例，在浊积水道口或水道-朵叶过渡区的下方，富砂的重力流流体快速向四周散开，流体体积与流体速度由中心往边缘呈辐射状减弱。与此对应，朵叶体沉积物自近端、中部、远端分别表现为厚层砂岩、砂泥薄互层、厚层页岩，砂地比与砂岩融合程度逐渐变小，泥质含量持续变高，泥岩的连续性与保存程度逐渐增加。

3级朵叶体单元通常显示向上变厚旋回（见图9），其顶部（即最上方无构造砂岩的顶面）可见一种特殊的冲刷构造（见图9e、图9g）：巨型槽痕（megaflute[6-7]）。本文的解释是：浊流经过水道的搬运，持续向远端前积推进；在卸载沉积朵叶体单元（向上变厚的旋回）之后，由于沉积-地形的动态变化，水道发生改道，在新水道口的下方，重力流被释放至平缓的地形，因此将经历突然加速的过程。相应地，在靠近新一期供给水道的位置，高速的重力流冲刷较老的沉积物，导致巨型槽痕的形成（见图 9e、图 9g）。之后，随着浊流的持续前积，在巨型槽痕的上方形成新一期的向上变厚旋回。

3级构型界面的保存程度比4级构型界面差，前者可被局部侵蚀，例如，朵叶体 5中最下部的两个朵叶体单元LE10与LE11相互融合（见图10）。上部LE11对下部LE10的下切面仅0.2 m，且两期砂体粒度一致，属于④型融合面[22]，意味着两期砂体之间沉积间隔极短。LE11在研究区稳定发育，垂向上呈现向上变厚特征，顶底面均为平行、板状，宽度大于1 km，与具有明显下切面、宽度为数百米的分支水道沉积相比具有显著差异，与巨型槽痕亦存在差异。朵叶体单元的相互融合导致了相邻砂体的直接接触，是重要的渗流通道，也导致朵叶体单元在局部出现向上变薄、或是无规则的垂向叠置特征。因此，笔者认为，朵叶体单元之间的融合应作为一种特殊的侵蚀特征看待，应引起一定重视。

图8 研究区点典型露头综合柱状图（剖面位置见图3，露头9、10）

5.2 构型与砂体连通性

前人对浊积朵叶体露头的研究[11,14,25]发现，在朵叶体（4级构型单元）的近源部分，发育侵蚀冲刷构造（水道-朵叶体转换带，channel-lobe transition zone），4级构型界面可被局部侵蚀，导致 4级构型单元之间的相互融合（类似河道的“切叠”）。本次研究识别的 4级构型界面发育稳定，6个4级构型单元均被稳定展布的页岩隔挡，并未相互连通。3级构型界面保存程度有所降低，在研究区内发现两处朵叶体单元（3级构型单元）之间直接连通。在朵叶体单元内部，2级构型界面保存程度更差，单砂层之间发育频繁的融合现象。

砂岩融合面并不是一个简单的连续面。朵叶体单元5中，其底部的LE5-1层段自西向东由0.6 m厚砂岩（见图9d、图9e）变为2 m厚砂岩，向东突然“分裂”为3段砂岩层夹2段泥岩层的砂-泥薄互层单元（见图9c），之后再向东转变为1 m厚的砂岩（见图9g）。LE5-2层段自西向东由1 m厚砂岩转变为多层砂泥岩交互的薄互层单元（见图 9d—图 9g），在频繁、不连续地砂岩融合下，薄层泥岩段侧向展布不连续，常出现突然尖灭。整体而言，构型层次越高，构型单元之间的相互融合程度越低，构型界面越完整、连续，这与前人基于全球不同浊积朵叶体的统计分析结果相同[18,22]。

对露头的构型解剖表明，在垂向上，浊积朵叶体在各层次均表现为富砂的构型单元被富泥的构型界面所隔挡，后者成为前者的渗流屏障。这些泥质构型界面厚度较小，一般为厘米—米级，在地震剖面几乎上难以识别，但受多级构型层次控制，分布十分复杂且侧向展布范围较大。定量记录不同层次泥质隔夹层的分布特征、并在储集层随机模型中进行精细表征是近年来深水沉积学与深水储集层建模的热点与难点[24-26]。近期的储集层建模研究表明[22]：砂体融合比（sandstone amalgamation ratio）可定量描述砂岩单层的融合程度，是控制砂体连通性的最主要因素。类似地，可采用相同的方法定量表征更高构型层次砂体之间的相互接触关系，如朵叶体单元融合比（lobe element amalgamation ratio）、朵叶体融合比（lobe amalgamation ratio），可定义为相邻朵叶体单元/朵叶体相互融合的长度占总长度的百分比。总体而言，浊积朵叶体每一层次构型单元在横向上均有较好的连续性，连通性好；在垂向上相变较快，连通性较差。垂向非均质性大于横向非均质性，垂向连通性小于横向连通性。

图9 典型露头中单砂层构型单元的侧向融合特征（剖面位置见图3，B）

图10 朵叶体5内部朵叶体单元的融合现象（露头相对位置见图4，位于观测点10东侧）

6 结论

通过对爱尔兰石炭系 Ross Sandstone组深海相浊积朵叶体露头的精细解剖，识别了富棱菊石页岩相、薄层页岩相、具层理粉砂岩相、无构造细砂岩相、含泥砾中—细砂岩相、滞流砾岩相、杂乱泥岩相等 7种岩相，划分了浊积朵叶体、浊积水道、滑动-滑塌3种成因单元。提出了深水浊积朵叶体自浊积体系至纹层的7级构型层次，研究区露头可划分为朵叶体复合体、朵叶体、朵叶体单元、单砂层 4个构型层次。各层次构型单元与对应的构型界面具有截然不同的特征，其中朵叶体表现出明显的补偿性叠置，朵叶体单元呈现“向上变厚”的反旋回特征，单砂层之间频繁融合。浊积朵叶体沉积整体上表现为板状、平行/类平行的砂泥二元互层，由中心的厚层、高砂地比、高砂岩融合比的无构造砂岩向侧向和远端转变为薄层、低砂地比、低砂岩融合比的砂泥薄互层。

致谢：感谢爱尔兰都柏林大学Tom Manzocchi教授与Peter Haughton教授的指导和帮助。