多类型河流体系沉积模式及对油气的控制作用

褚庆忠，武泽，王连进，邵先杰，刘英杰

(燕山大学，河北秦皇岛 066004）

多类型河流体系沉积模式及对油气的控制作用

褚庆忠，武泽，王连进，邵先杰，刘英杰

(燕山大学，河北秦皇岛 066004）

依据岩心、化验分析及测井等资料，详细分析了渤海湾地区秦皇岛32－6油田高弯度曲流河、低弯度曲流河和辫状河等3种河流沉积体系的沉积微相类型及特征。通过对沉积基准面变化规律的分析，研究了3种河流类型在纵向上的交互沉积模式。不同河流沉积体系的沉积微相类型及砂体结构特征不同，从而表现出了不同的储集性能和含油气丰度。曲流点坝微相含油丰度最高，其他依次为辫状河道、决口扇、低弯度曲流河道和高弯度曲流河废弃河道微相。研究结果可为下一步的滚动勘探提供目标地区和层位。

秦皇岛32－6油田；沉积模式；辫状河；曲流河；含油气丰度

1 地质概述

渤海湾盆地构造上位于太行山，鲁西和胶、辽隆起之间，经历了中晚元古代克拉通边缘拗拉槽阶段、古生代克拉通阶段、中生代挤压隆升剥蚀阶段和新生代裂谷阶段的复杂构造演化过程，是典型的叠合盆地［1］。由于新生代构造运动等因素影响，在上第三系明化镇组沉积时期，发育了不同类型的河流沉积体系交替沉积序列。

秦皇岛32－6油田是一个在前第三系古潜山(石臼坨凸起)背景上发育起来的并被断层复杂化了的大型低幅度披覆构造［2］。油层埋深浅，一般为950～1 500 m，成岩程度较低，平均孔隙度为28%，平均渗透率为1 500×10－3μm2，纵向上含油层位多，油水关系复杂。油田主要目的层发育于新生界上第三系明化镇组下段，于2001年10月相继投入开发，投产初期基本没有无水采油期，表现出综合含水率上升快、采油速度低、产量递减速度快等特点。迫切需要通过沉积微相及沉积模式的研究，查明其储层的沉积微相及相带变化规律。这不仅能优化储层的划分与对比，而且有利于砂体及其非均质性预测，为油藏开发寻找剩余油，并针对不同的河流类型及微相采取不同的措施，改善油田的开发效果提供依据［3－4］。

2 不同类型河流体系的沉积微相特征

秦皇岛32－6油田明化镇组下段可进一步细分为Nm0、NmⅠ、NmⅡ、NmⅢ、NmⅣ、NmⅤ等6个油组、29个小层。其中，NmⅡ2－4层为砂质辫状河沉积体系，Nm01、NmⅠ1、NmⅠ2、NmⅤ3、NmⅤ4、NmⅤ5等6个小层为低弯度曲流河沉积体系，其他20个小层为高弯度曲流河沉积体系。不同河流体系由于其地质背景、沉积机制以及水动力条件的差异，发育有不同的沉积微相类型，表现出不同的砂体几何特征和不同的内部连通结构［5］。

2.1 高弯度曲流河沉积体系特征

高弯度曲流河砂体厚度一般为2～15 m，弯曲度为1.5～3.0，根据对沉积环境标志的研究，进一步划分为点坝、废弃河道、决口扇、天然堤和泛滥平原等5种微相(图1)。

2.1.1 点坝微相

点坝砂体是高弯度曲流河沉积体系的砂体骨架。岩性以细砂岩、粉砂岩为主，只在底部的滞留层段发育有厚度较薄的中砂岩。主要发育槽状交错层理、板状交错层理、波状交错层理和水平层理等，分选较好。平面上多呈新月形分布在凸岸一侧，砂体规模大小受曲率半径、满岸河深及满岸河宽等因素的影响［6］。该区点砂坝微相发育规模变化较大，厚度一般为2～22 m，最大厚度可达30.7 m，长度为439.1～4 839.7 m、宽度为442.0～5 351.7 m，砂体长宽比为1.0～3.5，面积为0.1～10.3 km2，曲率半径为217.7～1 478.7 m。有效孔隙度为24%～38%，空气渗透率为500×10－3～2 500×10－3μm2。

图1 秦皇岛32－6油田06小层沉积微相

横剖面上呈透镜状，凸岸一侧厚度薄，凹岸一侧厚度大。纵向上表现为正韵律特征，下粗上细，电测曲线呈底部突变、顶部渐变的中高幅度钟形。点坝砂体纵向上可划分为3段，底部为厚度较薄的河道滞留沉积单元，一般为1～2 m，粒度较粗，多为中砂岩，分选较差，与下伏泥岩呈冲刷接触，横向上连通较好。而中部为侧积体单元，由细砂岩和粉砂岩组成。由于发育有不同规模的泥质侧积夹层，砂体之间不相连通或呈半连通状。上部为加积成因的粉砂岩和泥质粉砂岩等细碎屑沉积，厚度为1～3 m。这3个单元构成了曲流河点坝砂体完整的纵向序列。

2.1.2 废弃河道微相

废弃河道充填是高弯度曲流河沉积体系中特有的一种沉积微相，其砂层厚度较薄，一般为1～2 m，岩性以中砂岩为主，含有较多的泥砾，泥砾大小为5～15 mm，并且有较高的磨圆度。主要发育冲刷构造和槽状交错层理，电测曲线呈高幅指状，平面上位于河道凹岸一侧，与点坝砂体过渡接触。

2.1.3 决口扇微相

决口扇是由于洪水的间隙性暴发，河水携带的沉积物突破天然堤被冲刷到泛滥平原上形成的决口充填沉积，一般发育在曲流河的凹岸外侧。平面上呈扇状、朵状、条带状及不规则状。纵向上也常因多期叠加而呈薄互层状，有时厚度可达10 m以上。岩性一般较细，分选差，主要为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，发育波状交错层理、波状层理、波纹爬升层理和水平层理，见植物化石碎片。电测曲线多为低幅指状、复合韵律状等。由于受地势、地貌及河道弯曲度等因素的影响，决口扇发育规模变化较大，规模最小的仅为400 m×800 m，厚度为1～4 m，这一类储层物性较差，一般不能形成有效储层；规模较大的可达1 600 m×3 600 m，厚度为5～10 m，物性较好的部位可形成有效储层。

2.1.4 天然堤微相

岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩为主，发育小型波状交错层理、波状层理和水平层理等，平面上呈楔形窄条状分布于河道两岸，纵向上一般发育在曲流点坝之上，电测曲线呈低幅齿状，分选较差。一般不会成为有效储层。

2.1.5 泛滥平原微相

以紫红色块状泥岩为主，局部夹粉砂岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩，岩心断面呈疙瘩状，见大量钙质结核和植物根痕化石，泥裂构造、雨痕构造发育。

电测曲线平直且齿化严重。

2.2 低弯度曲流河沉积体系特征

秦皇岛32－6油田的低弯度曲流河是介于高弯度曲流河和辫状河之间的一种过渡类型，弯曲度一般为1.2～1.5，可细分为河道、决口扇、天然堤和泛滥平原等4种微相(图2)。天然堤和泛滥平原微相与高弯度曲流河的特征基本一致［7］。

2.2.1 河道微相

岩性以细砂岩、粉砂岩及泥质粉砂岩为主，发育小型槽状交错层理、板状交错层理及水平层理等沉积构造。河道宽度为300～1 500 m，砂体厚度变化大，一般为2～8 m，最大可达18 m，呈砂坝状分布，多为顺河道方向透镜状，纵向上呈加积结构。电测曲线为典型的正韵律特征。有效孔隙度为20%～30%，空气渗透率为300×10－3～2 000×10－3μm2。

2.2.2 决口扇微相

低弯度曲流河的决口扇比高弯度曲流河更发育，且发育规模变化大，普遍分布在河道两侧的低洼处，规模最大可达2 000 m×4 000 m，厚度一般为2～6 m，最大可达12 m，平面上常呈扇状、透镜状及不规则状。岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩为主，发育波状交错层理、波纹层理及水平层理等，电测曲线表现为低幅的反韵律及复合韵律。

图2 秦皇岛32－6油田V3小层沉积微相

2.3 辫状河沉积体系特征

砂质辫状河由多条河道侧向拼接，呈大面积分布(图3)，剖面上呈现顶平底凸的特征。可划分为河道和河漫滩2个微相［8］。

2.3.1 辫状河道微相

辫状河道微相是辫状河沉积体系的主要储集体部分，由于其频繁改道，使得多期成因的河道砂体横向上连片分布、纵向上相互叠置，呈冲刷充填结构，形成广泛分布的厚砂体，称为“泛连通体”［9］。整个河道平面呈十分宽阔的带状。主要为中砂岩、细砂岩和粉砂岩，宽度为4 349.2～5 906.1 m，厚度为5～30 m。内部可细分出4～6期河道单元，每期单元底部都存在冲刷面，单个河道单元厚度为2～5 m，宽度为500～2 000 m。沉积构造以槽状交错层理、板状交错层理为主，电测曲线以顶底部突变的箱状特征为主，也见底部突变上部渐变的钟形曲线。河道中间发育大量不规则“土豆”状和“纺锤”状的纵向、横向及斜向河道砂坝，砂坝厚度一般为10～36 m，最厚达40 m以上，最大达850 m×2 300 m。

根据岩心观察，发育完整的辫状河道单元一般可划分成3个沉积单元：①底部高能单元，多为中砂岩，河道底部冲刷面含大量泥砾，泥砾直径为5～20 mm，具有一定排列方向，发育大型槽状交错层理，反映河道发育早期水流搬运能力强；②中部加积单元，以细砂沉积为主，主要由垂向加积作用形成，发育板状交错层理、波纹爬升层理等；③顶部低能单元，以细砂和粉砂沉积为主，发育波纹层理，河道已进入发育晚期，水流搬运能量显著降低。

图3 秦皇岛32－6油田Ⅱ2－4小层沉积微相

2.3.2 河漫滩微相

以灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及块状泥岩为主，发育水平层理、波状层理等。

3 多类型河流体系交替沉积模式

上第三系明化镇组沉积时期，整个渤海湾地区进入以拗陷作用为主的演化阶段，且沉积范围不断扩大，与下伏馆陶组之间属于连续沉积。其沉积序列与馆陶组河流相相比，具有一定的继承性。渤海湾盆地受郯－庐大断裂带的多期幕式构造运动的影响，导致明化镇组沉积时期，沉积基准面频繁小幅度的升降，使得不同弯度的曲流河、辫状河在空间上反复交替出现。从下部Ⅴ油组到O油组，经历了沉积基准面下降—上升—下降—上升的过程(图4)。沉积基准面上升幅度最大时期发生在Ⅱ油组。受沉积基准面变化影响，自下而上依次出现了低弯度曲流河道—高弯度曲流河—辫状河—高弯度曲流河—低弯度曲流河沉积体系的交替。

4 微相对油气的控制作用

由于不同类型的河流体系发育的沉积微相类型不同，岩性、粒度、分选、填隙物特征以及时空展布特征等各不相同，从而导致了不同的含油气分布特征［10－11］，根据统计分析结果，微相类型对含油气丰度的分布起着重要的控制作用。

(1)点坝砂体厚度适中，平面上呈透镜状分布，纵向上顶底均有厚层泥岩分隔，储、盖、圈闭条件好，含油气丰度最高，点坝砂体的储量占总储量的58.4%，含油气丰度最高。

(2)砂质辫状河道砂体厚度大，粒度粗，物性好，砂体平面上大面积连通，纵向上隔层厚度薄，封隔作用差，对于构造幅度较低的秦皇岛油田，不利于油气聚集，大部分地段表现为底水油藏，油气充满度比较低，所以含油气丰度略低于曲流点坝砂体，其储量占总储量的23.7%，含油气丰度中等。

(3)决口扇砂体，由于研究区的决口沉积比较发育，且规模较大，多期决口扇在空间上相互叠置，虽然砂体变化大，分选差，非均质性严重，其储量仍占8.0%。其他依次为低弯度曲流河道和高弯度曲流河废弃河道，低弯度曲流河道砂体分布范围窄，厚度变化大，油气丰度低，其储量只占总储量的5.5%。而高弯度曲流河废弃河道厚度薄，砂体规模小，泥砾含量高，物性差，含油气丰度低，占总储量的3.4%。天然堤及其他微相几乎不含油。因此，在滚动扩边时，应充分利用微相研究结果，有针对性地优选目标地区和层位，提高钻井成功率。

5 结论

(1)在明化镇组沉积时期，由于沉积基准面的频繁小幅度的升降，在渤海湾盆地秦皇岛32－6油田形成了复杂、有规律的不同类型河流相交替沉积体系。

(2)微相类型对含油丰度的分布起着重要的控制作用，曲流点坝微相含油气丰度最高，其他依次为辫状河道、决口扇、低弯度曲流河道和高弯度曲流河废弃河道微相。

图4 秦皇岛32－6油田沉积序列综合柱状图

(3)不同河道砂体的内部构型不同，开发过程中表现出的生产特征不同。曲流河点坝砂体呈正韵律，以侧积作用为主，纵向非均质性严重，由于侧积夹层的阻隔，砂体横向上构成了一个“半连通体”，注水后见效慢。辫状河道砂体多呈均匀型韵律，厚度大，横向上分布稳定，构成了一个“泛连通体”。低弯度曲流河介于二者之间。

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编辑林树龙

TE121

A

1006－6535(2014)03－0023－05

10.3969/j.issn.1006－6535.2014.03.005

20131124；改回日期：20140318

国家科技重大专项项目“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05038)

褚庆忠(1974－)，男，副教授，1998年毕业于中国地质大学(武汉)石油与天然气地质勘探专业，2003年毕业于该校矿产普查与勘探专业，获博士学位，现主要从事石油地质与工程方面的教学和科研工作。