砂质辫状河岩相与构型特征——以山西大同盆地中侏罗统云冈组露头为例

陈彬滔，于兴河，王天奇，马凤良，李顺利，杨丽莎

(1.中国石油 勘探开发研究院 西北分院，甘肃 兰州 730020； 2.中国石油天然气集团公司 油藏描述重点实验室，甘肃 兰州 730020；3.中国地质大学 能源学院，北京 100083)

砂质辫状河岩相与构型特征
——以山西大同盆地中侏罗统云冈组露头为例

陈彬滔1,2，于兴河3，王天奇1，马凤良1，李顺利3，杨丽莎1

(1.中国石油 勘探开发研究院 西北分院，甘肃 兰州 730020； 2.中国石油天然气集团公司 油藏描述重点实验室，甘肃 兰州 730020；3.中国地质大学 能源学院，北京 100083)

砂质辫状河沉积具有极好的储集性能，是重要的油气储层。为了阐明砂质辫状河储层的岩相与构型特征，定量表征构型单元的几何属性和物性特征，采用露头实测、精细构型解释以及实验分析等方法对山西大同盆地中侏罗统云冈组砂质辫状河露头进行了系统研究，共识别出7种岩相类型和5种岩相组合。砂质辫状河中发育河道(CH)、心滩(CB)、边滩(PB)、废弃河道(ACH)及漫溢沉积(OF)5种典型构型单元，以河道和心滩构型单元为主，两者的累积分布频率高达78%。河道构型单元的厚度介于2.5～6.5 m，宽厚比约为25～30，平均孔隙度为7.1%。心滩构型单元的厚度介于2.5～7.0 m，宽厚比约为30～35，平均孔隙度为7.8%。同一沉积时期，砂质辫状河中存在4种基本构型单元组合，分别为CH-OF，CH/ACH-PB，CH-CB-CH和CH/ACH-PB-OF。不同沉积时期的构型单元空间分布可表示为4种基本组合类型及河道构型单元在垂向和横向的重复或叠加。河道和心滩构型单元为砂质辫状河的主要储层类型，但心滩构型单元的规模和储层物性优于河道构型单元。

构型单元；油气储层；储集物性；露头；砂质辫状河；岩相；大同盆地

砂质辫状河沉积通常具有较高的宽厚比、孔隙度、渗透率及净毛比，可作为优质的油气储层[1]。随着大多数以辫状河储层为主力产层的油田进入后期开发阶段，精细储层构型特征分析已迫在眉睫[2-7]。受曲流河构型特征及其对剩余油分布控制研究的启发[8-12]，众多学者已开始利用露头、密井网资料及物理模拟实验研究辫状河储层构型及其对剩余油分布的影响[13-17]。但是，目前关于辫状河储层构型的研究多侧重于心滩构型单元的内部构型特征与泥质隔夹层分布规律[18-23]，极少涉及整个辫状河储层的构型单元类型、组合特征及构型单元的定量几何属性(宽/厚比)与物性特征。

因此，本次研究旨在通过对山西大同侏罗系砂质辫状河露头的实测、精细构型解释和实验分析，厘清砂质辫状河储层的构型单元类型和组合特征，定量表征构型单元的几何属性和物性特征，明确砂质辫状河环境的主要构型单元和优质储层类型，为储层预测和剩余油挖潜提供必要的基础地质数据。

1 研究区位置及地层概况

本次研究的露头剖面位于山西省大同市云岗镇，紧邻云岗石窟(图1a)。受铁路和公路建设过程中开挖作业的影响，中侏罗统云岗组大量出露，为露头研究创造了良好的条件。

在山西大同云岗地区，中侏罗统云岗组属于砂质辫状河沉积[18,24]，由下至上分为3段，依次为砂砾岩段、石窟段及泥岩段(图1b)。本次研究的目的层段相当于石窟段，以发育大型槽状交错层理、板状交错层理中粗粒(局部含细砾)长石杂砂岩和岩屑长石杂砂岩为特征[18,24]，夹少量的细砂岩和粉砂岩，平均古水流方向约为187°[25]。

2 岩相类型与岩相组合

2.1 岩相类型

通过对5条横向剖面、1条纵向剖面的岩性、厚度和沉积构造等特征进行仔细观察和实测，在山西大同云岗组石窟段共识别出7种典型的岩相类型(图2)，分别为块状层理砂砾岩相(Gm)、槽状交错层理中粗砂岩相(St)、板状交错层理中粗砂岩相(Sp)、平行层理中粗砂岩相(Sh)、流水沙纹细砂岩相(Sr)、水平层理粉砂岩相(Fl)及块状泥岩相(M)。

2.2 岩相组合

根据实际露头的观察结果，结合剖面精细描述和沉积成因分析，山西大同侏罗系砂质辫状河露头主要发育5种典型的岩相组合类型(图3)。

1) 组合类型A：Gm-St-Sh-M

底部常见冲刷面，发育河道滞留砾岩沉积(Gm)，但厚度不大，向上过渡为槽状交错层理中粗砂岩相(St)，反映河道下切、迁移并充填；随着河道加宽，逐渐过渡为宽浅型河道，发育平行层理中粗砂岩相；顶部发育洪泛期的杂色泥岩(图3a)。组合类型A具有向上变细的结构特点，整体以充填型砂质沉积为主。

图1 研究区位置及地层概况Fig.1 Location and stratigraphic column of the study area

图2 大同盆地侏罗系砂质辫状河露头典型照片Fig.2 Typical photos of outcrops in the Jurassic sandy braided river deposits in the Datong Basina.砂质辫状河单期水道，底部见冲刷面；b.块状层理砂砾岩相(Gm)；c.槽状交错层理中粗砂岩相(St)；d,e.板状交错层理中粗砂岩相(Sp)；f.平行层理中粗砂岩相(Sh)；g.流水沙纹细砂岩相(Sr)；h.水平层理粉砂岩相(Fl)；i.块状泥岩相(M)

图3 大同盆地侏罗系砂质辫状河露头典型岩相组合Fig.3 Typical lithofacies associations of outcrops in the Jurassic sandy braided river deposits in the Datong Basin

2) 组合类型B：St-Sp-Sh

岩性以中粗砂岩为主，由下至上依次发育槽状交错层理、下截型板状交错层理和平行层理。顶部的平行层理中粗砂岩局部可见冲刷现象和砾石，表明具有水浅流急的水动力条件(图3b)。组合类型B的韵律特征不明显，整体以垂向加积和顺流加积的砂质沉积为主。

3) 组合类型C：St-Sp-M-Sp

岩性以中砂岩为主，主要发育槽状交错层理、下切型板状交错层理。两期下切型板状交错层理中砂岩相之间常发育块状泥岩相(M)，为洪泛退却期，披覆沉积于前期砂体之上的薄层侧积泥(图3c)。组合类型C具有向上变细的结构特点，整体以侧向加积的砂质沉积为主，但发育多层泥质夹层。

4) 组合类型D：Gm-St-Fl-M

底部为早期活动河道期所沉积的砂质沉积，上部为河道废弃后充填的细粒沉积物(图3d)。整体以暗色细粒沉积为主。

5) 组合类型E：Sr-Fl

流水沙纹细砂岩与水平层理粉砂岩薄互层(图3e)。垂向上，砂泥频繁互层，反映水流间歇活动，为漫溢沉积的典型垂向序列。

3 构型特征

3.1 构型单元类型

详细的露头实测和剖面精细解释结果表明，山西大同砂质辫状河露头发育5种典型的构型单元。

1) 河道(CH)

河道是研究层段露头剖面中最常见的构型单元之一，垂向序列对应于岩相组合类型A，但受后期河道侵蚀冲刷的影响，部分河道构型单元的岩相组合保存并不完整。河道构型单元在剖面上通常呈透镜状(顶平底凹)(图4a)或因压实作用而呈近似板状。研究层段的实测结果表明，河道构型单元的厚度介于2.0～6.5 m，宽度介于50～180 m，宽厚比约为25～30(表1)。

图4 大同盆地侏罗系砂质辫状河露头典型构型单元Fig.4 Typical architectural units of outcrops in the Jurassic sandy braided river deposits in the Datong Basin(不同颜色的箭头标示不同构型单元的边界，其中向上箭头指示构型单元底界，向下箭头指示构型单元顶界。)

构型单元名称代码垂向序列剖面形态实测数据宽度范围/m厚度范围/m宽/厚比范围河道CHGm-St-Sh-M50～18020～6525～30心滩CBSt-Sp-Sh70～24025～7030～35边滩PBSt-Sp-M-Sp———废弃河道ACHGm-St-Fl-M———漫溢沉积OFSr-Fl—05～15—

2) 心滩(CB)

研究层段露头剖面中另一常见的构型单元为心滩，其垂向序列对应于岩相组合类型B。顶部通常因后期短暂强水流冲越而存在小型冲沟现象。心滩构型单元在剖面上多呈底平顶凸透镜状(图4a)，构型单元内部泥质夹层少见。研究层段的实测结果表明，心滩构型单元的厚度介于2.5～7.0 m，宽度介于70～240 m，宽厚比约为30～35。总体而言，心滩构型单元与河道构型单元的厚度范围相近，但是心滩构型单元的宽度和宽厚比明显大于河道构型单元。

3) 边滩(PB)

辫状河沉积中，边滩构型单元不属于主要构型单元，通常与河道构型单元或废弃河道构型单元伴生，其垂向序列对应于岩相组合类型C。边滩构型单元在剖面上多呈楔形，构型单元内部常发育泥质夹层(图4c)。

4) 废弃河道(ACH)

废弃河道构型单元同样具有顶平底凹透镜状的剖面形态(图4c)，但其上部充填沉积物为细粒物质，为辫状河储层中典型的渗流屏障。

5) 漫溢沉积(OF)

漫溢沉积构型单元通常分布于河道构型单元两侧，以薄层砂岩与泥岩互层为特征，其垂向序列对应于岩相组合类型E，剖面上一般呈平板状(图4b)，厚度小、横向延伸距离远。实测结果显示其厚度介于0.5～1.5 m，但是因横向延伸宽度大于出露范围，而无法确定其宽度和宽厚比。

3.2 构型单元基本组合类型

根据露头实际观察结果，结合现代沉积特征，拟定了砂质辫状河典型构型单元的基本组合类型。该基本组合类型指同一沉积时期构型单元的可能组合类型，具有特定的沉积成因联系。

构型单元的基本组合类型可归纳为4类，为2种或3种构型单元的组合(图5)：①因洪水期水流溢出河道而形成的河道-漫溢沉积构型单元组合(CH-OF)；②河道弯曲处，凸岸侧向加积而形成的边滩构型单元与河道/废弃河道构型单元组合(CH/ACH-PB)，同一沉积时期，边滩构型单元的一侧与河道/废弃河道构型单元连接，而不会单独存在；③河道-心滩-河道构型单元组合(CH-CB-CH)，辫状河中最常见的组合类型，对于同一沉积时期而言，心滩构型单元总是与河道构型单元伴生，呈两侧拼接式；④边滩外部洪水期水流溢出而形成的河道-边滩-漫溢沉积构型单元组合(CH/ACH-PB-OF)。

除上述4种基本组合类型外，河道构型单元(CH)还可以单独作为一种要素进行空间组合。因此，不同沉积时期的构型单元空间分布可表示为4种基本组合类型及河道构型单元在垂向和横向的重复或叠加。

图5 大同盆地砂质辫状河构型单元基本组合类型Fig.5 Basic combination types of architectural units in the sandy braided river deposits in Datong Basin

4 构型单元分布频率与物性特征

4.1 构型单元分布频率

通过对5条露头剖面进行精细构型单元解释，共识别出276个构型单元，其中河道构型单元113个，分布频率为41.0%；心滩构型单元102个，分布频率为37.0%；边滩构型单元9个，分布频率为3.2%；废弃河道构型单元7个，分布频率为2.5%；漫溢沉积构型单元45个，分布频率为16.3%(表2)。

统计结果表明，砂质辫状河以河道和心滩构型单元为主，两者的分布频率总和高达78%；废弃河道仅占2.5%，反应出辫状河沉积体系虽然河道迁移频繁，但是仍以砂质充填为主，泥质废弃河道分布频率低，泥质渗流屏障较少。

4.2 构型单元物性特征

根据构型单元识别结果，分别对各构型单元进行了取样，以便于开展物性特征分析。研究过程中共计取样147块，其中河道构型单元取样53块，心滩构型单元取样61块(表2)。

砂质辫状河中河道与心滩构型单元的孔隙度和渗透率范围相近，但是心滩构型单元的渗透率均质系数和储层质量系数明显大于河道构型单元的相应参数，表明心滩构型单元的均质性更强。此外，边滩构型单元虽然数量少，但是其储集物性与心滩构型单元类似，同样优于河道构型单元。结合岩相与岩相组合分析结果，河道构型单元底部通常发育滞留泥砾，并且河道构型单元的岩相组合垂向序列具有明显的正韵律特征，最终影响其储层非均质性。因此，砂质辫状河中最佳储层类型为心滩构型单元，河道构型单元数量多、但储层非均质性相对更强，边滩构型单元虽然储层质量好、但数量少。

表2 大同盆地侏罗系砂质辫状河露头构型单元分布频率与物性特征

5 结论

1) 山西大同云岗组石窟段砂质辫状河露头发育7种典型的岩相类型、5种岩相组合，总体以河道下切、迁移并充填沉积的槽状交错层理中粗砂岩相和垂向加积或侧向加积形成的板状交错层理中粗砂岩相为主。

2) 砂质辫状河中发育5种典型的构型单元，分别为河道(CH)、心滩(CB)、边滩(PB)、废弃河道(ACH)和漫溢沉积(OF)。河道构型单元剖面呈顶平底凹透镜状，宽/厚比约为25～30；心滩构型单元呈底平顶凸透镜状，宽/厚比约为30～35。心滩构型单元的宽度和宽/厚比明显大于河道构型单元。

3) 同一沉积时期，砂质辫状河存在4种基本构型单元组合，分别为河道-漫溢沉积构型单元组合(CH-OF)、边滩-河道/废弃河道构型单元组合(CH/ACH-PB)、河道-心滩-河道构型单元组合(CH-CB-CH)、河道-边滩-漫溢沉积构型单元组合(CH/ACH-PB-OF)。不同沉积时期的构型单元空间分布可表示为4种基本组合类型及河道构型单元在垂向和横向的重复或叠加。

4) 砂质辫状河的主要储层为河道构型单元和心滩构型单元，但心滩构型单元的均质性更强，其储层质量优于河道构型单元。

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(编辑 张亚雄)

Lithofacies and architectural characteristics of sandy braided river deposits:a case from outcrops of the Middle Jurassic Yungang Formation in the Datong Basin,Shanxi Province

Chen Bintao1,2,Yu Xinghe3,Wang Tianqi1,Ma Fengliang1,Li Shunli3,Yang Lisha1

(1.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development-Northwest(NWGI),PetroChina,Lanzhou,Gansu730020,China; 2.KeyLaboratoryofReservoirDescription,CNPC,Lanzhou,Gansu730020,China; 3.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Sandy braided river deposits have excellent physical properties,thus are important oil/gas reservoirs.In order to demonstrate the lithofacies and architectural characteristics of the sandy braided river reservoirs,and quantify the geometric properties and physical properties of architectural units,a systematic study for outcrops of sandy braided river deposits in the Middle Jurassic Yungang Formation in the Datong Basin has been conducted on the basis of outcrop observation,detailed interpretation of architectures,and laboratory analysis.Seven types of lithofacies in five associations have been identified.Five typical architectural units were identified in the sandy braided river deposits,including channel (CH),channel bar (CB),point bar (PB),abandoned channel (ACH),and overflowing sediments (OF).Among these architectural units,the channel and channel bar are the main architectural units with accumulative distribution frequency up to 78%.The thickness of channels ranges from 2.5 m to 6.5 m,width/thickness ratio is about 25-30,and the average porosity is 7.1%.The thickness of channel bars ranges from 2.5 m to 7.0 m,width/thickness ratio is about 30-35,and the average porosity is 7.8%.During the same depositional period,four basic combination types of the architectural units developed in the sandy braided river,namely CH-OF,CH/ACH-PB,CH-CB-CH,and CH/ACH-PB-OF.The spatial distribution of the architectural units in the different depositional periods is characterized by superposition or repetition of these four basic combination types in vertical and lateral.Channel and channel bar are the major reservoir types in the sandy braided river deposits,but the scale and physical properties of the later are better than the former.

architectural unit,oil/gas reservoir,reservoir property,sandy braided river,lithofacies,outcrop,Datong Basin

2013-12-11;

2014-10-17。

陈彬滔(1985—)，男，工程师，储层沉积学。E-mail：tobychencugb@foxmail.com.cn。

国家自然科学基金项目(41072084)。

0253-9985(2015)01-0111-07

10.11743/ogg20150114

TE121.3

A