基于辫状河露头几何模型的小层对比方法及应用——以珠江口盆地A油田恩平组为例

居字龙，唐辉，刘伟新，戴宗，陈程，李庆明

（1.中海石油深圳分公司研究院，广州510240；2.中国地质大学能源学院，北京100083）



基于辫状河露头几何模型的小层对比方法及应用——以珠江口盆地A油田恩平组为例

居字龙1，唐辉1，刘伟新1，戴宗1，陈程2，李庆明1

（1.中海石油深圳分公司研究院，广州510240；2.中国地质大学能源学院，北京100083）

摘要：北京门头沟区军庄镇中侏罗统后城组露头存在辫状河分流河道横截面由河道中心向翼部逐渐减薄的现象，结合河道变迁体制，总结出分流河道横截面的几何模型:河道中心向两翼逐步减薄，呈非对称的“顶平底凸”半椭圆形。分别应用几何模型和传统的“砂对砂，泥对泥”的小层对比方法,对珠江口盆地A油田辫状河沉积体系的恩平组进行单砂体小层对比。研究结果表明，基于几何模型的小层对比方法，能通过辫状河河道的空间展布特征来解释等时地层横向井间砂体个数和砂体厚度的差异，及纵向上沉积中心的演化规律，较传统对比方法更适用于以辫状河为代表的复杂沉积体系。

关键词：珠江口盆地；恩平组；辫状河；河道横截面模型；小层对比

小层通常指单砂体或单砂层，属于油气田最低级别的储集层单元，为油气开发的基本单元，合理的小层划分对于油藏描述中等时地层格架的建立、砂体展布规律的认识等具有重要指导意义。辫状河沉积体系距物源相对较近，垂向上河道叠置复杂、横向上砂体连续性差，储集层非均质性强，使得传统基于“砂对砂，泥对泥”测井信息的小层对比异常困难。学者们通过层序旋回对比、逐级控制、自旋回分析、沉积旋回数值分析等方法[1-3]辅助小层对比，但辫状河沉积体系的小层对比依然存在如下问题：①纵向上砂泥岩频繁互层致使测井曲线相似，容易导致小层对比错位；②常规的砂体小层对比的底平顶凸的几何形态，违背辫状河河道砂体的实际形态特征；③对比结果无法反映沉积成因，更无法合理解释辫状河储集层纵向及横向变化规律。尽管已有学者在小层对比中考虑砂体的垂向沉积成因[4]，但传统小层对比严重依赖于已判定的沉积模式，欠缺对于辫状河沉积体系储集层研究至关重要的对砂体构型特征的认识。

野外露头是观察储集层三维分布特征、总结不同储集层构型的规模及层次的有效方法，应用野外露头建立储集层构型受到了越来越多的国内外学者的重视[5-13]。然而，露头研究多半是定性分析砂体的构型特征，定量统计砂体的几何形态，定性分析砂体类型配置关系及分布规律，并将相应定量或半定量的经验数据或经验公式应用到相应的储集层预测中，分析这些统计规律与油藏采收率的关系。笔者查阅文献发现缺乏野外露头和实际小层对比结合的研究实例，而对于储集层构型复杂的辫状河沉积体系，考虑辫状河内部砂体构型特点的小层对比方法，能从最基础小层对比工作剖析砂体的叠置关系及构型特征，对于提高辫状河储集层的高效开发具有重要的意义。

本文建立了北京门头沟区军庄镇侏罗系后城组辫状河沉积露头所展示的分流河道的几何模型，利用几何模型对珠江口盆地A油田辫状河沉积体系的古近系恩平组储集层进行单砂体级别的小层对比，并分别比较基于几何模型的方法和传统的“砂对砂，泥对泥”方法的小层对比结果。结果表明，基于几何模型小层对比方法能通过河道的空间展布特征，合理解释等时地层内井间砂体变化规律及纵向上的储集层演化规律。

1　露头岩相特征

军庄镇露头剖面位于北京市门头沟区军庄镇东北。受铁路建设过程中开挖作业的影响，上侏罗统后城组大量出露，为露头研究提供了良好的条件。后城组岩性以中粗粒长石砂岩为主，夹少量细砂岩和粉砂岩，局部泥岩，发育大型槽状交错层理和平行层理（图1）。

图1　军庄镇露头剖面后城组剖面示意

岩相类型是沉积微相研究的重要基础，反映其形成的水动力条件、搬运方式、沉积作用机理等。对门头沟区军庄镇的2条北北西—南南东向剖面（厚度分别为900 m和400 m）的岩性、沉积构造和冲刷面特征进行观察，共识别出5种典型岩相。

（1）块状层理砾岩相（Gm）由磨圆较好、分选一般的砾岩组成，砾石最大半径约2 cm，块状层理，局部见泥砾，该岩相多为水下分流河道底部冲刷面之上的滞留砾石沉积，通常代表分流河道沉积。

（2）槽状交错层理中粗砂岩相（St）由分选、磨圆度较好的中—粗砂岩组成，发育大型槽状交错层理，属于高能水流条件下分流河道下切、迁移并充填的产物。

（3）平行层理中粗砂岩相（Sh）由具有平行层理的灰色粗砂岩和中砂岩组成，为水浅流急条件下的产物，属于高流态，常见于分流河道边部浅滩环境。

（4）流水砂纹层理粉细砂岩相（Sr）由分选、磨圆较好的灰色粉砂岩或细砂岩组成，发育流水砂纹层理，通常为漫积形成的片汜沉积。

（5）块状层理泥岩相（M）暗色厚层块状泥岩，低能、静水条件下，细粒悬浮沉积物卸载形成，通常为前三角洲或滨浅湖泥岩。

剖面中，块状层理砾岩相（Gm）—槽状交错层理中粗砂岩相（St）—平行层理中粗砂岩相（Sh）岩相组合分布频率高。此岩相组合是辫状河分流河道的典型岩相组合。此外，大型槽状交错层理明显，分流河道呈块板状，无明显二元结构，局部出现较明显的正粒序，结合同一地质时期的河北滦平及北京延庆露头剖面[14-15]。综合分析认为，门头沟区军庄镇剖面为典型的辫状河沉积。结合研究区区域地质认为，后城组的河流沉积为受逆冲构造控制的山间槽地或山前坳陷的产物，而研究区逆冲断层的主要走向偏东西向，因此判断该辫状河物源方向与露头剖面斜交，这为后文总结该辫状河分流河道横截面的几何形态特征打下了基础。

2　辫状河河道横截面几何模型

通过测量露头储集层砂体的大小、展布方向、古流向及内部建筑构型，可以建立可靠的砂体骨架模型[16-18]，砂体骨架模型应用到小层对比中，能够更合理地解释砂体纵向和横向上的变化特征。

军庄镇露头的辫状河分流河道底部冲刷面较明显，最为突出的现象是河道砂体从河道中心向翼部逐渐减薄（图2a），虽然露头不能显示完整的河道横截面形态，但结合大同云冈石窟的吴官屯辫状河剖面（图2b），可以确定辫状河河道由河道中心向两侧逐渐减薄的几何形态特征。

图2　辫状河沉积体系露头

综合门头沟区军庄镇及云冈石窟的辫状河露头，并参考前人对分流河道横截面几何形态的描述，笔者总结了辫状河河道横截面的几何形态特征：河道为顶平底凸，且厚度由河道中心向两翼逐渐减薄，呈现出半椭圆的形态。理论上，一条河道的横截面形态是水流、通过横断面运动的沉积物的数量与特性，以及组成河岸与河床的物质特性的函数，并随着这些因素的变化而改变，而从河道流动体制上分析河道的沉积、侵蚀和搬运作用受到水流和涡流的共同作用。由于辫状河河道主流线的摆动及涡流的存在，实际辫状河横截面的几何形态中心偏向于涡流作用较强的沉积中心处，而不是理论上沿河道中心线完全对称的几何形态（图3a）。综合上述分析认为，辫状河分流河道横截面的几何模型为由河道沉积中心向翼部减薄的非对称半椭圆。

基于几何模型的小层对比的实际应用中有4个关键步骤（图3b）：①基于几何模型小层对比的可行性分析，首先整体上判断研究区是否有辫状河沉积背景，然后根据目的层单井测井相特征，判断研究层段是否具有辫状河分流河道沉积相，另外需参考宽厚比[19]和单井的河道厚度，推算单期河道的延伸范围并判断实际井距是否在该范围内，只有在沉积体系和井间距离都满足的条件下，才能开展基于几何模型的小层对比；②基于几何模型小层对比方法的要点分析，首先建立可靠的大尺度等时地层，然后在各等时地层内分析各井河道砂体数目和厚度差异，确定各等时地层内河道砂体相对于各井的空间距离及河道叠置情况；③根据上一步的分析要点，推测等时地层内分流河道的展布特征，绘制研究区目的层段的单砂体连井对比剖面；④通过河道空间展布特征，解释井间砂体变化及储集层的演化规律。

图3　辫状河河道横截面几何模型及应用

笔者以虚拟油田的连井剖面（图3c），来阐述基于储集层几何模型小层对比方法的优越性。首先假定该虚拟油田为辫状河沉积体系，目的层段存在分流河道沉积相且符合基于储集层几何模型小层对比的近井距要求。连井剖面显示有2套河道砂体，河道沉积中心偏向B井附近，这2期河道砂体在B井附近发生叠置，而A井和C井位于河道的翼部,因此，A井和C井在自然伽马测井曲线上表现为2套砂体，而B井为相对较厚的一套砂体。总之，基于几何模型进行砂体小层对比的核心思想是将河道横截面的变化规律融入到砂体小层对比，为井间砂体变化识别提供具有地质认识的解释工具。

3　实际应用

A油田位于珠江口盆地北部凹陷带的陆丰凹陷，目前从珠江组到恩平组共钻遇19个油藏，2014年加拿大哈斯基作业公司实施A油田整体开发，共3口井钻遇恩平组：A1井，A2井和A2_ST1井。A油田恩平组油藏为典型的辫状河沉积体系[20-21]，主要发育分流河道、分流河道间、分流河道侧缘、河口坝、席状砂和前三角洲泥沉积微相，并以A2_ST1井为标准绘制了A油田恩平组的综合柱状剖面（图4）。钻遇目的层段的3口井的井距较小，其中，A2井和A2_ST1井相距249 m，A2_ST1井和A1井相距80 m.综合沉积体系的认识和井距的判断标准，认为A油田恩平组可以开展基于几何模型的单砂体小层对比。

针对研究区恩平组砂体互层频繁的特点，识别出5套较厚的泥岩标志层（图5），并以这5套泥岩作为约束面建立了等时地层格架。

图4　A油田恩平组综合柱状剖面

图5　A油田恩平组标志层连井剖面

在相对大尺度的等时地层格架下，各等时地层内单井的砂体厚度及个数表明砂体的发育特征差异较大，定量统计结果进一步验证了辫状河横向变化快的特点。因此，如何开展各等时地层内单砂体对比，合理解释井间的砂体变化规律，对于认识研究区砂体展布规律至关重要。

不同研究人员对于地质知识库的掌握程度不同，最终会反映在砂体小层对比的结果上，也能体现出地质知识库对小层对比的约束作用[19]，为了突出传统的小层对比方法和基于储集层几何模型小层对比效果的差异，分别使用传统的小层对比方法和基于储集层几何模型的小层对比方法，对A油田开展单砂体级别的小层对比（图6）。对比效果表明，传统方法的单砂体小层对比方法解释结果只是简单地根据测井相的相似度判断连通与否，而基于几何模型的小层对比方法则通过河道的空间展布特征，可以解释等时地层内井间横向砂体个数和砂体厚度的差异及纵向上沉积中心的演化规律（表1）。笔者挑选EP3A，EP1B1到EP1A1等时地层，比较传统小层对比方法和基于几何模型的小层对比的效果，详细论述后者利用河道空间展布特征对于等时地层内井间砂体厚度和个数的差异的解释方案。

EP3A等时地层内，A2井发育5套砂体，而A2_ST1井发育1套厚层砂体。传统的小层对比方法认为井间砂体厚度差异巨大，故认为A2井发育5套独立的砂体，而A2_ST1井发育1套巨厚的砂体，且该时期的各期砂体不连通（图6e）。而基于几何模型的小层对比认为该地层发育5套辫状河河道砂体（①，②，③，④，⑤），5套砂体河道中心偏向A2_ST1井，且在A2_ST1井附近河道叠加，故A2_ST1井的自然伽马和电阻率测井曲线表现为巨厚的1套砂体，而A2井为5套砂体（图6f）。通过已总结的辫状河沉积的储集层构型，认为基于几何模型的小层对比结果更合理。辫状河单个河道的宽厚比为50～180[20]，研究区A2_ST1 井EP3A砂体厚度达42.44 m，而A2井EP3A也有2套砂体厚度达7.00 m，按照最小宽厚比和最小河道厚度，单个河道砂体横向延伸长度达到350 m，远超这2口井的实际井距（225 m），已有的储集层展布规律认为，这2口井的EP3A砂体应该是连通的，因此基于几何模型的砂体小层对比结果更符合地质认识。

在EP1B1到EP1A1等时地层内，同一等时地层内各井砂体的数目和砂体厚度变化较大，且纵向上单井的砂体变化也较剧烈。传统的小层对比方法只是简单地按照砂体厚度和测井相的形态判断井间砂体是否连通（图6a），无法解释纵向和横向砂体变化的原因。而基于几何模型的小层对比结果表明，该地质时期河道沉积中心逐渐由A1井过渡到A2井，该储集层演化规律较好地解释砂体厚度在横向和纵向上的变化规律（图6b）。其中，EP1B1发育2期辫状河河道砂体，这2套河道砂体沉积中心位于A1井附近，并在该井附近发生叠置，而A2井较A2_ST1井距沉积中心更远，根据自然伽马和电阻率曲线判断，A1井发育1套厚砂体，而A2井发育的2套砂体较A2_ST1井薄。在EP1A2等时地层，2期河道砂体沉积中心向A2_ST1井偏移，砂体在A2_ST1井附近产生叠置，A1井较A2井离沉积中心更近，故在测井上A2_ST1井发育1套厚层砂体，而A2井的2套砂体较A1井偏薄。在EP1A1等时地层，2套河道砂体沉积中心进一步偏移到A2井附近，且在该处附近发生叠置，而A1井位于河道翼部边缘，故测井上显示A2_ST1井为1套较厚砂体，而A2 井2套砂体的厚度较A1井厚。

图6　A油田恩平组传统小层对比和基于几何模型小层对比效果对比

表1　等时地层内砂体数目和砂体厚度差异统计及解释方案

综合分析自下而上等时地层内砂体沉积中心特点，能够反映A油田恩平组辫状河沉积中心频繁迁移的演化规律。其中，约束面E至约束面C（等时地层EP3A到EP2F2）：沉积中心从EP3A的A2_ST1井逐渐转移到EP2F2的A2井。约束面C至约束面B（等时地层EP2F1到EP2A），该期间沉积中心波动较大，经历2 期A2井到A1井区的迁移。约束面C至约束面A（等时地层从EP1C到EP1A1），沉积中心经历2期从A1井到A2井的迁移。

4　结论

（1）北京门头沟区军庄镇露头为典型的辫状河沉积。其中块状层理砾岩相反应分流河道底部冲刷面上的滞留沉积，而大型槽状交错层理中粗砂岩相属于河道下切，迁移并充填沉积，这2种沉积相为典型的分流河道相。流水砂纹层理粉细砂岩相发育典型的流水砂纹层理，为明显的片汜沉积，而块状层理泥岩相为前三角洲泥或河道间的岩相。

（2）总结出辫状河分流河道横截面的几何模型：由河道沉积中心向翼部减薄的非对称的半椭圆，且几何形态的厚度中心偏向涡流作用较强处。

（3）基于几何模型的砂体小层对比方法能将露头观察到的辫状河河道的构型特征融入小层对比，通过辫状河河道的空间展布特征来解释等时地层内井间横向砂体个数和砂体厚度的差异及纵向上沉积中心的演化规律。

（4）基于储集层几何模型的砂体小层对比方法的核心是总结各类储集层几何形态的特征，其更广泛的实用性取决于如何通过露头、岩心等资料建立不同沉积体系储集层几何形态的地质知识库。

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（编辑曹元婷叶良）

Sub⁃Layer Correlation Method and Application Based on Braided River Outcrop Geometric Model:A Case Study of Enping Formation in Oilfield A,Pearl River Mouth Basin

JU Zilong1,TANG Hui1,LIU Weixin1,DAI Zong1,CHEN Cheng2,LI Qingmin1
(1.Shenzhen Branch Research Institute,CNOOC,Shenzhen,Guangdong 510240,China;2.School of Energy,ChinaUniversity of Geosciences,Beijing 100083,China)

Abstract:From the braided river outcrops of Houcheng formation of Middle Jurassic at Junzhuang town,Mentougou region in Beijing,it is observed the cross⁃section of the braided river distributary channel is characterized by gradual thinning of thickness from channel center to channel wings.Considering the channel changing system,this paper presents the geometric model of the cross⁃section is that besides the thinning feature,it appears the unsymmetric semi⁃ellipse with flat top and swell bottom.Using the geometric model and the conventional “sand to sand and shale to shale”sub⁃layer correlation methods,the correlation of single sand body sub⁃layer of the Enpingformation in oil⁃field⁃A braided river sedimentary system in Pearl River Mouth basin is conducted.The result shows that the geometric model⁃based sub⁃layer correlation method can be applied to explain the lateral difference between sand body number and sand thickness of interwells and longitudinal evolution pattern of the sedimentary center through the spatial distribution characteristics of braided river channels,and is more applicable in study of complicated sedimentary system like braided river,compared with conventional sub⁃layer correlation method.

Keywords:Pearl River Mouth basin;Enpingformation;braided river;channel cross⁃section model;sub⁃layer correlation

作者简介：居字龙（1988-），男，湖北黄冈人，工程师，储层地质，（Tel）020-84262312（E-mail）juzl@cnooc.com.cn

基金项目：中海石油科技重大专项（CNOOC-KJ 125 ZDXM 06 LTD）

收稿日期：2015-09-06

修订日期：2016-01-15

文章编号：1001-3873（2016）02-0179-07

DOI：10.7657/XJPG20160210

中图分类号：TE112.221

文献标识码：A