粗粒辫状河心滩内部泥质夹层分布新模式——以吴官屯野外露头为例

温立峰 ，吴胜和 ，岳大力

(1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083； 2.中国石油大学(北京))



粗粒辫状河心滩内部泥质夹层分布新模式
——以吴官屯野外露头为例

温立峰1，吴胜和2，岳大力2

(1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083； 2.中国石油大学(北京))

通过对山西省大同市吴官屯侏罗系辫状河沉积露头观察、测量及成因分析，对该露头进行了3 ～ 5级构型解剖。此处沉积体垂向发育三期辫状河道砂体，期次之间发育稳定的细粒沉积物；在单期河道砂体内部，发育辫状河道和心滩两个4级沉积构型单元，其中，心滩主要为辫状河砂体类型；在单一心滩内部，发育多个增生体，增生体之间界面处发育沟道及落淤层，均为细砂岩充填，未见泥质夹层。在以上解剖基础上，综合其它同类型辫状河心滩沉积特征，最终得到了粗粒辫状河心滩级次及内部细粒沉积单元分布模式。

云冈地区；吴官屯；野外露头；辫状河；构型解剖

前人对山西省大同市吴官屯侏罗系辫状河沉积露头心滩内部泥质夹层进行了初步研究，认为心滩沉积体为一“泛连通体”，心滩内部为多期洪水沉积，每期洪水对应一个垂积体，主要为砂砾质沉积物堆积，垂积体之间发育落淤层，为间洪期细粒物质沉积[1-2]。分析前人研究成果发现，心滩内部泥质夹层分布模式依然模糊，如泥质夹层类型除了落淤层是否还存在其它沉积类型以及泥质夹层的横向连续性等。

实地考察发现，随着心滩砂体粒度的变化，内部泥质侧积层分布模式也是发生变化的；另外，除了传统的落淤层外，心滩内部还发育了另一种细粒沉积体——沟道。此处选取典型的粗粒辫状河沉积露头作为解剖对象，对其发育的不同级次构型单元进行描述、表征，建立其心滩内部夹层发育类型及分布模式，为开发地质学及油气田开发提供原型模型。

1　露头概况

吴官屯剖面位于山西大同市区以西，沿339市道往西，在距晋华宫煤矿300 m处339市道分叉，其中北侧为2008年新凿公路，沿此公路北上约2 km，公路转至东西向，沿公路东行约3 km至吴官屯村口，此剖面即出露在村口东侧，全程14 km左右。

云岗地区地层均为侏罗系地层，包括下统永定庄组，中统大同组和云岗组，上统被剥蚀[3]。吴官屯剖面即属于中侏罗统云冈组石窟段上部，属于大同侏罗纪坳陷盆地边缘辫状河沉积体系，距物源较近，沉积粒度较粗[4]，露头剖面规模400 m(长)× 12 m(高)，北东-南西走向，近切古水流方向。

该沉积露头以粗粒(含细砾)长石杂砂岩和碎屑长石杂砂岩为主，砂岩内部夹杂条带状的细砂岩和泥质粉砂岩，局部发育黑灰色纯泥岩。反映当时沉积水动力较强，距物源较近，沉积物质较粗，在整个露头沉积过程中，发生多次洪泛事件，使得较大规模的泛滥平原泥岩得以保存，而小期次洪泛事件所形成的小规模的细粒沉积物受到后期流水冲刷作用而残留甚少(图1)。

因沉积时水动力较强，露头砂体层理类型以大型的低角度槽状交错层理、板状交错层理及水平层理为主，槽状交错层理发育砂体的底部，向上逐渐过渡为水平层理。该露头整体为正韵律特征，内部包括3个小的正韵律段，厚度规模均为3 m左右，小韵律段之间发育细粒沉积物，层理构造不明显(图1)。

2　构型解剖

以沉积学理论为基础，在储层构型解剖思路指导下，经分析表明，该处露头发育3～5级构型单元，即复合河道、单一河道、心滩级次构型单元及心滩内部等多个级次沉积体，不同级次构型单元有其自身的沉积规模、空间形态、拼合关系及成因类型[5]。

图1　吴官屯辫状河剖面岩性及沉积构造特征

2.1河道级次

从宏观角度分析，该露头砂体垂向被两期稳定分布的细粒沉积物所分割，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、局部纯泥岩。细粒物质能够在如此粗粒度砂岩内部稳定分布，说明其沉积于规模较大的洪泛期，沉积厚度较大，虽然下期洪水对其进行剧烈冲刷，但还能较为连续地保存下来，故此类细粒沉积物为泛滥平原沉积物，而非单期河道砂体内部沉积物。进而可以说明该辫状河露头垂向为3期河道沉积，稳定分布的细粒沉积物相当于地下单层广泛发育的隔层，有一定的渗流屏障作用(图2)。

在单一河道内部，发育心滩与辫状河道沉积体，心滩宽度与辫状河道规模相当，均为砂质充填，其剖面形态十分典型，单一心滩呈底平顶凸状，而辫状河道呈顶平底凸状。由于该露头沉积时期属于河道逐渐消亡时期，心滩和辫状河道规模均较小，横向宽度都在100 m范围内(图2)。

图2　吴官屯辫状河剖面单期河道内部心滩-辫状河道组合关系

值得注意的是，心滩是辫状河主要的砂体类型，其垂向增长主要是洪水作用的结果，沉积过程中水动力强，携带物质较粗，以砂砾沉积为主。而辫状河道的充填方式则有所不同，不但在洪水期发生沉积作用，间洪期甚至流水更小的沉积环境下也能发生沉积作用。通过多处辫状河野外露头实地考察发现，辫状河道存在3种充填样式，即砂质充填(吴官屯露头就属于此种类型)、泥质半充填及泥质充填，其内部充填物存在明显差异。

2.2心滩内部

通过对露头心滩沉积进一步精细解剖，发现心滩内部垂向存在多个正韵律段，韵律段之间存在更小级次的构型界面，界面近水平展布，界面处未见泥质夹层，仅发育5 ～ 10 cm厚的细砂岩，横向延伸稳定。此种现象与河道沉积时水动力关系密切相关，每期洪水沉积对应心滩内部一个垂向增生体，以垂向加积作用为主。洪水退却时，先期沉积的粗粒物质上覆一层细粒沉积物，但由于此处河流处于盆地边缘，临近物源，地形坡度大，河流携带的碎屑物质以粗粒为主，悬浮物质含量较低，所以上覆的细粒沉积物厚度较小，仅顶部沉积薄层泥质沉积物，加之后期洪水的强烈冲刷作用，顶部泥质沉积物被再次冲刷搬运至下游水动力较弱地区，仅残留以细砂岩为主的细粒落淤层(图3)。

图3　吴官屯辫状河剖面心滩内部细粒落淤层

除上述心滩内部沿界面水平展布的细粒落淤层外，此次在吴官屯心滩内部还发现另一类型小规模细粒沉积物——沟道，其剖面形态呈顶平底凸状，内部亦为细砂充填，平均宽度3 m左右，中心厚度0.5 m左右，同样发育在心滩内部增生体间界面处(图4)，与落淤层呈切割关系。沟道形成于间洪期，洪水过后，心滩露出水面，心滩表面会被小规模流水冲出若干沟道，由于间洪期流水规模小且不稳定，这些沟道后期被悬浮的细粒物质所充填，以细砂岩最为常见。受自身形态及心滩顶面微地貌和后期洪水区域作用差异性的综合影响，沟道泥岩呈不连续的窄条带状在心滩内部随机分布。除了在吴官屯剖面发现沟道沉积外，在其它考察点亦发现此种沉积类型，如河北木兰围场境内的含砾粗砂岩辫状河现代沉积心滩顶面，发育平面不连续的沟道沉积，细砂充填，平均宽度2 m，厚度40 cm。

图4　吴官屯辫状河剖面心滩内部沟道沉积

3　粗粒辫状河心滩内部夹层分布模式

通过对吴官屯粗粒辫状河原型模型沉积背景、岩性特征、沉积构造及内部构型等剖析，综合其它粗粒辫状河心滩沉积特征，得到了粗粒辫状河心滩级次及内部细粒沉积单元分布模式(图5)。

图5　粗粒心滩内部细粒沉积物分布模式

(1)此类心滩岩性以中粗砂岩为主，心滩与辫状河道宽度规模相当，两者剖面形态存在差异，心滩呈底平顶凸状，而辫状河道呈顶平底凸状。心滩均为砂质充填，而辫状河道存在3种充填方式，即砂质充填、泥质半充填、泥质充填。

(2)心滩内部，垂向发育多个增生体，正韵律特征较为明显，各增生体厚度横向变化不大，表明在一个心滩形成过程中，每期洪水规模大体相当。

(3)在增生体之间存在构型界面，切古水流方向近水平展布，顺古水流方向略向下游方向倾斜。

(4)心滩内部界面处发育两种成因的细粒沉积物，分别是落淤层与沟道，均为细砂岩充填，未见泥质充填物。其中落淤层沿界面呈面状分布，横向连续性好，但厚度规模较小，一般为数十厘米；而沟道具有顶平底凸的剖面形态，宽度较小，通常为几米，且平面连续性差，与落淤层呈切割关系。

4　结论

(1)吴官屯辫状河沉积露头为典型的粗粒辫状河沉积，全长400 m左右，垂向发育三期河道沉积，单期河道砂体厚度3～5 m，期间发育细粒沉积物，横向延伸较为稳定，具有一定的渗流屏障作用。

(2)在单期河道内部，发育多个心滩-辫流水道组合沉积模式，由于该露头沉积于河道消亡期，其发育的辫流水道和心滩规模相对较小，横向不超过10 m，心滩与辫流水道之间存在沉积界面，但界面处罕见细粒沉积物，而为一泛连通体。

(3)心滩内部发育多期增生体，其代表多次洪水作用，增生体之间存在沉积界面，界面处发育沟道与落淤层两种沉积构型单元，两者岩性均为细砂，未见泥质沉积物，在一定程度上并非渗流遮挡体，与经典的心滩沉积模式存在不同；传统模式认为，心滩内部仅发育落淤层，且为泥质沉积物，在地下具有渗流屏障作用；该处粗粒辫状河心滩内部夹层新模式的发现丰富了传统的心滩内部构型模式，即同是辫状河沉积，由于沉积环境的不同，其内部构型单元也可能表现为不同的物理属性，继而影响油气区地下储层应表征的级次和开发工艺的实施。

[1]廖保方,葛云龙,逯径铁，等. 辫状河现代沉积研究与相模式——中国永定河剖析[J].沉积学报，1998,16(1):34-39.

[2]葛云龙，逯径铁，廖保方，等.辫状河相储集层地质模型——“泛连通体”[J].石油勘探与开发，1998,25(5):77-79.

[3]王随继.大同盆地中侏罗世河流沉积体系及古河型演化[J].沉积学报, 2001,19(4):501-505.

[4]于兴河,马兴祥,穆龙新，等.辫状河储层地质模式及层次界面分析[M].北京:石油工业出版社,2004,3-175.

[5]王政云，杨少春，廖飞燕.辫状河储层中隔夹层的层次结构分析[J].天然气地球科学，2009，20(3)：378-383.

编辑：党俊芳

1673-8217(2016)04-0005-03

2016-03-17

温立峰，博士，工程师，1983年生，2011年毕业于中国石油大学(北京)，现从事储层预测、储层表征与建模等油气勘探开发工作。

国家自然科学基金资助项目(40902035)；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20090007120003)；国家科技重大专项资助项目(2011ZX05011-001,2011ZX05024-001，2011ZX05009)。

TE111.3

A