坳陷湖盆湖底扇储层单砂体构型——以鄂尔多斯盆地合水地区三叠系长6油层组为例

屈雪峰,王武荣,谢启超,岳大力*,刘 建,吴胜和,张雪婷,胡嘉靖

(1. 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018; 2. 中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249； 3. 中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249; 4. 中国石油国际勘探开发有限公司，北京 100034)

0 引 言

深水重力流沉积由于其巨大的油气资源潜力，已成为当今油气勘探和开发的重要目标，也是国际沉积学研究的热点[1-5]。海底扇和湖底扇作为深水油气的主要储集体，其复杂的沉积构型模式也是深水沉积学研究久攻不克的难点。随着深水重力流理论的不断发展，以Walker建立的综合扇模式为代表的大量海底扇模式得以提出和应用[6-12]。目前，国内外学者已经在海底扇的构型单元类型及特征、构型单元叠置样式及规模参数之间的定量关系等方面取得了大量研究成果[13-16]。随着海底扇研究不断深入，有学者建立了典型的湖底扇沉积模式[17]。对于湖底扇的概念，目前还尚无统一的定义。目前普遍接受的观点认为，湖底扇是由季节性洪水携带浅水区早期沉积物，在重力作用驱动下沿斜坡进入湖泊深水区而形成扇状沉积物[18]。相对于海底扇，湖底扇沉积的研究仍然极为薄弱。

近20余年来的研究和勘探实践表明，中国陆相断陷或坳陷盆地中发育大量的湖底扇沉积[19-23]，如鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、松辽盆地等。由于坳陷湖盆古地形较为平坦，其发育的湖底扇沉积模式也有别于断陷湖盆湖底扇[21]。目前已有大量学者对坳陷湖盆湖底扇的储层特征及沉积相分布进行了研究[18,24-29]，认为湖底扇发育较长的供给水道，并相继建立了湖底扇的沉积相模式。也有学者对断陷湖盆湖底扇的单一微相级次的构型分布、叠置样式、展布规模进行了研究[30]，认为砂质碎屑流主控的湖底扇主要发育朵叶体沉积，朵叶体主要为舌状体前积叠置形成，朵叶体宽度与最大厚度比值约为200，并建立了断陷湖盆砂质碎屑流扇体的沉积相模式。虽然部分学者对断陷湖盆湖底扇砂体的定量规模进行了探讨[30]，但对于单砂体构型的分布、单砂体定量规模及规模参数之间的相关关系仍缺乏认识。对于坳陷湖盆湖底扇的单砂体定量构型模式更是鲜有报道，单砂体的定量规模尚不清楚，单砂体的垂向叠置及侧向叠加关系也尚不明确，这导致油田在实际生产中注采矛盾突出，含水率上升快，亟需精细刻画井间储层的内部单砂体构型分布，为剩余油的挖掘及油田采收率的提高提供地质依据。基于此，本文以鄂尔多斯盆地合水地区为例，应用岩芯、测井和动态等资料，通过定量刻画湖底扇储层内部的单砂体构型分布、定量规模及叠置样式，建立湖底扇储层的三维构型模式，从而为相似油田的湖底扇储层单砂体构型表征提供借鉴，这对于丰富湖相重力流沉积理论具有重要意义。

1 区域地质概况

图件引自文献[18]和[33]，有所修改

前人通过对研究区的区域沉积背景进行系统研究，认为长6沉积期是鄂尔多斯盆地延长组重力流发育的主要时期[18,35-41]。地形坡度是重力流形成的前提条件，延长组沉积期鄂尔多斯古湖盆在西南部及东北部地势高、中部地势低洼[18](图2)。Wang等曾结合大量的岩芯、测井及地震等资料，通过对区域沉积背景(古水深、古地形及物源条件)、沉积物流动机制以及砂体展布特征等综合分析，认为研究区在长6沉积期发育来自西南物源的湖底扇沉积[26,39]。研究区为半深湖—深湖的沉积环境，在靠近物源的区域，沉积物流动机制为牵引流和重力流并存，发育粒序层理、平行层理以及交错层理，可见重力流滑塌变形构造、槽模等[图3(a)]；在远离物源的区域，沉积物流动机制以重力流沉积为主，发育泥岩撕裂屑、包卷层理、块状构造等重力流沉积构造[图3(b)]。从砂体的展布特征来看，研究区在靠近物源的区域发育带状沉积，剖面上呈“顶平底凸”形态，岩芯粒度呈正韵律，具有水道沉积特征；在远离物源的区域，砂体呈扇状，剖面上呈“底平顶凸”形态，岩芯粒度呈反韵律或均质韵律特征，且为发育块状构造的重力流沉积，反映朵叶沉积特征[26]。Wang等研究表明，合水地区在长6沉积期符合湖底扇沉积的特征[26,39](图3)。

图件引自文献[18]，有所修改

GR值为自然伽马，单位为API；AC值为声波时差，单位为μs·m-1；RT值为4 m底部梯度电阻率，单位为Ω·m

2 单砂体构型识别及平面分布特征

2.1 构型单元类型及特征

通过对鄂尔多斯盆地合水地区38口井1 260 m的岩芯观察与描述，研究区目的层主要发育细砂岩、粉砂岩及泥岩沉积，其中细砂岩最为发育，沉积构造以块状层理、平行层理、粒序层理和交错层理为主(图3)。通过岩电标定，识别了6种主要构型单元类型，即主水道、分支水道、朵叶主体、朵叶侧缘、水道间及朵叶间，并确定了各构型单元类型的特征。

主水道的岩性以细砂岩、粗粉砂岩为主，可见粒序层理、平行层理、槽状交错层理以及槽模等，底部常见明显的冲刷面。砂体厚度一般大于3 m，垂向上粒度为正韵律，自然伽马曲线主要呈钟形、齿化的钟形。

分支水道的岩性以细砂岩、细粉砂岩为主。相比于主水道，分支水道砂体的粒度更细，可见小型槽状交错层理及平行层理等，底部可见冲刷面。砂体厚度一般大于2 m，垂向上粒度为正韵律，自然伽马曲线主要表现为齿化的钟形。

朵叶主体的岩性以细砂岩、粗粉砂岩为主，沉积构造以块状层理为主，可见漂浮泥砾。砂体厚度一般大于2 m，垂向上粒度以反韵律或均质韵律为主，自然伽马曲线表现为齿化的漏斗形或箱形。

朵叶侧缘的岩性以泥质粉砂岩为主，可发育爬升波痕层理及波状层理。砂体厚度一般为1～2 m，粒度无明显韵律，自然伽马曲线表现为指状。

水道间/朵叶间的岩性以灰黑色泥岩和粉砂质泥岩为主，偶见小于1 m的薄砂体，粒度无明显韵律，自然伽马曲线近泥岩基线。

在分析各构型单元的岩芯和测井响应特征的基础上，建立了研究区湖底扇各构型单元的测井解释模板(表1)，并进行了单井构型单元的解释。从单井的解释结果来看，向盆地方向，主要发育的砂体构型单元类型不同(图3)。在靠近物源的区域，研究区主要发育水道砂体(如庄199井)；靠近盆地中心，朵叶主体和朵叶侧缘更发育(如庄127井)。

表1 湖底扇构型单元的测井解释模板

2.2 单砂体构型划界方法

本次研究主要依据吴胜和等提出的沉积相构型分级方案[42]，其将⑦～⑨级单元厘定为相构型单元。单砂体构型基本相当于⑧级构型单元，即周缘具有较连续泥质隔挡或者砂体边缘侧向拼接，可由单一成因构型单元或具有成因联系的多个构型单元组成，如单一主水道、含有分支水道的单一朵叶体。

在单井构型单元识别的基础上，采用“层次分析、多维互动、动态资料与水平井约束”的研究思路[43-44]，对研究区的砂组复合砂体分布和密井网区的小层复合砂体分布进行表征(图4)。研究重点是应用基于水平井和直井相结合的单砂体划界方法，对密井网区的小层单砂体构型进行表征。

图4 合水地区砂组和密井网区小层复合砂体分布

本文的单砂体划界方法如下：首先，利用水平井和直井资料确定单砂体边界识别标志，并根据识别标志确定各小层的单砂体边界点；然后，采用多剖面分析的方法，通过“平剖互动组合边界”合理组合边界点；最终，得到各小层的单砂体划分成果。

2.2.1 基于水平井的单砂体边界划分

通过对密井网区内所有水平井的隔夹层进行精细识别，发现水平井上不同规模的隔夹层是在不同级次构型界面位置的泥质沉积。以长6油层组隔夹层划分的连井剖面图(图5)为例，水平井固平23-42井的水平段钻遇了层间隔层泥岩、单砂体之间的泥质隔挡体以及单砂体内部的泥质夹层，分别对应于吴胜和等划分的⑥～⑨级构型单元[42]。其中，⑧级构型单元一般为宽度较大的泥质隔挡体，其可作为单砂体边界识别标志(图5、6)。根据此识别标志，在多个水平井的水平段识别单砂体边界点，在顺物源方向上对单砂体边界点进行合理组合，从而确定单砂体边界。

2.2.2 基于直井的单砂体边界划分

通过对密井网区多井解剖，根据朵叶砂体边界的测井响应特征以及密井网区所有连井剖面构型解剖的结果(图7、8)，认为研究区主要有以下5种基于直井的单砂体边界识别标志，即朵叶体间泥岩、朵叶侧缘砂体、朵叶体存在高程差异、朵叶砂体厚→薄→厚特征及朵叶体大范围叠置(图8)。

图7 基于直井单砂体边界5种识别标志的构型剖面实例对应的平面位置

(1)朵叶体间泥岩。两个单一朵叶体之间全部为泥岩沉积，偶见小于1 m的薄砂体，自然伽马曲线近泥岩基线，其出现意味着存在单一朵叶体的边界，是识别单一朵叶体最为准确、可靠的边界点识别标志。

(2)朵叶侧缘砂体。单一朵叶体的侧缘砂体厚度一般为1～2 m，自然伽马曲线表现为指状，其出现代表达到了单一朵叶体的边部。因此，朵叶侧缘砂体的出现可以作为区分不同单一朵叶体的边界识别标志，是识别单一朵叶体较为准确、可靠的边界点识别标志。

(3)朵叶体存在高程差异。朵叶体沉积在剖面上呈“底平顶凸”形态，不同时期形成的朵叶体底面常常存在高程差。以标志层进行拉平后，当两口邻井的砂体底面出现高程差时，说明砂体形成的时期不一致。因此，当两口邻井的砂体底面高程出现差异时，可以作为区分不同朵叶体沉积的侧向识别标志。但是由于地层对比存在误差，此种识别标志不可单独使用，需要结合前两种识别标志进行综合分析[45]。

(4)朵叶砂体厚→薄→厚特征。朵叶砂体的厚度具有中间主体部位厚，向朵叶边部逐渐减薄的特征。当连井剖面上朵叶砂体的厚度呈现厚→薄→厚的特征时，表明两个厚的朵叶砂体分别属于两个不同的朵叶体，因此，厚→薄→厚特征的出现可以作为判断不同朵叶体的侧向识别标志。此种识别标志需要平剖互动，并结合其他剖面来确定单砂体边界的具体位置。

(5)朵叶体大范围叠置。两个砂体表现为明显的侧向叠置，即单井上的测井曲线反映出明显的垂向上多期砂体叠置，其指示了两个不同时期形成的朵叶体，可以作为判断两个单一朵叶体的侧向边界识别标志。

通过多条剖面分析，根据以上5种识别标志确定单砂体边界点，完成基于直井的单砂体边界划分(图8)。

相邻井之间的数字为井间距；GR值单位为API；AC值单位为μs·m-1；RT值单位为Ω·m；SP值单位为mV；连井剖面位置见图7

2.3 单砂体构型平面分布特征

图6 长小层单砂体平面分布及隔夹层划分剖面实例平面位置

根据上述单砂体构型划界方法及单井构型单元解释结果，对密井网区小层单砂体构型进行表征(图9)。密井网区主要发育分支水道、朵叶主体、朵叶侧缘以及朵叶间泥沉积，其中朵叶主体最为发育。朵叶砂体在平面上可呈现孤立状单一朵叶体与分支水道组合、连片状复合朵叶体与分支水道组合两类组合样式。其中，孤立状单一朵叶体是多个单一朵叶体未发生砂体叠置，被朵叶间泥岩或朵叶侧缘砂体侧向分隔，孤立状单一朵叶体之间的朵叶间泥岩呈条带状向盆地方向连续分布，朵叶侧缘是呈窄裙带状分布在单一朵叶体边缘[图9(a)]；而连片状复合朵叶体是由多个单一朵叶体复合而成，单一朵叶体之间偶见朵叶侧缘及呈透镜状不连续分布的朵叶间泥沉积[图9(b)]。单一朵叶体在平面上呈舌状，近端略窄，远端略宽；单一朵叶体上部发育分支水道，呈窄带状分布，向盆地方向其弯曲度具有增加趋势。单一朵叶体的厚度由朵叶的近端到远端、由朵叶主体到朵叶侧缘均呈逐渐减薄的趋势。

图9 长6油层组密井网区单砂体划分结果

3 单砂体定量规模及叠置样式

3.1 单砂体定量规模

图10 湖底扇单一朵叶体最大宽度与最大厚度的定量关系

w=108.99hm+376

(1)

式中：hm为单一朵叶体的最大厚度；w为单一朵叶体的最大宽度。

表2 湖底扇单一朵叶体的定量规模统计结果

3.2 单砂体叠置样式

通过对密井网区所有的连井剖面进行单砂体构型解剖(图11)，结果表明湖底扇朵叶体是由多个单一朵叶体补偿叠置而成。单一朵叶体优先沉积在地势相对较低的部位，当单一朵叶体达到沉积平衡时，供给水道发生改道，并在下一个相对较低的部位沉积单一朵叶体，这种单一朵叶体优先在低部位沉积并相互叠置的方式称为补偿叠置模式[46]。按成因在研究区共发现朵叶体的3类补偿叠置样式，分别为侧积式、退积式和进积式补偿叠置，其中侧积式补偿叠置又可进一步细分为2个亚类，包括双向摆动式和单向迁移式补偿叠置(图11、表3)。

相邻井之间的数字为井间距；GR值单位为API；AC值单位为μs·m-1；RT值单位为Ω·m；SP值单位为mV

相邻井之间的数字为井间距；GR值单位为API；AC值单位为μs·m-1；RT值单位为Ω·m；SP值单位为mV

表3 湖底扇单一朵叶体的补偿叠置样式

4 湖底扇储层三维构型模式及其意义

4.1 湖底扇储层三维构型模式

通过对鄂尔多斯盆地合水地区三叠系长6油层组单砂体构型分布特征、定量规模及叠置样式的研究成果进行提炼和总结，本文建立了鄂尔多斯盆地延长期坳陷湖盆半深湖—深湖背景下，来自西南物源陡坡带的、具有供给水道的湖底扇三维构型模式(图13)。坳陷湖盆湖底扇主要发育水道、朵叶体和水道间/朵叶间构型单元。在近物源位置，主要发育主水道，呈较平直的条带状分布，向盆地方向主水道的规模逐渐减小。在远物源位置，主要发育分支水道和朵叶体，整体呈扇状分布。分支水道不断树形分叉，呈窄条带状分布于朵叶体中部，可深切或浅切朵叶体。相比于主水道，分支水道的规模减小，在垂直物源剖面上呈“顶平底凸”的形态。单一朵叶体在平面上近物源位置略窄，远物源位置略宽，呈舌状分布，在垂直物源剖面上呈“底平顶凸”的形态，其最大宽度与最大厚度之间具有良好的线性正相关关系，宽厚比为100～160。单一朵叶体由厚度较大(大于2 m)的朵叶主体与厚度较小(1～2 m)的朵叶侧缘组成，并以朵叶主体为主，朵叶主体的内部发育较稳定的夹层，在切物源方向上主要呈平直式，在顺物源方向上主要呈前积式。朵叶侧缘的发育程度较低，呈裙带状分布在朵叶主体的边缘。湖底扇内部的多个单一朵叶体之间主要以补偿叠置的方式形成扇状复合朵叶体，在侧向上主要呈双向摆动式或单向迁移式补偿叠置，在顺物源方向上主要呈退积式或进积式补偿叠置，并受控于短期基准面旋回的变化。补偿叠置的单一朵叶体之间可零星分布朵叶侧缘或较为稳定的透镜状朵叶间泥沉积。

图13 坳陷湖盆湖底扇三维构型模式

4.2 湖底扇单砂体构型表征的指导意义

图14 长小层注采井生产动态曲线及局部构型平面图和剖面

5 结 语

(1)鄂尔多斯盆地合水地区三叠系长6油层组发育湖底扇沉积，通过岩电标定，识别了湖底扇储层的构型单元类型，包括主水道、分支水道、朵叶主体、朵叶侧缘、水道间和朵叶间，并建立了构型单元的测井解释模板。其中，水道为正韵律，主水道厚度一般大于3 m，分支水道厚度一般大于2 m；朵叶主体为反韵律或均质韵律，厚度一般大于2 m。

(2)湖底扇内的朵叶砂体最为发育，是有利储层的发育位置。单一朵叶体在平面上近物源位置略窄，远物源位置略宽，呈舌状分布，在垂直物源剖面上呈“底平顶凸”的形态，其最大宽度与最大厚度之间具有良好的线性正相关关系，宽厚比为100～160。单一朵叶体上部发育分支水道，平面上呈窄带状分布，在垂直物源剖面上呈“顶平底凸”的形态，其规模相比于主水道的规模减小、弯曲度增加。

(3)湖底扇内部的多个单一朵叶体之间以侧积式、退积式或进积式补偿叠置形成扇状的复合朵叶体。单一朵叶体的补偿叠置样式受控于短期基准面旋回的变化。当短期基准面旋回下降，多个单一朵叶体在顺物源方向上呈进积式补偿叠置；当短期基准面旋回上升，多个单一朵叶体在顺物源方向上呈退积式补偿叠置。

(4)坳陷湖盆湖底扇三维构型模式的建立不仅对于丰富湖相重力流储层构型理论具有重要的理论意义，而且对于油气田后期开发决策及剩余油挖潜具有重要的指导作用。在注水开发方式下，注水井和采油井的射孔位置应位于同一单一朵叶体内，注采井未钻遇的朵叶主体位置为水平井部署及剩余油挖潜的重点区域。