涠西南凹陷浅水三角洲前缘砂体类型及分布模式*

时间：2024-09-03

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司广东湛江 524057）

浅水三角洲是一类发育于地形坡度较缓、沉积水体较浅的湖（海）盆中的三角洲[1-2]，由于其中蕴藏着丰富的油气资源，使得该类沉积体已成为当今油气勘探开发研究的热点。松辽、鄂尔多斯、渤海湾等国内多个陆相湖盆中均发育浅水三角洲沉积[1-6]，有学者以野外露头和现代沉积为样本也开展了浅水三角洲研究[6-10]，讨论的热点集中在浅水三角洲的概念与形成条件、分类与主要沉积特征、沉积模式与沉积构型等[2-12]，并取得了一些重要进展。由于研究对象地质条件的差异，浅水三角洲沉积特征亦不同，目前在砂体类型、沉积构型及沉积模式等领域仍存在诸多分歧，客观反映了浅水三角洲沉积特征的复杂性。

20世纪90年代末，北部湾盆地的涠西南凹陷发现了浅水三角洲沉积，并在其前缘储层中发现了规模油气聚集。涠西南凹陷的浅水三角洲前缘发育大套厚层正韵律复合水道，厚度最大可达40多米，复合水道间被小规模分流间湾分隔，几乎不发育河口坝，与其他断陷湖盆浅水三角洲前缘沉积有一定差异。笔者以该凹陷浅水三角洲为例，开展了储层砂体类型、宏观分布及构型模式研究，总结了浅水三角洲的沉积模式，为该类油藏的开发及剩余油挖潜提供借鉴，同时希冀能丰富对浅水三角洲沉积的认识。

1 浅水三角洲发育的地质背景及依据

涠西南凹陷古近世时期为一陆相断陷湖盆，经历了由初始扩张、鼎盛到萎缩的过程[13]，发育了河流、三角洲、湖泊等陆源碎屑沉积。受3期构造张裂活动影响，凹陷内部断层十分发育，把古近系地层分割为大量规模不等的断块。涠西南凹陷古近系由下及上依次发育长流组、流沙港组和涠洲组，其中流沙港组和涠洲组又各自细分为3段。在始新世末到渐新世初期，凹陷第2期张裂活动减弱，湖水变浅，在涠洲组三段的凹陷长轴北东、南西方向的缓坡区沉积了大型的浅水三角洲，与断层一起形成了断块及断块-岩性复合油气藏[14]。

涠西南凹陷已发现油田多数分布在凹陷中部，储层段主要发育湖泊三角洲，以具水下沉积特征的三角洲前缘为主。多年的滚动勘探开发实践揭示的沉积认识表明，涠西南凹陷在涠洲组三段发育大型浅水三角洲前缘沉积，其主要依据如下：①以褐灰色、灰白色岩屑石英砂岩和长石质岩屑石英砂岩为主，粒级为细砂-粗砂，水道底部可见灰褐色砂砾岩，成分成熟度中等偏低，细粒沉积物中可见碳屑，为近源沉积；②泥岩以杂色、灰色为主，指示弱还原环境，未见典型暴露标志，泥岩中可见生物扰动和藻类化石，以粒面球藻为主，可见盘星藻属，总体上属水下环境[15]；③砂岩的概率粒度曲线以反映跳跃和悬浮次总体的两段式为主，砂砾岩可见三段式或多段式，表明以牵引流沉积为主；④正粒序为主，近源端水道底部发育砂砾岩沉积，常见冲刷、充填构造，大型槽状、板状等交错层理常见，单期水道厚度可达7m以上，顶部的纹理层常含碳屑，由于水道的频繁迁移摆动，单期水道间的泥岩隔夹层保存情况不一，总体反映了较强的水动力特征；⑤前积体由物源区向湖心方向增厚，反射结构以亚平行、不连续反射为主，沉积中心同相轴连续性变差，同样反映了较强水动力作用特征。本文的主要研究对象涠洲W油田就位于该凹陷东部浅水三角洲前缘的主体区。

2 砂体类型及特征

涠洲组三段浅水三角洲前缘储层岩性粒级跨度较大，基于岩心描述划分了12种岩石相（表1），主要岩性为细砂岩、粉细砂岩和中砂岩，层理类型丰富，储层砂体常见层理类型有槽状交错层理、板状交错层理、平行层理、块状层理以及波状层理等。发育水下分流河道、前缘席状砂及分流间湾沉积，骨架砂体主要为水下分流河道，河口坝极不发育。

研究区三角洲前缘水下分流河道总体以细砂岩和中砂岩为主，近源区局部发育砂砾岩、粗砂岩，远源区发育粉砂岩、泥质粉砂岩。分流河道垂向上一般由多个正韵律叠合而成，常见类型1、类型2和类型3三种岩石相组合（图1），单韵律层（单期水道）厚度一般在1～5 m；发育槽状、板状等交错层理、平行层理等，底部常见冲刷面，局部可见泥砾，正韵律顶部的纹理层偶见碳屑，泥质细粒沉积可见变形构造。受水道迁移摆动、A/S比值等的综合影响，单期水道间的细粒隔夹层保存情况差异大。内前缘水深较浅、水动力较强，两期水道间细粒隔夹层保存条件差，常表现为岩性间断，反映了晚期水道对早期水道顶部细粒沉积较强的冲刷改造作用。外前缘水体加深、水动力减弱，细粒隔夹层多能较好地保存下来，但横向可对比性较差。分流河道的自然伽马曲线（GR）主要有箱形和钟形，复合水道多由复合箱形及箱形-钟形复合形组成，微齿化，砂体间自然伽马曲线回返特征与泥质等细粒隔夹层的厚度紧密相关，孔隙度曲线对细粒隔夹层的识别更为敏感，表现为明显正韵律特征，局部反韵律多为受下伏水道顶部细粒沉积物或冲刷面处分选较差的影响，极少数可能为残留河口坝成因。

表1 涠西南凹陷浅水三角洲前缘岩相类型Table1 Types of lithofacies in shallow-water delta front in Weixinan sag

图1 涠西南凹陷浅水三角洲前缘岩相组合分布特征Fig.1 Distribution characteristics of lithofacies assemblages of shallow-water delta front in Weixinan sag

前缘席状砂和分流间湾是研究区三角洲前缘另外2种主要的微相类型，二者均以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，悬浮次总体占比大。前缘席状砂位于三角洲前缘水体较深位置，剖面上分布在湖相背景下的细粒沉积中，表现为“泥包砂”特点，以细砂岩、粉砂岩为主，常见类型5和类型6两种岩石相组合（图1），单韵律层厚度较小，一般小于1 m，发育小型递变层理、波状层理及水平层理等，泥岩颜色较深，以深灰色、灰黑色为主。分流间湾剖面上主要分布在单期水道间，岩性比席状砂更细，以泥质粉砂岩为主，主要发育块状层理、沙纹层理、水平层理等，单层厚度小，一般在几厘米到几十厘米之间（很少超过50 cm），可见生物扰动现象，泥岩层可见揉皱变形构造及泥砾。前缘席状砂和分流间湾自然伽马曲线均为指形或复合指形。

通过对涠西南凹陷东部涠三段浅水三角洲前缘内部涠洲W油田及周边5个油田共10口取心井390.64 m岩心及99口钻井测井相的分析，发现其主要油气储集体为水下分流河道，极少发育反韵律、漏斗形的河口坝沉积，前缘席状砂和分流间湾储层厚度较薄，发育规模较小。

3 砂体表征方法及分布模式

近年来，部分学者以渤海油田河流相储层为例，开展了我国近海油田储层构型研究的探索[16-17]。受井网密度限制，海上稀井网（井距多大于350 m）油田储层构型的研究尺度为地震可识别的复合砂体[17-18]。基于涠西南凹陷在生产油田资料，提出了“井-震结合定边界、动-静结合定连通、地质知识库为约束”的复合砂体表征方法，并以钻井相对较多、断裂系统相对简单的涠洲W油田为例，开展了复合砂体构型研究，总结了砂体分布模式。

3.1 复合砂体刻画方法

1）井-震结合定边界。

基于井钻遇复合砂体特征，利用“厚-薄-厚”、高程差、河道间沉积等砂体边界识别标志[19-20]初步确定复合砂体的分布（图2a），在排除断层的前提下，结合井间地震相特点，综合确定井间复合砂体的分布范围及接触关系。地震同相轴的蠕变、相变、拉伸及变形等均可能为复合砂体侧向边界的标志（图2b）。油藏内部可能发育的小断层、调谐效应等产生的假象会导致解释结果多解，且会影响砂体间连通性认识，需在多井对比主导下结合物源、沉积模式及动态连通性认识修正表征结果。另外对于薄互层砂岩油藏则要探索其他研究手段。

2）动-静结合定连通。

油田生产动态为不同复合砂体间连通性研究提供了重要资料支撑，如生产井生产特征、注采井受效与否、地层压力保持情况以及生产测试信息等均可直接或间接应用于复合砂体间连通程度的判断。生产实践表明，对于注水开发油田，布署在不同复合砂体上的注采井间连通性受砂体叠置及物性的综合影响。如图3注采剖面由A2井补充能量联合开发，A8井生产测井（图4）表明：G砂层（74.4 mD）与F1砂层（76.0 mD）和H1砂层（106.2 mD）渗透率相差不大，但产能极低，表明A8与B7井在G砂层连通性不好。

3）地质知识库为约束。

三角洲前缘野外露头[10，21]及密井网储层[19]地质知识库研究表明不同成因砂体均具有其特定的发育规模，单一水道的宽度一般在几百米，厚度在几米，宽厚比变化较大。在沉积过程中，水道迁移摆动会不同程度的改造前一期水道，且可容纳空间越小，改造程度越强烈。W油田复合水道一般由多个单一水道嵌合而成（图5），其宽度及厚度均相应要大于单一水道的规模。参考露头与密井网知识库，综合井、地震、生产动态等资料建立多井复合砂体对比剖面，结合储层预测刻画了复合砂体分布，研究表明油田复合水道的宽度多数在几百米到一千多米，宽度较大的水道多数为侧向叠置的辫状、交织条带状水道复合体。

图2 W油田B7—A5井复合砂体对比及对应的地震反射剖面图Fig.2 Compound sand-body architecture and corresponding seismic reflection profile of Well B7—A5 in W oilfield

图3 W油田B32—A2井复合砂体对比剖面图Fig.3 Compound sand-body architecture profile distribution of Well B32—A2 in W oilfield

图4 W油田A8井各产层渗透率及米采油指数分布直方图Fig.4 Histogram of permeability and productivity index per meter in each layer of Well A8 in W oilfield

图5 复合砂体内部结构及钻井响应Fig.5 Internal structure of compound sand-body and well logging response

3.2 砂体叠置模式

基于对比剖面砂体相互间的接触关系，总结了研究区浅水三角洲前缘6种叠置模式（图6）。在低可容纳空间（A）、沉积物供给速度（S）较快的情况下，砂体间呈高密度紧密接触，连续性好，随着A/S比值的增大，砂体渐趋于离散接触，连续性变差。

图6 研究区浅水三角洲前缘砂体构型样式Fig.6 Sand body architecture style of shallow-water delta front of the study area

3.2.1 侧向叠置模式

1）切叠式。低可容纳空间下水道频繁改道导致早期沉积的水道一侧被晚期水道强烈下切侵蚀，分流河道已不复原始沉积形态，水道间泥岩被不同程度的冲蚀改造，砂体横向连续性好（图6a）。复合水道砂体粒度较粗，厚度一般较大，内部局部残留了以夹层形式存在的泥质沉积，分布不稳定。测井相呈微齿化的复合箱形、箱形-钟形。

2）侧叠式。随着水体加深，河道的侧向迁移能力减弱，不同水道间侧向叠置，顶面距离短期洪泛面可存在高程差，砂体横向连续，但叠置区细粒沉积物及泥岩夹层的存在导致砂体连通性更为复杂（图6b）。复合水道砂体粒度变细，砂体厚度变化大。测井相同样为复合箱形及箱形-钟形的复合型。

3）孤立式。在较大可容纳空间下，河道水动力减弱，相应地侧向侵蚀、迁移能力也大为减弱，水道之间被稳定分布的分流间湾分隔，砂体横向不连续（图6c）。复合河道砂体细粒组分占比大，前缘席状砂以粉细砂岩为主，砂体厚度差异大。复合河道测井相主要为钟形、箱形-钟形，前缘席状砂为指形或复合指形。

3.2.2 垂向叠置模式

1）深切式。低可容纳空间下晚期水道强烈的下切侵蚀导致早期水道顶部细粒沉积物几乎被剥蚀殆尽，复合正韵律水道内常见岩性间断，只有最晚期水道保留了完整的岩相组合。自然伽马曲线无回返（或小幅回返），孔隙度测井曲线回返处指示水道间物性界面，下切程度较高的单期水道间界面识别难度大（图6d）。

2）垂叠式。指晚期水道对早期水道下切侵蚀不强的叠置样式，水道之间的泥岩夹层得以有效保存，但厚度较小，横向连续性差，两期水道垂向上可存在流体交换，河道间沉积和短期湖面上升沉积的前三角洲泥岩均可形成该类型夹层。自然伽马曲线和孔隙度测井曲线均表现为明显回返（图6e）。

3）分隔式。在水深相对较大的三角洲外前缘，可容纳空间较大，分流河道有限的下切能力很难对早期河道顶部的泥质沉积物形成有效破坏，水道间被相对稳定的泥岩隔层分隔。自然伽马曲线回返至接近泥岩基线位置，孔隙度测井曲线在下限以上表现为明显间断（图6f）。

3.3 砂体平面分布

涠西南凹陷涠三段浅水三角洲前缘垂向以加积为主，平面延伸范围在16～28 km，三角洲前缘被后期断裂活动产生的断层分割成多个断块，加之钻井稀少，砂体平面分布统一认识难度大。开发井相对较多的W油田位于浅水三角洲前缘的主体区，缘于充足的物源供给，油田表现为富砂特点，砂体厚度较大，长宽比大。横向表现为中间厚、两翼变薄的特点，顺物源方向水道延伸距离远，河道频繁的改道、分叉，各层复合水道平面上呈辫状、交织条带状分布（图7）。分叉处侧叠式水道间砂体连续，连通性较复杂，而孤立分布的复合水道间发育的小规模分流间湾隔断了复合水道砂体横向的连续性。

图7 W油田W3-7小层复合砂体厚度及平面分布图Fig.7 Compound sand-body thickness and plane distribution of W3-7 unit in W oilfield

4 沉积模式

通过对涠洲W油田及周边复合砂体的精细解剖，建立了涠西南凹陷浅水三角洲沉积模式（图8）。涠三段沉积时期，涠西南凹陷断层活动减弱，湖盆呈现大且浅的特点。早期构造活动产生的复杂地貌被物源区丰富的陆源碎屑填平，凹陷缓坡区发育的大型浅水三角洲向凹陷中心推进，占据了凹陷50%左右的面积。受湖平面周期性升降控制，三角洲沉积体垂向以加积为主，地层呈砂泥互层，砂岩厚度较大。平面上由多个沉积朵叶构成，三角洲前缘分布范围广，内部以水下分流河道为主，向凹陷中心延伸远，且频繁地改道、分叉，河道间发育小规模的分流间湾。内前缘岩性较粗，分选差，砂体分布较集中，泥质夹层厚度薄、分布稳定性差，外前缘水道岩性变细，分选相对较好，厚层砂体间被稳定的前三角洲泥岩分隔，为下伏分流水道储集体提供了良好的盖层，水道前端主要发育席状砂沉积，几乎不发育河口坝。前三角洲局部发育细粒、滑塌性质的浊流沉积。

图8 涠西南凹陷涠三段浅水三角洲沉积模式Fig.8 Dimensional model of shallow-water delta in the third Member of Weizhou Formaiton，Weixinan sag