淺水砂質(zhì)辮狀河結(jié)構(gòu)單元的新認(rèn)識(shí)

陳 梁，易竹心，舒 爽

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2. 中石化華東石油工程有限公司 測(cè)井分公司，江蘇 揚(yáng)州 225009； 3. 中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田公司 采油八廠，陜西 定邊 718600)

0 前 言

前人對(duì)辮狀河儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)模式已經(jīng)進(jìn)行了研究，但是由于辮狀河沉積粒度變化大且對(duì)沉積環(huán)境的解釋因人而異，尚未總結(jié)出一個(gè)普遍認(rèn)可的辮狀河結(jié)構(gòu)模式[1-7]。辮狀河多發(fā)育在山區(qū)或河流上游河段，河道寬而淺，彎曲度小，河道砂壩發(fā)育，多次分叉和匯聚構(gòu)成辮狀[8-9]。在辮狀河研究中，國(guó)外學(xué)者M(jìn)iall[10-11]提出最為典型的砂質(zhì)辮狀河結(jié)構(gòu)模式，主要包括砂質(zhì)壩及其底形(SB)與前積巨型底形(FB)；Galloway[12]基于前人研究提出低彎度辮狀河結(jié)構(gòu)模式，細(xì)化成因單元；國(guó)內(nèi)學(xué)者曹耀華[13]對(duì)長(zhǎng)江枝江段鳳凰灘現(xiàn)代沉積開(kāi)展研究，提出該段由縱向礫石壩、縱向砂質(zhì)壩、斜列粉砂壩、橫向河漫灘和弧形砂壩組成；張昌民[14]認(rèn)為其成因單元包括心灘、河床、廢棄河道及深潭。然而，本文通過(guò)現(xiàn)代沉積調(diào)查發(fā)現(xiàn)：并非心灘都是由橫向環(huán)流所形成，可能其成因機(jī)理與橫向環(huán)流無(wú)關(guān)。河道分叉與匯合是辮狀河的基本特征，盡管地貌與沉積學(xué)家已關(guān)注河道間的不同砂壩，并提出相應(yīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但沒(méi)有把水流分叉和匯合區(qū)域綜合進(jìn)去，且對(duì)辮狀砂壩形成成因沒(méi)有進(jìn)一步分析。若仍以心灘、河道結(jié)構(gòu)為主而不考慮其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)心灘成因不進(jìn)行深入分析，勢(shì)必會(huì)掩蓋辮狀河沉積本身的沉積機(jī)理與特征，進(jìn)而影響油氣勘探開(kāi)發(fā)效率。筆者著重探討淺水砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)單元特征、水動(dòng)力特征以及辮狀砂壩形成過(guò)程與特征，以現(xiàn)代沉積實(shí)地考察與測(cè)量資料為支撐，對(duì)儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)其他要素特征、形成等問(wèn)題展開(kāi)討論，提出了淺水砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)模式，以期深化對(duì)淺水砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，為其油氣勘探提供指導(dǎo)。

1 概 況

勝利河位于湖北省羅田縣勝利鎮(zhèn)境內(nèi)，全長(zhǎng)26.6千米，如圖1所示。勝利河上游河道較為陡峭狹窄且水流湍急。中上游發(fā)育辮狀河，沉積物主要為砂質(zhì)沉積，含礫。洪水期為3～7月，枯水期為10月～次年3月。

圖1 研究區(qū)位置

本次研究采用方法主要是實(shí)地考察、衛(wèi)星影像分析[15]、實(shí)地測(cè)量等。實(shí)地考察的重點(diǎn)是勝利河的中上游段，觀察并了解了河道平面沉積特征以及內(nèi)部沉積地貌特征，記錄河道內(nèi)的沉積構(gòu)造特征。衛(wèi)星照片主要是用來(lái)觀察辮狀河砂壩整體面貌、辮狀砂壩形態(tài)、長(zhǎng)度、寬度以及河道擺動(dòng)情況。選取勝利河觀測(cè)塔前一組典型辮狀砂壩進(jìn)行測(cè)量，利用鋼筋和測(cè)繩，在所測(cè)砂壩周圍以平行河道和垂直河道方向?yàn)樽鴺?biāo)軸方向，建立平面直角坐標(biāo)系，設(shè)立基準(zhǔn)線，每隔1 m對(duì)砂壩相關(guān)參數(shù)測(cè)量，相關(guān)參數(shù)包括水深、流速、砂壩和和河床頂面高程、砂壩周緣的前積傾斜面長(zhǎng)度和傾角等。

2 淺水砂質(zhì)辮狀河結(jié)構(gòu)單元特征

通過(guò)實(shí)地考察分析，筆者認(rèn)為本區(qū)淺水砂質(zhì)辮狀河發(fā)育辮狀砂壩、壩槽、溝道和洼坑等結(jié)構(gòu)單元。

2.1 辮狀砂壩的特征

在砂質(zhì)辮狀河中，以辮狀砂壩發(fā)育為主，他相對(duì)河床較高，在洪泛事件中不斷垂向加積而形成。其形態(tài)與傳統(tǒng)上下尖突狀不同，他下部較圓。高水位時(shí)期砂壩淹沒(méi)在水下，泥質(zhì)沉積可以部分保留，因而砂壩內(nèi)部會(huì)形成薄的泥質(zhì)夾層。泥質(zhì)夾層會(huì)影響開(kāi)發(fā)效果和剩余油分布，因而有必要了解其特征。本區(qū)辮狀砂壩沉積物主要為中—粗砂巖，含礫，從上游到中上游粒度變細(xì)。砂巖呈褐黃色，礫石一般0.1～0.5 cm，呈次棱—次圓狀。所測(cè)砂壩長(zhǎng)80米，寬30 m。其間發(fā)育交錯(cuò)層理。壩頂會(huì)出現(xiàn)沿壩面向下游展布的扇狀的構(gòu)造，容易與決口扇沉積相混淆，這是由于水流在壩面上呈不均勻的分散流動(dòng)，局部位置水流匯聚，將原先壩頂沉積物進(jìn)行改造。

2.2 壩槽的特征

壩槽，呈窄條狀相對(duì)壩面下凹，沿壩長(zhǎng)軸或者短軸方向展布，如圖2所示。

圖2 壩槽

槽內(nèi)沉積物主要是中砂巖，含礫巖，槽內(nèi)沉積物相對(duì)槽道兩側(cè)沉積物較細(xì)，總體較粗。壩槽主要可以分為兩種類型，一種從壩側(cè)緣開(kāi)始沿壩面延展，另一種則從壩面某處起在壩面上展布。隨著壩面擴(kuò)大，壩槽也會(huì)隨之向前推進(jìn)，最終進(jìn)入辮狀河道，但也有壩槽，沿壩面短軸方向，由于砂壩處于凹岸被水流切割侵蝕，壩槽延伸到砂壩側(cè)緣終止。

水流沿砂壩壩面分散流動(dòng)，當(dāng)河流處于高水位時(shí)，水流量較大，由于水流分散流動(dòng)具有不均一性，局部區(qū)域水流所具有的能量更大，達(dá)到將壩面上部分沉積物沿水流方向沖起并攜帶到下游，從而形成壩槽，當(dāng)水位下降時(shí)，壩槽就會(huì)露出水面。由于水流方向在改變，壩槽也會(huì)在壩面上匯聚，向壩下游延伸。

2.3 溝道的特征

溝道，形成于相鄰砂壩之間，呈條帶狀。溝道中沉積物主要由細(xì)砂巖和粉砂巖組成，不含礫，它的寬度視砂壩之間的距離而定。砂壩在形成過(guò)程中，由于水流沿壩面分散流動(dòng)，沿壩面向外流出，相鄰砂壩壩面分散的水流在匯聚時(shí)由于水流方向存在夾角，水流能量減弱，隨著砂壩面的擴(kuò)大，相鄰沉積的砂壩之間形成細(xì)條帶狀溝道。由于水流能量不強(qiáng)，溝道內(nèi)沉積物相對(duì)較細(xì)，并且內(nèi)部會(huì)有水流。

2.4 洼坑的特征

洼坑，發(fā)育在辮狀河砂壩末端或砂壩側(cè)緣，呈封閉狀。洼坑表面形狀近橢圓或圓狀，內(nèi)部沉積物主要為泥質(zhì)沉積。他的大小視水流流速而定，小型約100 cm×0.25 cm，如圖3所示。砂壩表面水流一般不流經(jīng)洼坑，因此這種地貌單元一般呈廢棄狀態(tài)。

圖3 洼坑

3 淺水砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)單元模式

3.1 辮狀砂壩形成過(guò)程過(guò)程分析

通過(guò)對(duì)砂壩實(shí)地觀察與測(cè)量數(shù)據(jù)[16]分析發(fā)現(xiàn)，辮狀砂壩的形成過(guò)程如下：在水流相對(duì)集中段，水流能量較強(qiáng)，對(duì)河床具有較強(qiáng)沖刷能力，將大量沉積物沖起帶入水中，沉積物隨水流向下游搬運(yùn)，隨著水流能量減弱，沉積物由搬運(yùn)作用變?yōu)橐猿练e作用為主，此時(shí)沉積物在下游沉積并形成砂壩壩頭。由于砂壩壩頭阻擋，水流能量相對(duì)減弱，沉積物更易堆積。由于砂壩面形成，使得水流以散流和分流形式流動(dòng)，少量水流從砂壩兩側(cè)流動(dòng)，而大部分水流則沿壩面呈分散狀流動(dòng)。隨著砂壩壩面進(jìn)一步擴(kuò)大，沿壩面流動(dòng)的水流更為集中，這就使得顆粒在壩面上的搬運(yùn)更廣泛。沉積物顆粒沿壩面搬運(yùn)到砂壩面末端時(shí)，水流匯入較深水體中，而所搬運(yùn)的沉積物顆粒也在該處堆積下來(lái)，從而形成一個(gè)沉積斜坡。隨著砂壩側(cè)緣水流匯聚量增大，水速增大，能量增大，能夠沖刷起河床沉積物，在砂壩下游形成新的辮狀砂壩。

3.2 儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)單元模式

根據(jù)上述淺水砂質(zhì)辮狀河砂壩體系結(jié)構(gòu)單元的特征，如表1所示，提出一種淺水砂質(zhì)辮狀河結(jié)構(gòu)單元模式，如圖4所示。

表1 淺水砂質(zhì)辮狀河各主要結(jié)構(gòu)單元特征

圖4 砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)模式

水流攜帶沉積物從上游到下游，水流能量減弱，沉積物堆積形成砂壩頭，受到壩頭阻擋，水流少部分沿壩頭兩側(cè)流動(dòng)，主要沿壩面分散流動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)壩面沉積顆粒隨水流向前滾動(dòng)，砂壩壩面逐漸變大；水流由壩面向壩側(cè)緣流動(dòng)匯聚于壩側(cè)緣深水處，隨著水流能量增大，當(dāng)具備沖刷河床沉積物能力時(shí)，沉積物便會(huì)隨水流向下游形成新的砂壩，繼而砂壩依次形成。而溝道即為水流匯聚部位，穿流在砂壩之間，連著砂壩，寬度視水流能量而定。在砂壩形成過(guò)程中，當(dāng)河流處于高水位時(shí)期，水流分散流動(dòng)，局部水流能量強(qiáng)，沖蝕壩面，使得砂壩部分沉積物沿水流能量強(qiáng)的方向即優(yōu)勢(shì)水動(dòng)能方向延伸展布形成壩槽。在水流不經(jīng)過(guò)部位，形成洼坑，后期充填泥質(zhì)。

4 結(jié)論與啟示

1)辮狀砂壩壩面上水流具有分散流動(dòng)特性，水流速度具有分帶性，使得壩面上不同部位所形成的沉積特征有所不同。砂壩的形成過(guò)程與橫向環(huán)流無(wú)關(guān)，他的形成與水流在不同的位置具有不同能量有關(guān)。

2)辮狀砂壩、壩槽充填、溝道充填和洼坑沉積構(gòu)成淺水砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，他們按照規(guī)律相互配置。

3)本文提出模式與前人模式有所不同，辮狀砂壩形成原因不同，這可能與河流水體的深淺有關(guān)；但是此模式提出，至少說(shuō)明原先結(jié)構(gòu)成因模式不完善或不適用于所有辮狀河類型。

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