沖積扇儲(chǔ)集層構(gòu)型及三維地質(zhì)模型
——以準(zhǔn)噶爾盆地紅車地區(qū)紅18井區(qū)為例

陳娟，吳小軍，陳燕輝，印森林

（1.長(zhǎng)江大學(xué) a.工程技術(shù)學(xué)院；b.錄井技術(shù)與工程研究院，湖北 荊州 434020；2.中國(guó)石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 83400）

沖積扇為河（洪）流出山口的扇形堆積體，與陸上其他成因的碎屑沉積體相比，受構(gòu)造、氣候及物源等多種因素控制，沖積扇沉積十分復(fù)雜[1-6]，不同級(jí)次沉積體的形態(tài)、規(guī)模、方向及相互疊置關(guān)系（即沉積構(gòu)型）不同[7-8]。近年來(lái)，學(xué)者們建立了不同類型的沖積扇的沉積構(gòu)型模式，包括濕潤(rùn)型、干旱型和半干旱型[1，6]等，同時(shí)，對(duì)其沉積機(jī)制和沖積扇模式的差異性進(jìn)行了詳細(xì)研究，如對(duì)三疊系克拉瑪依組克下亞組半干旱型沖積扇內(nèi)部構(gòu)型進(jìn)行了分級(jí)解剖[9-11]，對(duì)沖積扇內(nèi)部不同隔夾層類型進(jìn)行了分析[12]，對(duì)洪水期和間洪期不同沖積扇模式進(jìn)行了研究[13]。整體來(lái)說，沖積扇研究受到了廣泛的關(guān)注[14-19]，但對(duì)比河流—三角洲沉積體，對(duì)沖積扇沉積構(gòu)型的研究程度仍明顯滯后。目前，雖初步建立了沖積扇構(gòu)型模式，但對(duì)其內(nèi)部各成因沉積體的三維疊置關(guān)系與幾何形態(tài)，以及砂礫巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的研究不足。與此同時(shí)，沖積扇扇根槽流—片流砂礫巖體、扇中辮流沉積體、扇緣徑流沉積體差異較大，與河流—三角洲沉積體系三維建模相比，對(duì)沖積扇建模的難度更大，收斂性更差，難以較好地應(yīng)用數(shù)學(xué)模型來(lái)表征。因此，沖積扇建模方法有待進(jìn)一步完善。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

紅山嘴油田紅18井區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克烏斷階帶與車排子隆起之間，是一個(gè)四周被斷裂切割的大型斷塊區(qū)，包括紅18斷塊、紅48斷塊、紅43斷塊和紅91斷塊（圖1）。研究區(qū)共有開發(fā)井50多口，平均井距200～300 m，局部100～150 m，測(cè)井曲線系列完整，并完鉆了1口系統(tǒng)取心井，另外，在研究區(qū)西北的加依爾山麓深底溝，出露有三疊系克拉瑪依組（1-13號(hào)露頭剖面），為本次研究奠定了基礎(chǔ)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

研究區(qū)自下而上發(fā)育了石炭系，三疊系克拉瑪依組（克下亞組T2k1和克上亞組T2k2）、白堿灘組（T3b），侏羅系八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）、西山窯組（J2x）、頭屯河組（J2t）、齊古組（J3q）和白堊系吐谷魯群（K1tg）。研究區(qū)克拉瑪依組克下亞組沉積較為穩(wěn)定，厚度98.0～154.0 m，平均117.2 m，可以劃分為S6和S7共2個(gè)砂層組，細(xì)分為等8個(gè)砂層及14個(gè)單層?？讼聛喗M整體為一套粗碎屑沉積，儲(chǔ)集層主要為不等粒礫巖、砂礫巖、含礫不等粒砂巖和砂巖，碎屑顆粒自下而上由粗變細(xì)，具正旋回特征；成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低，重礦物以鈦鐵礦和褐鐵礦為主，具近源短距離搬運(yùn)和快速堆積的特征?？紫抖戎饕性?0.0%～20.0%，分布相對(duì)較為集中，呈正態(tài)分布；儲(chǔ)集層平均孔隙度為17.8%，滲透率分布范圍較廣，為0.10～1 000.00 mD，平均為57.81 mD，屬中孔中—低滲儲(chǔ)集層。

2 沖積扇相帶分布特征

沖積扇沉積主要發(fā)育在S7砂組。自下而上，主要發(fā)育席狀分布的槽流礫石體（圖2a），主要為槽流與片流礫石體疊置主要發(fā)育席狀分布片流礫石體主要發(fā)育寬帶狀片流礫石體。

3 沖積扇儲(chǔ)集層構(gòu)型樣式

3.1 扇根構(gòu)型樣式

在取心井、密井網(wǎng)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)碎屑流帶的沉積構(gòu)型單元進(jìn)行劃分，并分析總結(jié)構(gòu)型要素的巖電特征，認(rèn)為扇根主要發(fā)育槽流帶、片流帶和漫洪帶3種5級(jí)構(gòu)型要素。

（1）槽流帶構(gòu)型單元規(guī)模與疊置關(guān)系 單一槽流礫石體是一次洪水事件在主槽部位形成的主要沉積體，其規(guī)模受控于古地形和洪水規(guī)模，由中間向兩側(cè)，主槽沉積體厚度逐漸減小。單一槽流礫石體寬度約1.5 km，厚度3～6 m（圖3）。

圖2 紅18井區(qū)不同層位沉積微相展布

單一槽流礫石體并無(wú)明顯的巖性邊界，由于槽流礫石體沉積時(shí)為碎屑流出山口沉積的初始階段，粗粒碎屑沉積物質(zhì)卸載迅速，整個(gè)槽流帶巖性以不同粒度的砂礫巖為主，使得單一期次槽流礫巖體的邊界不易區(qū)分。砂質(zhì)沉積的流溝和泥質(zhì)夾層為垂向分期的重要依據(jù)，然而，其發(fā)育分布的極不穩(wěn)定性引起平面上單一槽流礫石體邊界難于識(shí)別。綜上所述，槽流帶是席狀砂礫巖體，其內(nèi)部發(fā)育少量小規(guī)模（橫向規(guī)模一般小于50 m，垂向厚度小于0.5 m）的砂質(zhì)溝道沉積或泥質(zhì)夾層。

（2）片流帶構(gòu)型單元規(guī)模與疊置關(guān)系 與槽流帶相比，片流帶的形成地形較為開闊，粗粒碎屑物質(zhì)由主槽涌出時(shí)能量比較高，在開闊地帶形成連片狀近似均勻撒開的礫石體。因此，片流帶砂礫巖體是不同期次垂向、側(cè)向多期疊加而成，不存在明顯的沖刷、充填沉積構(gòu)造。片流沉積砂礫巖體呈連片狀分布，砂礫巖體厚度為4～6 m，橫向?qū)挾葹?.5～2.5 km，為典型的席狀連通砂礫巖體。由中間向兩側(cè)，砂礫巖體厚度逐漸減小，電阻率也明顯降低。連片砂礫巖體中出現(xiàn)的漫流沉積為片流沉積順源逐漸過渡到辮流水道沉積的標(biāo)志，這是由于片流砂礫巖體以垂向加積為主，而沖積扇辮流水道則以下切、沖刷和充填為主。辮流水道沉積砂體電阻率（18～28 Ω·m）較片流沉積（25～35 Ω·m）明顯降低，而單砂體厚度則明顯減小。

圖3 研究區(qū)槽流帶構(gòu)型要素剖面特征

（3）漫洪帶構(gòu)型單元規(guī)模與疊置關(guān)系 漫洪帶主要發(fā)育2類4級(jí)構(gòu)型要素，包括漫洪砂體和漫洪細(xì)粒沉積，漫洪帶的發(fā)育程度主要受控于主槽邊部的古地形，在主槽邊部起伏不定的古地形影響下，不同部位差異較大，因此，漫洪帶的沉積分布不均勻，連片性差是其最突出的特征。漫洪砂體為物性較差的儲(chǔ)集體，而漫洪細(xì)粒沉積則為沖積扇根部主要的隔夾層。漫洪砂體厚度為0.5～2.0 m，橫向?qū)挾纫话悴怀^300 m，且形態(tài)不規(guī)則（圖3）。主槽向漫洪帶側(cè)向過渡，其砂礫巖體厚度減小，平面上出現(xiàn)不連續(xù)，儲(chǔ)集層物性差。

3.2 扇中構(gòu)型樣式

扇中辮流帶是在漫流細(xì)粒沉積背景下，下切形成的水道復(fù)合砂體，由多個(gè)高能水道、低能水道和漫流砂體橫向復(fù)合切疊而成。

辮流帶砂體厚度整體由中央向兩邊變薄，連通性開始變差，單一辮流水道規(guī)模變小，最終被漫流細(xì)粒沉積完全分隔開。不同復(fù)合辮流水道之間連通性較差。復(fù)合辮流水道中央砂礫巖體厚度大，連片性好。研究認(rèn)為，辮流帶為較大規(guī)模的漫流沉積，平面寬度一般大于500 m.

單一辮流水道是辮流帶的基本組成單元，根據(jù)水道規(guī)模、巖性和物性的差異，將其分為低能水道和高能水道兩類，疊置樣式主要有4種。

（1）高能水道—高能水道拼接 高能水道橫向和垂向規(guī)模較大，一般相互交切作用較強(qiáng)，連通性強(qiáng)，高能水道發(fā)育帶一般也可形成泛連通體，研究區(qū)單一高能水道厚度3～5 m，不同單一水道一般厚度相當(dāng)，高程差異較?。▓D4a）。該模式在研究區(qū)主要發(fā)育在辮流帶開始位置，主要發(fā)育層位為S3-37和S3-27，占整個(gè)水道體系的25%左右。

圖4 研究區(qū)單一辮流水道連通模式

（2）高能水道—低能水道拼接 高能水道邊部與低能水道相拼接、切疊，具有一定的高程差，這是由于高、低能水道往往不是同一時(shí)期發(fā)育。高能水道與低能水道的交切面上一般不存在泥質(zhì)隔夾層，主要原因是，不同期次的高能、低能水道之間總是切疊而成（圖4b）。該模式在研究區(qū)主要發(fā)育在S3-27和S3-17辮流帶中部，占整個(gè)水道體系的20%左右。

（3）低能水道—低能水道拼接 低能水道拼接樣式為扇中中部至扇緣發(fā)育的最典型樣式，表現(xiàn)為低能水道頻繁遷移并相互交切，最終形成局部較為連片的低能水道帶（圖4c）。低能水道的拼接樣式一般是以匯聚和垂向疊置為主，不存在很強(qiáng)的切疊作用，從而導(dǎo)致拼接面存在一定的泥質(zhì)隔夾層。值得一提的是，扇中的低能水道一般存在孤立狀（單一低能水道被漫流帶分隔）和匯聚狀，造成縱向上不同部位的連通性存在較大的變化，主要發(fā)育在研究區(qū)S2-37和S2-27辮流帶中部，占整個(gè)水道體系的30%左右。

（4）水道—漫洪砂體拼接 水道與漫洪砂體側(cè)向上拼接，進(jìn)一步加強(qiáng)了橫向上砂體的連續(xù)性。但漫洪砂體厚度較小且一般處于高部位，物性較差（圖4d）。因此，水道與漫洪砂體拼接連通面積很低，連通性弱。發(fā)育在研究區(qū)辮流帶各個(gè)位置，其樣式占據(jù)了整個(gè)水道體系約25%，建模過程中主要考慮了其側(cè)向拼接的相變及規(guī)模特點(diǎn)。

3.3 扇緣構(gòu)型樣式

利用密井網(wǎng)資料，對(duì)研究區(qū)扇緣構(gòu)型單元的研究發(fā)現(xiàn)，其組成相對(duì)簡(jiǎn)單，單井上徑流水道和漫流砂體能夠清晰的從漫流細(xì)粒沉積中識(shí)別出來(lái)。S2-17和S71的主體為漫流細(xì)粒沉積，徑流水道寬度小，厚度1.0～2.5 m，呈窄條狀分布。徑流水道側(cè)向被漫流細(xì)粒沉積遮擋，寬度一般60～80 m.自下而上，徑流水道和漫流砂體逐漸減少。

4 儲(chǔ)集層三維構(gòu)型模型

4.1 建模思路和方法

圖5 研究區(qū)辮流水道疊置樣式

確定性建模和隨機(jī)建模是目前建模的主要方法。確定性建模是對(duì)井間未知區(qū)通過地質(zhì)模式給出確定性的預(yù)測(cè)結(jié)果，而隨機(jī)建模則是對(duì)井間未知區(qū)應(yīng)用隨機(jī)模擬方法給出多個(gè)可選的預(yù)測(cè)結(jié)果。針對(duì)沖積扇沉積體來(lái)說，目前已有的地質(zhì)建模算法適用性較差，基于象元的隨機(jī)模擬算法砂礫巖體分布與沖積扇沉積體形態(tài)差異較大，而基于目標(biāo)的隨機(jī)模擬算法難以用數(shù)學(xué)模型來(lái)表征不同級(jí)別的構(gòu)型單元，主要原因是沖積扇扇根槽流-片流沉積砂礫巖體、扇中辮流沉積體及扇緣徑流沉積體差異較大，難以用單一數(shù)學(xué)模型來(lái)表達(dá)?；诖?，在井點(diǎn)構(gòu)型數(shù)據(jù)約束下，結(jié)合前述構(gòu)型平面分布研究，確定不同細(xì)層的砂礫巖體構(gòu)型分布，最后，利用人機(jī)交互的方法進(jìn)行模型精細(xì)修正，力爭(zhēng)較為真實(shí)地反映沖積扇沉積體空間三維分布特征。

在研究區(qū)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，建立坐標(biāo)系統(tǒng)和網(wǎng)格系統(tǒng)。根據(jù)研究區(qū)的開發(fā)現(xiàn)狀及數(shù)值模擬的需要，平面網(wǎng)格大小設(shè)置為25 m×25 m，網(wǎng)格高度為0.25 m，整個(gè)研究層段的網(wǎng)格數(shù)為228×221×387=19 500 156個(gè)。

4.2 建模結(jié)果分析

在單井和二維平面相研究的基礎(chǔ)之上，通過人機(jī)交互的方法，在儲(chǔ)集層沉積學(xué)和儲(chǔ)集層構(gòu)型理論的指導(dǎo)下，建立了克下亞組儲(chǔ)集層三維構(gòu)型模型。從S5-27的多個(gè)細(xì)分層可以發(fā)現(xiàn)，砂礫巖體發(fā)育程度很高，內(nèi)部漫洪細(xì)粒沉積分布范圍越來(lái)越大，形態(tài)呈土豆?fàn)睿灿袟l帶狀和連片狀等多種形態(tài)，規(guī)模不等（圖6a）。S4-27主要發(fā)育片流砂礫巖體沉積，自下而上片流礫石體發(fā)育程度越來(lái)越低，漫洪細(xì)粒沉積分布范圍越來(lái)越廣（圖6b）。S3-27主要發(fā)育辮流水道砂體，具有明顯的正旋回特征，自下而上砂體發(fā)育程度越來(lái)越低，漫流細(xì)粒沉積發(fā)育程度越來(lái)越高（圖6c）。S2-27主要發(fā)育徑流水道砂體，具有明顯的正旋回特征，自下而上砂體發(fā)育程度越來(lái)越低，漫流細(xì)粒沉積發(fā)育程度越來(lái)越高（圖6d）。整體來(lái)說，砂礫巖體發(fā)育程度自下而上越來(lái)越低，連續(xù)性越來(lái)越差，漫洪細(xì)粒與漫流細(xì)粒沉積發(fā)育程度越來(lái)越高。同時(shí)，表征并建立了研究區(qū)的三維砂礫巖體模型（圖7a），包括了槽流礫石體、片流礫石體和辮流水道、徑流水道、漫洪與漫流沉積成因的砂（礫）巖體模型的空間分布。另一方面，建立了由漫洪細(xì)粒沉積與漫流細(xì)粒沉積代表的三維隔夾層模型（圖7b）、三維漫洪細(xì)粒沉積模型（圖7c）和三維漫流細(xì)粒沉積模型（圖7d）。

圖6 研究區(qū)克下亞組三維構(gòu)型模型（k為建模的細(xì)分層序號(hào)）

圖7 研究區(qū)克拉瑪依組三維構(gòu)型模型柵狀圖

通過上述研究及建模工作，對(duì)得到的模型進(jìn)行對(duì)比分析。從單井?dāng)?shù)據(jù)、離散化數(shù)據(jù)及三維模型數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，砂礫巖體所占比例相差5%以內(nèi)；砂體最小厚度、均值、最大厚度和方差模擬的結(jié)果差異均不大，總體說明了模型比較可靠。

以沖積扇儲(chǔ)集層二維構(gòu)型的研究為基礎(chǔ)，開展平面約束下的沖積扇儲(chǔ)集層三維構(gòu)型模型，為有效建立復(fù)雜沉積體三維模型提供了方法。效果分析表明，在研究區(qū)域以及其他區(qū)域相似油藏均具有推廣意義，對(duì)類似油氣藏的開發(fā)生產(chǎn)和降低類似油藏開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)具重要意義。

5 結(jié)論

（1）識(shí)別了沖積扇砂礫巖體儲(chǔ)集層內(nèi)部構(gòu)型單元的構(gòu)成；扇根的槽流礫石體、片流礫石體、漫洪砂體和漫洪細(xì)粒沉積等4類，扇中的辮狀水道分為高能水道、低能水道、漫流砂體和漫流細(xì)粒沉積等4類，扇緣的徑流水道和漫流砂體等2類。

（2）沖積扇儲(chǔ)集層內(nèi)部構(gòu)型單元具有不同的疊置樣式及分布規(guī)模；扇根槽流—片流帶為砂礫巖體的復(fù)雜疊置形成的泛連通體樣式，單一砂礫巖體分布范圍1.2～1.6 km不等；扇中辮流帶為高能水道砂體、低能水道砂體與漫流砂體的復(fù)雜交錯(cuò)疊置，呈局部連片、整體分散的樣式，其中高能水道寬度為400～600 m，低能水道寬度為100～250 m；扇緣徑流帶為徑流水道呈鑲嵌狀分布在漫溢細(xì)粒沉積中，呈窄條帶狀樣式，徑流水道寬度為50～80 m不等。

（3）在精細(xì)地質(zhì)研究基礎(chǔ)上，利用確定性建模結(jié)合人工互動(dòng)方式，建立了研究區(qū)沖積扇的三維構(gòu)型模型。模型很好地從三維的角度對(duì)沖積扇不同相帶的砂礫巖體構(gòu)型單元進(jìn)行了表征，同時(shí)，建立了研究區(qū)的三維隔夾層模型。綜合分析發(fā)現(xiàn)，三維模型與地質(zhì)認(rèn)識(shí)較為一致。