0 引言

地质知识库在广义上包括一切能表征不同成因类型储层三维空间特征、成因及其控制作用的定性和定量的知识总结，狭义上讲是指能定量表征各类砂体成因单元的空间特征、边界条件和物理特征的参数以及定性表征的各种沉积模式。储层地质知识库的建立是储层表征、储层构型研究及三维地质建模中的一项十分重要的基础工作和关键性工作，它直接影响到储层预测的精度。

近几十年来，不同学者对不同类型的储层地质知识库开展了大量工作^[1-6]。前人针对三角洲沉积和曲流河沉积的地质知识库研究较多，但针对辫状河的知识库建立的研究成果相对较少，大多只停留在定性的认识上。地质知识库中的经验知识一般主要来源于现代沉积区、露头区和实钻井的资料，且各区的特点也各有差异。鄂尔多斯盆地杭锦旗地区下石盒子组发育辫状河沉积体系，由于该地区井控程度低、井距大，砂体类型多样，辫状河摆动、迁移频繁，造成该地区辫状河砂体的刻画难度增大，给储层三维地质建模和储层预测带来很多不确定性。

本文参考辫状河的现代沉积、露头等资料，在区域沉积背景指导下，结合测井、录井、地震等资料确定辫状河不同沉积微相的空间展布特征，综合建立杭锦旗地区辫状河不同沉积微相的定量地质知识库，从而为辫状河的三维地质建模和储层的高精度预测提供地质理论依据。

1 辫状河沉积特征分析 1.1 辫状河的现代沉积和露头沉积

辫状河沉积在自然界广泛发育，对辫状河的现代沉积在国内外有过很多研究。国内永定河是典型的现代辫状河沉积，滦河、沙河和滹沱河等也是典型的现代辫状河。永定河在7 200 a的地质历史中曾多次摆动、迁移，发生过5次大改道和16次摆动迁移。该辫状河的特点是比降大，水动力强，辫状河以较粗的底负载物为主，不同期次、不同级次的河道与不同规模的心滩垂向叠加、横向接触。国外新西兰的拉凯阿河、俄罗斯的勒拿河分别是典型的砾石质现代辫状河沉积和砂质辫状河沉积^[7-9]。其中，新西兰拉凯阿河位于新西兰南部岛屿坎特伯雷平原，是新西兰境内最大的“辫子河”(图 1)，经Google Earth测量，该河流的坡降为0.007 50°，河床上以砾石为主，根据数据统计，拉凯阿河的心滩宽度一般在100.0$\sim$300.0 m，长度在200.0$\sim$1 000.0 m，辫状河道的宽度一般在100.0$\sim$500.0 m。而俄罗斯的勒拿河源出贝加尔山脉西坡，经Google Earth测量，该河流的河口以下至入海口坡降为0.000 24°，河床上以砂为主，砾石含量较低，辫状河道和心滩较砾石质辫状河稳定。根据数据统计，勒拿河的心滩宽度一般在800.0$\sim$4 000.0 m，长度在2 000.0$\sim$12 000.0 m，辫状河道的宽度在5 000.0$\sim$22 000.0 m。龙王沟剖面位于内蒙古准噶尔旗，是典型的辫状河露头。该剖面出露的下石盒子组顶界为桃花泥岩之顶。岩性以黄绿、灰黄、灰绿色砂岩为主，底部为一套砂砾岩，是河道底部的滞留沉积，向上为砂岩、泥岩，夹少量煤，为辫状河流沉积产物(图 2)。

1.2 杭锦旗地区辫状河的沉积特征

杭锦旗地区位于鄂尔多斯盆地北部，在区域构造上横跨鄂尔多斯盆地伊盟隆起、伊陕斜坡、天环拗陷3个构造单元。其中，锦58区块位于杭锦旗地区十里加汗区带的西部，呈现北东高、南西低的构造特征。主要含气层位包括下石盒子组和山西组，其中，下石盒子组主要为一套由北向南的冲积平原辫状河沉积。根据录井、测井资料，结合区域沉积背景，下石盒子组纵向上可分为盒一段、盒二段、盒三段。为了精细刻画辫状河砂体的空间展布形态，将盒一段细分为4个小层、盒二段细分为两个小层、盒三段细分为两个小层(图 3)^[10-11]。通过前期小层划分与精细对比，下石盒子组的盒一和盒三段为储层发育的主要层位，本文针对锦58区块的这两个层位开展沉积微相研究，建立杭锦旗地区的辫状河的定量地质知识库。

1.2.1 辫状河特征及微相类型

辫状河的河床较宽，多个河道反复分叉、反复汇合，河道既容易被废弃，也容易再复活，频繁改道导致现代沉积的辫状河形态。参照前人针对辫状河的沉积体系划分，结合杭锦旗地区的沉积特点，将辫状河的沉积类型从亚相上分为辫状河道和泛滥平原两部分，其中，辫状河道细分为心滩和河道充填微相，泛滥平原主要为细粒沉积物，包括河漫砂和泛滥泥微相^[12-16]。结合杭锦旗地区的钻井岩芯、测井和录井等资料，分析每个不同沉积微相的特征，其中，心滩微相是辫状河道的标志性地貌单元，主要由粗粒物质组成。测井曲线形态多为光滑箱型或齿化箱型，反映沉积时水动力强，且物源供给较充足。河道充填微相是辫状河道中除心滩以外的地貌单元，主要是粗粒和细粒物质混杂而成，呈二元结构。测井曲线形态多为钟形，顶部呈渐变、底部呈突变。表明沉积过程中水体能量逐渐减弱或物源供给越来越少，反映河道侧向摆动迁移的正粒序结构。河漫砂微相为河道边部或河道中部的粉砂质沉积物，测井曲线形态多为指状。泛滥泥微相为河道间湾的泥质沉积物，测井曲线形态为线形或齿化线形。

1.2.2 骨架模型的建立

为了精细刻画不同微相的空间展布特征，通过微相剖面对比，建立骨架模型，分析沉积微相在横向的展布特征。以过锦101井—锦110井—锦111井—锦99井的剖面为例，分析辫状河道不同微相的横向变化(图 3)。该剖面为沿东西向横切河道的方向，总体来看，心滩和河道微相主要分布在盒一段和盒三段，盒一段发育心滩和河道微相为主，盒二段主要为一套河道间的泥质沉积，盒三段下部主要发育河道微相，上部以泥质沉积为主。从纵向的沉积演化规律上分析，下石盒子组早期物源充足、以心滩和河道微相为主，中期时为间歇期，以泥质沉积为主，晚期时物源又较充足，以河道微相沉积为主。

1.2.3 沉积微相的平面展布特征

基于单井微相的精细划分和剖面微相对比，针对杭锦旗地区井距大、单期河道薄、多期叠置等难点，综合多种地震属性分析，采用地质统计学方法，井震结合定量刻画沉积微相在平面上的展布特征。利用该方法保证每个沉积微相的精度做到尽可能的逼近地下真实性。

图 4为井震结合沉积微相刻画的具体流程。以地质、测井和地震等资料为基础，在地质确定单井沉积微相的基础上，通过多种地震属性的优选，结合开发井距，通过在已知井点井间插入虚拟井点，利用已经井点的地质参数与地震参数的关系，计算虚拟井点的地质参数，结合已知井点的测井微相，以此确定河道的边界。

从下石盒子组的各小层沉积微相展布特征分析，锦58区块平面上发育多个河道，且河道摆动、迁移、分叉、合并频繁；河床内部发育多个近南北向展布的心滩微相，从心滩发育的形态和大小来看，受物源供给和水动力影响较大。

以盒一段2小层、盒三段2小层为例(图 5)，分析心滩和河道微相的展布规律。从辫状河的平面分布来看，辫状河道宽度较大，物源主要来自北部，由三支河道流入工区，在中部地区汇聚。其中，盒三段2小层较盒一段2小层辫状河道宽度窄，反映了物源供给程度变差。心滩主要以近南北向的斜列坝为主，长轴方向平行于水流方向，纵向具有底平顶凸的外形特征。平面上，心滩主要发育在中西部的两个分支河道。通过各小层的平面相图，纵向上分析辫状河道的演化规律。盒一期，物源供给最充足、水动力最强，造成岩石的粒度较粗，以砂包泥为主。因此，盒一段的各个小层呈“满盆皆砂”，辫状河全区均有发育、宽度较大，心滩微相较发育。到盒三期，盆地处于构造运动活动的缓冲期，水动力变弱，物源供给相对欠充足，岩石粒度较盒一段变细，辫状河道整体宽度不大。

2 辫状河定量地质知识库建立 2.1 研究方法及流程

在辫状河的现代沉积和露头的指导下，根据杭锦旗地区下石盒子组的各小层的沉积微相的横向展布和平面展布，建立杭锦旗地区的辫状河的定量地质知识库。具体方法是：借鉴前人针对曲流河及三角洲知识库的研究方法和思路，在辫状河沉积认识的基础上，确定辫状河的有利沉积微相；然后根据单井沉积微相的划分与沉积微相的平面展布，计算每口井纵向上不同沉积微相的厚度，精细测量平面上不同沉积微相的的长度、宽度等；在不同沉积微相的参数的统计的基础上，分析不同参数的分布及概率；根据物源供给强弱和水动力大小对辫状河的影响，分析沉积微相的不同参数间的关系，如心滩的长宽比、宽厚比等。参考辫状河的现代沉积和露头沉积的参数统计，建立杭锦旗地区辫状河的定量地质知识库。

2.2 参数的选取及确定

根据沉积地质认识，结合动态测试资料，辫状河的心滩和辫状河道是有利的沉积微相。依据杭锦旗地区锦58井区的单井微相划分和沉积微相的平面展布，统计分析辫状河道和心滩的参数范围或区间值，具体包括心滩的宽度、长度、厚度以及辫状河道的宽度等。

以物源供给较充足的盒一段2小层(图 5)和物源供给欠充足的盒三段2小层(图 6)为例，精细测量每个心滩的长度、宽度、厚度，以及辫状河道的宽度。杭锦旗地区的辫状河道的宽度一般较大，是河道摆动迁移多期叠置的结果，往往心滩越发育，辫状河道越宽。如锦58井区的盒一段2小层主要发育两个较大的辫状河道，其中西部的辫状河宽度较大，达19 000.0 m，心滩发育个数较多。心滩的规模大小受物源供给和水动力大小影响，杭锦旗地区的心滩受顺流垂向加积沉积作用影响，大多呈近南北向纵向分布、外型呈菱形，但规模大小各有差异。如锦107井区盒一段2小层的心滩，长9 200.0 m、宽4 300.0 m、厚14 m。相对来说，盒三段2小层的辫状河道较窄，一般为3 000.0$\sim$10 500.0 m，平均6 500.0 m。心滩相对来说也欠发育，规模较小。如锦96井区心滩，长6 500.0 m，宽2 500.0 m，厚6.0 m。按照同样的方法测量盒一段和盒三段各个小层的心滩的不同参数和辫状河道的宽度，建立杭锦旗地区下石盒子组锦58井区的心滩和辫状河道的不同参数的数据库。

2.3 参数统计及分布

在各小层的河道、心滩的不同参数的统计的基础上，分析不同微相不同参数的分布特征。从图 7a可以看出，心滩长度大多在6 500.0$\sim$8 500.0 m，只有20%小于6 500.0 m。心滩宽度分布较集中，一般在3 000.0$\sim$4 500.0 m，只有20%的心滩宽度小于3 000.0 m，宽度值域基本是长度的一半(图 7c)。心滩厚度主要集中在5.0$\sim$14.0 m(图 7b)。受水动力和物源供给等影响，辫状河的宽度变化较大，主要在8 000.0$\sim$18 000.0 m(图 7d)。

2.4 不同参数间的关系分析

微相砂体的长宽比是最早引起储层地质学家注意的砂体几何参数定量关系，该参数既反映了砂体的几何外型，又反映了砂体沉积时期物源供给强弱与水动力的大小^[18-20]。为了定量化分析砂体的大小，编制各参数之间的散点图，分析各参数之间的相关关系。

针对杭锦旗地区盒一段的3个小层和盒三段的两个小层的辫状河道和心滩的不同参数，开展参数之间的关系分析。通过盒一段和盒三段的各小层心滩的参数的散点图分析，发现心滩的长度($L$)与心滩的宽度($w$)呈线性关系。心滩宽度越大、则心滩长度越大(图 8a，图 9b)。

盒一段：$L=0.4785w-72.232$

盒三段：$L=0.5327w-30.502$

式中：$L$，—心滩微相的长度，m；$w$—心滩微相的宽度，m。

在明确了心滩的长度与宽度成线性正比关系的基础上，分析心滩砂体的长宽比的值域范围及分布概率(图 9a，图 9b)。统计盒一段和盒三段所有心滩的参数，盒一段的心滩的长宽比主要分布在1.80$\sim$2.60。盒三段的心滩的长宽比较盒一段小，主要分布在1.70$\sim$1.90，少数大于1.90。结合沉积特征认识，受物源供给和水动力影响，盒一段心滩的长宽比普遍大于盒三段的心滩的长宽比。

另外，通过分析辫状河道的宽度与心滩的厚度的参数散点图分析，发现两者呈幂指数关系。当心滩厚度越大，辫状河道宽度越大。但是，随着心滩厚度逐渐增大，辫状河道的宽度的增加速度会减小(图 10a，图 10b)。另外，随着辫状河道的宽度增加，心滩的个数也增加。

盒一段：$W=5442.0H^{0.431}$

盒三段：$W=1884.8H^{0.838}$

式中：

$W$—辫状河道微相的宽度，m；

$H$—心滩微相的厚度，m。

2.5 不同沉积微相的定量参数分析

通过分析辫状河的不同沉积微相的参数统计分析，参考现代辫状河沉积及露头资料^[18-24]，建立了杭锦旗地区下石盒子组辫状河的定量地质知识库(表 1)。

盒一段河道较盒三段河道更发育，盒一段心滩长度平均7 825.0 m，心滩宽度平均3 670.0 m，心滩厚度平均10.0 m，其心滩的长宽比平均2.30，而辫状河道宽度14 500.0 m；盒三段心滩长度平均6 570.0 m，心滩宽度平均3 470.0 m，心滩厚度平均8.0 m，其心滩的长宽比平均为1.85，辫状河道宽度9 160.0 m。结合沉积地质认识，表明了盒一段物源供给充足、水动力强，而盒三段物源供给相对较强、水动力较波动。

通过对比辫状河的现代沉积和露头及临区的前人研究成果，临区鄂尔多斯盆地苏里格气田位于杭锦旗地区的西南部，前人建立了该地区的辫状河定量地质知识库，认为盒一段辫状河宽度在3 251.9$\sim$9 419.8 m，河道厚度在9.2$\sim$16.6 m^[22-28]。对比发现，依据杭锦旗地区实钻井的岩芯粒度颜色等特征，确定杭锦旗地区下石盒子组辫状河属于夹有砾石的砂质辫状河沉积，辫状河道的规模和苏里格气田相当。利用建立的辫状河道的不同微相的定量参数区间，指导储层的三维地质建模和储层预测，以此提供地质理论依据。

3 应用

在辫状河不同微相的定量地质知识库的指导下，采用随机建模方法刻画不同微相的空间展布。建模过程中以沉积认识为指导：首先，以每个小层的沉积微相展布趋势作为优势相的概率分布；其次，在序贯指示算法中，变差函数的主变程、次变程和垂向变程的选取参考每个微相的参数，例如，心滩微相的主变程、次变程和垂向变程对应的心滩的长度、宽度和厚度。在辫状河不同沉积微相的定量地质知识库的指导下，建立杭锦旗地区锦58井区的下石盒子组的三维地质沉积微相模型如图 11所示。

利用该模型进行有利区优选，为井位部署提供地质依据，大大提高了钻井的成功率和产能的达标率。例如J58P5H井无阻流量达31$\times$10$^4$ m$^3$/d，J58P13H井无阻流量达20$\times$10$^4$ m$^3$/d，J58P7H井无阻流量达38$\times$10$^4$ m$^3$/d，J58P13H井无阻流量达27$\times$10$^4$ m$^3$/d，实钻井验证了模型的高精度和逼近地下真实性。

4 结论

（1）杭锦旗地区下石盒子组辫状河微相主要包括心滩、河道充填、河漫砂和泛滥泥等微相，其中心滩和河道是有利的储集砂体。

（2）杭锦旗地区发育多个辫状河道，且河道摆动、迁移、分叉、合并频繁，纵向上心滩和河道微相主要分布在下石盒子组的盒一段和盒三段，由盒一段$\longrightarrow$盒二段$\longrightarrow$盒三段，反映了水体能量由强$\longrightarrow$弱$\longrightarrow$稍强，物源供给由充足$\longrightarrow$欠充足$\longrightarrow$较充足的特征。

（3）参考辫状河的现代沉积、露头等资料，分析了辫状河的每个沉积微相的不同参数的分布区间和分布概率，并通过分析不同参数间的关系，认为心滩的长度与宽度呈正相关的线性关系，辫状河道的宽度与心滩的厚度呈正相关的幂指数关系。

（4）建立了杭锦旗地区下石盒子组的辫状河不同沉积微相的定量地质知识库，在此基础上，建立了杭锦旗地区锦58井区的三维地质模型，并通过完钻井钻遇情况验证了该模型的高精度。