在我国河流相石油天然气储层的勘探开发中，经常遇到这样的现象：同一构造，同一砂体，在低部位含油气，而高部位却含水，或同期沉积的多条河道砂体，有的含油气，有的不含油气^[1]。同一连片砂体具有不同的含油气性，它不但受储层成岩作用、黏土类型及非均质性的控制，还与砂体的叠置关系密切相关。多个单河道砂体组成的复合河道砂体与单河道砂体储层的含油气性差别较大^[2-4]。因此，正确识别2口或多口井中的砂体是否为同一河道砂体对开发方案调整，以及高效开发具有重要意义。

关于辫状河砂体类型和接触关系，许多学者已做过研究，并总结出了一些模式，最为代表的是著名的河流沉积学家Maill^[5]提出的构型要素分析方法，其主要是针对露头进行构型要素识别、划分和侧向追踪对比^[6-7]，但是辫状河砂体接触关系较为复杂，已总结的模式不能完全揭示在油气田开发中所遇到的各种问题。因此，根据辫状河单河道砂体接触类型及控制因素，对山西大同地区、陕西延安地区侏罗系和山西柳林地区二叠系野外辫状河露头剖面进行观察，并结合准噶尔盆地腹部侏罗系井下资料，对河道砂体接触关系及其控制因素进行对比与分析，以期为指导油田开发阶段井网部署和提高采收率提供依据。

通常情况下，辫状河形成于地形坡度较陡、水流较急的地区，发育河道、溢岸、泛滥平原等亚相^[8-10]。河道是辫状河体系中砂岩沉积的主要相带，发育心滩以及心滩之间的辫状水道2种微相^[11-13]。辫状河虽然为牵引流沉积，但其经常处于地形坡度较陡的位置或洪积扇向盆地的延伸方向，所以洪水作用对辫状河河道的形成与演化影响程度较大，其辫状水道也分为2种，即高能水道与低能水道^[14-16]。高能水道指常年流水的地方，沉积时间长，砂岩厚度大，并且水道之间发育心滩沉积，而低能水道只在洪水期有水流通过，沉积时间短，砂岩厚度薄，水道间不发育心滩沉积(图 1)。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 准噶尔盆地腹部LU156井J2t2辫状河沉积特征 Fig. 1 Sedimentary characteristics of braided river of J2t2 in well LU156 in the hinterland of Junggar Basin

辫状河的砂(砾)岩体呈条带状，岩性主要为砾岩或中、粗砂岩，粒度粗，反映水流较急，地形坡度较陡；在纵向沉积序列上砂泥比多数为40%~60%，总体具有"砂包泥"的特征；砂砾岩底面为冲刷面，顶面为突变面，反映河道大部分突然改道或废弃，与砂砾岩互层的泥岩均为棕红色或灰色、深灰色，棕红色泥岩通常代表陆上较干旱的河漫滩沉积，暗色泥岩富含植物化石，甚至夹煤层，代表气候潮湿的湿地环境；由河道迁移形成的各种层理发育，如块状或不明显的水平层理、巨型槽状交错层理、单组大型板状交错层理等。研究区部分地区，如山西大同侏罗系、陕西延安侏罗系和山西柳林二叠系都发育有典型的辫状河露头。

在油气勘探开发中遇到的油气储层通常是由多个单河道砂体组成的复合河道砂体，砂体内部往往存在厚度较薄、不易识别的泥质夹层或隔层，因此造成同一套砂层组中，有的砂体含油，有的砂体却不含油的现象，且同一连片砂体具有不同的含油气性。单河道砂体的识别对指导油气田开发具有重要意义^[17-19]。单期河道识别主要分为3个方面：野外露头河道识别、钻井河道砂体识别和井间河道预测^[20]。其中，露头河道识别是最直接、最易识别的方法，尤其是河道砂体发育的各种层理及其粒度的变化可以直接观察和描述。

野外露头辫状河单河道砂体主要分为单期河道砂体[图 2(a)]和复合河道中单期河道砂体[图 2(b)]，其中复合河道中的单期河道砂体往往不易识别，在野外露头上可以通过观察砂体的岩性、颜色、粒度变化、产状、发育的层理类型和与围岩的接触关，以及与相邻砂体之间的侵蚀、切割关系来识别单期河道砂体。在横切河道的露头剖面上，单期河道砂体通常呈顶平底凸的透镜状，并向两侧尖灭，纵向上砂体粒度通常向上变细或没有明显变化，河道底面通常为明显的冲刷面，冲刷面之上砂岩粒度往往较粗；复合河道中的单期河道砂体相互叠置并形成拼合板状，其拼合样式主要取决于泥岩隔夹层的分布形式。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 单期河道砂体及复合河道内单期河道砂体识别 Fig. 2 Identification of single channel sand body

在钻井地区，主要依靠岩心描述、录井岩性数据及测井响应资料来识别单河道砂体。首先，可以根据河道砂体具有相同的沉积特征来判断是否为同期河道砂体。同期单河道砂体由于砂岩搬运距离短，且具有相同的水动力条件，因此其岩石类型、颜色和发育的层理构造均相同或相似，在砂体横向延伸方向上粒度变化小。其次，还可根据河道砂体内部变化来判断是否为同期河道砂体。同期河道砂体在横向上粒度变化小，但在纵向上往往具有向上变细的粒度变化特征，因此在钻井剖面上，如果有多个粒度变化旋回，则通常认为是多个单期河道砂体纵向叠加的复合河道砂体；单期河道砂体在横剖面上与砂体平面分布上通常会有一个厚度中心，因此在砂体等厚图上，如果垂直河道方向上有多个厚度中心，那么则认为有多条河道沉积。在单期河道砂体形成末期，由于水动力能量的减弱或河道的突然废弃，在砂体顶部往往形成落淤泥，即泥岩夹层，因此砂体之间的泥岩夹层往往是识别单期河道砂体最明显的依据。不同期次砂体的岩性、粒度、泥质含量和沉积水动力条件不同，具有不同的测井响应特征，而同一河道砂体的沉积、电测曲线特征相同，则可根据测井曲线的形态差异、齿化程度等识别出不同期次的河道砂体(图 3)。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 准噶尔盆地腹部LU151井区辫状河沉积河道砂体识别 Fig. 3 Identification of single channel sand body in well LU151 in the hinterland of Junggar Basin

在传统的井间河道砂体对比的基础上，地震资料的应用则大大增加了井间河道的可预测性，其中包括地震振幅属性分析、频谱分解、相干分析、数据体透视和三维可视化等。由河道的迁移变化造成的岩性差异、含油气性和断层等因素都会引起均方根振幅属性的变化。因此，均方根振幅属性分析是对构造简单的井区预测河道的主要方法之一(图 4)。地震剖面上辫状河沉积常为中高频率—低连续或断续状—中强振幅反射，有时伴有同相轴发生下弯，或有明显下切现象，或单个同相轴下面有一个两端中断的弱同相轴等。规模较大的河道砂体在地震剖面上为顶平底凹的充填形反射，或为顶凸底凹的透镜状反射、内部杂乱反射、空白反射等^[21]，但是，从图 5可以看出，地震同相轴连续的地方并不能反映河道砂体具有良好的连续性，处理较好井约束反演剖面能预测井间砂体的连续性(图 5)。受地震资料分辨率的约束，地震资料预测出来的辫状河河道砂体多为复合河道砂体。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 准噶尔盆地陆梁油田Lu151井区K1q反射层沿层-6~6 ms均方根振幅属性平面图 Fig. 4 RMS amplitude attribute along with K1q in well Lu 151 area in Luliang Oilfield of Junggar Basin

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 井间辫状河砂体地震资料分析预测 Fig. 5 Prediction of braided river sand bodies between wells river sand bodies

由于辫状河沉积时具有多河道、方向交叉合并等特征，因此其砂体的接触关系不尽相同。在野外辫状河露头观察的基础上，将辫状河砂体接触关系分为3类：侵蚀接触型、局部接触型和不接触型(图 6)。这3种类型在砂体分布形式、泥岩夹层发育程度、储集物性和含油气性差异方面均不相同。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 辫状河砂体接触关系 Fig. 6 Contact relationships between braided river sand bodies

侵蚀接触型指在野外露头剖面上，单河道砂体之间相互切割叠置，中间没有泥岩隔夹层，通常仅以河道冲刷面为界，连通性较好[图 6(a)]，如陕西延安宝塔山中侏罗统延安组辫状河沉积[图 7(a)~(b)]。这类接触关系的砂体通常分布在辫状河上游地区或辫状河主河道区，表现出河道多、水体能量大、改道非常频繁的特点。总之，这类接触关系的砂体均质性很好，但对于内部单期河道来说，其沉积时的水动力条件会有强弱变化，因而导致砂体内部在沉积物粒度、泥质含量等方面有所不同，从而造成砂体内部在储集物性上存在差异(具有一定的弱非均质性)。测井曲线上，整个复合河道砂体曲线呈箱形，单河道砂体之间连通性较好，缺少泥岩隔夹层[图 8(a)、图 9]。该类型砂体在油气源充足的条件下，通常能够形成连片分布的富含油的砂岩储层。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 山西柳林、大同及陕西延安辫状河构型特征 Fig. 7 Architecture of braided river of Liulin and Datong in Shanxi, Yan'an in Shaanxi

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 不同砂体接触类型的测井响应特征 Fig. 8 Log response characteristics of different types of contact relationship

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 侵蚀接触型辫状河砂体沉积模式 Fig. 9 Sedimentary model of the complete contact type of braided river sand body

局部接触型指在野外露头剖面上，多条单河道砂体相互切割叠置，并且在河道拼合的部位常常具有泥岩隔夹层遮挡，河道之间部分以泥岩夹层为界[图 6(b)]，如山西大同吴官屯中侏罗统云冈组辫状河沉积，其砂体之间存在不连续的泥岩隔夹层[图 7(c)]。这类接触关系的河道砂体通常分布在辫状河中游或者是辫状河分支河道地区，与侵蚀接触型相比，具有河道数量减少、水体能量稍弱、改道频率降低的特征。泥岩隔夹层单层为泛滥平原沉积，厚10~50 cm。这类接触关系的复合砂体类型连通性中等，不但单河道砂体之间的非均质性较强，砂体内部的非均质性也较强。测井曲线上，泥岩隔夹层虽然薄而少，但有响应，整个砂体的测井曲线呈箱形、锯齿形，锯齿幅度小于整个箱形幅度的1/3[图 8(b)]。

不接触型指在野外露头剖面上，单河道砂体孤立出现，互不接触，中间被规模较大的泥岩隔夹层所分离，相互不连通[图 6(c)]，如山西大同晋华宫铁路中侏罗统云冈组辫状河沉积，其砂体之间有较多泥岩隔夹层[图 7(d)]。这类接触关系的河道砂体通常分布在辫状河下游地区，其河道的数量大大减少，单层厚度通常小于5 m，宽度为几百米甚至几十米。在测井曲线上不同砂体之间被泥岩层分开，泥岩层厚度通常大于1 m[图 8(c)]。

在辫状河冲积平原上，随着距离物源区的变远，辫状河的沉积特征会发生明显的变化。从山前到冲积平原，沉积相类型逐渐由近源砾质辫状河向远源砾质辫状河，然后向砂质辫状河过渡^[22-24]。3种不同沉积相带的河道砂体接触关系差别很大。在近源砾质辫状河沉积相带中，由于靠近山区物源区较近，地形坡度较陡，水体能量较高，河道横向拼合、垂向叠置现象频繁，河道砂体接触关系以侵蚀接触型为主。在远源砾质辫状河沉积相带，水体能量相对降低，河道数量变少，改道、分叉、合并频率降低，河道主要为侧向摆动，垂向叠置少，河道砂体接触关系以局部接触型为主。在砂质辫状河沉积相带，河道数量少，改道、分叉、合并频率低，泛滥平原广泛发育，泥质沉积占主导地位，河道砂体接触关系以不接触型为主。

基准面的升降变化决定了可容纳空间增加速率(v_a)与沉积物供给速率(v_s)的比值变化，表现为对辫状河砂体接触关系的控制和影响(图 10)：① v_a与v_s的比值较低时，沉积物供给的速率远大于可容纳空间增加的速率，河道沉积作用以进积方式为主，主要发育复合河道，其砂体相互切割和叠置，形成厚度较大的"泛连通体"，砂体横向连续性较好，接触关系以侵蚀接触型为主；② v_a与v_s的比值中等时，可容纳空间不断增加，物源供给较充足，辫状河以进积和侧向加积为主，多期河道砂体侧向叠置，河道砂体厚度减薄，横向延伸减小，粒度明显变细，砂体内部隔层较为发育，连通性变差，以局部接触型为主；③ v_a与v_s的比值较高时，沉积物供给速率远小于可容纳空间的增长速率，河道以侧向加积为主，河道之间合并现象减弱，砂岩层较薄，侧向连通性较差，河道上部的细粒沉积物易于保存，砂体以不接触型为主。

图 10

Fig. 10

下载eps/tif图 图 10 基准面升降变化对辫状河河道砂体接触关系的影响 Fig. 10 Effect of base level cycle changes on the contact relationship of braided river channel sand body

(1) 在野外辫状河露头观察的基础上，结合钻井资料，将辫状河砂体接触关系分为3类：侵蚀接触型、局部接触型和不接触型。这3种类型在砂体分布形式、泥岩夹层发育程度、储集物性和含油气性方面各不相同。

(2) 沉积相带对河道砂体接触关系具有明显的控制作用。近源砾质辫状河沉积地形坡度陡，水体能量高，河道砂体接触关系以侵蚀接触型为主，远源砾质辫状河道砂体以局部接触型为主，砂质辫状河道砂体以不接触型为主。

(3) 基准面升降变化对河道砂体接触关系具有一定影响，v_a与v_s比值较低时，河道砂体接触关系以侵蚀接触型为主；v_a与v_s比值中等时，河道砂体以局部接触型为主；v_a与v_s比值较高时，河道砂体以不接触型为主。