砂质辫状河心滩沉积演化规律与沉积构型特征

doi:10.11743/ogg20230620

石油与天然气地质 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (6): 1595-1608.doi: 10.11743/ogg20230620

砂质辫状河心滩沉积演化规律与沉积构型特征

雷涛^1,²(), 任广磊², 李晓慧², 冯文杰³(), 孙华超²

^1.中国地质大学（武汉），湖北武汉 430074
^2.中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006
^3.长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100

收稿日期:2023-05-08 修回日期:2023-10-20 出版日期:2023-12-01 发布日期:2023-12-20
通讯作者: 冯文杰 E-mail:leitao.hbsj@sinopec.com;fwj1017@yangtzeu.edu.cn
第一作者简介:雷涛（1983—），男，博士、高级工程师，沉积学、储层地质学。E-mail： leitao.hbsj@sinopec.com。
基金项目:
国家自然科学基金青年项目(41802123);国家自然科学基金重点项目(42130813);中国石化科技项目(P20065)

Sedimentary evolution pattern and architectural characteristics of mid-channel bars in sandy braided rivers： Understanding based on sedimentary numerical simulation

Tao LEI^1,²(), Guanglei REN², Xiaohui LI², Wenjie FENG³(), Huachao SUN²

^1.China University of Geosciences （Wuhan），Wuhan，Hubei 430074，China
^2.Exploration and Development Research Institute，North China Petroleum Bureau，SINOPEC，Zhengzhou，Henan 450006，China
^3.School of Geosciences，Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China

Received:2023-05-08 Revised:2023-10-20 Online:2023-12-01 Published:2023-12-20
Contact: Wenjie FENG E-mail:leitao.hbsj@sinopec.com;fwj1017@yangtzeu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

砂质辫状河心滩砂体规模大、连通性强、物性较好，是一类重要的油气储层。受到复杂多变的水动力条件影响，心滩呈现出类型多样、内部构型特征复杂等特征，制约了油气资源高效开发。为探索砂质辫状河心滩沉积演化规律及其控制的沉积构型特征，采用基于水动力场实时求解的沉积数值模拟方法，开展砂质辫状河沉积演化动态模拟和过程解析，结果表明：①砂质辫状河心滩的演化过程包括5个阶段，表现为菱形坝、舌形坝、单元坝、复合坝及改造复合坝的顺次形成和连续转换，各类心滩平面形态、剖面结构样式及定量规模存在显著差异；②水流与心滩的交互作用是主导砂质辫状河沉积演化的主控机理，即水流聚散特征与分布样式的持续变化导致心滩形成、增生、迁移、形变并遭受频繁、复杂的叠切，而心滩的演化又进一步导致水流聚散特征与分布样式的变化；③心滩内部发育前积、侧积及加积3类增生体，从菱形坝形成到改造复合坝发育，心滩内部增生体类型由前积主导转变为前积与侧积共生并最终变为前积、侧积及加积复杂复合，心滩长度、宽度由快速增加转变为缓慢增加并最终维持稳定，沉积记录中终止于不同演化阶段的辫状河心滩储层平面分布样式、内部构型特征及定量规模存在较大差异。

关键词: 定量规模, 沉积数值模拟, 沉积演化, 沉积构型, 心滩, 砂质辫状河

Abstract:

Mid-channel bars in sandy braided rivers， boasting a large scale， high connectivity， and favorable physical properties， serve as a significant type of hydrocarbon reservoirs. Complex and variable hydrodynamic conditions endow mid-channel bars with multiple types and complex internal architectures， which constrain efficient oil and gas exploitation. This study aims to explore the sedimentary evolution pattern and architectural characteristics of mid-channel bars in sandy braided rivers， with a specific focus on the influence of the sedimentary process. To this end， we conduct the dynamic simulation and process analysis of the sedimentary evolution of sandy braided rivers using a sedimentary numerical simulation method based on the real-time solution in hydrodynamic fields. The results are as follows：（1） Mid-channel bars in sandy braided rivers evolve in five stages， namely the sequential formation and continuous conversion of lozenge-shaped bars， tongue-shaped bars， unit bars， composite bars， and reworked composite bars. These bars differ significantly in planar morphology， cross-sectional structure， and scale；（2） Interactions between water currents and mid-channel bars act as the predominant mechanism governing the sedimentary evolution of sandy braided rivers. Specifically， the constant changes in the convergence and divergence characteristics and distribution styles of water currents facilitate the formation， accretion， migration， and deformation of the mid-channel bars， which are under frequent and complex superimposition and cutting. In turn， the evolutionary dynamics of the mid-channel bars further induces the above-mentioned changes in water currents；（3） Three types of accretion stemming from progradation， lateral accretion， and aggradation occur within the mid-channel bars. In the process from the formation of lozenge-shaped bars to the emergence of reworked composite bars， the accretion within mid-channel bars evolves from an initial dominance of progradation to the coexistence of progradation and lateral accretion， culminating in a combination of all three accretion types. During the transitional phase， the length and width of the mid-channel bars experience a rapid increase， followed by a slow increase， and finally stabilize. As revealed by sedimentary records， reservoirs of the mid-channel bar microfacies terminating at different evolutionary stages differ significantly in planar distribution pattern， internal architectural characteristics， and scale.

Key words: quantitative aspect, sedimentary numerical simulation, sedimentary evolution, sedimentary architecture, mid-channel bar, sandy braided river

中图分类号:

TE121.3

雷涛,任广磊,李晓慧,等. 砂质辫状河心滩沉积演化规律与沉积构型特征[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(6): 1595-1608. doi: 10.11743/ogg20230620 Tao LEI,Guanglei REN,Xiaohui LI,et al. Sedimentary evolution pattern and architectural characteristics of mid-channel bars in sandy braided rivers： Understanding based on sedimentary numerical simulation[J]. Oil & Gas Geology, 2023, 44(6): 1595-1608. doi: 10.11743/ogg20230620

图/表 12

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表1

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参考文献 44

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参数项	模拟设定值				说明
沉积物粒度中值/um	300				—
泥质沉积物供应量/（kg/m³）	10				参考现代沉积数据
砂质沉积物浓度/（kg/m³）	2.5				参考现代沉积数据
沉积物组分	细砂	中砂	粗砂	巨砂	多种组分混合后中值粒径约为300 μm
砂质沉积物组分粒度中值/μm	150	300	750	1 500
砂质沉积物组分含量（质量占比）/%	25	50	15	10
沉积物浓度/（kg/m³）	1.25	2.50	0.75	0.50
砂质沉积物密度/（g/cm³）	2.65
底床坡度/（°）	0.005 ~ 0.060				冲积平原坡度平缓
河道宽度/km	3.2
水流量/（m³/s）	40 000
平均水深/m	4 ~ 6 m				取决于河宽、底床坡度及水流量
控制流速/（m/s）	0 ~ 4.5				取决于河宽、底床坡度及水流量
网格单元大小/m	50×20
平面网格单元总量/个	1 600×160
模拟区域尺寸/m	80 000×3 200
地貌演化系数	48				地貌模拟加速48倍
底床糙度-chezy值/（m^1/2/s）	45				（参考Schuurman等， 2013）
水平涡粘系数/（m²/s）	1 000
垂向涡粘系数/（m²/s）	0.001
临近干网格侵蚀系数	0.25
水动力计算时间步长/min	0.2
沉积模拟数据保存时间步长/min	15

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砂质辫状河心滩沉积演化规律与沉积构型特征

Sedimentary evolution pattern and architectural characteristics of mid-channel bars in sandy braided rivers： Understanding based on sedimentary numerical simulation

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图/表 12

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