陈薪凯，刘景彦，陈 程，辛 博，仲 昭

(中国地质大学(北京)，北京 100083)

0 引 言

心滩作为砂质辫状河储层最主要的构型单元，逐渐引起国内外学者的极大关注，并建立了一系列的露头与工程模式。在露头模式方面，以Cant和Walker的Saskatchewan河模式[1]、廖保方的永定河模式[2]、Bristow的Brahmaputra河模式[3]、Best的Jamuna河模式[4]、Bridge的Calamus河模式影响最广[5]；在工程实践方面，以垂向加积为主导的泛连通体模式[6-10]与以多种沉积要素为主导的偏心半椭球模式[11-17]最为普遍。然而，基于露头调研与探地雷达的沉积学模式过于复杂[1-5]，而基于工程领域的模式推导又往往过于简化[6-17]，如何将广泛的基础调研运用于工程实践始终是学者们所追求的目标[6-21]。

以Miall的构型理论为指导[22-24]，结合国内外的露头调研与工程实践，建立砂质辫状河心滩构型的工程模式。其主要内容包括：①将Miall的构型理论在缩小到心滩范围，删减其分类方案，增添与强调其涉及重点；②从最经典的4种砂质辫状河心滩模式入手，将诸多沉积构造与构型要素的成因与演化穿插在特定的成因环境中分别讨论；③将露头模式与近年来的工程实践相结合，归纳出适用于工程领域的4种简易心滩模式。

1 构型要素与界面类型概述

Miall的构型理论[22-24]几乎应用于所有的水道化沉积体系中[25]，以辫状河[6-14]与曲流河沉积[26-28]最为广泛。由于构型理论中砾质的部分多位于砾质辫状河或冲积扇中，泥质的部分多位于泛滥平原与网状河中，因此，不再赘述构型理论的相关成果，而是将该理论缩小到心滩范围，删减其分类方案，增添与强调其涉及的重点，建立与心滩匹配的岩相类型、构型要素和界面类型简表。

1.1 砂质辫状河心滩主要岩相类型

Miall构型理论以代码的形式将河流相中的岩相划分为18种类型，与砂质辫状河密切相关的岩相类型主要有8种(表1)。其中，Gm大多形成于心滩的底部，为河道滞留沉积；St大多形成于心滩的中下部，为心滩形成初期河道内大型沙丘三维迁移、相互叠置的结果[1，4，29-31]；Sp与Sh多形成于心滩的中上部，主要是高流态下流体越过心滩顶部，使沙丘平面迁移的结果[3-4，29， 32]；Sr、Fl、Fm、Fr多形成于低水位期或弱水动力环境[1-5，29-32]。由于辫状河水体较浅，流速较快，且频繁改道[33-34]，岩相分布的高频部位仅为相对而言，并不是绝对部位。

表1 砂质辫状河心滩岩相类型及解释(根据文献[1，3-4，22-23，29，31，34，41]，有修改)

1.2 砂质辫状河心滩主要构型要素

在构型要素方面，Miall最初提出了9种构型要素[22-23]，但与辫状河心滩构型密切相关的只有CH、DA、LA、LS，且CH与LS的涉及面过于宽泛，无法精确到心滩范围。近年来，Bristow[3，32]通过对Brahmaputra河露头进行研究，强调了上游加积的重要性；BEST[4]利用探地雷达对大型心滩进行研究，增加了坝缘滑脱面、河道加积、坝顶的垂向加积、上游加积及泥质披覆；Scherer[29]将辫状河心滩的主要构型要素概括为垂向加积、坝缘滑脱面、侧向加积及顺流加积。此次研究将心滩的主要构型要素概括为7种(表2)，并对其进行详细解释。

表2 砂质辫状河心滩构型要素及解释(根据文献[1，3-4，22-24，29]，有修改)

1.3 界面类型

目前常用的构型界面类型为Miall的8级界面划分[24]，吴胜和等[35]结合层序构型分级方案将构型界面划分为12级。此次研究以Miall的8级界面划分[24]方案为依托，主要介绍与油藏精细描述密切相关的构型界面，舍弃Miall的7～8级界面，采用与心滩构型相关的0～6级界面分类方案(表3)，其中3级界面主要影响心滩内部夹层，4级界面主要影响心滩轮廓。

表3 曲流河与砂质辫状河心滩构型界面(根据文献[1，3-4，22-24，35]，有修改)

2 心滩构型的主要沉积模式概述

受地震分辨率与井资料的限制，基于工程应用所建立起的辫状河心滩模式往往较为粗糙。而露头调研可以通过取心[1，4，5，31]获得一维井数据，通过剖面分析[1-4，29-32]或航拍照片[1，30-31]获得二维面数据，也可以利用探地雷达[4-5，30-31]获得精确到分米级别的三维立体数据。因此，对经典沉积学模式的探讨有利于深入探讨心滩的岩相类型、构型要素及界面类型，提高心滩模式精度。

2.1 Saskatchewan河模式

Cant和Walker所建立的辫状河模式[1]是早期辫状河研究中最经典且影响最广的模式[30，33-34]。Cant和Walker的模式在其他的论著中均有描述[33-34]，在此不再赘述，而是对该模式中主要构型要素的形成进行探讨。值得注意的是，Cant和Walker的沙坪是指复合心滩，沙坝是指单一心滩[30]。

Cant和Walker所建立的辫状河模式[1]中，广泛分布的槽状交错层理记录了河道中沙丘在三维空间上的不断迁移[1，30-31]，而中下部的大型板状交错层理多由横交河道坝向下游方向上的平面迁移而成[1，29]。Cant和Walker[1]认为，小型的板状交错层理的成因主要有2种：一种为沙坝(单一心滩)受流水驱动叠置于原先的沙坪(复合心滩)之上，这种猜测主要源自于Cant和Walker建立的机理模型；另一种为洪水期流体携带沉积物堆积在沙坪上部或尾部，这一猜测是目前普遍接受的观点之一[3-4，29，32]。值得注意的是，Cant和Walker[1]认为沙坪的形成过程为横交河道坝的生长—单一沙坝(沙坪的核部)—沙坪，其中，核部堆积的观点在后续探地雷达相中的解释被用于解释丘型反射[4-5，30]。而沙坪序列中局部出现的河道下切现象被认为是间歇的低水位期心滩不断暴露、局部串沟下切的结果[3-4]。

2.2 Calamus河模式

Bridge[5]首次使用探地雷达(GPR)与取心资料对低弯度的Calamus辫状河心滩三维构型模式进行探讨(图1)。Calamus河模式更类似于辫状-曲流的转化类型[36-44]，而Bridge在其他的研究中，也多次强调了过渡型河流的问题[41， 43-44]。

垂向观察GPR资料可知[5]，GPR资料在心滩底部显示为较高振幅，不连续，有着削截特征的侵蚀面。侵蚀面上部为中等规模，具有槽状交错层理(层系厚度为3～25 cm)和较高振幅且不连续的探地雷达反射。再往上为小规模交错层理(层系厚度小于3 cm)，GPR显示为低振幅不连续反射。接近地表为泥岩与草地，在GPR中没有显示。

图1 Bridge的Calamus辫状河模式(据文献[5]，有修改)

Bridge的Calamus河模式[5]作为探地雷达在心滩构型的初步尝试，与后续的重复性研究[29-31]相比较为简单。Bridge认为[5，41，43]，心滩两侧大规模的倾斜反射代表侧向加积体，而尾部的倾斜反射代表了顺流加积体。大型的倾斜层内部主要为中等规模的交错层理，中等规模的交错层理代表沙丘的迁移与较高的流速。波状交错层理主要发育在坝尾两侧的浅滩，代表波纹的迁移[41，43-44]。心滩在垂向上整体向上变细，但在坝头位置显示为箱型韵律[44]。

2.3 Brahmaputra河模式

Bristow通过对现代Brahmaputra河大型心滩露头的野外调研[3，32]，建立了Brahmaputra河枯水期所暴露的大型心滩上部构型模型(图2)[3]，而心滩的下部并没有包含在内。

Bristow认为[3，32]，心滩头部以上游加积为主，侧积作用不明显。在心滩头部往往形成流水改造下的上游加积体，其沉积构造以槽状交错层理与平行层理为主，Bristow[3]将这种平行层理称作上部平坦床沙。心滩的上游部分往往有着侵蚀的凹岸，堤岸垮塌的部分以泥砾岩的形式在层内堆积。

Bristow[3]模式中的心滩中部以垂向加积与侧向加积为主。垂向加积的沉积构造包含上部平坦床沙(即平行层理)、槽状交错层理以及波纹层理。垂向序列上依次为平行层理、槽状交错层理、波纹层理，有时其顶部还有串沟充填。Bristow[3，32]认为侧向加积是心滩中游在横向上不断扩大的主要沉积作用，心滩两侧的侧积体向坝体的侧面迁移，而Bridge[41]却认为心滩两侧的侧积体并不是单纯横向迁移的结果，而是同时在横向上与顺流方向上迁移。侧向加积导致心滩坝上部出现坝脊与滩槽，滩槽类似于相邻侧积体之间的凹地，但是在落洪期流体会对滩槽进行改造。

Bristow[3，32]认为，心滩尾部的变化取决于心滩的几何形态与流体的流动阶段。在高流态阶段，沙垄是主要的底形，前积体沿着水流方向顺流加积，侧积体环绕心滩尾部向两侧迁移。在水位下降期，底形的迁移逐渐减弱，心滩坝以垂向加积为主。心滩的下游边缘由于水位的下降变得陡峭，并产生塌落面。在水位的下降期，随着流速的降低，大的底形受到改造，并产生厚层的泥质披覆。此外，随着水动力的减弱，波纹层理成为主要的床沙底形。在低水位阶段，坝顶有时发生下切作用，形成串沟水道。

图2 Bristow的Brahmaputra辫状河心滩模式(据文献[3]，有修改)

2.4 Jamuna河模式

Best[4]利用探地雷达对Jamuna河三维构型的精细研究在本质上是对Bristow模式[3]的延伸与细化，但Best所测得的心滩规模要远大于前人[1-2，5]的研究。Best模式(图3)[4]的主要研究内容可以概括为探地雷达相的建立与主要构型要素的划分。

图3 Best的Jamuna河辫状河心滩模式(据文献[4]，有修改)

2.4.1 探地雷达相

Best[4]将辫状河心滩的探地雷达反射结构分为4种主要类型，以探地雷达相的形式对不同的沉积单元进行描述。这4种类型主要为大型(4.0～8.0 m)交错层系、中型(1.0～4.0 m)交错层系、小型(0.5～2.0 m)交错层系以及波状形态的强振幅连续反射结构。其中，大型交错层系被解释为心滩向相邻水道的侧向迁移或流体越过心滩并在心滩的尾部产生顺流加积体；中型交错层理被解释为大型沙丘的平面迁移与三维迁移；小型交错层理被解释为坝缘与坝体两侧的小型沙丘；波状形态的强振幅连续反射结构被解释为泥质披覆，可能形成于水位下降时期低流速的心滩淤积区。

2.4.2 主要构型要素

Best[4]将Jamuna河的主要构型要素划分为坝缘滑脱面、河道的垂向加积、坝顶的垂向加积、上游加积、侧向加积、顺流加积、泥质披覆7种(图3)。坝缘滑脱面主要产生于顺流加积作用或坝缘的侧积作用，坝顶的垂向加积与顺流加积代表洪水期流体携带沉积物越过心滩向并在心滩中部与下部堆积，侧向加积主要产生于心滩中部的侧向迁移，上游加积代表了流体对坝头的改造，泥质披覆为低水位期在心滩尾部背流区中形成的细粒沉积。

3 心滩构型的简易工程模式

将4种辫状河模式分为垂向加积模式(图4a)、辫状-曲流转换模式(图4b)、偏心半椭球模式(图4c)以及复杂构型模式(图4d)。4种模式中，目前在工程领域应用最为普遍的是垂向加积模式与偏心半椭球模式，复杂构型模式近年来开始应用于工程实践，但更倾向于密集井网区(表4)。辫状-曲流转换模式主要集中在理论探讨[37-41]，尚未应用于工程实践(表4)。

图4 适用于工程领域的简易心滩模式

砂质辫状河心滩模式类型露头调研模式油田实践模式适用区域垂向加积模式Cant[1]、廖保方[2]、Fielding[42]、李海燕[19]曾祥平[9]、卢海娇[8]、赵伦[6]、徐中波[13]、赵伦[7]、岳大力[10]、党胜国[49]、龙明[50]洪泛周期较长,不规律,持续时间较短,心滩长期暴露辫状-曲流转换模式Bridge[5,36,41]、谭程鹏[39]、李胜利[40]—河型转换带偏心半椭球模式Allen[48]、Bristow[3]刘钰铭[11]、白振强[17]、刘钰铭[12]、余成林[16]、钟思瑛[14]、孙天建[15]、徐中波[13]、乔雨朋[20]洪泛周期稳定的间歇性深流水复杂构型模式Best[4]、Smith[31]、Scherer[29]牛博[18]、张昌民[47]任何密集井网区

3.1 垂向加积模式

垂向加积模式(图4a)多以Cant[1]与廖保方[2]的模式为参考，其基本特点为：心滩中下部为相互叠置的大型槽状交错层理，中上部为以水平落淤层为间隔的多种沉积构造砂岩。廖保方[2]将辫状河的沉积模式概括为以垂向加积为主导的“叠覆泛砂体”，并将洪水的暴涨陡落作为该模式的主要成因，而这种模式也被广泛应用于水驱规律研究与剩余油分布模式的探讨中[6-10，13]。近年来Fielding[42]通过对Burdekin河的研究也提出了相似的模式，且该模式中几乎不发育侧向加积体，Fielding[42]将该模式的成因归因于其较长的洪泛周期。在枯水期心滩与部分河床长期暴露地表，几乎不发育低水位时期的细粒沉积，而当洪泛事件来临时，活动的河道呈现出顺直或近乎顺直的特征，并发育厚达3 m的大型沙丘[42]。但值得注意的是，无论是Cant[1]、廖保方[2]，还是其他学者的垂向加积模式[6-10，42]，都不否认侧积作用与前积作用对心滩的影响，只是强化了垂向加积对心滩模式的控制。

3.2 辫状-曲流转换模式

辫状-曲流转换模式(图4b)参考Bridge对Calamus辫状河心滩的三维构型模式[5]。Bridge所调研的Calamus河[5]在河道带范围内呈现出蜿蜒曲流带的特征[36]，而单个心滩砂体有更类似于分汊河或单向侧向迁移的心滩砂体[5，36]。由于Bridge[5]所研究的辫状河心滩是稳定的，并且在河道内并不迁移，也不侵蚀堤岸，以至于Bridge的辫状河模式与传统的辫状河模式相比有着很大的不同。传统的辫状河模式认为辫状河往往水浅流急，频繁改道，并以垂向加积与顺流加积为主导[33-34]，而Bridge的研究中[5]并没有发现辫状河普遍存在的大型板状前积层。Bridge在文献[43-44]中表示了对传统的河流相分类的质疑，认为曲流河与辫状河有着相同的弯曲特征以及侧向加积现象，传统的4分法是否具有唯一性值得商榷。

在Bridge的砂质辫状河的心滩模式里，其内部构型更类似于曲流河[5]，或者是2个曲流河点坝的左右拼接[43-44]，而这种稳定心滩与水道的辫状河模式[5]更类似于分汊河或辫状-曲流河的转换类型。黄锡荃认为[45]，河道边界的不均匀性和水动力条件的复杂性，使得分汊河道动力轴线发生偏移，并以曲流行波的方式下移；王敏、穆龙新等[21]将分汊型辫状河定义为河道弯度较大、主流较稳定、河道与心滩坝位置相对固定的辫状河体系，这一点与Bridge的Calamus辫状河模式有着诸多相似之处，但在内部的构型刻画方面，王敏、穆龙新等[21]仍选择了较为成熟的垂向加积模式。近年来，一些学者对河型转换进行了深入探讨[37-40， 46-47]，但是由于河型转换主要集中在水工学方面，相关的沉积学调研较少，辫状-曲流转换模式仍需要在今后的研究中不断完善。

3.3 偏心半椭球模式

偏心半椭球模式(图4c)是近年来频繁引用的模式之一[11-17]，又被概括为半个洋葱式[14]或穹窿式[13]。该模式主要源自于刘钰铭等[11-12]对Bristow建立的Brahmaputra河心滩模式[3]的简化型，尽管在模式建立的过程中也参考了Best的Jamuna河模式[4]，但却较Jamuna河模式简单。偏心半椭球模式的核心观点为心滩中心部位夹层呈近水平状、坝头夹层陡峭、坝尾夹层平缓。值得注意的是，Jamuna河有着稳定的洪泛周期，且水深较深[4]，这正是该模式出现洋葱状的主要原因。

尽管该模式中夹层普遍分布，但夹层在心滩不同部位分布的密度与分布的厚度有所不同。余成林等[16]强调了在河道的冲刷作用下，心滩两侧的夹层与头部夹层会受到严重的破坏。钟思瑛等[14]则强化了侧向加积过程中落淤层的分布。由于Bristow模式中侧积层的倾角通常较缓并且在露头中很难识别[3]，因此，弱化心滩两侧的夹层，进而强化心滩尾部的夹层则与Bristow模式更加吻合。

3.4 复杂构型模式

复杂构型模式(图4d)基于牛博[18]等使用修正的Best模式[4]对大庆油田萨中密井网区的工程实践，此后张昌民[49]等对该模式做了进一步修正。该模式也是国外地质学者目前普遍接受的构型模式之一[4，29，31]，。Best将Jamuna辫状河心滩的探地雷达相分为4种，将其构型要素分为7种，并对这7种构型要素的方位进行了标注，且对其成因进行了解释，是目前划分与解释最详细的模式之一。此后，Smith[31]对阿根廷现代Ri′o Parana河的解释，以及Scherer[29]对巴西Aptian Barbalha组古代露头的解释，都在某种程度上继承了该方案。尽管该方案在4种模式中最为详细，也更为可靠，但受到目前很多地区井网密度的限制，大多无法进一步推广，然而，但对于密集井网的辫状河储层区块，具有良好的应用效果。

4 结 论

(1) 将Miall的构型理论缩减到心滩范畴，探讨了与砂质辫状河心滩密切相关的岩相类型、构型要素、以及构型界面。研究认为，在岩相类型方面，St大多形成于心滩的中下部，为心滩形成初期河道内大型沙丘三维迁移、相互叠置的结果；Sp与Sh多形成于心滩的中上部，主要是高流态下流体越过心滩顶部，使沙丘平面迁移的结果；Sr、Fl、Fm、Fr多形成于低水位期或弱水动力环境。在构型要素方面，将心滩的主要构型要素概括为河道加积、垂向加积、上游加积、侧向加积、顺流加积、泥质披覆、串沟充填7种，其分布位置大多分别位于心滩的下部、上部、头部、两翼、尾部、尾部、顶部。在构型界面方面，3级界面为心滩内部单一前积体、侧积体、垂向加积体、上游加积体之间的界线，控制着心滩内部夹层的主要分布。对心滩内部的岩相类型、构型要素、以及界面类型的归纳与细分有助于细化对心滩的认识。

(2) 提出了适用于油藏精细描述的4种辫状河心滩的简易模式，分别为垂向加积、辫状-曲流转换、偏心半椭球复杂构型模式。研究认为，垂向加积模式以近水平的落淤层为主要夹层，适用于平日流量较低、洪泛周期较长、不规律、持续时间较短、心滩长期暴露的辫状河体系；辫状-曲流转换模式类似于点坝边滩或边滩的背向拼合，适用于辫状河向曲流河过渡的河型转化带；偏心半椭球模式呈半洋葱状，在垂向加积模式的基础上强化了坝头坝缘坝尾的沉积特征，适用于洪泛周期稳定且河道较深的辫状河体系；复杂构型模式由多种构型要素组合，是偏心半椭球模式的延伸，但划分更细，适用于密集井网的辫状河储层区块。对心滩模式的划分与讨论有利于精细化的勘探开发，而这些模式也可在一定程度上应用于砂质冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲心滩的构型描述。