荷兰鲁尔河谷地堑下三叠统主砂岩组沉积学、地层学与储层构型研究及其地热勘探意义

本研究针对荷兰鲁尔河谷地堑下三叠统主砂岩组（Main Buntsandstein Subgroup）储层非均质性问题，通过多学科数据（岩芯、测井、薄片）分析，揭示了河流-风成环境下的6种岩相组合与3类储层构型，阐明了气候干旱度与构造活动对河流样式的控制机制，为低焓地热（low-enthalpy geothermal）开发提供了关键储层预测模型。

　　

在能源转型背景下，低焓地热资源开发成为可持续能源的重要方向。荷兰鲁尔河谷地堑（Roer Valley Graben）的下三叠统主砂岩组（Main Buntsandstein Subgroup）因其厚度达200-250米、温度120-130°C的储层条件备受关注。然而，现有沉积模型对储层非均质性（heterogeneities）的解释存在矛盾：Carter等（1990）主张源自伦敦-布拉班特地体（London-Brabant Massif）的东北向冲积扇沉积，而Geluk（2005）提出西北向轴向河流模型，IF Technology（2012）则提出混合成因说。这种争议导致储层砂体几何形态与空间分布的预测不确定性，直接影响地热井位部署与产能评估。

为解决这一问题，由荷兰研究团队领衔的国际合作项目开展了系统性研究。通过分析24口井的岩芯、伽马测井（gamma-ray logs）及薄片数据，首次建立了鲁尔河谷地堑主砂岩组的沉积演化框架。研究发现，该地层主要受河流过程主导，伴随局部风成改造（aeolian reworking），河流样式从早期高迁移性暂时性河流（ephemeral rivers）逐渐演化为常年性河流（perennial rivers），这一转变受控于气候干旱度降低与构造活动减弱。研究识别出12种岩相类型，归并为6种岩相组合（lithofacies associations），形成三类储层构型：高净毛比（N/G>0.7）的叠置砂体（amalgamated sandstones）、中等N/G但发育胶结带与泥披覆（mud drapes）的补偿叠置砂体（compensational-stacked sandstones），以及孤立边缘砂体（marginal isolated sandstones）。其中叠置砂体具有最优孔隙度（porosity）与渗透率（permeability），而补偿叠置砂体因成岩胶结（diagenetic cementation）导致强烈非均质性。

关键技术方法包括：（1）岩芯沉积学分析，识别12种岩相；（2）测井对比建立地层格架；（3）薄片显微岩相学与成岩作用表征；（4）孔隙度-渗透率数据统计建模。

研究结果部分：
沉积学特征：识别出砾岩相（G, Gs）、砂岩相（Slx, Sx, Sh, Sl, Slb）和泥岩相（Fm, Fl）等12种岩相，反映辫状河（braided river）、曲流河（meandering river）与风成沙丘多重过程。
区域沉积模型：提出三阶段演化模型——Volpriehausen组发育短暂性辫状河与干盐湖（playa-lake），Detfurth组过渡为季节性曲流河，Hardegsen组形成稳定河道与泛滥平原。
储层构型：叠置砂体侧向连通性最佳（>1 km），补偿叠置砂体因钙质胶结带（calcite-cemented intervals）形成垂向渗流屏障，孤立砂体需进一步验证连续性。

结论与意义：该研究首次系统阐明鲁尔河谷地堑主砂岩组的沉积控制因素与储层分级非均质性，为地热储层建模提供了岩相-物性关系模板。成果不仅适用于荷兰盆地，对欧洲西北部三叠系河流-风成系统的资源评价具有普适价值。未来需结合三维地震与动态生产数据，进一步量化非均质性对热储性能的影响。论文发表于《Marine and Petroleum Geology》，为沉积储层地质学与地热工程学的交叉研究提供了典范。