1. 历史起源
结构要素分析法 （Architectural Element Analysis） 起源于对河流沉积相的研究，而近几年有关的沉积学研究活动为结构要素分析法做了宣传和推广。
早在1975，Jackson在对底形的分类研究中，就提出了层次和规模分类法，将底形划分为小型、中型及大型的3种。在对于古代沉积记录研究中，Brookfield （1977） 和Allen（1980，1983） 发现了不同规模、夹在界面之间的层理单元。Frield et al. （1979） 则发现小型的结构要素相互叠置而形成大的结构要素。
1983年Allen在河流沉积物中划分了三级界面，并得到了许多地质学家的认同。Miall（1985） 在Allen界面的基础上，又增加了1个四级界面，即古峡谷中的河道带的底界面。
1985年，在第三次国际河流沉积学大会上，A. D. Miall第一次完整地提出了河流沉积相的结构要素分析法，引起了激烈的争论。Miall认为传统的沉积相分析，只强调垂向剖面和沉积层序的研究，无法正确判别相类型。例如在用岩相组合识别河流的类型时，有时辫状河与曲流河的垂向序列很相似，如果曲流河序列上部的洪泛平原沉积在河流迁移过程中被河道侵蚀掉了，只剩下槽状交错层理与板状交错层理的话，区分二者就十分困难，这样就很难研究河流沉积。鉴于此，Miall认为垂向剖面分析法已不适用，应当采用一种考虑沉积体三维几何形态的新方法。这种方法就是结构要素分析法。反对者认为，传统的方法在以往的研究中经受了时间和事实的考验，虽然垂向剖面分析法确实存在着问题，但强调横向研究的结构要素分析法也存在许多问题。首先是野外露头不总是足够良好，使人们能够较好地追索；第二，结构要素分析法即使能够解决露头问题，但是对地下地质研究的工作者不适用。在这次大会上，各表一是，互相难以说服对方。
同年，Miall发表了 《结构要素分析——河流沉积相分析的一种新方法》，全面介绍了该方法中的结构要素、界面等概念，提出了以该方法进行研究得出的12种基本河流类型。这一文献几乎成了河流沉积学研究中的必要参考文献，代表了结构要素分析法的诞生。
1988年Miall将四级界面系统扩展为六级界面系统，使界面分级系统进一步完善起来。并把界面分级、结构要素级别与储层非均质性分级联系起来，开创了结构要素分析应用于油田开发地质研究的先河。
在国内，20世纪80年代中期，在裘怿楠先生指导下，我国油气田开发地质工作者也开始了这方面的工作，做了大量的露头和现代沉积解剖工作，为精细描述地下储层结构奠定基础。20世纪90年代以来，大庆、河南等油田相继开展了地下储层结构研究工作，为老油田稳油控水作出了巨大贡献。
2. 界面分级
沉积体由各种规模的岩相和结构集合体组成，其规模范围从单个小型波痕到整个沉积体系形成的集合体。由此，可利用一套不同级别的岩层接触面，把砂体内部划分为有成因联系的岩层。Allen （1966） 指出，在诸如河流、三角洲环境中可以划分出若干个级别的沉积物。他提出了5级分级系统，即小型波痕、大型波痕、砂丘、河道及代表上述四个级别变化总和的 “综合体系”，用于帮助解释从单层到大型露头或露头群的不同区域范围内所收集的古水流资料的变化。
Jackson （1975） 在前苏联早期工作的基础上，指出底形可以根据其时间尺度及实际规模分成三级：微型底形是指像小型波纹的那种结构，时间尺度从几秒变化到几小时；中型底形是比较大规模的沉积 （分米-米级），主要是在动力事件 （Jackson所称） 期间形成的。“动力事件” 如飓风、季节性洪水、春潮或风成沙暴等，在地质瞬间内搬运大量沉积物。中型底形的例子：形成于各种环境下的水下砂丘和砂波，河流中的舌状砂坝、横向砂坝及纵向砾石坝等。巨型底形表示受构造、地貌及气候控制引起沉积物的长期堆积，一般是由叠置的微型底形及中型底形沉积物组成。典型实例有河流点砂坝、潮汐三角洲及陆架砂脊等。河道中巨型底形的高度与河道的深度相差无几，其长度则与河道宽度差不多。它们至少比中型底形大一个数量级，并可能具有复杂的三维几何形态。巨型底形表示在100～1000年时间范围内的沉积及侵蚀作用下形成。
Brookfield （1977） 讨论了风成底形单元分级系统的概念，并概括了四个级别的 “风成底形单元” 的特征。它们是臂形韵律层、砂丘、空气动力波痕及冲击波痕。这四个级别的底形单元同时沉积并相互叠加。他指出这种叠加形成了3种类型的内部界面：一级界面为臂形韵律间的大型侧向延伸、平坦或上凸的界面 （按Jackson的术语称巨型底形，1975）；二级界面是由砂丘穿过臂形韵律层 （中型底形） 时形成的几套交错层系间的低-中等倾斜界面；三级界面是交错层系内部纹层的边界 （中型-小型底形），这种界面是由风向或速度的局部变化而引起的。图8-4是风成砂岩界面解释图。
图8-4 Entrada砂岩 （侏罗系） 露头的解释图
河流沉积界面分级系统的确立，当首推Allen （1983） 对威尔士泥盆系褐色砂岩的研究。该研究是建立划分河流沉积界面分级系统概念最明确的尝试。Allen描述了三类界面，为了对比并参考Brookfield有关风成地层的研究，他颠倒了Brookfield （1977） 采用的编号顺序，如最大序号的界面其侧向延伸最长，Allen没有说明这种颠倒做法的原因，但其结果是产生了一个极端无限的编号方案。Allen方案中的一级界面就是McKee ＆ Weir（1953） 定义中的层系界面。二级界面为一级界面所圈定的各类沉积单元组合边界，它们可与McKee ＆Weir （1953） 的层系组界面相当。三级界面相当于Bridge ＆Diemer（1983）的主界面，它通常是一个明显的侵蚀冲刷面。Allen的三级界面与Brookfield的三级界面之间没有直接的关系，因为风成流体和水成流体具有不同的动力状态和沉积样式。
Miall （1985） 在Allen界面的基础上，又增加了一个四级界面，即为古峡谷中的河道带的底界面。1988年Miall将四级界面系统扩展为六级界面系统，使界面分级系统进一步完善起来。
正如前述，Miall界面划分源于Allen的划分方案，后又由四级扩展到六级界面系统（图8-5），这样便能够确定河流沉积的宏观结构，并且把盆地规模的最大一级归入划分方案之中。
图8-5 河流体系沉积单元规模与界面谱系图 （圆圈内编号为界面级别）
一级界面和二级界面记录微型底形和中型底形沉积的边界。其中一级界面的概念与Allen的相同，代表了交错层系界面。在这一级界面内部没有侵蚀或仅有微弱的侵蚀作用。它们实际上代表了连续的沉积作用和相应的底形。在岩心中，这些界面有时并不明显，但要根据交错前积层的前缘和切割作用来识别。二级界面是简单的层系组界面，这类界面说明了流向变化和流动条件变化，但没有明显的时间间断，界面上下具有不同的岩石相。在岩心中，可以通过岩石相的变化来区分一级和二级界面。
三级界面是横切侵蚀面，它们形成于大型底形内部，倾角较小 （<15°），以低角度切割下伏交错层，通常穿过2～3个交错层系，界面上有泥砾岩披覆沉积，界面上下的岩石相组合相同或相似。三级界面也可以位于小型砂坝或底形层序底部，含有一层碎屑砾岩层 （由细粒碎屑沉积物组成）。在岩心中，这种现象比较容易识别。三级界面代表流水水位变化，但并没有特别明显的沉积方式和底形方向上的变化。
四级界面代表大规模底形的顶面，其表面通常是平直或上凸的。四级界面与下伏的层理面以及一、二、三级界面呈低角度切割关系或局部与之平行，是侧向或向下游加积的顶面。另一种四级界面被称为小型水道底部侵蚀面，例如串沟的底面。而大型河道底面属于高级的界面。根据低角度特征可以用测井方法识别二、四级界面，但是在单井中很难区分三、四级界面。低倾斜角度、泥砾披覆、泥岩透镜体，对三、四级界面都是相似的。唯一的办法是看界面上下的岩相组合是否相同，若相同则为三级界面，否则可看做四级界面。只有在密井距条件下岩心之间才能对比，因为四级界面分布面积一般小于10ha。
五级界面是大型砂体的边界，诸如河道充填复合体的边界。通常是平坦到稍具下凹的，但由于侵蚀作用会形成局部的侵蚀-充填，造成地形起伏和基底砾岩出露。六级界面代表一组河道或古河谷，代表可作图的地层单元如段或亚段，其上下皆属六级界面。
在岩心中，四、五、六级界面与三级界都可能非常相似。要区分四、五、六级界面，最好运用密井网进行详细对比，最好在开发成熟的油田，如当井距<100m时进行该项工作，或者尝试用三维地震进行做图加以区别。Miall认为，如果解释人员知道需要寻找什么时，运用地震资料可以实现这一工作。
详细识别和对比界面是认识储层非均质性、设计开发方案的基础。在划分界面时要把握3个原则：
（1） 每个级别的界面可能都会受到同一级别或更多级别界面的切割。
（2） 确定界面级别应当看其上、下面是什么沉积物而不是看其沉积过程如何。
（3） 小型界面侧向上的级别可以过渡为另一个级别。
3. 储层结构
每一级别的沉积单元起源于特定时间内与之相应的沉积作用，并由各级界面彼此自然地分开。这种由界面及其限定的沉积单元形成了储层结构。储层结构分析法的核心体现在六级界面系统的应用和具有三维几何形态的沉积单元组合来表征储层内部的非均质性。
储层结构具有分级的特点，高级别的储层结构是由低级别的界面及其限定的沉积单元来表征。
Miall总结了河流和浊流沉积体系的储层结构分级及沉积单元组成 （表8-2）。如河流沉积体系中，第五级储层结构，其底界面是五级界面，但其内部可划分四级及其限定的点砂坝、泥质充填物等沉积单元组成（图8-6）；而第4级储层结构如点砂坝，则由3级界面分开的侧积增生体组成。
表8-2 河流和浊流沉积体系储层结构分级系统对比 （据Miall，1990）
Miall （1988） 研究了新墨西哥州盖洛普附近Morrison组Westwater峡谷段，给出了河道砂体内部几种第五级的储层结构 （图8-7）。
这种描绘各级储层结构的思路，可以成为未来地下储层研究的样板。
图8-6 鄂尔多斯盆地东缘中生代曲流河道砂体结构 （据焦养泉，1995）
图8-7 Morrison组Westwater峡谷段河道砂体内部结构
4. 结构要素
结构要素 （Architectural elements） 是一个由其形态、组成及其规模所表征的沉积体。它是沉积体系内部一个特定沉积作用或一组沉积作用的产物，并由界面彼此自然地分开。后来，Miall将其改称结构单元 （Arehitectural units），并在一系列的研究中明确了结构要素的分级系统。
结构要素的概念实际上是关于什么是沉积体中最基本单元的概念。目前各国学者在这一问题上的看法已基本趋于一致，即以岩石相单元作为最基本的沉积结构要素，依此为基础然后再逐级进行划分和研究。
在河流相沉积物研究中，Miall按照他自己确定的岩石相划分方案，在野外和岩心中识别出单个岩石相 （表8-3）。Miall将河流沉积物划分为8种基本的结构要素（图8-8），它们由这些岩石相组成 （表8-4）。这些结构要素的规模是变化的，河道的深度从几分米可以变化到几十米，大型河心砂坝复合体的长度可以达到几千米。
表8-3 岩石相分类
表8-4 河流沉积中的建筑结构要素
图8-8 河流沉积物中8种基本结构要素图示
◎河道 （CH）：被平坦或上凹的侵蚀面所限定。在河流体系中，河道规模有多种级别，较大的河道通常是由多种类型的要素组成的复合充填沉积体。
◎砾石坝底形 （GB）：板状或交错层理砾岩，形成于纵向或横向砂坝中。
◎沉积物重力流沉积 （SG）：主要由碎屑流 （泥石流debris flow） 沉积形成的砾质沉积物，岩石相类型主要为Gms，具有泥质含量高，反映快速沉积的过程。
◎砂质底形 （SB）：在低流态条件下形成，岩石相有St，Sp，Sh，Sl，Sr，Se及Ss（表8-3）。它们相互组合可形成一系列不同几何形态的结构要素。最常见的砂质底形要素是板状和席状体，一般出现在河道底部、坝顶或决口扇背景中。
◎顺流增生底形 （DA）：岩石相的组成与砂质底形 （SB） 相类似。可利用其内部和上部上凸的界面来识别，同时其古水流方向平行或近平行于界面的倾向，代表了顺流加积形成的复合砂坝沉积。
◎侧向增生底形 （LA）：这是DA的一种类型。正如底形方位指示的，其形成时的古流方向与其内部增生面的倾向呈高角度相交，表明它是侧向增生形成的，如熟知的点坝沉积。在DA和LA之间还会出现一些过渡类型，尤其在多河道体系中过渡类型最发育。
◎纹层状砂岩席状体 （LS）：纹层状砂岩席状体是SB的一种类型，其主要岩石相类型是Sh和Sl。这一组合表明它形成于上部流动体制 （高流态） 条件，常见于季节性河流中。
◎溢岸细粒沉积 （OF）：这一要素由废弃河道、泛滥平原及决口扇中沉积的泥岩、粉砂岩和少量砂岩组成。古土壤、煤、洼地沉积以及蒸发岩也是这种要素的重要部分。如果要完整地描述地层，需要对这种要素进行细分。
Miall认为运用六级界面系列和八种基本结构要素，就可对河流储层进行精确的描述。但在地下储层研究中，由于受资料密度的限制，很难做到这么精细的程度。
Miall定义的结构要素为沉积体系的组成部分。它们的规模等于或小于河道充填，但比单个岩石相单元要大，并具有不同的岩石相组合、内部几何形态、外部几何形态及垂向剖面特征。结构要素这个术语所指的地层单元以三级到五级界面为界。而且，由于结构要素分类是描述性的成因分类，因此进行结构要素划分时应注意六点：(1)上、下界面性质：侵蚀的或递变的，板状的，不规则的，弯曲的 （向上凸或向上凹）；(2)外部几何形态：席状，透镜状，楔状，勺状，U形充填；(3)规模：厚度，平行或垂直于水流方向的延伸；(4)岩性：岩石相组合和垂向序列；(5) 内部几何形态：内部界面性质和迁移，层理和一级到二级界面对更高级别界面的关系 （平行、削截、上超及下超）；(6)古水流模式：与内部界面和外部形式相关的水流标志的方向。
大多数沉积体可以划分为几种或多种类型的三维结构要素。这些结构要素以独特的岩石相组合、外部形态及排列方向为特征。不同级别的结构要素组合形成了不同级别的储层非均质性。为了揭露地下储层结构，开发地质人员应该应用界面分级系统设法把储层划分成多个结构要素。