|
基本简介 简介 是母岩机械破碎的产物经搬运、沉积、压实、胶结而成的岩石。在沉积区外的陆地上搬运来的碎屑称陆源碎屑或外碎屑，是碎屑的主要来源。在沉积区内形成的碎屑称内碎屑（十分少见）。按碎屑岩的颗粒大小可分为①粗碎屑岩：砾岩、角砾岩，其碎屑直径大于2毫米。②中碎屑岩：砂岩，碎屑直径2-0.5毫米。③细碎屑岩：粉砂岩，碎屑直径0.05-0.005毫米。  碎屑岩 按物质分类 按物质来源可分为陆源碎屑岩和火山碎屑岩两类。火山碎屑岩按碎屑粒径又分为集块岩（>64毫米）、火山角砾岩（64～2毫米）和凝灰岩（<2毫米)、粗砾岩（256～64毫米）、中砾岩（64～4毫米）、细砾岩（4～2毫米）。砂岩按砂粒大小可细分为巨粒砂岩（2～1毫米），粗粒砂岩（1～0.5毫米）、中粒砂岩（0.5～0.25毫米）、细粒砂岩（0.25～0.1毫米）、微粒砂岩（0.1～0.0625毫米）。粉砂岩按粒度可分为粗粉砂岩（0.0625～0.0312毫米），细粉砂岩（0.0312～0.0039毫米）。碎屑岩主要由碎屑物质和胶结物质两部分组成。 碎屑物 碎屑物质又可分为岩屑和矿物碎屑两类。岩屑成分复杂，各类岩石都有。矿物碎屑主要是石英、长石、云母和少量的重矿物。胶结物主要是化学沉积形成的矿物，它们充填在碎屑之间起胶结作用，主要有硅质矿物、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物、磷酸盐矿物及硅酸盐矿物。碎屑岩的孔隙是储存地下水及油、气的对象，研究碎屑岩对寻找地下水及油气矿床有实际意义。 矿物成分  碎屑岩惩成分 ①长石的亲水性和亲油性比石英强，当被油或水润湿时，长石表面所形成的液体薄膜比石英表面厚，在一般情况下这些液体薄膜不能移动。这样，它在一定程度上减少了孔隙的流动截面积，导致渗透率变小。 ②长石和石英的抗风化能力不同。石英抗风化能力强，颗粒表面光滑，油气容易通过；长石不耐风化，颗粒表面常有次生高岭土和绢云母，它们一方面对油气有吸附作用，另一方面吸水膨胀堵塞原来的孔隙和喉道。因此，长石砂岩比石英砂岩储集物性差。 以上所说的是在一般情况下长石碎屑对碎屑岩储层物性的影响，但切不可简单地认为凡是长石砂岩的物性都不如石英砂岩。在实际工作中，应结合我国陆相盆地的沉积特征进行具体分析。实际上，中国某些油田长石-石英砂岩或长石砂岩的储集物性是相当好的，甚至比海相石英砂岩还好，这主要是因为长石未经较深的风化所致。 矿石结构  碎屑岩结构 理想球体紧密排列的端元形式有两种：a表示立方体排列，堆积最疏松，孔隙度最大，其理论孔隙度为47.6%，孔径大，渗透率也大。b表示菱面体排列。排列最紧密，孔隙度小，其理论孔隙度为25.9%，孔径小，渗透率低。所以理论上的孔隙度介于46.7%-25.9%之间。这种理想情况在自然界是不存在的。自然界的实际情况比这种理想情况要复杂得多。 大量资料研究表明：碎屑岩储层储集物性不仅与粒径有关，而且与岩石颗粒的分选程度也有很大的关系。一般来说，细粒碎屑磨圆度差，呈棱角状，颗粒支撑时比较松散，它比圆度好的较粗的砂质沉积可能有更大的孔隙度。然而，细粒沉积物中孔喉小，毛细管压力大，流体渗滤的阻力大，因此细粒沉积物的渗透率比粗粒的小。表示了分选系数一定时渗透率的对数值与粒度中值成线性关系，粒度愈大，渗透率愈高。在粒度相近的情况下，分选差的碎屑岩，因细小的碎屑充填了颗粒间孔隙和喉道，不仅降低了孔隙度，而且也降低了渗透率。表示了粒度中值一定时，渗透率的对数和分选系数（So）呈近似的线性关系，从分选好至中等时，渗透率下降很快；分选差时，渗透率下降就缓慢了。 影响因素 压实作用压溶作用 压实作用和压溶作用是碎屑 岩储层的孔隙度和渗透率衰减的主要因素。所谓压实作用就是通过岩石的脱水脱气，岩石孔隙度变小，变得致密。压实作用是通过颗粒的下沉，颗粒之间距离变小，沉积物体积收缩而进行的。压实作用主要发生在成岩作用的早期，3000m以上压实作用的效果和特征明显。从成岩作用现象上来讲，压实作用不仅可以造成泥岩和页岩岩屑等的假杂基化，火山岩岩屑等软颗粒的塑性变形，还可以造成石英和长石等刚性颗粒的破裂和粒间接触程度的提高。压实作用使砂岩储层的孔隙度迅速减小，但不同类型的砂岩，其孔隙度衰减的速率不同。如粘土杂基含量高的砂岩，其孔隙度衰减速率大，而纯净砂岩的孔隙度衰减速率小。 压溶作用是指发生在颗粒接触点上，即压力传递点上有明显的溶解作用，造成颗粒间互相嵌入的凹凸接触和缝合线接触。由于碎屑颗粒在压力作用下溶解，使得Si、Al、Na、K等造岩元素转入溶液，引起物质再分配，造成在低压处石英和长石颗粒的次生加大和胶结。据费希特鲍尔对含油区砂岩的研究，石英在500-1000m埋深就开始次生加大，并随着埋深的增加，次生加大的石英颗粒增多。石英次生加大对岩石孔隙度有可观的影响，有时可以占满全部孔隙。 胶结作用 胶结作用是砂岩中碎屑颗粒相互联接的过程。松散的碎屑沉积物通过胶结作用变成固结的岩石。胶结作用是使储层物性变差的重要因素。碎屑岩胶结物的成分是多种多样的，有泥质、钙质、硅质、铁质、石膏质等。一般说来，泥质、钙-泥质胶结的岩石较疏松，储油物性较好，纯钙质、硅质、硅-铁质或铁质胶结的岩石致密，储油物性较差。据松辽盆地储集层钙质含量的统计资料，一般当钙质含量大于5%时，其储油物性明显下降。不同的粘土矿物对岩石孔隙度和渗透率的影响也是不同的。在埋藏初期，从富含粘土质的孔隙水中可以沉淀出高岭石、绿泥石或伊利石形成碎屑颗粒周围的粘土膜，或充填孔隙。高岭石除了直接从孔隙水中沉淀外，还可以通过长石和云母的风化，形成自生高岭石，这种作用在颗粒边缘或顺着解理缝首先发生。在酸性孔隙水中长石更易高岭石化。这种自生的粘土矿物填塞孔隙，降低了岩石的孔隙度。由扫描电镜揭示，围绕颗粒边缘生长的伊利石是从孔隙的喉道部位向孔隙中央发展的，而高岭石往往充填在孔隙中，因此伊利石的生成对孔隙度的影响虽小，但对渗透率的影响很大，高岭石在降低岩石渗透率方面的作用比伊利石小得多。 碎屑岩 溶解作用 在地下深处由于孔隙水成分的改变，导致长石、火山岩屑、碳酸盐岩屑和方解石、硫酸盐等胶结物的大量溶解，形成次生溶蚀孔隙，使储层孔隙度增大。这种次生溶蚀孔隙对改善储层物性的重要性近来受到愈来愈多的重视。影响溶解作用的因素很多，如沉积时具有较粗的粒度，孔隙-渗透性好的碎屑岩；砂岩中含可溶性物质较多；地下水呈酸性而且具有一定流动速度等都有利于次生孔隙形成。其中尤以酸性水的形成最为重要。对地下酸性水的形成条件，近来提出许多新见解。Schmidt（1979）认为：干酷根热演化早期释放出大量CO2，是形成酸性水的重要原因，这种成油期前形成的酸性水溶蚀作用所造成的次生孔隙带特别有利于油气聚集。Curtis（1983）则认为：有机酸和无机质反应是形成次生孔隙的理想机理。据研究，在80-120℃时，地下水富含短链有机酸，能大大提高对高岭石的溶解度，其中二元酸（如草酸）含量达到一定浓度时，使铝的溶解度提高3个数量级。而Ⅲ型干酪根热演化过程中释放出的羧基约有40%是以草酸形式出现的。先于油、气（热成因）形成的羧基释放出有利于在相邻砂岩孔喉中清除碳酸盐、硫酸盐和硅铝酸盐的CO2，从而提高砂岩储集性。此外，在较高温度下，碳酸盐矿物之间的无机反应，亦能生成CO2；硫酸盐在脱硫菌和有机质参与下能生成H2S也有利于提高硫酸盐的溶解能力。但是必须指出，酸性水溶解的物质只有在不断被带走的条件下，才能使溶蚀作用朝有利于形成次生孔隙方向发展。否则，随着溶质增加，溶蚀作用就会减弱，在达到过饱和时还可以再沉淀，堵塞孔隙。  碎屑岩 勘探现状 中国油田在巩固和扩大碳酸盐岩油气藏勘探成果的同时，不断加大碎屑岩勘探力度，特别是在塔北隆起志留系获得突破后，碎屑岩勘探已成为油田的重点勘探目标。 从1992年早期深层碎屑岩开发至今，16年来，油田对碎屑岩的认识和圈闭落实已经形成从无到精的发展，建立了从当初的零起点到现在海相碎屑岩勘探的丰硕成果，形成了东河塘、塔中4、塔中16、哈得逊、吉拉克、英买34－35井区等主力油田。2007年，在油田30%的探明石油地质储量中，碎屑岩储层原油产量就占到了60%。 近几年，在有序推进塔中、塔北区域碎屑岩的勘探中虽未取得突破，但地质认识得到提升，勘探主攻领和目标更加明确。随着油田“三大阵地战”的展开，油田在塔北地区石炭系、志留系及中新生界碎屑岩有了新发现。英买34、35井区新增探明石油地质储量1104万吨，哈6新增预测石油地质储量2256.97万吨。同时，通过对中古31井区的塔中6、塔中103、塔中101、中古31、塔中243等井在石炭系含砾砂岩段精细对比图研究分析，拓展不同期次东河砂岩的分布与叠置关系研究，细化海相碎屑盐岩研究，勾画出石炭系、志留系、奥陶系几个不同类型圈闭寻找方向。 找到与断裂相关的“凹中隆”是台盆区碎屑岩勘探最有利的突破点后，坚定了油田科研人员加大勘探力度，寻找战略接替区的信心。科研人员从加强层序地层学的研究与应用、加强高分辨率地震采集处理解释攻关、加强储层预测与圈闭描述技术的应用三个方面对台盆区碎屑岩展开主攻。在对东河砂岩古地貌进行分析后认为，构造演化研究和古地貌形态的精细刻画，为沉积相的研究和有利砂体分布范围的预测提供了指导。确定草湖凹陷周缘为相对独立沉积区，与满加尔凹陷有古梁分割，推测古梁区存在东河砂岩，向南进入海盆，相变为下泥岩段。同时，围绕富油气凹陷确定了3个前陆区碎屑盐岩有利区带：焉耆盆地侏罗系、塔西南山前中新统、古近系、白垩系和塔东南若羌构造带侏罗系。 中国油田在今年勘探部署中，确定积极发展塔北，并针对碎屑岩勘探专门进行了安排，主要是通过开展精细勘探研究，加强评价，积极探索，力争获得油气勘探持续突破。油田力争在三至五年内，台盆区碎屑岩和新区新领域油气勘探目标要发现1至2个战略性接替领域，为实现2020年油气产量当量突破5000万吨奠定坚实的资源基础。 孔隙类型 原生孔隙 是指在沉积时期或在成岩过程中形成的孔隙。原生孔隙主要是粒间孔隙。所谓粒间孔隙是指碎屑颗粒支撑的碎屑岩，在碎屑颗粒之间未被杂基充填，胶结物含量少而留下的原始孔隙。粒间孔隙在砂岩储层中最普遍，分布比较稳定。具粒间孔隙的砂岩储集层其孔隙度为5%-40%，后者几乎是未固结的松散砂层。  原生孔隙------碎屑岩 次生孔隙 尽管早在1934年，Natting就已发现砂岩中的次生孔隙，但是在相当长时间内，大多数油气地质学家仍将原生粒间孔隙作为砂岩的主要储集空间类型。直到1977年Schmidt等对砂岩的成岩过程和次生孔隙作了较全面的讨论后，情况才发生了根本的变化。Schmidt等参照研究程度较高的碳酸盐岩孔隙类型，结合碎屑岩的具体特点，将碎屑岩中孔隙类型分为5种，即粒间孔隙、特大孔隙、铸模孔隙、组分内孔隙和裂缝。 80年代中期，中国对砂岩次生孔隙的研究也有较大发展。如吕正谋等（1985）对东营凹陷下第三系砂岩次生孔隙作了较深入的研究，提出了12种识别次生孔隙的标志。类似的研究在我国其它油气区也已广泛开展。 砂岩的次生孔隙主要是其非硅酸盐组分（以碳酸盐矿物为主）溶解的产物。形成这种溶解孔隙的可溶物质可呈三种结构形式：沉积的物质、自生胶结物以及自生交代产物。岩石组分的破裂和收缩也可使砂岩产生重要的次生孔隙，不过，通常在数量上都是居于次要地位。按次生孔隙的成因，可将其划分为五种基本类型。 混合孔隙 指部分原生孔隙和部分次生孔隙组成的孔隙。例如，砂岩颗粒的边缘遭受溶蚀形成的次生孔隙与原生孔的组合；砂岩发生不完全的胶结作用，胶结物溶解形成的次生孔隙与原生孔隙的组合；在砂岩颗粒边缘的交代物溶解形成的次生孔隙与原生孔隙的组合；在砂岩颗粒边缘被交代时，经常与其相邻的粒内空间同时被同一种矿物所胶结，当这些自生矿物全部被溶解以后，就会形成混合孔隙。以上这些孔隙都是混合孔隙。大部分孔隙都是混合成因的，它们可以具有次生孔隙的所有结构方式。但混合孔隙中原生孔隙和次生孔隙的相对含量往往难于估计。 成因类型 冲积扇砂砾岩体 冲积扇是指在干旱、半干旱气候地区，山间河流携带大量碎屑物质进入平原，在出山口处因流速变小，能量降低，而使碎屑物沉积下来形成的扇形锥积体。冲积扇中的砂砾岩体称为冲积扇砂砾岩体。冲积扇在平面上的形态为扇形或圆锥形，多个扇体在平面上组合形成裙边状碎屑堆积体。冲积扇主要由砾、砂和泥质组成的混杂堆积，粒度粗，分选差，成分复杂，圆度不好。但在冲积扇的中部有储集物性较好的辫状河道砂砾岩体，邻近若有油源，油气一般可以在此聚集。如我国新疆准噶尔盆地西北缘的克拉玛依油田三叠系储油层就是冲积扇砂砾岩体。 河流砂岩体 在长期沉降的气候潮湿区。河流发育。由河流成因的砂岩体称为河流砂岩体。河流的主要类型有辫状河和曲流河，其沉积模式如图所示。河流砂岩体包括砾、砂、粉砂和粘土等各类碎屑沉积物，但以砂质为主，成分复杂，分选差至中等。河流砂岩体的形态极不规则，多呈带状，树枝状或网状，边缘呈锯齿状。古河道砂岩体以河床中的边滩和心滩砂岩的储油物性最好。目前世界范围内已发现了不少以古河道砂岩体为储集层的油气藏，如美国堪萨斯州的布什城油田、加拿大阿尔伯达省的贝尔希油田、利比亚苏尔特盆地的Sarir油田和中国的长庆油田等。 三角洲砂岩体 随着油气勘探工作的深入，日益证明世界上许多大油气田与三角洲砂岩体有着密切的联系。如科威特的布尔甘油田，西非尼日利亚尼日尔河三角洲发现许多大油田，中国的大庆长垣三角洲、东营凹陷的东辛、胜坨三角洲等。 三角洲是河流入海（湖）处，由于坡度减缓，流速突然降低，水流分散，河流所携带的砂泥在河口附近堆积下来，形成平面上略似尖顶朝向陆地的三角形沉积体。根据河流、波浪和潮汐能量的强弱，三角洲可分为河控三角洲、浪控三角洲和潮控三角洲等类型。大的河流三角洲规模可以很大，面积可达几十至几万平方公里。三角洲可进一步划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲等亚环境。各个亚环境的沉积物特征是不同的。三角洲平原中的分流河道砂岩体，三角洲前缘的水下分流河道砂岩体、河口坝砂岩体、远砂坝砂岩体以及前缘席状砂体都是常见的良好的储集层。 扇三角洲砂岩体：扇三角洲是指冲积扇或辫状河直接进入水体形成的一类砂体（据Galloway，1983）。盖洛韦等人（1983）按水体能量条件将扇三角洲分为湖泊扇三角洲、波浪改造的扇三角洲和潮汐改造的扇三角洲。其中湖泊扇三角洲受波浪和潮汐改造较弱，呈扇形。 中国陆相沉积，特别是东部的断陷湖盆常常是长条状的箕状凹陷。在湖盆的短轴方向上，坡度陡，物源近，很难形成源远流长的曲流河。辫状河直接进入浅湖形成的扇三角洲，称为辫状河三角洲。孙永传等曾将冲积扇进入浅湖形成的扇形碎屑岩体称为水下冲积扇。而纪友亮等却仍将其归属于扇三角洲。扇三角洲可以划分出如下微相：扇三角洲平原与正常三角洲平原有较大的差别，实际上扇三角洲水上平原属于近山口的冲积扇环境。扇三角洲的分流河道砂体、水下分流河道砂体、河口坝砂体及前缘席状砂构成了扇三角洲的主要储集层。 海岸砂岩体 海岸环境又称滨岸环境，它位于海水浪基面以上紧邻陆地的滨浅海地带。由于在地质历史中反复的海进和海退，因此，海岸沉积物是一个很宽的带。海岸地带由于波浪、沿岸流、潮汐以及风的作用，可以破坏附近的三角洲沉积而形成一系列海岸砂岩体，主要有海滩砂、砂坝、堤岛、风成砂丘等。海岸砂岩体一般呈带状或串珠状沿岸线分布，由于它们经受反复的冲洗和簸扬，一般分选好，圆度大，岩性以中细砂岩为主，较疏松，孔隙度和渗透率都较高，有良好的储油性能，是油气聚集的良好场所。海岸砂岩体包括海进砂岩体和海退砂岩体。海退砂岩体下伏暗色海相页岩，生油条件好；而海进砂岩体下伏三角洲平原或其它海岸沉积物，生油条件差，故目前世界上发现的海岸砂岩体油气田多属海退型砂岩体。如美国堪萨斯州格林乌德县契洛鞋带状油田就是一例。 湖泊砂岩体 湖泊是陆地上水流汇集的地方，由于它距物源近，大量碎屑物质在湖泊中堆积，使湖泊砂岩体很发育。湖泊的水动力条件和沉积过程与开阔的浅海相似，同样有波浪和沿岸流作用。在湖浪、湖岸流以及河流的地质作用下，湖泊砂岩体的类型是多种多样的，包括洪积成因的湖边扇砂砾岩体、湖成三角洲砂岩体、滨浅湖的湖滩砂岩体、水下隆起上的浅滩砂岩体、深湖的湖底扇砂岩体等。其中以滨浅湖的湖滩砂岩体和湖成三角洲砂岩体最为发育，储集物性亦好，可作为良好的储集层。中国大部分油气田成生在陆相沉积盆地之中，湖泊砂岩体就成为主要的储集层。例如大庆油田的主要产层属于下白垩统湖成三角洲砂岩复合体。大港部分油田的产层属于下第三系滨浅湖滩砂岩体（沿岸砂坝）。下辽河盆地和泌阳盆地的部分油田的产层属于下第三系湖底扇砂岩体。 浊积砂岩体 浊积砂岩体是由于地震、海啸等因素的影响，把河流携带至海岸带堆积的大量未固化的沉积物，以悬浮的高密度底流的方式沿海底峡谷搬运至深海堆积而成的砂岩体。这种高密度流称之为浊流。由浊流形成的砂岩体称为浊积砂岩体。它的平面形态经常是扇形，又称海底扇或深海扇。浊流也经常在湖泊中发生，它所形成的扇形砂岩体称湖底扇。图为活克（1978）所建立的海底扇相模式。浊积砂岩体由根部至前缘，由下部至上部沉积物一般由粗变细，分选由差变好，扇体的扇中部分一般有分选较好的砂质沉积，可构成良好的储集层。由于浊积砂岩体发育在深水泥岩之中，这些泥岩既可作为生油岩又可作为封闭层，因此，浊积砂岩体不仅含油气丰实，而且也是地层、岩性油气藏发育的有利地区。如北海地区的米勒（Miller）油田和阿尔巴（Alba）油田，以及美国加利福尼亚州文图拉盆地的第三系油田和洛杉矶盆地的威明顿（Wilnington）油田等，后者的石油可采储量达7.84×1010m3。 资料记载 天然气与石油相比，产出的环境有较为明显的差别。据B.C.Вышемнрскнй（1980）的统计（表）表明：世界石油主要分布在海相地层中，在陆相地层中仅占次要地位；而天然气在陆相地层中占有相当大的比例。这一点对我国陆相盆地天然气的勘探有重要的指导意义。其次，由于天然气的分子直径小和易于渗流，因此在储集物性较差的储集层中聚集的天然气也有开采价值。据美国的统计资料，1979年美国探明的天然气储量为5.494×1012m3，其中约有1.426×1012m3（约占总量1/4）来自孔隙度为5-15%的储集层。可见低孔低渗的砂岩体中可能拥有巨大的天然气潜量。它是我们现在乃至今后低孔渗储层油气勘探开发的物质基础。 工程地质性质 碎屑岩的一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显着，如硅质基底式胶结的岩石比泥质接触式胶结的岩石强度高、孔隙率小、透水性低等。此外，碎屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响，如石英质的砂岩和砾岩比长石质的砂岩为好。 研究意义 随着能源需求的急剧增加，低孔低渗、致密等非均质碎屑岩储层所占比例越来越多，引起了国内外学者和石油公司的高度重视。非均质碎屑岩储层的孔隙结构与物性、渗流、电性等特征密切相关，是影响储层品质及流体性质的重要因素。国内外缺乏系统的非均质碎屑岩储层孔隙结构定量评价技术，饱和度计算、流体性质及油水界面识别和产能评价也缺乏有效的处理方法，给非均质碎屑岩储层测井精细评价带来极大的困难，制约着该类油气藏的勘探开发成功率。 岩石物理数值模拟、实验测试和测井技术的发展丰富了人们对储层性质的认识。通过多学科、多信息分析可得不同尺度的响应特征。针对非均质碎屑岩，通过多信息融合技术进行孔隙结构分析并建立饱和度模型及流体识别标准，实现定性-定量相结合的储层综合评价，进而提高解释符合率是测井解释家所关注的重点。 对碎屑岩成岩作用研究的意义在于，为深部油气勘探提供理论基础和科学依据。成岩作用对储层的影响表现在二个方面：
随着埋藏深度的增加，压实作用造成原生孔隙度的减少，一般发生在成岩A亚期；随着埋深的增加，储层逐渐进入早成岩B亚期，地层温度相应增加，地层中的有机质开始进入半成熟阶段，发生压溶作用。到晚成岩A+B亚期.埋深和古地温都进一步增加，地层中的有机质开始进入成熟阶段，释放出大量的CO2和有机酸，使储层孔隙水变为酸性，导致了长石、碳酸盐胶结物等易溶组分的溶解.从而形成大量的次生孔隙，这是次生孔隙的大量发育时期。晚成岩C期，由于受到成岩作用或构造破裂作用的影响，可以形成少量的次生孔隙，但储层已经变得非常致密，因而不会对储层物性造成明显的影响。在成岩作用过程中，多数情况下储层的总孔隙度可以呈现相似的演化规律。当然在不同的沉积盆地，由于储层沉积环境、物质组成、埋藏速度、古地温梯度、原始地层水性质等因素的不同，储层的成岩作用历程、成岩作用等级等也不尽相同，储层物性的发育程度及变化特征也可能出现较大的差异。在对储层物性进行研究时，应当结合上述因素进行综合分析。 |
|
|
