沉積巖及幾種主要沉積巖儲(chǔ)集層

1、沉積巖及幾種主要沉積巖儲(chǔ)集層論文提要 石油被譽(yù)為“黑色的金子”“工業(yè)的血液”，在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活中、在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，在國際建設(shè)中占有非常重要的地位，甚至可以毫不夸張的說，當(dāng)今時(shí)代的人類每時(shí)每刻都離不開石油。石油是在地殼中形成的可燃有機(jī)礦產(chǎn)。與其他固體比較，它的成分極為復(fù)雜，具有流動(dòng)性。因此，了解石油的生存環(huán)境、運(yùn)移、聚集和分布規(guī)律，對(duì)石油勘探來說是非常重要的。石油都是生成在地下巖層中，因而巖石的巖性特征對(duì)于生油來說具有重要的作用。石油一般又都存在于巖石的儲(chǔ)集層中，作為三大巖類：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖都為石油的儲(chǔ)集提供了方便，在儲(chǔ)集石油過程中起了主要作用。因而了解巖石的生成環(huán)境、巖石

2、的特征和類別對(duì)了解石油的儲(chǔ)集非常有用。本文就以沉積巖和幾種主要的沉積巖儲(chǔ)集層為例來介紹石油的生存環(huán)境，以便為石油的勘探提供方便。正文一、沉積巖論述（一）沉積巖的基本特征沉積巖是地殼發(fā)展過程中的一種必然產(chǎn)物。在地表或地表下不太深的地方；在常溫、常壓條件下；通過風(fēng)化作用、火山作用所形成的物質(zhì)，經(jīng)過搬運(yùn)、沉積并固結(jié)成巖，這種巖石叫做沉積巖，曾經(jīng)稱作水成巖。由于沉積巖是在地表?xiàng)l件下形成，因此它構(gòu)成巖石圈的上部表層，全球大約有3/4陸地面積被沉積巖所覆蓋。沉積巖中以粘土巖、碎屑巖、碳酸鹽巖為主，占9899%。沉積巖廣義為蓋層。沉積巖礦產(chǎn)豐富，除一般金屬礦產(chǎn)之外，有機(jī)成因的石油、油頁巖、煤系等幾乎全部產(chǎn)于

3、沉積巖中。沉積巖在國民經(jīng)濟(jì)中價(jià)值是很大的。近年來沉積巖石學(xué)發(fā)展迅速，取得了多方面的成就。而石油的生成和富集與沉積巖甚為密切，因此，研究沉積巖對(duì)石油地質(zhì)學(xué)意義重大。1.沉積巖的形成沉積巖的形成可分為三個(gè)階段： 風(fēng)化作用階段：形成沉積巖組成物質(zhì)的來源。搬運(yùn)沉積階段：搬運(yùn)風(fēng)化物質(zhì)在新的環(huán)境中沉積下來。成巖作用階段：沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石。（1）母巖的風(fēng)化作用階段風(fēng)化作用提供了沉積巖的物質(zhì)來源。巖石風(fēng)化作用的強(qiáng)弱，是由風(fēng)化作用條件優(yōu)劣所決定的。巖石本身的巖性特征是風(fēng)化作用強(qiáng)弱的內(nèi)在條件，而巖石所處環(huán)境則是風(fēng)化強(qiáng)弱的外部條件。 巖性特征一般指巖石的穩(wěn)定性，而外部條件一般為自然環(huán)境條件（溫度、雨量、風(fēng)力、生物等

4、）和巖石選擇條件（節(jié)理）（2）風(fēng)化物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積階段1.機(jī)械搬運(yùn)和沉積碎屑物質(zhì)和一部分粘土物質(zhì)，以機(jī)械方式在風(fēng)力、流水及冰川重力作用下搬運(yùn)和沉積。物質(zhì)受兩種力的作用：重力和牽引力。兩種力的大小決定了物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積。設(shè)重力為W，牽引力為F，F(xiàn)>W搬運(yùn)為主，F(xiàn)<W沉積為主。 流水機(jī)械搬運(yùn)和沉積碎屑物質(zhì)顆粒小、比重小、球度低、多棱角，以懸浮方式搬運(yùn)為主；力度大、比重大、球度高的碎屑大多沿水流底部以跳動(dòng)、滾動(dòng)方式搬運(yùn)。 風(fēng)的機(jī)械搬運(yùn)和沉積搬運(yùn)的物質(zhì)以細(xì)小的碎屑為主，有粉砂、粘土類物質(zhì)。其運(yùn)動(dòng)的方式有懸浮、滾動(dòng)、跳躍，即所謂的飛沙走石。 海水的搬運(yùn)和沉積搬運(yùn)物質(zhì)大部分是由大陸河流帶來的懸

5、浮物（如粉砂、粘土、溶解物質(zhì)等），小部分是侵蝕海岸的粉屑物。2.化學(xué)搬運(yùn)沉積 膠體溶液的搬運(yùn)和沉積 膠體沉積所形成的巖石，空隙度大、結(jié)構(gòu)松散、裂隙多，具有離子交換能力，吸附水分量較多。這對(duì)油氣藏生成的初次運(yùn)移是極為有利的，也必然為油氣運(yùn)移提供能量和良好的運(yùn)移空間。 真溶液的搬運(yùn)和沉積母巖石風(fēng)化溶解后，形成多種可溶解物質(zhì)的溶液。隨著流水進(jìn)行長距離的搬運(yùn)，由大陸搬運(yùn)到海洋和湖泊盆地中沉積下來。 化學(xué)沉積分異近海濱海地區(qū)為氧化物沉積，分異形成鋁土礦、赤鐵礦、錳礦。淺海地區(qū)沉積有硅酸鹽、碳酸鹽。3.生物搬運(yùn)和沉積作用生物通過自己的生命活動(dòng)，對(duì)化學(xué)元素，有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分散、遷移、聚集的作用，最終形成

6、沉積巖和沉積礦藏。其中包括生物遺體的沉積形成巖石和礦藏（生物灰?guī)r、礁灰?guī)r、磷塊巖和有機(jī)質(zhì)生成的礦產(chǎn)如石油、天然氣、油頁巖、煤等）。（3）沉積物的成巖作用階段 母巖風(fēng)化物質(zhì)經(jīng)過搬運(yùn)、沉積所形成的沉積物，再經(jīng)過物理的、化學(xué)的和生物化學(xué)的改造演變才能固結(jié)成巖，稱之為沉積物的成巖作用。它包括三種方式：壓固作用、膠結(jié)作用、結(jié)晶作用。（二）沉積巖的成分沉積巖的物質(zhì)來源是過去已形成的巖石（巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖），它們可統(tǒng)稱為母巖。但在沉積巖形成過程中，母巖經(jīng)外生作用等一系列的改造，會(huì)使其物質(zhì)成分發(fā)生一定的改變和分異。 1化學(xué)成分特點(diǎn)沉積巖平均化學(xué)成分接近于巖漿巖（如下表）氧 化 物巖 漿 巖沉 積 巖Si

7、O2Al2O3Fe2O3MgOCaOK2ONa2O59.1415.346.883.495.083.183.8459.1714.477.311.859.902.771.76 FW克拉克 表沉積巖中富含H2O、CO2和大量有機(jī)質(zhì)。2礦物成分特點(diǎn)組成沉積巖的礦物約有160余種。其中主要礦物僅20余種，實(shí)際上每種沉積巖只含有13種礦物，即碎屑礦物、粘土礦物、化學(xué)和生物化學(xué)礦物。（三）沉積巖的結(jié)構(gòu)是指礦物組分的大小、形狀、排列方式以及膠結(jié)形式等。它對(duì)于沉積巖的鑒定和分類極為重要，同時(shí)對(duì)研究石油、天然氣的生成儲(chǔ)集意義也極大。更多的沉積巖具有碎屑結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)，這些都是沉積巖特有的結(jié)構(gòu)。1.碎屑結(jié)

8、構(gòu) 指碎屑顆粒膠結(jié)后形成的結(jié)構(gòu)，可分為碎屑巖膠結(jié)物兩部分。2.泥質(zhì)結(jié)構(gòu) 它又稱泥狀結(jié)構(gòu)，由極細(xì)小的顆粒所組成的結(jié)構(gòu)。自然界中單純的泥質(zhì)結(jié)構(gòu)是不多見的，通常含有不等量的砂或粉砂混合物，組成了不同的類型（見表1）。表1 不同結(jié)構(gòu)類型的成分結(jié)構(gòu)類型粘土 %粉砂 %砂 %泥質(zhì)結(jié)構(gòu)9055含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)755255粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)5025505含砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)755525砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)50525503.化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)沉積巖結(jié)構(gòu)主要是指碳酸鹽巖類所具有的結(jié)構(gòu)。主要是結(jié)晶結(jié)構(gòu)、鮞狀結(jié)構(gòu)（如圖1）、竹葉狀結(jié)構(gòu)（如圖2）、生物結(jié)構(gòu)。其中生物結(jié)構(gòu)又分為生物貝殼結(jié)構(gòu)和生物碎屑結(jié)構(gòu)。 圖 1 鮞狀結(jié)構(gòu) 圖 2 竹葉狀結(jié)構(gòu)（四）沉積

9、巖的構(gòu)造沉積巖的構(gòu)造是指由于成分、結(jié)構(gòu)、顏色的不同而引起的巖石宏觀特征。沉積巖的構(gòu)造類型繁多，成因復(fù)雜，有生物、化學(xué)、機(jī)械成因等（見表2）表 2 沉積巖構(gòu)造分類機(jī)械的化學(xué)的生物的層理水平層理波狀層理斜層理交錯(cuò)層理層面波痕泥裂雨痕變形球狀枕狀包卷層理滑坡構(gòu)造溶 孔溶 洞結(jié) 核晶 簇生物礁體疊層石蟲 孔蟲 跡（五）沉積巖的分類由于沉積巖的多樣性，通常采用多級(jí)分類的方法。一般以成因作為分類的主要依據(jù)，再以成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征進(jìn)一步分類。根據(jù)這些原則沉積巖可分為四大類：1.碎屑巖類 主要由碎屑物質(zhì)組成2.粘土巖類 主要由母巖化學(xué)分解的產(chǎn)物所組成3.化學(xué)巖類 母巖化學(xué)分解所形成的溶解物質(zhì)，多呈真溶液或

10、膠體溶液搬運(yùn)，再通過化學(xué)作用及生物化學(xué)作用沉積而成。4.可燃有積巖類根據(jù)其存在的物質(zhì)狀態(tài)，可分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的可燃有積巖。固態(tài)可燃有積巖有煤和油頁巖。液態(tài)、氣態(tài)的可燃有積巖有石油、天然氣。二、儲(chǔ)集巖和幾種沉積巖儲(chǔ)集層的論述能使石油和天然氣在其孔隙和裂縫中流動(dòng)，聚集和儲(chǔ)存的巖層稱為儲(chǔ)集層。儲(chǔ)集層通常是巖石的主體，它們是上千萬年前的沉積物沉積下來的，它們可能是沙丘、海灘或沙漠，可能是珊瑚礁，也可能是泥沙淤積的河流。這些沙子被掩埋后，受力被壓縮，沙粒結(jié)合在一起，最終被掩埋到三千到一萬甚至三萬英尺的深處，直到今天成為我們發(fā)現(xiàn)石油的地方。儲(chǔ)集巖的基本特性是孔隙性，作為有效儲(chǔ)集巖的基本特性是滲透性?？?/p>

11、隙性和滲透性是巖石的幾何特性，而不是成因特性。因此巖石的巖性特征尤其是結(jié)構(gòu)特征要比巖石的時(shí)代要重要。第一次世界大戰(zhàn)前最豐富的石油產(chǎn)量幾乎來自地質(zhì)上的碎屑巖區(qū)；甚至到現(xiàn)在，世界范圍內(nèi)的巨型油田的儲(chǔ)油層也大多為砂巖儲(chǔ)集層。沒有儲(chǔ)集巖就不能達(dá)到生產(chǎn)石油和天然氣的目的。了解儲(chǔ)集巖的特性及利用，而不是忽略儲(chǔ)集巖之間的差異，乃是石油地質(zhì)學(xué)的一項(xiàng)任務(wù)。99%以上的儲(chǔ)集層為沉積巖，其中又以碎屑巖和碳酸鹽巖為主、還有少量的粘土礦物儲(chǔ)集層，1%為其它巖類儲(chǔ)集層。（一）碎屑巖儲(chǔ)集層的孔隙類型傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為砂巖儲(chǔ)集層的孔隙類型以原生的粒間孔隙為主，只有很小一部分是次生的，并且都把次生孔隙（除了裂縫以外）解釋為是地層出

12、露地表時(shí)大氣水淋濾的結(jié)果。直到1979年，自從施密特麥克唐納（Schmidt）發(fā)表了“砂巖成巖過程中的次生儲(chǔ)集孔隙”之后。人們對(duì)次生孔隙的概念、類型、識(shí)別標(biāo)志、形成機(jī)制及意義才有了較明確的認(rèn)識(shí)。 圖3 碎屑巖儲(chǔ)集層的孔隙性（二）影響碎屑巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性的因素1、沉積作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層原生孔隙發(fā)育的影響(1)礦物成分對(duì)原生孔隙的影響礦物成份對(duì)儲(chǔ)集物性的影響主要視以下兩個(gè)方面：礦物的濕潤性、礦物的抗風(fēng)化能力。(2)巖石結(jié)構(gòu)對(duì)原生孔隙的影響粒度：總孔隙度隨粒徑加大而減小。因?yàn)榱６刃?，分選差，磨圓差，較松散，比圓度好的較粗砂巖孔隙度大。滲透率則隨粒徑的增大而增加。因?yàn)榱叫?，孔喉小，比表面積小，毛細(xì)管壓力大

13、。當(dāng)分選系數(shù)一定時(shí)，滲透率的對(duì)數(shù)值與粒度中值成線性關(guān)系。分選：粒度中值一定時(shí)：分選差的巖石，小顆粒充填大孔隙，使孔隙度、滲透率降低；分選好的巖石，孔滲增高。孔隙度、滲透率隨著分選系數(shù)趨于1而增加，分選系數(shù)So<2時(shí)，各種粒徑的砂巖孔隙度、滲透率都隨So增大而降低；分選系數(shù)So>2時(shí)，中細(xì)粒砂巖，孔隙度隨So增大而緩慢下降；粗粒和極細(xì)粒砂巖，So增加時(shí)，孔隙度基本不變。 立方體排列：堆積最松，孔隙度最大，滲透率最高；斜方體排列：孔隙直徑較小，滲透率低。磨圓度增高，儲(chǔ)集物性變好。 2、成巖后生作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層物性的影響壓實(shí)作用：包括早期的機(jī)械壓實(shí)和晚期的化學(xué)壓溶作用。壓實(shí)作用結(jié)果使原生孔

14、隙度降低。膠結(jié)作用：膠結(jié)物的含量、成份、類型對(duì)儲(chǔ)集性有影響。含量高，粒間孔隙被充填，減少原生孔隙，連通性變差，物性變差。泥質(zhì)、鈣-泥質(zhì)膠結(jié)的巖石較松，物性較好；純鈣質(zhì)、硅質(zhì)或鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石致密，物性差。膠結(jié)類型由接觸式接觸孔隙式孔隙基底式基底式物性逐漸變差。溶解作用：粗粒、孔隙水多或含有有機(jī)酸的砂巖，能溶解孔喉中的碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽，改善儲(chǔ)層物性。交代作用和重結(jié)晶作用：物性的改變要視被交代物和重結(jié)晶結(jié)果而定。（三）碎屑巖儲(chǔ)集層的形成環(huán)境及分布碎屑巖儲(chǔ)集層的形成和分布，受古沉積條件及古構(gòu)造條件的控制。一個(gè)沉積盆地內(nèi)碎屑巖儲(chǔ)集層發(fā)育情況，受沉積旋回的控制，一般在一個(gè)完整旋回的中后期所沉積的砂質(zhì)

15、巖，分布廣，厚度大，儲(chǔ)集物性好，常常形成良好的碎屑巖儲(chǔ)集層。古構(gòu)造條件對(duì)碎屑巖儲(chǔ)集層的形成和分布也有影響。一般在盆地的斜坡帶，碎屑物質(zhì)經(jīng)過機(jī)械分異作用，顆粒較均勻，圓度好，膠結(jié)物含量少，儲(chǔ)集物性甚佳。在水下大型古隆起的頂部和翼部，由于湖水的沖洗作用，形成物性良好的碎屑巖儲(chǔ)集層。橫向上碎屑巖儲(chǔ)集層的分布主要是受沉積環(huán)境的控制，主要分布于砂巖體中。砂巖體是指在一定的地質(zhì)時(shí)期，某一沉積環(huán)境下形成的，具有一定形態(tài)、巖性和分布特征，并以砂質(zhì)為主的沉積巖體。舌狀砂巖體可分為四個(gè)帶：主體：砂巖體近沉積物來源部分。砂巖百分含量高，橫向連通性好。核部：砂巖體中部、砂巖最發(fā)育的地段。以細(xì)砂巖為主，層間連通性好。前

16、緣帶：砂巖體最前方和兩側(cè)邊緣的砂巖體尖滅帶。以粉砂巖為主，連通性較差。斷續(xù)分布帶：介于砂巖體沉積區(qū)與泥巖沉積區(qū)之間的透鏡體砂巖，以泥質(zhì)粉砂巖為主。 1、沖積扇砂礫巖體在干旱、半干旱氣候區(qū)，山地河流進(jìn)入平原，在山的出口堆積而形成的扇形砂礫沉積體。巖性為礫、砂和泥質(zhì)組成的混雜堆積，粒度粗，分選差，成份復(fù)雜，圓度不好。物性特征：孔隙結(jié)構(gòu)中等，各亞相帶的巖性特征有差別，因此其滲透性和儲(chǔ)油潛能也有變化。其中以扇中的辮狀河道砂礫巖體物性較好，若鄰近油源，可形成油氣藏。2、河流砂巖體巖性由礫、砂、粉砂和粘土組成，以砂質(zhì)為主，成分復(fù)雜，分選差-中等。包括：邊灘砂巖體（屬稱點(diǎn)砂壩）：發(fā)育于河流中、下游彎曲河道內(nèi)

17、側(cè)（凸岸），為透鏡狀，由下到上，粒度由粗到細(xì)的正粒序。中部儲(chǔ)油物性較好，向上、向兩側(cè)逐漸變差。河床砂礫巖體（屬稱心灘）：沿河道底部沉積。平面呈狹長不規(guī)則條帶狀，走向一般與海岸線垂直或斜交；剖面上呈透鏡狀，頂平底凸。物性一般中部好，向頂、向兩側(cè)變差。滲透率變化較大。3、三角洲砂巖體三角洲是河流入湖或入?？诹魉俳档投纬傻纳刃纬练e體，以砂巖為主，巖性偏細(xì)。可分三個(gè)亞相帶，各亞相帶主要的砂體有：三角洲平原：分流河道砂巖體，以粉砂巖、砂巖為主，偏細(xì)。三角洲前緣：水下分流河道；河口砂壩：細(xì)、粉砂，分選好；遠(yuǎn)砂壩：粉砂、細(xì)砂和少量粘土。前三角洲：席狀砂：砂質(zhì)純，分選好。以前緣帶的砂壩砂巖體和前三角洲的席狀

18、砂巖體，分選好，粒度適中，為三角洲儲(chǔ)集層最發(fā)育的相帶。4、湖泊砂巖體平行湖岸成環(huán)帶狀分布濱湖相、淺湖相、深湖相，砂體集中于濱湖區(qū)和淺湖區(qū)，這兩區(qū)顆粒受波浪的淘洗，粒度適中，分選、磨圓好，膠結(jié)物多為泥質(zhì)，淺湖區(qū)為泥質(zhì)和鈣質(zhì)混合，相對(duì)來講，淺湖區(qū)砂體物性優(yōu)于濱湖區(qū)。5、濱海砂巖體濱海區(qū)由于波浪、沿岸流、潮汐、風(fēng)的作用，破壞附近的三角洲可形成沿岸線呈帶狀、串珠狀分布的砂壩；由于海水的頻繁進(jìn)退可形成超覆與退覆砂巖體。超覆和退覆砂巖體：由于海進(jìn)海退的頻繁交替形成。海進(jìn)砂巖體：下覆三角洲平原或其它海岸沉積物，不利生油。海退砂巖體：下伏海相頁巖，是很好的生油巖。濱海砂洲：平行海岸線分布。平面上呈狹長帶狀，形

19、成較好的生儲(chǔ)組合。6、濁流砂巖體濁流攜帶大量的泥砂在大陸斜坡到深海平原形成的扇形堆積體。沉積物由粗變細(xì)，分選由差變好，可構(gòu)成良好的儲(chǔ)集層，濁積砂巖體發(fā)育在深水泥巖之中，有豐富的油源，構(gòu)成了油氣藏面積不大，但油層厚，儲(chǔ)量大。7、風(fēng)成砂巖體在大陸沙漠區(qū)、河岸附近，可形成風(fēng)成砂丘。由成份純、圓度好、分選佳、膠結(jié)弱的砂粒組成，無泥質(zhì)夾層，厚度大，孔隙滲透性好，最有利的碎屑巖儲(chǔ)集體。在陸相沉積中，湖成（海岸）砂巖體往往同河床、三角洲、沖積扇、風(fēng)成砂體混在一起，不同時(shí)期，不同成因的砂巖體有時(shí)連成一片，形成一個(gè)歷時(shí)層狀砂巖體。（四）碳酸鹽巖儲(chǔ)集層所有的地質(zhì)學(xué)家都知道，石灰?guī)r及白云巖可構(gòu)成重要的油氣儲(chǔ)集層。目

20、前從世界特大油田中產(chǎn)出的油氣，有38%來自碳酸鹽巖。除蘇聯(lián)和中國外，且當(dāng)中東油田達(dá)到最大開發(fā)程度時(shí)，大概有2/3的油氣產(chǎn)量來自碳酸鹽巖。關(guān)于碳酸鹽巖的分類方案很多，R.Folk在1959年提出的分類是以骨架組分與維系骨架的膠結(jié)物之間的關(guān)系為依據(jù)的。這種分類無疑是有判斷力的，但主要的缺陷是名稱繁多?，F(xiàn)在一般的分類是由R.J.Dunham在1962年提出的，這個(gè)分類至少得到了北美石油地質(zhì)學(xué)家的廣泛理解和認(rèn)可。其分類如下：(a)粘結(jié)灰?guī)r(b)顆?；?guī)r(c)泥?；?guī)r(d)粒泥灰?guī)r(e)灰泥灰?guī)r。碳酸鹽巖體系內(nèi)的有利巖相和不利巖相的分布，首先取決于沉積區(qū)的古等深線剖面。近代和現(xiàn)代碳酸鹽巖均沉積于三種易區(qū)分的體系內(nèi)：分異的碳酸鹽巖陸棚碳酸鹽巖的灘或斜坡堡礁與更為普遍的砂巖儲(chǔ)集層相比，碳酸鹽巖儲(chǔ)集層表現(xiàn)出更大的產(chǎn)出范圍，曾記錄過確認(rèn)的最高產(chǎn)率來自碳酸鹽巖儲(chǔ)集層。第一次世界大戰(zhàn)前，墨西哥黃金巷的一些傳奇式的油井和伊朗阿