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1、沉积岩及几种主要沉积岩储集层论文提要 石油被誉为“黑色的金子”“工业的血液”，在现代化的工业生产和社会生活中、在国民经济发展中，在国际建设中占有非常重要的地位，甚至可以毫不夸张的说，当今时代的人类每时每刻都离不开石油。石油是在地壳中形成的可燃有机矿产。与其他固体比较，它的成分极为复杂，具有流动性。因此，了解石油的生存环境、运移、聚集和分布规律，对石油勘探来说是非常重要的。石油都是生成在地下岩层中，因而岩石的岩性特征对于生油来说具有重要的作用。石油一般又都存在于岩石的储集层中，作为三大岩类：岩浆岩、沉积岩、变质岩都为石油的储集提供了方便，在储集石油过程中起了主要作用。因而了解岩石的生成环境、岩石
2、的特征和类别对了解石油的储集非常有用。本文就以沉积岩和几种主要的沉积岩储集层为例来介绍石油的生存环境，以便为石油的勘探提供方便。正文一、沉积岩论述（一）沉积岩的基本特征沉积岩是地壳发展过程中的一种必然产物。在地表或地表下不太深的地方；在常温、常压条件下；通过风化作用、火山作用所形成的物质，经过搬运、沉积并固结成岩，这种岩石叫做沉积岩，曾经称作水成岩。由于沉积岩是在地表条件下形成，因此它构成岩石圈的上部表层，全球大约有3/4陆地面积被沉积岩所覆盖。沉积岩中以粘土岩、碎屑岩、碳酸盐岩为主，占9899%。沉积岩广义为盖层。沉积岩矿产丰富，除一般金属矿产之外，有机成因的石油、油页岩、煤系等几乎全部产于
3、沉积岩中。沉积岩在国民经济中价值是很大的。近年来沉积岩石学发展迅速，取得了多方面的成就。而石油的生成和富集与沉积岩甚为密切，因此，研究沉积岩对石油地质学意义重大。1.沉积岩的形成沉积岩的形成可分为三个阶段： 风化作用阶段：形成沉积岩组成物质的来源。搬运沉积阶段：搬运风化物质在新的环境中沉积下来。成岩作用阶段：沉积物转变为岩石。（1）母岩的风化作用阶段风化作用提供了沉积岩的物质来源。岩石风化作用的强弱，是由风化作用条件优劣所决定的。岩石本身的岩性特征是风化作用强弱的内在条件，而岩石所处环境则是风化强弱的外部条件。 岩性特征一般指岩石的稳定性，而外部条件一般为自然环境条件（温度、雨量、风力、生物等
4、）和岩石选择条件（节理）（2）风化物质的搬运和沉积阶段1.机械搬运和沉积碎屑物质和一部分粘土物质，以机械方式在风力、流水及冰川重力作用下搬运和沉积。物质受两种力的作用：重力和牵引力。两种力的大小决定了物质的搬运和沉积。设重力为W，牵引力为F，FW搬运为主，FW沉积为主。 流水机械搬运和沉积碎屑物质颗粒小、比重小、球度低、多棱角，以悬浮方式搬运为主；力度大、比重大、球度高的碎屑大多沿水流底部以跳动、滚动方式搬运。 风的机械搬运和沉积搬运的物质以细小的碎屑为主，有粉砂、粘土类物质。其运动的方式有悬浮、滚动、跳跃，即所谓的飞沙走石。 海水的搬运和沉积搬运物质大部分是由大陆河流带来的悬浮物（如粉砂、粘
5、土、溶解物质等），小部分是侵蚀海岸的粉屑物。2.化学搬运沉积 胶体溶液的搬运和沉积 胶体沉积所形成的岩石，空隙度大、结构松散、裂隙多，具有离子交换能力，吸附水分量较多。这对油气藏生成的初次运移是极为有利的，也必然为油气运移提供能量和良好的运移空间。 真溶液的搬运和沉积母岩石风化溶解后，形成多种可溶解物质的溶液。随着流水进行长距离的搬运，由大陆搬运到海洋和湖泊盆地中沉积下来。 化学沉积分异近海滨海地区为氧化物沉积，分异形成铝土矿、赤铁矿、锰矿。浅海地区沉积有硅酸盐、碳酸盐。3.生物搬运和沉积作用生物通过自己的生命活动，对化学元素，有机和无机物质进行分散、迁移、聚集的作用，最终形成沉积岩和沉积矿藏
6、。其中包括生物遗体的沉积形成岩石和矿藏（生物灰岩、礁灰岩、磷块岩和有机质生成的矿产如石油、天然气、油页岩、煤等）。（3）沉积物的成岩作用阶段 母岩风化物质经过搬运、沉积所形成的沉积物，再经过物理的、化学的和生物化学的改造演变才能固结成岩，称之为沉积物的成岩作用。它包括三种方式：压固作用、胶结作用、结晶作用。（二）沉积岩的成分沉积岩的物质来源是过去已形成的岩石（岩浆岩、变质岩、沉积岩），它们可统称为母岩。但在沉积岩形成过程中，母岩经外生作用等一系列的改造，会使其物质成分发生一定的改变和分异。 1化学成分特点沉积岩平均化学成分接近于岩浆岩（如下表）氧 化 物岩 浆 岩沉 积 岩SiO2Al2O3F
7、e2O3MgOCaOK2ONa2O59.1415.346.883.495.083.183.8459.1714.477.311.859.902.771.76 FW克拉克 表沉积岩中富含H2O、CO2和大量有机质。2矿物成分特点组成沉积岩的矿物约有160余种。其中主要矿物仅20余种，实际上每种沉积岩只含有13种矿物，即碎屑矿物、粘土矿物、化学和生物化学矿物。（三）沉积岩的结构是指矿物组分的大小、形状、排列方式以及胶结形式等。它对于沉积岩的鉴定和分类极为重要，同时对研究石油、天然气的生成储集意义也极大。更多的沉积岩具有碎屑结构、泥质结构和生物结构，这些都是沉积岩特有的结构。1.碎屑结构 指碎屑颗粒胶
8、结后形成的结构，可分为碎屑岩胶结物两部分。2.泥质结构 它又称泥状结构，由极细小的颗粒所组成的结构。自然界中单纯的泥质结构是不多见的，通常含有不等量的砂或粉砂混合物，组成了不同的类型（见表1）。表1 不同结构类型的成分结构类型粘土 %粉砂 %砂 %泥质结构9055含粉砂泥质结构755255粉砂泥质结构5025505含砂泥质结构755525砂泥质结构50525503.化学结构化学沉积岩结构主要是指碳酸盐岩类所具有的结构。主要是结晶结构、鲕状结构（如图1）、竹叶状结构（如图2）、生物结构。其中生物结构又分为生物贝壳结构和生物碎屑结构。 图 1 鲕状结构 图 2 竹叶状结构（四）沉积岩的构造沉积岩的
9、构造是指由于成分、结构、颜色的不同而引起的岩石宏观特征。沉积岩的构造类型繁多，成因复杂，有生物、化学、机械成因等（见表2）表 2 沉积岩构造分类机械的化学的生物的层理水平层理波状层理斜层理交错层理层面波痕泥裂雨痕变形球状枕状包卷层理滑坡构造溶 孔溶 洞结 核晶 簇生物礁体叠层石虫 孔虫 迹（五）沉积岩的分类由于沉积岩的多样性，通常采用多级分类的方法。一般以成因作为分类的主要依据，再以成分、结构、构造等特征进一步分类。根据这些原则沉积岩可分为四大类：1.碎屑岩类 主要由碎屑物质组成2.粘土岩类 主要由母岩化学分解的产物所组成3.化学岩类 母岩化学分解所形成的溶解物质，多呈真溶液或胶体溶液搬运，再
10、通过化学作用及生物化学作用沉积而成。4.可燃有积岩类根据其存在的物质状态，可分为固态、液态和气态的可燃有积岩。固态可燃有积岩有煤和油页岩。液态、气态的可燃有积岩有石油、天然气。二、储集岩和几种沉积岩储集层的论述能使石油和天然气在其孔隙和裂缝中流动，聚集和储存的岩层称为储集层。储集层通常是岩石的主体，它们是上千万年前的沉积物沉积下来的，它们可能是沙丘、海滩或沙漠，可能是珊瑚礁，也可能是泥沙淤积的河流。这些沙子被掩埋后，受力被压缩，沙粒结合在一起，最终被掩埋到三千到一万甚至三万英尺的深处，直到今天成为我们发现石油的地方。储集岩的基本特性是孔隙性，作为有效储集岩的基本特性是渗透性。孔隙性和渗透性是岩
11、石的几何特性，而不是成因特性。因此岩石的岩性特征尤其是结构特征要比岩石的时代要重要。第一次世界大战前最丰富的石油产量几乎来自地质上的碎屑岩区；甚至到现在，世界范围内的巨型油田的储油层也大多为砂岩储集层。没有储集岩就不能达到生产石油和天然气的目的。了解储集岩的特性及利用，而不是忽略储集岩之间的差异，乃是石油地质学的一项任务。99%以上的储集层为沉积岩，其中又以碎屑岩和碳酸盐岩为主、还有少量的粘土矿物储集层，1%为其它岩类储集层。（一）碎屑岩储集层的孔隙类型传统的观念认为砂岩储集层的孔隙类型以原生的粒间孔隙为主，只有很小一部分是次生的，并且都把次生孔隙（除了裂缝以外）解释为是地层出露地表时大气水淋
12、滤的结果。直到1979年，自从施密特麦克唐纳（Schmidt）发表了“砂岩成岩过程中的次生储集孔隙”之后。人们对次生孔隙的概念、类型、识别标志、形成机制及意义才有了较明确的认识。 图3 碎屑岩储集层的孔隙性（二）影响碎屑岩储集层储集性的因素1、沉积作用对砂岩储层原生孔隙发育的影响(1)矿物成分对原生孔隙的影响矿物成份对储集物性的影响主要视以下两个方面：矿物的湿润性、矿物的抗风化能力。(2)岩石结构对原生孔隙的影响粒度：总孔隙度随粒径加大而减小。因为粒度小，分选差，磨圆差，较松散，比圆度好的较粗砂岩孔隙度大。渗透率则随粒径的增大而增加。因为粒径小，孔喉小，比表面积小，毛细管压力大。当分选系数一定
13、时，渗透率的对数值与粒度中值成线性关系。分选：粒度中值一定时：分选差的岩石，小颗粒充填大孔隙，使孔隙度、渗透率降低；分选好的岩石，孔渗增高。孔隙度、渗透率随着分选系数趋于1而增加，分选系数So2时，中细粒砂岩，孔隙度随So增大而缓慢下降；粗粒和极细粒砂岩，So增加时，孔隙度基本不变。 立方体排列：堆积最松，孔隙度最大，渗透率最高；斜方体排列：孔隙直径较小，渗透率低。磨圆度增高，储集物性变好。 2、成岩后生作用对砂岩储层物性的影响压实作用：包括早期的机械压实和晚期的化学压溶作用。压实作用结果使原生孔隙度降低。胶结作用：胶结物的含量、成份、类型对储集性有影响。含量高，粒间孔隙被充填，减少原生孔隙，
14、连通性变差，物性变差。泥质、钙-泥质胶结的岩石较松，物性较好；纯钙质、硅质或铁质胶结的岩石致密，物性差。胶结类型由接触式接触孔隙式孔隙基底式基底式物性逐渐变差。溶解作用：粗粒、孔隙水多或含有有机酸的砂岩，能溶解孔喉中的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐，改善储层物性。交代作用和重结晶作用：物性的改变要视被交代物和重结晶结果而定。（三）碎屑岩储集层的形成环境及分布碎屑岩储集层的形成和分布，受古沉积条件及古构造条件的控制。一个沉积盆地内碎屑岩储集层发育情况，受沉积旋回的控制，一般在一个完整旋回的中后期所沉积的砂质岩，分布广，厚度大，储集物性好，常常形成良好的碎屑岩储集层。古构造条件对碎屑岩储集层的形成和分布也有影响。一般在盆地的斜坡带，碎屑物质经过机械分异作用，颗粒较均匀，圆度好，胶结物含量少，储集物性甚佳。在水下大型古隆起的顶部和翼部，由于湖水的冲洗作用，形成物性良好的碎屑岩储集层。横向上碎屑岩储集层的分布主要是受沉积环境的控制，主要分布于砂岩体中。砂岩体是指在一定的地质时期，某一沉积环境下形成的，具有一定形态、岩性和分布特征，并以砂质为主的沉积岩体。舌状砂岩体可分为四个带：主体：砂岩体近沉积物来源部分。砂岩百分含量高，横向连通性好。核部：砂岩体中部、砂岩最发育的地段。以细砂岩为主，层间连通性好。前缘带：砂岩体最前方和两侧边缘的砂岩体尖灭带。以粉砂岩为主，连通性较差。断续分布带：介于砂岩体沉
