碎屑巖

碎屑巖是由于機(jī)械破碎的巖石殘余物，經(jīng)過搬運(yùn)、沉積、壓實、膠結(jié)，最后形成的新巖石。又稱陸源碎屑巖。碎屑巖中碎屑含量達(dá)50%以上，除此之外，還含有基質(zhì)與膠結(jié)物?；|(zhì)和膠結(jié)物膠結(jié)了碎屑，形成碎屑結(jié)構(gòu)。按碎屑顆粒大小可分為礫巖、砂巖、粉砂巖等。

按物質(zhì)來源可分為陸源碎屑巖和火山碎屑巖兩類?；鹕剿樾紟r按碎屑粒徑又分為集塊巖(>64毫米) 、火山角礫巖( 64~2毫米)和凝灰?guī)r(<2毫米)、粗礫巖(256~64毫米)、中礫巖(64~4毫米)、細(xì)礫巖(4~2毫米 )。砂巖按砂粒大小可細(xì)分為巨粒砂巖(2~1毫米)，粗粒砂巖(1~0.5毫米)、中粒砂巖(0.5~0.25毫米 )、細(xì)粒砂巖(0.25~0.1毫米) 、微粒砂巖( 0.1~0.0625毫米 )。粉砂巖按粒度可分為粗粉砂巖( 0.0625 ~0.0312毫米 )，細(xì)粉砂巖( 0.0312~0.0039毫米 )。 碎屑巖主要由碎屑物質(zhì)和膠結(jié)物質(zhì)兩部分組成。

碎屑物質(zhì)又可分為巖屑和礦物碎屑兩類。巖屑成分復(fù)雜，各類巖石都有。礦物碎屑主要是石英、長石、云母和少量的重礦物。膠結(jié)物主要是化學(xué)沉積形成的礦物，它們充填在碎屑之間起膠結(jié)作用，主要有硅質(zhì)礦物 、硫酸鹽礦物、碳酸鹽礦物、磷酸鹽礦物及硅酸鹽礦物。碎屑巖的孔隙是儲存地下水及油、氣的對象，研究碎屑巖對尋找地下水及油氣礦床有實際意義。

碎屑巖沉積時所形成的粒間孔隙的大小、形態(tài)和發(fā)育程度主要受碎屑巖的結(jié)構(gòu)(粒徑、分選、磨圓和填集程度等)的影響。

理想球體緊密排列的端元形式有兩種:a表示立方體排列，堆積最疏松，孔隙度最大，其理論孔隙度為47.6%，孔徑大，滲透率也大。b表示菱面體排列。排列最緊密，孔隙度小，其理論孔隙度為25.9%，孔徑小，滲透率低。所以理論上的孔隙度介于46.7%-25.9%之間。這種理想情況在自然界是不存在的。自然界的實際情況比這種理想情況要復(fù)雜得多。

大量資料研究表明:碎屑巖儲層儲集物性不僅與粒徑有關(guān)，而且與巖石顆粒的分選程度也有很大的關(guān)系。 一般來說，細(xì)粒碎屑磨圓度差，呈棱角狀，顆粒支撐時比較松散，它比圓度好的較粗的砂質(zhì)沉積可能有更大的孔隙度。然而，細(xì)粒沉積物中孔喉小，毛細(xì)管壓力大，流體滲濾的阻力大，因此細(xì)粒沉積物的滲透率比粗粒的小。表示了分選系數(shù)一定時滲透率的對數(shù)值與粒度中值成線性關(guān)系，粒度愈大，滲透率愈高。在粒度相近的情況下，分選差的碎屑巖，因細(xì)小的碎屑充填了顆粒間孔隙和喉道，不僅降低了孔隙度，而且也降低了滲透率。表示了粒度中值一定時，滲透率的對數(shù)和分選系數(shù)(So)呈近似的線性關(guān)系，從分選好至中等時，滲透率下降很快;分選差時，滲透率下降就緩慢了。

壓實作用和壓溶作用是碎屑 巖儲層的孔隙度和滲透率衰減的主要因素。所謂壓實作用就是通過巖石的脫水脫氣，巖石孔隙度變小，變得致密。壓實作用是通過顆粒的下沉，顆粒之間距離變小，沉積物體積收縮而進(jìn)行的。壓實作用主要發(fā)生在成巖作用的早期，3000m以上壓實作用的效果和特征明顯。從成巖作用現(xiàn)象上來講，壓實作用不僅可以造成泥巖和頁巖巖屑等的假雜基化，火山巖巖屑等軟顆粒的塑性變形，還可以造成石英和長石等剛性顆粒的破裂和粒間接觸程度的提高。壓實作用使砂巖儲層的孔隙度迅速減小，但不同類型的砂巖，其孔隙度衰減的速率不同。如粘土雜基含量高的砂巖，其孔隙度衰減速率大，而純凈砂巖的孔隙度衰減速率小。

壓溶作用是指發(fā)生在顆粒接觸點(diǎn)上，即壓力傳遞點(diǎn)上有明顯的溶解作用，造成顆粒間互相嵌入的凹凸接觸和縫合線接觸。由于碎屑顆粒在壓力作用下溶解，使得Si、Al、Na、K等造巖元素轉(zhuǎn)入溶液，引起物質(zhì)再分配，造成在低壓處石英和長石顆粒的次生加大和膠結(jié)。據(jù)費(fèi)希特鮑爾對含油區(qū)砂巖的研究，石英在500-1000m埋深就開始次生加大，并隨著埋深的增加，次生加大的石英顆粒增多。石英次生加大對巖石孔隙度有可觀的影響，有時可以占滿全部孔隙。

膠結(jié)作用是砂巖中碎屑顆粒相互聯(lián)接的過程。松散的碎屑沉積物通過膠結(jié)作用變成固結(jié)的巖石。膠結(jié)作用是使儲層物性變差的重要因素。碎屑巖膠結(jié)物的成分是多種多樣的，有泥質(zhì)、鈣質(zhì)、硅質(zhì)、鐵質(zhì)、石膏質(zhì)等。一般說來，泥質(zhì)、鈣-泥質(zhì)膠結(jié)的巖石較疏松，儲油物性較好，純鈣質(zhì)、硅質(zhì)、硅-鐵質(zhì)或鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石致密，儲油物性較差。據(jù)松遼盆地儲集層鈣質(zhì)含量的統(tǒng)計資料，一般當(dāng)鈣質(zhì)含量大于5%時，其儲油物性明顯下降。不同的粘土礦物對巖石孔隙度和滲透率的影響也是不同的。在埋藏初期，從富含粘土質(zhì)的孔隙水中可以沉淀出高嶺石、綠泥石或伊利石形成碎屑顆粒周圍的粘土膜，或充填孔隙。高嶺石除了直接從孔隙水中沉淀外，還可以通過長石和云母的風(fēng)化，形成自生高嶺石，這種作用在顆粒邊緣或順著解理縫首先發(fā)生。在酸性孔隙水中長石更易高嶺石化。這種自生的粘土礦物填塞孔隙，降低了巖石的孔隙度。由掃描電鏡揭示，圍繞顆粒邊緣生長的伊利石是從孔隙的喉道部位向孔隙中央發(fā)展的，而高嶺石往往充填在孔隙中，因此伊利石的生成對孔隙度的影響雖小，但對滲透率的影響很大，高嶺石在降低巖石滲透率方面的作用比伊利石小得多。

碎屑巖

在地下深處由于孔隙水成分的改變，導(dǎo)致長石、火山巖屑、碳酸鹽巖屑和方解石、硫酸鹽等膠結(jié)物的大量 溶解，形成次生溶蝕孔隙，使儲層孔隙度增大。這種次生溶蝕孔隙對改善儲層物性的重要性近來受到愈來愈多的重視。影響溶解作用的因素很多，如沉積時具有較粗的粒度，孔隙-滲透性好的碎屑巖;砂巖中含可溶性物質(zhì)較多;地下水呈酸性而且具有一定流動速度等都有利于次生孔隙形成。其中尤以酸性水的形成最為重要。對地下酸性水的形成條件，近來提出許多新見解。Schmidt(1979)認(rèn)為:干酷根熱演化早期釋放出大量CO2，是形成酸性水的重要原因，這種成油期前形成的酸性水溶蝕作用所造成的次生孔隙帶特別有利于油氣聚集。Curtis(1983)則認(rèn)為:有機(jī)酸和無機(jī)質(zhì)反應(yīng)是形成次生孔隙的理想機(jī)理。據(jù)研究，在80-120℃時，地下水富含短鏈有機(jī)酸，能大大提高對高嶺石的溶解度，其中二元酸(如草酸)含量達(dá)到一定濃度時，使鋁的溶解度提高3個數(shù)量級。而Ⅲ型干酪根熱演化過程中釋放出的羧基約有40%是以草酸形式出現(xiàn)的。先于油、氣(熱成因)形成的羧基釋放出有利于在相鄰砂巖孔喉中清除碳酸鹽、硫酸鹽和硅鋁酸鹽的CO2，從而提高砂巖儲集性。此外，在較高溫度下，碳酸鹽礦物之間的無機(jī)反應(yīng)，亦能生成CO2;硫酸鹽在脫硫菌和有機(jī)質(zhì)參與下能生成H2S也有利于提高硫酸鹽的溶解能力。但是必須指出，酸性水溶解的物質(zhì)只有在不斷被帶走的條件下，才能使溶蝕作用朝有利于形成次生孔隙方向發(fā)展。否則，隨著溶質(zhì)增加，溶蝕作用就會減弱，在達(dá)到過飽和時還可以再沉淀，堵塞孔隙。

中國油田在鞏固和擴(kuò)大碳酸鹽巖油氣藏勘探成果的同時，不斷加大碎屑巖勘探力度，特別是在塔北隆起志留系獲得突破后，碎屑巖勘探已成為油田的重點(diǎn)勘探目標(biāo)。

從1992年早期深層碎屑巖開發(fā)至今，16年來，油田對碎屑巖的認(rèn)識和圈閉落實已經(jīng)形成從無到精的發(fā)展，建立了從當(dāng)初的零起點(diǎn)到現(xiàn)在海相碎屑巖勘探的豐碩成果，形成了東河塘、塔中4、塔中16、哈得遜、吉拉克、英買34-35井區(qū)等主力油田。2007年，在油田30%的探明石油地質(zhì)儲量中，碎屑巖儲層原油產(chǎn)量就占到了60%。

近幾年，在有序推進(jìn)塔中、塔北區(qū)域碎屑巖的勘探中雖未取得突破，但地質(zhì)認(rèn)識得到提升，勘探主攻領(lǐng)和目標(biāo)更加明確。隨著油田"三大陣地戰(zhàn)"的展開，油田在塔北地區(qū)石炭系、志留系及中新生界碎屑巖有了新發(fā)現(xiàn)。英買34、35井區(qū)新增探明石油地質(zhì)儲量1104萬噸，哈6新增預(yù)測石油地質(zhì)儲量2256.97萬噸。同時，通過對中古31井區(qū)的塔中6、塔中103、塔中101、中古31、塔中243等井在石炭系含礫砂巖段精細(xì)對比圖研究分析，拓展不同期次東河砂巖的分布與疊置關(guān)系研究，細(xì)化海相碎屑鹽巖研究，勾畫出石炭系、志留系、奧陶系幾個不同類型圈閉尋找方向。

找到與斷裂相關(guān)的"凹中隆"是臺盆區(qū)碎屑巖勘探最有利的突破點(diǎn)后，堅定了油田科研人員加大勘探力度，尋找戰(zhàn)略接替區(qū)的信心?？蒲腥藛T從加強(qiáng)層序地層學(xué)的研究與應(yīng)用、加強(qiáng)高分辨率地震采集處理解釋攻關(guān)、加強(qiáng)儲層預(yù)測與圈閉描述技術(shù)的應(yīng)用三個方面對臺盆區(qū)碎屑巖展開主攻。在對東河砂巖古地貌進(jìn)行分析后認(rèn)為，構(gòu)造演化研究和古地貌形態(tài)的精細(xì)刻畫，為沉積相的研究和有利砂體分布范圍的預(yù)測提供了指導(dǎo)。確定草湖凹陷周緣為相對獨(dú)立沉積區(qū)，與滿加爾凹陷有古梁分割，推測古梁區(qū)存在東河砂巖，向南進(jìn)入海盆，相變?yōu)橄履鄮r段。同時，圍繞富油氣凹陷確定了3個前陸區(qū)碎屑鹽巖有利區(qū)帶:焉耆盆地侏羅系、塔西南山前中新統(tǒng)、古近系、白堊系和塔東南若羌構(gòu)造帶侏羅系。

中國油田在今年勘探部署中，確定積極發(fā)展塔北，并針對碎屑巖勘探專門進(jìn)行了安排，主要是通過開展精細(xì)勘探研究，加強(qiáng)評價，積極探索，力爭獲得油氣勘探持續(xù)突破。油田力爭在三至五年內(nèi)，臺盆區(qū)碎屑巖和新區(qū)新領(lǐng)域油氣勘探目標(biāo)要發(fā)現(xiàn)1至2個戰(zhàn)略性接替領(lǐng)域，為實現(xiàn)2020年油氣產(chǎn)量當(dāng)量突破5000萬噸奠定堅實的資源基礎(chǔ)。

沖積扇是指在干旱、半干旱氣候地區(qū)，山間河流攜帶大量碎屑物質(zhì)進(jìn)入平原，在出山口處因流速變小，能量降低，而使碎屑物沉積下來形成的扇形錐積體。沖積扇中的砂礫巖體稱為沖積扇砂礫巖體。沖積扇在平面上的形態(tài)為扇形或圓錐形，多個扇體在平面上組合形成裙邊狀碎屑堆積體。沖積扇主要由礫、砂和泥質(zhì)組成的混雜堆積，粒度粗，分選差，成分復(fù)雜，圓度不好。但在沖積扇的中部有儲集物性較好的辮狀河道砂礫巖體，鄰近若有油源，油氣一般可以在此聚集。如我國新疆準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的克拉瑪依油田三疊系儲油層就是沖積扇砂礫巖體。

在長期沉降的氣候潮濕區(qū)。河流發(fā)育。由河流成因的砂巖體稱為河流砂巖體。河流的主要類型有辮狀河和曲流河，其沉積模式如圖 所示。河流砂巖體包括礫、砂、粉砂和粘土等各類碎屑沉積物，但以砂質(zhì)為主，成分復(fù)雜，分選差至中等。河流砂巖體的形態(tài)極不規(guī)則，多呈帶狀，樹枝狀或網(wǎng)狀，邊緣呈鋸齒狀。古河道砂巖體以河床中的邊灘和心灘砂巖的儲油物性最好。目前世界范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了不少以古河道砂巖體為儲集層的油氣藏，如美國堪薩斯州的布什城油田、加拿大阿爾伯達(dá)省的貝爾希油田、利比亞蘇爾特盆地的Sarir油田和中國的長慶油田等。

隨著油氣勘探工作的深入，日益證明世界上許多大油氣田與三角洲砂巖體有著密切的聯(lián)系。如科威特的布爾甘油田，西非尼日利亞尼日爾河三角洲發(fā)現(xiàn)許多大油田，中國的大慶長垣三角洲、東營凹陷的東辛、勝坨三角洲等。

三角洲是河流入海(湖)處，由于坡度減緩，流速突然降低，水流分散，河流所攜帶的砂泥在河口附近堆積下來，形成平面上略似尖頂朝向陸地的三角形沉積體。根據(jù)河流、波浪和潮汐能量的強(qiáng)弱，三角洲可分為河控三角洲、浪控三角洲和潮控三角洲等類型。大的河流三角洲規(guī)?？梢院艽螅娣e可達(dá)幾十至幾萬平方公里。三角洲可進(jìn)一步劃分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲等亞環(huán)境。各個亞環(huán)境的沉積物特征是不同的。三角洲平原中的分流河道砂巖體，三角洲前緣的水下分流河道砂巖體、河口壩砂巖體、遠(yuǎn)砂壩砂巖體以及前緣席狀砂體都是常見的良好的儲集層。

扇三角洲砂巖體:扇三角洲是指沖積扇或辮狀河直接進(jìn)入水體形成的一類砂體(據(jù)Galloway，1983)。蓋洛韋等人(1983)按水體能量條件將扇三角洲分為湖泊扇三角洲、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較弱，呈扇形。

中國陸相沉積，特別是東部的斷陷湖盆常常是長條狀的箕狀凹陷。在湖盆的短軸方向上，坡度陡，物源近，很難形成源遠(yuǎn)流長的曲流河。辮狀河直接進(jìn)入淺湖形成的扇三角洲，稱為辮狀河三角洲。孫永傳等曾將沖積扇進(jìn)入淺湖形成的扇形碎屑巖體稱為水下沖積扇。而紀(jì)友亮等卻仍將其歸屬于扇三角洲。扇三角洲可以劃分出如下微相:扇三角洲平原與正常三角洲平原有較大的差別，實際上扇三角洲水上平原屬于近山口的沖積扇環(huán)境。扇三角洲的分流河道砂體、水下分流河道砂體、河口壩砂體及前緣席狀砂構(gòu)成了扇三角洲的主要儲集層。

海岸環(huán)境又稱濱岸環(huán)境，它位于海水浪基面以上緊鄰陸地的濱淺海地帶。由于在地質(zhì)歷史中反復(fù)的海進(jìn)和海退，因此，海岸沉積物是一個很寬的帶。海岸地帶由于波浪、沿岸流、潮汐以及風(fēng)的作用，可以破壞附近的三角洲沉積而形成一系列海岸砂巖體，主要有海灘砂、砂壩、堤島、風(fēng)成砂丘等。海岸砂巖體一般呈帶狀或串珠狀沿岸線分布，由于它們經(jīng)受反復(fù)的沖洗和簸揚(yáng)，一般分選好，圓度大，巖性以中細(xì)砂巖為主，較疏松，孔隙度和滲透率都較高，有良好的儲油性能，是油氣聚集的良好場所。海岸砂巖體包括海進(jìn)砂巖體和海退砂巖體。海退砂巖體下伏暗色海相頁巖，生油條件好;而海進(jìn)砂巖體下伏三角洲平原或其它海岸沉積物，生油條件差，故目前世界上發(fā)現(xiàn)的海岸砂巖體油氣田多屬海退型砂巖體。如美國堪薩斯州格林烏德縣契洛鞋帶狀油田就是一例。

湖泊是陸地上水流匯集的地方，由于它距物源近，大量碎屑物質(zhì)在湖泊中堆積，使湖泊砂巖體很發(fā)育。湖泊的水動力條件和沉積過程與開闊的淺海相似，同樣有波浪和沿岸流作用。在湖浪、湖岸流以及河流的地質(zhì)作用下，湖泊砂巖體的類型是多種多樣的，包括洪積成因的湖邊扇砂礫巖體、湖成三角洲砂巖體、濱淺湖的湖灘砂巖體、水下隆起上的淺灘砂巖體、深湖的湖底扇砂巖體等。其中以濱淺湖的湖灘砂巖體和湖成三角洲砂巖體最為發(fā)育，儲集物性亦好，可作為良好的儲集層。中國大部分油氣田成生在陸相沉積盆地之中，湖泊砂巖體就成為主要的儲集層。例如大慶油田的主要產(chǎn)層屬于下白堊統(tǒng)湖成三角洲砂巖復(fù)合體。大港部分油田的產(chǎn)層屬于下第三系濱淺湖灘砂巖體(沿岸砂壩)。下遼河盆地和泌陽盆地的部分油田的產(chǎn)層屬于下第三系湖底扇砂巖體。

濁積砂巖體是由于地震、海嘯等因素的影響，把河流攜帶至海岸帶堆積的大量未固化的沉積物，以懸浮的高密度底流的方式沿海底峽谷搬運(yùn)至深海堆積而成的砂巖體。這種高密度流稱之為濁流。由濁流形成的砂巖體稱為濁積砂巖體。它的平面形態(tài)經(jīng)常是扇形，又稱海底扇或深海扇。濁流也經(jīng)常在湖泊中發(fā)生，它所形成的扇形砂巖體稱湖底扇。圖 為活克(1978)所建立的海底扇相模式。濁積砂巖體由根部至前緣，由下部至上部沉積物一般由粗變細(xì)，分選由差變好，扇體的扇中部分一般有分選較好的砂質(zhì)沉積，可構(gòu)成良好的儲集層。由于濁積砂巖體發(fā)育在深水泥巖之中，這些泥巖既可作為生油巖又可作為封閉層，因此，濁積砂巖體不僅含油氣豐實，而且也是地層、巖性油氣藏發(fā)育的有利地區(qū)。如北海地區(qū)的米勒(Miller)油田和阿爾巴(Alba)油田，以及美國加利福尼亞州文圖拉盆地的第三系油田和洛杉磯盆地的威明頓(Wilnington)油田等，后者的石油可采儲量達(dá)7.84×1010m3。

天 然氣與石油相比，產(chǎn)出的環(huán)境有較為明顯的差別。據(jù)B.C.Вышемнрскнй(1980)的統(tǒng)計(表) 表明:世界石油主要分布在海相地層中，在陸相地層中僅占次要地位;而天然氣在陸相地層中占有相當(dāng)大的比例。這一點(diǎn)對我國陸相盆地天然氣的勘探有重要的指導(dǎo)意義。其次，由于天然氣的分子直徑小和易于滲流，因此在儲集物性較差的儲集層中聚集的天然氣也有開采價值。據(jù)美國的統(tǒng)計資料，1979年美國探明的天然氣儲量為5.494×1012m3，其中約有1.426×1012m3(約占總量1/4)來自孔隙度為5-15%的儲集層。可見低孔低滲的砂巖體中可能擁有巨大的天然氣潛量。它是我們現(xiàn)在乃至今后低孔滲儲層油氣勘探開發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

碎屑巖的一般較好，但其膠結(jié)物的成分和膠結(jié)類型影響顯著，如硅質(zhì)基底式膠結(jié)的巖石比泥質(zhì)接觸式膠結(jié)的巖石強(qiáng)度高、孔隙率小、透水性低等。此外，碎屑的成分、粒度、級配對工程性質(zhì)也有一定的影響，如石英質(zhì)的砂巖和礫巖比長石質(zhì)的砂巖為好。

陸源碎屑巖與許多礦產(chǎn)有關(guān)，如煤炭、石油、天然氣、地下水和許多層控礦床。碎屑巖本身就是一種礦產(chǎn)，具有重要的經(jīng)濟(jì)價值。純凈的石英砂巖是制造硅磚、普通玻璃和光學(xué)玻璃的重要原料；海綠石砂是農(nóng)業(yè)肥料；砂巖中伴生的重礦物如鋯石、獨(dú)居石、金紅石等也具有開采價值。砂巖還是很好的建筑材料和研磨材料；碎屑巖還具有良好的孔隙和滲透性能，為流體礦藏的富集提供儲集空間；由碎屑巖所形成的許多奇山怪石，已經(jīng)成為游覽的勝地。