碎屑巖八大沉積作用簡述

在油氣勘探難度日益加大與對老油區(qū)挖潛及提高油氣采收率任務加重的今天，油氣儲層的研究就顯得猶為重要。隨著注水開發(fā)技術的提高和各種三次采油提高采收率技術的實踐，構成儲層層內(nèi)非均質(zhì)性的內(nèi)容——影響剩余油分布及注入劑厚度波及系數(shù)的儲層地質(zhì)因素，愈來愈被石油地質(zhì)學家所關注和認識。砂體的沉積作用或方式與其儲層非均質(zhì)性有著較好的響應關系（Katz、裘懌楠、于興河、Mail）。

正是在前人的基礎上，結合多年對碎屑巖儲層的研究，總結出碎屑巖系的八大沉積作用與沉積特征、非均質(zhì)性、儲層特征、構形及地球物理響應等的對應關系，力圖從不同碎屑巖儲層可能出現(xiàn)的沉積作用入手，認識碎屑巖儲層的非均質(zhì)性、構形特征及影響剩余油分布的因素。

沉積作用是形成各種沉積環(huán)境的主要成因機理，這里所指的沉積作用是單個成因單元（砂體）形成時的沉積方式，它是研究儲層非均質(zhì)性的重要基礎和內(nèi)容，這是由于不同的沉積作用具有不同的非均質(zhì)性響應關系。為此，在前人的基礎上，在此將碎屑巖的沉積作用歸納為八個字，即：垂、前、側、漫；篩、選、填、濁。

垂向加積（Vertical accretion），簡稱垂積 。廣義的垂向加積是指在整個沉積過程中，沉積表面的地形特征只是直接向上延展而不發(fā)生任何側向移動如圖1所示，因而它包括機械搬運過程中的底負載和懸浮負載搬運沉積。就砂質(zhì)沉積而言，主要是指沉積物以底負載方式搬運，當沉積物的重量超過流水所能攜帶的能力時，開始發(fā)生沉積并形成沉積物的垂向增長。這種作用的主要結果是形成辮狀河砂體——心灘沉積，沉積物的垂向堆積稱之為垂向加積。而就泥質(zhì)沉積而言，是指以懸浮負載搬運的沉積物，當水體相對靜止時，發(fā)生的沉積；淺湖或淺海相泥巖沉積則是其形成的典型產(chǎn)物，其特點是沉積速率相對較慢。

在垂向加積的過程中，由于不同期次洪泛能量的不同，因而其所攜帶的沉積物粒度也大小各異，這就表現(xiàn)出垂向上的粒度粗細差異，而且無一定的規(guī)律可循。故其沉積特點是以粗粒沉積為主；垂向上多為不明顯正韻律或突變正韻律結構，沉積構造以槽狀和高角度下截型板狀交錯層理為主。內(nèi)部不易沉積和保存泥質(zhì)夾層，但當河道廢棄時或貧水期，也可充填懸移質(zhì)沉積的泥質(zhì)夾層，即落淤泥，其側向分布一般不超過一個河谷的寬度，連續(xù)性很差。其砂體在空間上的疊置形式為典型的透鏡狀或寬帶狀多層式，即反映出河道的遷移與分叉不易發(fā)生，但擺動相對頻繁，具有沉積速率快而變化大的特點。

前積或進積作用（Progradation） ，廣義的前積作用，是指碎屑物于一定環(huán)境下，不斷地向前沉積，故也稱順流加積（Downstream accretion）。通常文獻和教科書中的前積，主要是指河流所攜帶的沉積物在遇到地形突然開闊、坡度變陡時，所形成的順流向沉積作用，即沉積物在地形開闊和坡度增加的部位，開始卸載并逐漸向前推進或堆積的過程。它多見于三角洲環(huán)境，是形成各種三角洲沉積體系砂體的主要沉積作用。其它環(huán)境也可發(fā)育，如：當河流從山間進入開闊平原時，辮狀河心灘的前端部位可出現(xiàn)前積或順流加積作用。A．D．Miall1985年在研究河流砂體的空間特征時，首次提出了構形（Architecture）的概念，并劃分出河流的八種構形要素，其中之一是前積大型底形（FM—Foreset macroforms），然而，到1988年他在AAPG上發(fā)表河流砂巖儲層非均質(zhì)性一文中，則將FM改成了DA（Downstream accreting macroforms），即順流加積大型底形，而在圖上并沒有改動。這足以說明前積與順流加積的內(nèi)涵有所判別，前者多指三角洲形成的沉積作用，但后者的外延則更廣。

這種作用的沉積特點是，常常形成具向上變粗的反韻律結構特征的前積層（Foreset）；沉積構造以下切型板狀交錯層理為主，可見流水或浪成小型沙紋交錯層理及槽狀交錯層理。其代表層序為三角洲前緣的河口壩層序。粒度下細上粗，滲透率下小上大，多呈現(xiàn)出有規(guī)律的向上變化，其孔、滲的相應關系也為反韻律，是油氣田注水開發(fā)的良好儲集砂層。夾層一般出現(xiàn)于砂體的中下部，其側向連續(xù)性較好，往上出現(xiàn)的頻率急劇減少；無底積層伴生時，一般泥質(zhì)夾層不發(fā)育。該沉積作用形成的砂體在測井曲線上表現(xiàn)為倒鐘形或漏斗形。其砂體在空間上的疊置形式表現(xiàn)出，受基準面規(guī)模大小變化的制約，橫向上多為多邊合并—多邊分叉式，而縱向上常呈梯狀延展式。

側向加積（Lateral accretion），簡稱側積 ，廣義的側向加積是指沉積物堆積于一個斜坡地貌上，而整個加積過程中并不發(fā)生改變這一斜坡的地形特征，只引起沉積物沿坡向下進行側向移動或堆積。這里主要是指發(fā)生在河道內(nèi)部，由于河道的彎曲使水流形成側向運動并造成沉積物重新分布的過程，它是形成曲流點沙壩（也稱邊灘）的主要成因機理。沉積物的搬運方式以混合負載為主，沉積物粒度可粗可細，其關鍵是在河道的彎曲部位，表現(xiàn)出凹岸侵蝕，凸岸加積。沉積物的特點是形成典型的、向上變細的漸變正韻律結構特征，在整個層序中粗粒部分所占的比率在50～70%之間，沉積構造以低角度下切型板狀交錯層理為主。測井曲線上表現(xiàn)為鐘型或鋸齒狀鐘型，代表層序為砂質(zhì)曲流河的點砂壩沉積，其孔、滲的對應關系一般很好，而其層內(nèi)非均質(zhì)特點屬強烈的正韻律非均質(zhì)，這種儲層在進行油氣田開發(fā)時，是最容易造成水竄的流動單元。其砂體在空間上的疊置形式為典型的單向或雙向階梯式，即可出現(xiàn)單邊或多邊式，反映出河道的側向遷移、分叉與合并較為頻繁。

以上三種沉積作用也是盆地充填的三種最基本形式，并已被大多數(shù)地質(zhì)學家和石油工作者采納和使用，可以說它們是碎屑巖形成過程中最基本的三種沉積物堆積方式。

漫積（Overbank or Sheet Flow Accretion） ，漫積通常是指沖積扇環(huán)境的漫流沉積作用，即形成沖積扇端的片汜沉積。本文把它拓展為由于河水或洪水漫過堤岸，遠離河道，流速減慢，大量懸浮物質(zhì)卸載形成的沖積泛濫平原沉積。這種定義與國外文獻中的Sheetflow Deposition 相當，主要是由于漫岸流將懸浮物攜帶到泛濫平原堆積而成，沉積物在垂向上可以逐漸增厚，其搬運方式為懸浮負載。因而，此作用既可形成各類扇端的片汜沉積，也可形成河道兩側的（天然）堤岸和決口扇沉積體。

此類沉積的間歇性強，多形成薄層細粒的沉積物，以粉細砂為主。垂向上沉積物可以逐漸增厚，無明顯的韻律特點。沉積構造以流水小型沙紋（Current ripple）交錯層理為主。當與其它砂體疊合連通時，通常以細粒的較低滲透薄層（細砂和粉細砂）面貌出現(xiàn)；當以獨立砂體作為儲層時，由于層薄，孔、滲變化不大，非均質(zhì)程度很弱，可視為層內(nèi)均質(zhì)體來對待。由于這種作用多為基準面緩慢下降條件下所發(fā)生的沉積，故砂體在空間的疊置形式多以透鏡－席狀交叉式，即剖面上常表現(xiàn)為條帶狀，平面上為席狀。

篩積（Sieve accretion） ，主要是指發(fā)生在沖積扇的扇中平原，大量礫石已堆積的前提下，細粒物質(zhì)沉積在搬運卸載的過程中，因前期堆積的礫石形似篩子一樣具高滲透性，使細粒物向下滲透并產(chǎn)生選擇性沉積的過程。

從其定義來看，篩積也稱篩狀沉積（Sieve deposition），是從洪水開始形成的早期就開始發(fā)育了，它在交匯點處形成河道或河谷中的障礙物，后來的片流經(jīng)過這些障礙物時，由于水流能量的變化而發(fā)生分叉或選擇性沉積。

因而，篩積物主要是由次棱角狀的粗—巨礫所組成，礫石本身的分選較好，礫石很少呈疊瓦狀排列。礫間充填的主要是砂粒級沉積，使最后的沉積物呈明顯的雙眾數(shù)或多眾數(shù)分布，屬多級顆粒支撐。 它們在沖積扇砂礫巖體中以特高滲透率的簿層（“賊層”）形式出現(xiàn)，盡管厚度不大，展布不廣，但使得沖積扇砂礫巖的層內(nèi)非均質(zhì)性嚴重地復雜化。

選積（Winnowing or swashing accretion） ，是由于匯水盆地的波浪作用使浪基面以上的沙質(zhì)顆粒產(chǎn)生來回的淘洗而形成灘壩的沉積作用，通?？砂l(fā)育較好的沖洗層理，這是由于沿岸流、回流及波浪共同的作用結果。

這一沉積方式形成的產(chǎn)物有濱岸環(huán)境的灘砂、堡壩及沿岸壩等。由于其特殊的沉積作用，造成沉積物的韻律特征一般并不十分明顯，尤其是灘砂沉積，它取決于水位的進退或基準面的變化。但是濱

岸砂壩則多為反韻律結構特征，這是由于此作用將壩頂?shù)募毩Ｎ雉みx到邊緣，使得頂部顆粒較粗所致。巖性特點是粒度可粗可細，粗者可達礫巖（礫石灘），但以中細砂巖為多、分選磨圓很好。在粉砂巖和泥巖中可見大量的生物擾動構造。其孔、滲對應關系良好，滲透率的級差和變異系數(shù)并不大，層內(nèi)非均質(zhì)性較弱，即比較均勻；當灘砂中由于回流的作用而發(fā)育灘砂水道時，其儲層的非均質(zhì)也表現(xiàn)出較強的特點。儲層的物性特點多為高孔高滲型，通常這類儲層有利高產(chǎn)注水開采。測井曲線上通常表現(xiàn)為高幅齒鋸狀箱形或似漏斗形，其規(guī)模的大小取決于匯水盆地。由于基準面的變化不大，砂體的空間疊置形式通常為層狀延展式或多邊式。

填積（Aggradation and channel filling） ，主要是指河道內(nèi)的充填沉積，這一過程是河流攜帶的大量沉積物在流水的能量小于顆粒自身的重量時，沉積物發(fā)生卸載并充填于河道內(nèi)的堆積過程。這種加積常形成于順直河、網(wǎng)狀河與及三角洲分流河道之中，是機械分異作用的結果，形成的沉積構造以槽狀交錯層理為主，反映了河道的下切與充填。由于機械分異作用，故在垂向上形成正韻律，表現(xiàn)在測井曲線上為幅度中等的鋸齒狀鐘形，粒度范圍從粗砂到細砂，其分選中等偏差，其孔、滲在垂向上也為正韻律的特點，而滲透率的級差和變異系數(shù)中等偏小，表現(xiàn)為較弱的正韻律非均質(zhì)性，層內(nèi)可存在不連續(xù)的泥質(zhì)夾層。沉積物多呈帶狀或網(wǎng)狀出現(xiàn)，砂體的疊置橫切剖面上常表現(xiàn)為透鏡狀孤立式或多邊分叉式。

濁積（Turbidity accretion or deposition） ，是指沉積物和水的混合物中由流體紊動向上的分力支撐顆粒，使沉積物呈懸浮狀態(tài)，并與上覆水體形成明顯的密度差，在密度差引起的重力作用下，沉積物沿著（水下）斜坡流動并向前堆積的過程。

其層序特點為典型的鮑馬序列，其水動力條件從底到頂代表了高流態(tài)到低流態(tài)（即福勞德數(shù)Fr>1至Fr≤1的逐漸減弱過程。垂向上通常為多個中—小正韻律的疊加，其非均質(zhì)程度可大、可小，多數(shù)情況下為中等偏弱的非均質(zhì)特征，孔、滲對應關系一般，無明顯的最高滲透率段，其代表為偏正的復合韻律非均質(zhì)性。測井上為多個高幅度的鋸齒狀鐘形或箱形疊加。此類儲層的最大特點是多層系與多韻律的疊加，砂體在空間上的疊置形式多以壘狀多層式存在，當為多期沉積時，可以形成很厚的儲集體。 2100433B

隨著能源需求的急劇增加，低孔低滲、致密等非均質(zhì)碎屑巖儲層所占比例越來越多，引起了國內(nèi)外學者和石油公司的高度重視。非均質(zhì)碎屑巖儲層的孔隙結構與物性、滲流、電性等特征密切相關，是影響儲層品質(zhì)及流體性質(zhì)的重要因素。國內(nèi)外缺乏系統(tǒng)的非均質(zhì)碎屑巖儲層孔隙結構定量評價技術，飽和度計算、流體性質(zhì)及油水界面識別和產(chǎn)能評價也缺乏有效的處理方法，給非均質(zhì)碎屑巖儲層測井精細評價帶來極大的困難，制約著該類油氣藏的勘探開發(fā)成功率。

巖石物理數(shù)值模擬、實驗測試和測井技術的發(fā)展豐富了人們對儲層性質(zhì)的認識。通過多學科、多信息分析可得不同尺度的響應特征。針對非均質(zhì)碎屑巖，通過多信息融合技術進行孔隙結構分析并建立飽和度模型及流體識別標準，實現(xiàn)定性-定量相結合的儲層綜合評價，進而提高解釋符合率是測井解釋家所關注的重點。

對碎屑巖成巖作用研究的意義在于，為深部油氣勘探提供理論基礎和科學依據(jù)。成巖作用對儲層的影響表現(xiàn)在二個方面：

1. 對形成、保存儲層有利的建設性成巖作用；

2. 對縮小孔隙、減少孔隙，致使儲層致密化的破壞性成巖作用成巖作用是對儲層物性的影響是伴隨埋藏深度的增加以及對成巖過程的進行而實現(xiàn)的。

隨著埋藏深度的增加，壓實作用造成原生孔隙度的減少，一般發(fā)生在成巖A亞期；隨著埋深的增加，儲層逐漸進入早成巖B亞期，地層溫度相應增加，地層中的有機質(zhì)開始進入半成熟階段，發(fā)生壓溶作用。到晚成巖A B亞期.埋深和古地溫都進一步增加，地層中的有機質(zhì)開始進入成熟階段，釋放出大量的CO₂和有機酸，使儲層孔隙水變?yōu)樗嵝?，導致了長石、碳酸鹽膠結物等易溶組分的溶解.從而形成大量的次生孔隙，這是次生孔隙的大量發(fā)育時期。晚成巖C期，由于受到成巖作用或構造破裂作用的影響，可以形成少量的次生孔隙，但儲層已經(jīng)變得非常致密，因而不會對儲層物性造成明顯的影響。在成巖作用過程中，多數(shù)情況下儲層的總孔隙度可以呈現(xiàn)相似的演化規(guī)律。當然在不同的沉積盆地，由于儲層沉積環(huán)境、物質(zhì)組成、埋藏速度、古地溫梯度、原始地層水性質(zhì)等因素的不同，儲層的成巖作用歷程、成巖作用等級等也不盡相同，儲層物性的發(fā)育程度及變化特征也可能出現(xiàn)較大的差異。在對儲層物性進行研究時，應當結合上述因素進行綜合分析。

按物質(zhì)來源可分為陸源碎屑巖和火山碎屑巖兩類：

火山碎屑巖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）、細礫巖（4～2毫米 ）。

陸源碎屑巖中，砂巖按砂粒大小可細分為巨粒砂巖（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 ），細粉砂巖（ 0.0312～0.0039毫米 ）。