碎屑巖油氣儲層沉積學(xué)培訓(xùn)教案

《碎屑巖油氣儲層沉積學(xué)》

培訓(xùn)教案

授課人：那皆恭

石油地質(zhì)科學(xué)院油田研究所

2006年4月22日

一、引言

隨著全球油氣勘探與開發(fā)的不斷深入，以油氣儲層或油氣藏為對象的精細描述

與研究逐步深入，油氣儲層在地下的空間展布與其屬性的特征則成為油氣勘探與開

發(fā)的研究重點。然而，不同地質(zhì)條件下油氣儲層的外部形體（構(gòu)形）與其內(nèi)部屬性

的分布規(guī)律則主要受其形成的環(huán)境和條件的制約，即不同沉積體系所形成的油氣儲

層具有不同的展布規(guī)律和非均質(zhì)性，這就需要從沉積學(xué)的角度來分析不同儲層形成

的地質(zhì)作用和沉積環(huán)境；而成巖作用則對儲層的內(nèi)部具有明顯的影響。正可謂影響

油氣儲層非均質(zhì)的三大因素”構(gòu)造演化的階段性、沉積環(huán)境的多樣性以及成巖作用

的復(fù)雜性”決定著油氣儲層的綜合特性，這一基本地學(xué)知識和理論為儲層沉積學(xué)的

形成奠定了堅實的基礎(chǔ)。

沉積學(xué)是20世紀30年代由沃爾德（W'adell.1932）提出的一個術(shù)語，它主要是由

沉積巖石學(xué)中沉積巖的形成作用中的基礎(chǔ)理論部分擴大和發(fā)展起來的。而儲層沉積

學(xué)又是以實用角度從沉積學(xué)中派生出來的一個分支，第十三屆國際沉積學(xué)大會

（ISA,1990）正式應(yīng)用該術(shù)語并引入文獻，表明沉積學(xué)（含古地理學(xué)）與油氣勘探和

開發(fā)的關(guān)系十分密切，其在闡明生、儲、蓋層的形成和分布規(guī)律等方面具有重要指

導(dǎo)作用。沉積學(xué)和儲層沉積學(xué)的基本涵義及主要研究內(nèi)容是：

1.沉積學(xué)是研究沉積物（巖）和沉積作用的科學(xué)。包括研究未曾成巖和已經(jīng)成

巖的天然沉積物（巖），以及它們在自然環(huán)境中沉積作用的過程和機理

（Reeding,1978）0沉積學(xué)作為地質(zhì)科學(xué)中的一個分科，它與流體力學(xué)和地層古生物

學(xué)密切相關(guān)，與物理學(xué)、化學(xué)、海洋學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)和土壤學(xué)等也有重要聯(lián)系。

由于有關(guān)學(xué)科的相互交叉和滲透，以及新技術(shù)和新方法的應(yīng)用，通過對沉積物的研

究（陸上和水下）和實驗?zāi)M，逐漸使沉積學(xué)成為一門獨立的學(xué)科。隨著礦產(chǎn)資源,

特別是燃料資源（煤炭、石油、天然氣、核能等）勘探開發(fā)事'IH勺巨大發(fā)展,使沉

積學(xué)從以理論研究為主，逐漸成為一門具有較強應(yīng)用基礎(chǔ)性質(zhì)的學(xué)科。

2.儲層沉積學(xué)是研究油氣儲層沉積物（巖）和沉積作用的科學(xué)。嚴格的講，它主

要是研究碎屑巖儲層和碳酸鹽巖儲層的形成、演化、分布及其基本特征（成分、結(jié)

構(gòu)、構(gòu)造等）的一門科學(xué)，是沉積理論與油氣勘探開發(fā)實踐密切結(jié)合的結(jié)果,一般

來講，石油和天然氣生成于沉積巖中，也主要儲集在沉積巖中，從沉積巖石學(xué)、沉

積學(xué)心以及巖相古地理學(xué)深化對各類油氣儲層形成的研究，可以為油氣勘探開發(fā)提

供更多科學(xué)依據(jù)，因此，儲層沉積學(xué)的形成和發(fā)展有關(guān)重要的實際意義。

二、幾個相關(guān)概念

沉積巖石學(xué)(SedimentaryPetrology)：研窕沉積巖(物)的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)

造、分類及其形成作用，以及沉積環(huán)境和分布規(guī)律的一門科學(xué)。

沉積學(xué)(Sedimentology)：研究沉積物、沉積過程、沉積巖和沉積環(huán)境的科學(xué)

(G.M.Friedman&J.L.Sanders,1978)。

儲層沉積學(xué)(Reservoirsedimentology)：研究油氣儲層沉積物(巖)和沉積

作用的科學(xué)。它是應(yīng)用各種資料研究和解釋油氣儲集體所形成的沉積環(huán)境、作用及

其形成機制，分析與確定儲層的地質(zhì)信息，提高油氣勘探與開發(fā)的一門綜合性科學(xué)。

即是綜合利用地質(zhì)、地震、測井、試井等資料和各種儲層測試手段，以沉積學(xué)原理

為指導(dǎo)，以油氣儲層為研究對象，以分析和預(yù)測油氣儲層不同層次的非均質(zhì)特征為

內(nèi)容，以提高油田勘探與開發(fā)的效果為目的的綜合性學(xué)科。

三者的關(guān)系是沉積學(xué)是由沉積巖石學(xué)中沉積巖的形成作用中的基礎(chǔ)理論部分擴

大和發(fā)展起來的，而儲層沉積學(xué)又是以實用角度從沉積學(xué)中派生出來的一個分支，

是沉積學(xué)理論與油氣勘探開發(fā)實踐密切結(jié)合的結(jié)果。

油藏描述(ReservoirDescription):以沉積學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)為理

論指導(dǎo)，用地質(zhì)、地震、測井及計算機手段，定性分析和定量描述油藏在三度空間

特征的一種綜合研究方法體系。其目的是對油藏各種特征(三個要素圈閉、儲層、

流體)進行三維定量描述和預(yù)測。

儲層表征(ReservoirCharacterization):定量地確定儲層的性質(zhì)、識別地質(zhì)

信息及空間變化的過程(L.W.Lake,1986)o地質(zhì)信息包括：a.儲層的物理特性一孔、

滲、飽及電性的非均質(zhì)忤：b.儲層的幾何特征一二度空間上巖性的各向異性，其目

的是提供一個儲層構(gòu)型(Architecture)格架，即：具有上述兩大信息的儲層地質(zhì)模

型。

儲層沉積學(xué)是油藏描述和儲層表征的核心內(nèi)容或基礎(chǔ)，它是以沉積特征研究為

中心，以地質(zhì)和地球物理資料的使用與解釋為手段，應(yīng)用各種方法技術(shù)進行綜合分

析研究，以解決儲層的各向異性和非均質(zhì)性為目的，最終建立儲層的各種地質(zhì)模型。

通過現(xiàn)代沉積調(diào)查與古代露義研究建立的定量地質(zhì)知識庫，來推斷或估算地下

同類儲層的空間展布范圍，是比較沉積學(xué)的深層次發(fā)展。

6.水動力條件分析一水槽實驗

水槽實驗自20世紀初用于研究水動力條件以來，解決了許多砂體形成的成因機

理問題，該實驗仍是沉積學(xué)中一個重要的基礎(chǔ)試驗手段。

7.沉積微相導(dǎo)向的等時性小層對比

利用沉枳相和沉積層序的層次等級來控制油組、砂組與砂層（小層）的對比，

實現(xiàn)分級控制、逐層對比，確保相控的等時性。

8.地震相與測井相分析

地震相不僅是層序地層學(xué)分析的基礎(chǔ)，更是油區(qū)沉積相或沉積體系研究的基石,

測井相的研究則是以測井特征分析為手段、以垂向模式序列為方法，以測井系列的

地質(zhì)響應(yīng)為理論，二者的緊密結(jié)合，可以更有效地發(fā)揮儲層沉積學(xué)的作用。

（二）儲層沉積學(xué)研究的技術(shù)路線

巖芯資料

單井相分析

鉆井層序地層分析

地震層序地層分析剖面相分析

沉

湖

積

平

相

面

標

區(qū)域?qū)有蜃兤矫嫦喾治?/p>

志

地層格架建立化

地化資料

層序地層模式研究沉積體系分析

錄井資料

五、沉積相研究

（-）與沉積相研究有關(guān)的幾個概念

沉積環(huán)境（Sedimentaryordepositionalenvironment）：按塞利

（R.C.Selley,1997）的意見，沉積環(huán)境是“在物理上、化學(xué)上和生物上均有別于相

鄰地區(qū)的一塊地球表面”，即沉積環(huán)境本質(zhì)上是個地貌上的概念。

沉積相（Sedimentaryordepositionalfacies）；當前國內(nèi)外多數(shù)人的認識是

把“相”理解為“古代環(huán)境的產(chǎn)物”（R.C.Shelldy,1976）,亦即專指“沉積環(huán)境的

物質(zhì)表現(xiàn)”。所以“相”應(yīng)是能表明沉積條件的巖性特征和古生物特征的規(guī)律綜合。

沉積相模式（Sedimentaryfaciesmodel）是對沉積環(huán)境、沉積作用及其結(jié)果

（沉積相）三者相互聯(lián)系的揭示和描述，是對沉積相的成因解釋和理論概括c它可

起到4個方面的作用：

a.在對比中起到標準的作用；

b.在觀察中起到提綱和指導(dǎo)作用；

c.在新區(qū)起到預(yù)測作用；

d.在水動力解釋中起到基礎(chǔ)作用。

（-）陸相沉積盆地碎屑巖儲層常見（微）相

相亞相微相

扇根主河道、側(cè)緣河道

沖積扇扇中辮狀河道、心灘壩、漫溢沉積

扇緣席狀砂

曲流河點壩、天然堤、決口扇、串溝、廢棄河道

河流辮狀河心灘壩、天然堤、決口扇

網(wǎng)狀河河道、天然堤、決口扇

三角洲平原分流河道、分流河道間

三角洲三角洲前緣河口壩、內(nèi)、外前緣席狀砂

前三角洲（儲層砂體一般不發(fā)育）

三角洲間濱岸灘、壩

上扇補給水道、水道間、主水道

湖底扇中扇（辮狀）水道、水道間

下扇薄層（低密度）濁積巖

（三）沉積相的分析方法

探討地層形成的自然地理環(huán)境，恢復(fù)和再造沉積時期古地理面貌就是沉積相分

析法。相分析的原則就是眾所周知的“現(xiàn)實主義”原則，也就是我們通常所說的“將

今論古”。根據(jù)該原則，沉積相分析方法有以下幾種：

1）根據(jù)地表露頭進行相分析；

2）根據(jù)鉆井巖心進行相分析；

3）根據(jù)測井資料進行相分析；

4）根據(jù)地震資料進行相分析。

沉積相的鑒定標志

1.沉積巖的巖性標志，包括：

①巖石的顏色

②巖石的礦物成分和巖石類型

③巖石的結(jié)構(gòu)（支撐性、粒度、分選性、磨圓度等）

④沉積巖層的構(gòu)造［原生的層理和層面構(gòu)造）

2.古生物、古生態(tài)標志

3.沉積地球化學(xué)標志

4.沉積巖層的產(chǎn)狀標志：地層厚度、巖體形態(tài)、接觸關(guān)系及剖面結(jié)構(gòu)、相律、

相模式等

5.地球物理學(xué)標志：測井相、地震相

沉積構(gòu)造的研究

沉積構(gòu)造是指沉積物沉積時，或沉積后，由于物理作用、化學(xué)作用及生物作用

形成的各種構(gòu)造。在沉積物沉積過程中及沉積物固結(jié)成巖之前形成的構(gòu)造即原生構(gòu)

造，它是鑒別和劃分沉積相和沉積環(huán)境的重要標志，而最有意義的則是同生期形成

的構(gòu)造，如層理、波痕、侵蝕痕、生物遺跡、干裂、結(jié)核等。

層理的研究

層理是沉積物在沉積時期在層內(nèi)形成的成層構(gòu)造，它是由沉積物的成分、結(jié)構(gòu)、

顏色、顆粒形狀及定向排列、層的厚度等沿垂向的變化而顯示出來的。

組成層理的最小單位是細層（又稱紋層），由成分、結(jié)構(gòu)、厚度和產(chǎn)狀上相同的

許多細層組成層系，兩個或兩個以上的層系組成層系組。

按層系厚度把層理分為：

小型層理：層系厚度＜3cm

中型層理：層系厚度=310cm

大型層理：層系厚度=l（T200cni

特大層理；層系厚度＞200cm

層面構(gòu)造的研究

主要的層面構(gòu)造有：

波痕、雨痕、干裂、流痕、泡沫痕及各種印模構(gòu)造如重荷模、槽模、溝模等。

需要指出的是：根據(jù)沉積物中的和標志對沉積環(huán)境作出判斷時，應(yīng)該是既有重

點又要綜合分析，而不能只根據(jù)個別標志作出判斷。這是因為：一方面，一個在物

理上、化學(xué)上和生物上區(qū)別于其他地區(qū)的獨立環(huán)境，必然在沉枳物的成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)

造和其它方面留下其特有的一系列烙印，而不僅僅是個別標志；另一方面，沉積巖

中某些組構(gòu)特征，并不具有環(huán)境專屬性，例如潮坪中的透鏡狀、波狀層理，在湖岸

環(huán)境中也能出現(xiàn)。粒序?qū)永砜梢栽跐崃?、風暴流、三角洲、決口扇等的沉積物中出

現(xiàn)，如果只抓個別標志，就會出現(xiàn)錯誤。

粒度分析資料在沉積環(huán)境判斷上的應(yīng)用

主要方法：

（1）格拉斯特（Glaister）＞維希爾（Visher）概率粒度累積圖

（2）弗里德曼（Freidman）粒度參數(shù)離散圖

（3）帕塞加（R.Passega）CM圖

（4）薩胡（Sahu）等的環(huán)境判別公式

其中最常用的是（1）、（3）兩種

相層序（剖面結(jié)構(gòu)）分析

相層序又稱動態(tài)相模式，它是在成因上有聯(lián)系的沉積相在縱向（或剖面）上的

組合。相層序是在相標志研究和相分析基礎(chǔ)上建立起來的，是分析巖相古地理變遷、

生儲蓋形成和分布的理論依據(jù)。

根據(jù)環(huán)境變遷，相層序劃分為向上變厚變粗（通稱反旋回）和向上變薄變細（通

稱正旋回）兩類：

1）向上變細

河流相、潮坪相、河口灣相、濁積巖

2）向上變粗

無障壁海岸相、湖泊相、三角洲相、海灘相、淺灘相等

在剖面結(jié)構(gòu)的中應(yīng)當注意：

任何模式都是經(jīng)過概括和精煉的，而實際中的剖面則是千變?nèi)f化的。對于實際

研究中的剖面，可以通過觀察和總結(jié)，然后和典型模式相比較進行解釋，但不能生

搬硬套，而要具體情況具體分析。

測井相分析

測井相分析是依據(jù)不同的測井資料進行沉積相的識別與研究，它是地下儲層沉

積相識別的基礎(chǔ)手段之一，也是進行小層（油藏）對比的最基本、最直接的依據(jù)。

基本原理：從一組能反映地層特征的測井響應(yīng)中，提取測井曲線特征，包括幅

度大小、形態(tài)、接觸關(guān)系及組合特征，結(jié)合其它測井解釋結(jié)論將地層剖面劃分為有

限個測井相，并用巖心資料加以驗證，從而建立用測井資料描述地層沉積相的模式。

目前沉積相分析最常用的測井曲線是自然電位和自然伽瑪，有時也配合電阻率

（i般用微電極）曲線。

測井相研究步驟

第一步：選擇關(guān)鍵井

關(guān)鍵井應(yīng)具備具備以下條件：

?取心資料和齊全的分析化驗資料；

?測井條件良好；

?裸眼測井資料齊全：

?地層測試、生產(chǎn)測井資料豐富

第二步：建立測井相圖版

對關(guān)鍵井，首先在巖心觀察與描述的基礎(chǔ)上，結(jié)合分析化驗及測井資料進行單

井相分析，劃分亞相、微相、編制單井相分析綜合柱狀圖。

在此基礎(chǔ)上對各微相測井曲線的特征進行比較，找出它們之間的關(guān)系，編制微

相一測井曲線圖版。

第三步：建立單井測相和對比剖面

以測井相模板為基礎(chǔ)，結(jié)合其它地質(zhì)研究，建立單井測井相，開展地層對比研

究，尤其是主干剖面的沉積微相對比分析，建立對比剖面，為編制沉積（微）相打

下基礎(chǔ)。

地震相分析

沉積環(huán)境傳統(tǒng)上是通過研究巖心或露頭研究的，但在廣大的無巖心或露頭的地

區(qū)，利用地震剖面上的反射特征來識別沉積相，預(yù)測有利相帶在國內(nèi)外已經(jīng)取得了

良好的效果C

地震相就是不同沉積體系的各級界面、巖性及幾何特征在地震剖面上的綜合表

現(xiàn)（于興河,2002）o地震相分析就是“根據(jù)地震資料解釋