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文章编号1001 - 6112200406 - 0517 - 08 碎屑岩系的八大沉积作用与其油气储层表征 于兴河,陈永峤 中国地质大学,北京 100083 摘要无论是油气田的勘探还是开发都离不开对储层的综合评价、 建模及预测。碎屑岩储层的研究,又离不开对沉积微相的分析, 可以说都是在相控基础上的评价、 建模及预测。尤其是在油气田的开发中,对老油田的挖潜和提高采收率,均涉及到影响剩余油的 分布或和注入剂波及系数的储层非均质性。然而,造成所有这一切结果的根本因素是形成沉积砂体的成因机制 即沉积作用 或方式。在前人的基础上,系统分析并总结了形成碎屑岩储层的八大沉积作用“垂、 前、 侧、 漫、 筛、 选、 填、 浊” 与其所形成砂体的 沉积特征、 储层特征、 构形及地球物理响应关系,并对各自形成的地质条件进行了探讨,意在全面更好地表征它们的地质、 地球物理 及储层特征,为理解和研究碎屑岩储层的非均质性及剩余油的分布等提供成因机制分析的依据。 关键词采收率;剩余油;非均质性;砂体空间叠置形式;储层表征;沉积作用 中图分类号TE121. 3 文献标识码A 随着全球油气勘探与开发的不断深入,油气储 层的评价、 建模及预测显得越来越重要。然而,目前 国内外对储层的研究主要是从高分辨率层序地层格 架与沉积相的展布来进行定性分析,然后再结合各 种沉积微相的基本属性或特征进行定量模拟或建 模,即相控建模,先建储层的骨架型,再建其属性模 型或非均质性模型,可以说这业已成为现今油气储 层评价与预测的主要技术思路与方法体系。但是层 序与沉积微相的划分主要是依据其地质标志沉 积构造、 粒度、 岩性与电性等和垂向沉积韵律或旋 回特征,并结合研究人员的知识与头脑中的模式,这 就造成了研究的结果因人而异和操作性不强。为了 避免这种现象,对储层特征及其非均质性的研究更 应从其成因机制 沉积作用来考虑。早在1985 年,裘怿楠先生就提出了沉积方式或作用与储层 非均质性响应的观点[1],即不同的沉积微相是由不 同的沉积作用在一定的环境条件下的产物,不同沉 积作用下形成的沉积砂体具有不同的储层非均质性 响应[1～4]。为此,在进行储层或砂体的预测评价中, 应更多地考虑形成各种沉积砂体和沉积微相的沉积 作用。这就是地学研究应遵循其规律和特色 分 类准则 1 体现研究目的 ;2 反映成因机制 ;3 表征 事物属性几何特性和物理特性 ;4拥有可操作性 即界定识别标志 ;5具备推广价值[5]。 在油气勘探难度日益加大与对老油区挖潜及提 高油气采收率任务与日俱增的今天,油气储层的科学 表征就显得尤为重要。随着我国油田注水开发技术 的不断提高和各种三次采油提高采收率技术的实践, 构成储层层内非均质性的内容 影响剩余油分布 及注入剂厚度波及系数的储层地质因素,愈来愈被石 油地质学家所关注和认识。裘怿楠[1]、Miall[6]、 于兴 河[3 ,7～9]、 郑浚茂[4]等在这方面做了大量的工作,尤其 是在砂体的沉积作用或与层内非均质性的关系方面, 取得了一些有益的认识。本文正是在前人的基础上, 结合多年对碎屑岩储层的研究,系统分析并总结了形 成碎屑岩系储层的八大沉积作用与其所形成砂体的 沉积特征、 非均质性、 储层特征、 构形及地球物理响应 等的对应关系,力图从不同碎屑岩储层可能出现的沉 积作用入手,认识碎屑岩储层的非均质性、 构形特征 及影响剩余油分布的因素。 1 储层表征的概念 储层表征是指定量确定储层的性质、 识别地质 信息及空间变化的过程[10]。这里所指的地质信息 geological ination ,笔者认为包含2个方面的 内容 1 储层的几何特性geometry ,即储层在空间 上的外观形体特征 三度空间上岩性的变化特征 收稿日期2004 - 02 - 27 ;修订日期2004 - 09 - 07. 基金项目国家自然科学基金40242015 . 作者简介于兴河1958 , 男汉族 , 湖北襄樊人,教授、 博士生导师,主要从事油气储层沉积学及建模技术的研究与教学. 第 26卷第6期 2004年12月 石 油 实 验 地 质 PETROLEUM GEOLOG Y 2储 层的物理特性property ,主要是指某一储集体内 部物理特征的不均一性 非均质性heterogenei2 ty 。前者的核心主要是研究储层的沉积微相及其 在空间上的展布;而后者则重点分析其内部物性,尤 其是孔、 渗、 饱在储层内部、 层间及平面上的分布特 点。而控制和影响储层这两大特性的关键,首先是 制约其形成的沉积作用,其次是成岩作用,即沉积格 局或沉积作用的多样性与成岩作用的复杂性。 因此,储层表征的目的是提供一个储层构形格 架,即具有上述两大信息的储层地质模型。从某种 意义上讲,储层地质模型是决定油藏或储层模拟结 果的主要因素。 具体而言,储层表征是依据沉积作用或沉积成 因把储层分成若干个不同层次或尺度scale的单 元,如砂层、 构形要素单元或成因单元,确定与这些 单元有关的全部物性值“四性” 岩性、 物性、 含 油性及电性 , 进而建立储层地质模型,研究范围几 乎包括了储层特征的各个方面,如地质特征、 砂体几 何形态和空间展布规律、 泥质夹层的频率及大小、 物 性空间分布的可变性、 模拟参数的确定和流体运动 等方面。其主要内容是确定储层两大特性 非均 质性和各向异性的空间分布,为最大限度提高勘探 效率与采收率服务。 2 八大沉积作用与其储层表征 沉积作用是形成各种沉积环境的主要成因机 理,本文所指的沉积作用是单个成因单元砂体或 某种沉积微相形成时的沉积方式,它是研究储层非 均质性的重要基础和内容,尤其是层内非均质性,这 是由于不同的沉积作用具有不同的非均质性响应关 系。为此,在前人的基础上[1],将碎屑岩的沉积作用 归纳为8个字,即垂、 前、 侧、 漫、 筛、 选、 填、 浊。 2. 1 垂向加积 Vertical Accretion 广义的垂向加积是指在整个沉积过程中,沉积 表面的地形特征只是直接向上延展而不发生任何侧 向移动[11]图1 ,因而它包括机械搬运过程中的床 沙载荷和悬移载荷2种搬运方式。就砂质沉积而 言,主要是指沉积物以底负载方式搬运,当沉积物的 重量超过流水携带能力时,开始发生沉积并形成沉 积物的垂向增长。这种作用的主要结果是形成辫状 河砂体 心滩沉积,沉积物的垂向堆积称之为垂 向加积。 在垂向加积的过程中,由于不同期次洪泛能量 不同,因而携带的沉积物粒度也大小各异,这就表现 出垂向上的粒度粗细差异,而且无一定规律可循。 故其沉积特点是以粗粒沉积为主表1 ,说明本文 中的含砂率是指砂岩厚度/地层厚度,其中砂岩不含 粉砂;这是由于粉砂不能反映沉积格局,但可作为储 层。因此,砂岩密度砂岩厚度/地层厚度,此时的 砂岩则含粉砂,主要是用于反映砂体的连通程度 ; 垂向上多为无规律的不明显正韵律和突变正韵律结 构,沉积构造以槽状和高角度下截型板状交错层理 为主表 2 。内部不易沉积和保存泥质夹层,但当 河道废弃时或贫水期,也可充填悬移质沉积的泥质 夹层,即落淤泥,其侧向分布一般不超过一个河谷的 宽度,连续性很差。其砂体在空间上的叠置形式为 典型的透镜状或宽带状多层式,即反映出河道的迁 移与分叉不易发生,主要表现出频繁摆动的特征,其 沉积速率具有快而变化大的特点。 2. 2 前积或进积作用 Progradation 广义的前积作用,是指碎屑物于一定环境下不 断向前加积,故也称顺流加积downstream accre2 tion。通常文献和教科书中的前积 ,主要是指河流 所携带的沉积物在遇到地形突然开阔、 坡度变陡时, 所形成的顺流向沉积作用,即沉积物在地形开阔和 坡度增加的部位,开始卸载并逐渐向前推进或堆积 的过程图 1 。它多见于三角洲环境,是形成各种 三角洲沉积体系砂体的主要沉积作用。其它环境也 可发育,如辫状河心滩的前端部位等环境[11],均可 出现前积或顺流加积作用。 1985年Miall在研究河流砂体的空间特征时, 首次提出了构形architecture的概念[11],并划分出 河流的8种构形要素,其中之一就是前积大型底形 FM foreset macros ,然而 ,到1988年他 在AAPG上发表河流砂岩储层非均质性一文中,则 将FM改成了DA downstream accreting macro2 s ,即顺流加积大型底形,而在图上并没有改 动。这足以说明前积与顺流加积的内涵有所差别, 前者多指三角洲形成的沉积作用,但后者的外延则 更为广泛。 这种作用的沉积特点是,常常形成具有向上变 粗的反韵律结构特征的前积层foreset ;沉积构造 以下切型板状交错层理为主,可见流水或浪成小型 沙纹交错层理。其垂向沉积序列的代表为三角洲前 缘的河口坝层序。粒度下细上粗,渗透率下小上大, 多呈现出有规律的向上变化,其孔、 渗的相应关系也 为反韵律,是油气田注水开发的良好储集砂层表 1 。 815 石 油 实 验 地 质 第26卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图1 碎屑岩八大沉积作用储层响应的三维构形与非均质特征 Fig. 1 The 3D architecture and heterogeneity of reservoir response dominated by 8 major depositional processes of clastic rocks 夹层一般出现于砂体的中下部,其侧向连续性较好, 往上出现的频率急剧减少;无底层积伴生时,一般泥 质夹层不发育。该沉积作用形成的砂体在测井曲线 上表现为倒钟形或漏斗形。其砂体在空间上的叠置 形式表明,横向上为多边合并式,而纵向上为梯状延 展式。 2. 3 侧向加积Lateral Accretion 广义的侧向加积是指沉积物堆积于一个斜坡地 貌上,而整个加积过程中并不改变斜坡的地形特征, 只引起沉积物向下坡方向进行侧向移动或堆积[11]。 915 第6期 于兴河 等碎屑岩系的八大沉积作用与其油气储层表征 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 025 石 油 实 验 地 质 第26卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表2 板状交错层理的分类 Table 2 Classification of planar2tabular cross beddings 层系的多少 纹层与层系 的交角 纹层与层系 的接触关系 成因解释 作用产物 单组 高角度 15 下切型顺流加积纵向坝 下截型垂积横向坝 低角度 15 下切型侧积或前积斜列坝或河口坝 下截型垂积横向坝 低角度 1到 ≤1的逐渐减弱过程。垂向上通常为 多个中 小正韵律的叠加,其非均质程度可大、 可 小,多数情况下为中等偏弱的非均质特征,孔、 渗对 应关系一般,无明显的最高渗透率段,其代表为偏正 的复合韵律非均质性。测井上为多个高幅度的锯齿 状钟形或箱形叠加。此类储层的最大特点是多层系 与多韵律的叠加,砂体在空间的叠置形式以垒状多 层式为主,当为多期沉积时,可以形成很厚的储 集体。 3 讨论 长期以来,人们对沉积过程与沉积作用并没有 明显的界定,尽管英文中只有一个词process ,但在 汉语中则存在着明显的差异。 “过程” 是指事物进行 或发展所经历的程序,而 “作用” 则是指对事物产生 影响的活动[15]。前者强调的是一段时间内事物的 变化与发展,而后者强调的是产生影响的活动方式。 因此沉积过程与沉积作用有着明显的不同。前者在 某种程度上控制着沉积作用,而不同的沉积作用组 合则反映出沉积过程的变化及其规律。 沉积过程是指沉积物或地层对于盆地岸线或水 平面的进退在剖面与平面上的表现形式,就层序地 层学而论,沉积过程是指准层序组在空间上的表现 形式,因此,它主要反映地层的叠置形式;而沉积作 用则是指沉积物沉积中的加积方式,即控制粒度在 垂向上变化的加积方式或地层中沉积砂体的叠置方 式。因此,沉积过程主要受沉积速率Rd与盆地的 沉降速率Rs之间相互作用的制约;由于不同的沉 积环境形成于不同的构造背景之下,因而,不同的沉 积作用也受制于其构造沉积环境下沉积过程的变 化,即沉积过程Rd/Rs与A/ S的关系,以及沉积物 的搬运方式共同决定着沉积作用表3 ,这就说明 沉积过程是比沉积作用更高一级的层次规模。就油 气储层而论,沉积过程与沉积作用共同控制着储集 砂体的各向异性;但其砂体内的非均质性则与沉积 作用通常有着良好的响应关系。 4 结论 1 碎屑岩的8种沉积作用是决定层内非均质性 的根本因素,而制约不同沉积作用的因素是盆地不 同沉积速率与沉降速率的相对关系,即3种基本的 225 石 油 实 验 地 质 第26卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表3 准层序组与沉积作用形成的 主要地质条件与相互响应 Table 3 Main geological conditions and each other response of parasequence and depositional process ation 准层序组Rd/RsA/ S搬运方式沉积作用 进积 1 1底负载前积 ≤1悬浮负载漫积 加积 1 ≈1底负载筛积 1底负载选积 ≈1底负载垂积 退积 1 ≥1混合负载侧积 ≥1悬浮负载填积 ∞悬浮负载浊积 沉积过程层序地层称准层序组 进积、 退积及加 积。因而沉积盆中的各种碎屑沉积是由3种沉积过 程与8种沉积作用在不同的构造背景下,制约着沉 积物在横向上以不同方式相互交叉,纵向上进、 退与 加积变化以及垂向上的交叉叠置。 2 沉积储层的划分与对比,应以成因机制分析 和属性表征为主要依据;而储层表征的核心体现在 2个层次上,一是三维空间的构形,即骨架模型;二 是内部物性特征分布,即属性模型。 3 碎屑岩不同沉积作用的非均质性响应表现 在垂积 无规则非均质性;前积 明显的反韵 律非均质性;侧积 强烈的正韵律非均质性;漫 积 似均质层;筛积 出现 “贼层” 的严重非均 质性;选积 反韵律非均质性;填积 较弱的正 韵律非均质性;浊积 复合非均质性。 4 在一定的沉积过程中,通常不同沉积作用具 有一定的构形响应垂积 透镜状或宽带状多层 式;前积 横向为多边合并式,纵向多为梯状延展 式;侧积 单边或多边式;漫积 透镜状与席状 交叉式;筛积 多层式向多边式的过渡;选积 层状延展式;填积 透镜状孤立式或多边分叉式; 浊积 垒状多层式。 参考文献 1 裘怿楠,许仕策,肖敬修.沉积方式与碎屑岩储层的层内非均质性 [J ].石油勘探与开发,1985 ,122 72～74 2 裘怿楠.储层沉积学研究工作流程[J ].石油勘探与开发,1990 ,17 1 85～90 3 于兴河,李剑峰.油气储层研究所面临的挑战与新动向[J ].地学 前缘,1995 ,23～4 213～219 4 郑浚茂,于兴河,谢承强等.不同沉积环境储层的层内非均质性 [J ].现代地质,1995 ,94 501～508 5 于兴河.地学研究的思维方法、 过程、 特点及目标[J ].学位与研究 生教育,1998 ,803 17～19 6 Miall A D. 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Am2 sterdam Elsevier Pub ,1962. 168 15 中国社会科学院语言研究所词典编辑室编.现代汉语词典[ M]. 第2版.北京商务印书馆,1983. 427 EIGHT MAJOR DEPOSITIONAL PROCESSES OF CLASTIC ROCKS AND THEIR PETROLEUM RESERVOIR CHARACTERIZATION YU Xing2he ,CHEN Yong2qiao China University of Geosciences , Beijing100083, China Abstract Comprehensive uation , modeling and prediction of petroleum reservoir are always concerned in the oil2and2gas field exploration and development. Moreover , study of reservoir characteristics is related to analysis of depositional facies or microfacies . It revolves occurrence of residual petroleum and sweep efficiency or conance factor of injectant to find new reservoirs and enhance oil recovery during the 325 第6期 于兴河 等碎屑岩系的八大沉积作用与其油气储层表征 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. stage of reservoir management and development in maturing oil fields , and this is related to the study on reservoirs heterogeneity. The fundamental reason of all these results is the mechanisms ing deposi2 tional sandbody2depositional processes. The relationship between depositional process and response of res2 ervoir heterogeneity is for the geologists and petroleum engineers to resolve. Based on the previous re2 search , 8 major depositional processes vertical accretion , progradation , lateral accretion , overbank accre2 tion , sieve accretion , winnowing accretion , channel filling , and turbidity deposition have been defined and the sedimentary features , reservoir characteristics , architecture , log and seismic responsibility of the sediments ed mainly by these depositional processes have been described in detail , in order to get a better understanding of reservoir heterogeneity and occurrences of residual petroleum on clastic rocks and to provide basis for analyzing genetic mechanism. Key words sweep efficiency ; residual oil ; heterogeneity ; spatial stacking pattern of sandbody ; reservoir characterization ; depositional processes continued f rom page516 crust. The petroliferous basins in the Qinghai2Tibet Plateau can be divided into three basic types as the marine compound basin , the superposed basin of marine and continent and the continental overlapped basin etc. These basins have some notable features such as high geothermal field , low ation pressure , tight reservoirs , deep oxidized hydrocarbon boundaries and so on , which were resulted from impressions brought about the re2combinations and overriding of multiple petroliferous strata , the reconstruction of multiple structural movements and the activities of hot magma. Key words structural knot ; convergence boundary; shear system ; sutured belt ; block ; petroliferous ba2 sin ; plate structure ; the Tethys in the Qinghai2Tibet Plateau 石油实验地质 影响因子大幅提升 据中国科学技术信息研究所最新公布的2004年中国科技期刊引证报告,由中石化石油勘探开发研究院 主办、 无锡实验地质研究所承办的 石油实验地质 期刊影响因子为0. 741 ,比去年提高了0. 189 ,在全国30 种 “地质科学类” 期刊中列第14位,在1 576种中国科技论文统计源期刊中列第133位;总被引频次为574 , 比去年提高了252 ,在全国30种 “地质科学类” 期刊中列第9位,在1 576种中国科技论文统计源期刊中列第 262位。这表明,该刊的学术地位与学术影响力日益提高,越来越受到我国地学界及广大读者的关注与厚 爱。 中国科技期刊引证报告,是中国科学技术信息研究所受国家科技部的委托,从1987年开始对中国科技 人员在国内外发表的论文数量和被引用情况等进行统计分析,从而评价出期刊的学术水平、 学科地位、 编辑 状况、 交流范围以及读者满意程度。影响因子和总被引频次是两个国际通行的期刊评价指标。通过期刊的 影响因子排序表和总被引频次排序表可确定该期刊在同类期刊中所处的位置,从而对该期刊的学术影响力 和学科地位进行评价和评估,是确定核心期刊的重要指标。 杨建超 425 石 油 实 验 地 质 第26卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.