《碎屑巖油氣儲層沉積學》

培訓教案

授課人：那皆恭

石油地質科學院油田研究所

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

發的研究重點。然而，不同地質條件下油氣儲層的外部形體（構形）與其內部屬性

的分布規律則主要受其形成的環境和條件的制約，即不同沉積體系所形成的油氣儲

層具有不同的展布規律和非均質性，這就需要從沉積學的角度來分析不同儲層形成

的地質作用和沉積環境；而成巖作用則對儲層的內部具有明顯的影響。正可謂影響

油氣儲層非均質的三大因素”構造演化的階段性、沉積環境的多樣性以及成巖作用

的復雜性”決定著油氣儲層的綜合特性，這一基本地學知識和理論為儲層沉積學的

形成奠定了堅實的基礎。

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

沉積巖石學中沉積巖的形成作用中的基礎理論部分擴大和發展起來的。而儲層沉積

學又是以實用角度從沉積學中派生出來的一個分支，第十三屆國際沉積學大會

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

開發的關系十分密切，其在闡明生、儲、蓋層的形成和分布規律等方面具有重要指

導作用。沉積學和儲層沉積學的基本涵義及主要研究內容是：

1.沉積學是研究沉積物（巖）和沉積作用的科學。包括研究未曾成巖和已經成

巖的天然沉積物（巖），以及它們在自然環境中沉積作用的過程和機理

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

學密切相關，與物理學、化學、海洋學、氣象學、水文學和土壤學等也有重要聯系。

由于有關學科的相互交叉和滲透，以及新技術和新方法的應用，通過對沉積物的研

究（陸上和水下）和實驗模擬，逐漸使沉積學成為一門獨立的學科。隨著礦產資源,

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

積學從以理論研究為主，逐漸成為一門具有較強應用基礎性質的學科。

2.儲層沉積學是研究油氣儲層沉積物（巖）和沉積作用的科學。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

構、構造等）的一門科學，是沉積理論與油氣勘探開發實踐密切結合的結果,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、沉

積學心以及巖相古地理學深化對各類油氣儲層形成的研究，可以為油氣勘探開發提

供更多科學依據，因此，儲層沉積學的形成和發展有關重要的實際意義。

二、幾個相關概念

沉積巖石學(SedimentaryPetrology)：研窕沉積巖(物)的物質成分、結構構

造、分類及其形成作用，以及沉積環境和分布規律的一門科學。

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

(G.M.Friedman&J.L.Sanders,1978)。

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

作用的科學。它是應用各種資料研究和解釋油氣儲集體所形成的沉積環境、作用及

其形成機制，分析與確定儲層的地質信息，提高油氣勘探與開發的一門綜合性科學。

即是綜合利用地質、地震、測井、試井等資料和各種儲層測試手段，以沉積學原理

為指導，以油氣儲層為研究對象，以分析和預測油氣儲層不同層次的非均質特征為

內容，以提高油田勘探與開發的效果為目的的綜合性學科。

三者的關系是沉積學是由沉積巖石學中沉積巖的形成作用中的基礎理論部分擴

大和發展起來的，而儲層沉積學又是以實用角度從沉積學中派生出來的一個分支，

是沉積學理論與油氣勘探開發實踐密切結合的結果。

油藏描述(ReservoirDescription):以沉積學、構造地質學和石油地質學為理

論指導，用地質、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測。

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

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

滲、飽及電性的非均質忤：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型(Architecture)格架，即：具有上述兩大信息的儲層地質模

型。

儲層沉積學是油藏描述和儲層表征的核心內容或基礎，它是以沉積特征研究為

中心，以地質和地球物理資料的使用與解釋為手段，應用各種方法技術進行綜合分

析研究，以解決儲層的各向異性和非均質性為目的，最終建立儲層的各種地質模型。

通過現代沉積調查與古代露義研究建立的定量地質知識庫，來推斷或估算地下

同類儲層的空間展布范圍，是比較沉積學的深層次發展。

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，該實驗仍是沉積學中一個重要的基礎試驗手段。

7.沉積微相導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分析的基礎，更是油區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

地質響應為理論，二者的緊密結合，可以更有效地發揮儲層沉積學的作用。

（二）儲層沉積學研究的技術路線

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

區域層序變平面相分析

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

（-）與沉積相研究有關的幾個概念

沉積環境（Sedimentaryordepositionalenvironment）：按塞利

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

鄰地區的一塊地球表面”，即沉積環境本質上是個地貌上的概念。

沉積相（Sedimentaryordepositionalfacies）；當前國內外多數人的認識是

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

物質表現”。所以“相”應是能表明沉積條件的巖性特征和古生物特征的規律綜合。

沉積相模式（Sedimentaryfaciesmodel）是對沉積環境、沉積作用及其結果

（沉積相）三者相互聯系的揭示和描述，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作用；

c.在新區起到預測作用；

d.在水動力解釋中起到基礎作用。

（-）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、外前緣席狀砂

前三角洲（儲層砂體一般不發育）

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境，恢復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“現實主義”原則，也就是我們通常所說的“將

今論古”。根據該原則，沉積相分析方法有以下幾種：

1）根據地表露頭進行相分析；

2）根據鉆井巖心進行相分析；

3）根據測井資料進行相分析；

4）根據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巖石的結構（支撐性、粒度、分選性、磨圓度等）

④沉積巖層的構造［原生的層理和層面構造）

2.古生物、古生態標志

3.沉積地球化學標志

4.沉積巖層的產狀標志：地層厚度、巖體形態、接觸關系及剖面結構、相律、

相模式等

5.地球物理學標志：測井相、地震相

沉積構造的研究

沉積構造是指沉積物沉積時，或沉積后，由于物理作用、化學作用及生物作用

形成的各種構造。在沉積物沉積過程中及沉積物固結成巖之前形成的構造即原生構

造，它是鑒別和劃分沉積相和沉積環境的重要標志，而最有意義的則是同生期形成

的構造，如層理、波痕、侵蝕痕、生物遺跡、干裂、結核等。

層理的研究

層理是沉積物在沉積時期在層內形成的成層構造，它是由沉積物的成分、結構、

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、結構、厚度和產狀上相同的

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

層面構造的研究

主要的層面構造有：

波痕、雨痕、干裂、流痕、泡沫痕及各種印模構造如重荷模、槽模、溝模等。

需要指出的是：根據沉積物中的和標志對沉積環境作出判斷時，應該是既有重

點又要綜合分析，而不能只根據個別標志作出判斷。這是因為：一方面，一個在物

理上、化學上和生物上區別于其他地區的獨立環境，必然在沉枳物的成分、結構構

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

中某些組構特征，并不具有環境專屬性，例如潮坪中的透鏡狀、波狀層理，在湖岸

環境中也能出現。粒序層理可以在濁流、風暴流、三角洲、決口扇等的沉積物中出

現，如果只抓個別標志，就會出現錯誤。

粒度分析資料在沉積環境判斷上的應用

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）粒度參數離散圖

（3）帕塞加（R.Passega）CM圖

（4）薩胡（Sahu）等的環境判別公式

其中最常用的是（1）、（3）兩種

相層序（剖面結構）分析

相層序又稱動態相模式，它是在成因上有聯系的沉積相在縱向（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。

根據環境變遷，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

在剖面結構的中應當注意：

任何模式都是經過概括和精煉的，而實際中的剖面則是千變萬化的。對于實際

研究中的剖面，可以通過觀察和總結，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

積相識別的基礎手段之一，也是進行小層（油藏）對比的最基本、最直接的依據。

基本原理：從一組能反映地層特征的測井響應中，提取測井曲線特征，包括幅

度大小、形態、接觸關系及組合特征，結合其它測井解釋結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：選擇關鍵井

關鍵井應具備具備以下條件：

?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、生產測井資料豐富

第二步：建立測井相圖版

對關鍵井，首先在巖心觀察與描述的基礎上，結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。

在此基礎上對各微相測井曲線的特征進行比較，找出它們之間的關系，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，結合其它地質研究，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。

地震相分析

沉積環境傳統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，利用地震剖面上的反射特征來識別沉積相，預測有利相帶在國內外已經取得了

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（于興河,2002）o地震相分析就是“根據地震資料解釋