碎屑岩

碎屑岩岩石机械风化后形成的岩石碎屑和矿物碎屑，经搬运、沉积、压实、胶结而成的岩石，称为碎屑岩。

基本简介碎屑岩是由于机械破碎的岩石残余物，经过搬运、沉积、压实、胶结，最后形成的新岩石。

又称陆源碎屑岩。

碎屑岩中碎屑含量达50%以上，除此之外，还含有基质与胶结物。

基质和胶结物胶结了碎屑，形成碎屑结构。

按碎屑颗粒大小可分为砾岩、砂岩、粉砂岩等。

碎屑岩按物质来源分类按物质来源可分为陆源碎屑岩和火山碎屑岩两类。

火山碎屑岩按碎屑粒径又分为集块岩（>64毫米）、火山角砾岩（ 64～2毫米）和凝灰岩（256毫米)、粗砾岩（256～64毫米）、中砾岩（64～4毫米）、细砾岩（4～2毫米）。

砂岩按砂粒大小可细分为巨粒砂岩（2～1毫米），粗粒砂岩（1～0.5毫米）、中粒砂岩（0.5～0.25毫米）、细粒砂岩（0.25～0.1毫米）、微粒砂岩（ 0.1～0.0625毫米）。

粉砂岩按粒度可分为粗粉砂岩（ 0.0625 ～0.0312毫米），细粉砂岩（ 0.0312～0.0039毫米）。

碎屑岩主要由碎屑物质和胶结物质两部分组成。

碎屑物碎屑岩碎屑物质又可分为岩屑和矿物碎屑两类。

岩屑成分复杂，各类岩石都有。

矿物碎屑主要是石英、长石、云母和少量的重矿物。

胶结物主要是化学沉积形成的矿物，它们充填在碎屑之间起胶结作用，主要有硅质矿物、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物、磷酸盐矿物及硅酸盐矿物。

碎屑岩的孔隙是储存地下水及油、气的对象，研究碎屑岩对寻找地下水及油气矿床有实际意义。

矿物成分碎屑岩的矿物成分以石英和长石为主，它们对储层物性的影响不同。

一般说来，石英砂岩比长石砂岩储集物性好。

碎屑岩成分原因一长石的亲水性和亲油性比石英强，当被油或水润湿时，长石表面所形成的液体薄膜比石英表面厚，在一般情况下这些液体薄膜不能移动。

这样，它在一定程度上减少了孔隙的流动截面积，导致渗透率变小。

原因二长石和石英的抗风化能力不同。

石英抗风化能力强，颗粒表面光滑，油气容易通过；长石不耐风化，颗粒表面常有次生高岭土和绢云母，它们一方面对油气有吸附作用，另一方面吸水膨胀堵塞原来的孔隙和喉道。

因此，长石砂岩比石英砂岩储集物性差。

以上所说的是在一般情况下长石碎屑对碎屑岩储层物性的影响，但切不可简单地认为凡是长石砂岩的物性都不如石英砂岩。

在实际工作中，应结合我国陆相盆地的沉积特征进行具体分析。

实际上，中国某些油田长石-石英砂岩或长石砂岩的储集物性是相当好的，甚至比海相石英砂岩还好，这主要是因为长石未经较深的风化所致。

矿石结构碎屑岩沉积时所形成的粒间孔隙的大小、形态和发育程度主要受碎屑岩的结构（粒径、分选、磨圆和填集程度等）的影响。

碎屑岩结构理想球体紧密排列的端元形式有两种：a表示立方体排列，堆积最疏松，孔隙度最大，其理论孔隙度为47.6%，孔径大，渗透率也大。

b表示菱面体排列。

排列最紧密，孔隙度小，其理论孔隙度为25.9%，孔径小，渗透率低。

所以理论上的孔隙度介于46.7%-25.9%之间。

这种理想情况在自然界是不存在的。

自然界的实际情况比这种理想情况要复杂得多。

大量资料研究表明：碎屑岩储层储集物性不仅与粒径有关，而且与岩石颗粒的分选程度也有很大的关系。

一般来说，细粒碎屑磨圆度差，呈棱角状，颗粒支撑时比较松散，它比圆度好的较粗的砂质沉积可能有更大的孔隙度。

然而，细粒沉积物中孔喉小，毛细管压力大，流体渗滤的阻力大，因此细粒沉积物的渗透率比粗粒的小。

表示了分选系数一定时渗透率的对数值与粒度中值成线性关系，粒度愈大，渗透率愈高。

在粒度相近的情况下，分选差的碎屑岩，因细小的碎屑充填了颗粒间孔隙和喉道，不仅降低了孔隙度，而且也降低了渗透率。

表示了粒度中值一定时，渗透率的对数和分选系数（So）呈近似的线性关系，从分选好至中等时，渗透率下降很快；分选差时，渗透率下降就缓慢了。

影响因素压实作用和压溶作用压实作用和压溶作用是碎屑岩储层的孔隙度和渗透率衰减的主要因素。

所谓压实作用就是通过岩石的脱水脱气，岩石孔隙度变小，变得致密。

压实作用是通过颗粒的下沉，颗粒之间距离变小，沉积物体积收缩而进行的。

压实作用主要发生在成岩作用的早期，3000m以上压实作用的效果和特征明显。

从成岩作用现象上来讲，压实作用不仅可以造成泥岩和页岩岩屑等的假杂基化，火山岩岩屑等软颗粒的塑性变形，还可以造成石英和长石等刚性颗粒的破裂和粒间接触程度的提高。

压实作用使砂岩储层的孔隙度迅速减小，但不同类型的砂岩，其孔隙度衰减的速率不同。

如粘土杂基含量高的砂岩，其孔隙度衰减速率大，而纯净砂岩的孔隙度衰减速率小。

压溶作用是指发生在颗粒接触点上，即压力传递点上有明显的溶解作用，造成颗粒间互相嵌入的凹凸接触和缝合线接触。

由于碎屑颗粒在压力作用下溶解，使得Si、Al、Na、K等造岩元素转入溶液，引起物质再分配，造成在低压处石英和长石颗粒的次生加大和胶结。

据费希特鲍尔对含油区砂岩的研究，石英在500-1000m埋深就开始次生加大，并随着埋深的增加，次生加大的石英颗粒增多石英次生加大对岩石孔隙度有可观的影响，有时可以占满全部孔隙。

碎屑岩影响因素胶结作用胶结作用是砂岩中碎屑颗粒相互联接的过程。

松散的碎屑沉积物通过胶结作用变成固结的岩石。

胶结作用是使储层物性变差的重要因素。

碎屑岩胶结物的成分是多种多样的，有泥质、钙质、硅质、铁质、石膏质等。

一般说来，泥质、钙-泥质胶结的岩石较疏松，储油物性较好，纯钙质、硅质、硅-铁质或铁质胶结的岩石致密，储油物性较差。

据松辽盆地储集层钙质含量的统计资料，一般当钙质含量大于5%时，其储油物性明显下降。

不同的粘土矿物对岩石孔隙度和渗透率的影响也是不同的。

在埋藏初期，从富含粘土质的孔隙水中可以沉淀出高岭石、绿泥石或伊利石形成碎屑颗粒周围的粘土膜，或充填孔隙。

高岭石除了直接从孔隙水中沉淀外，还可以通过长石和云母的风化，形成自生高岭石，这种作用在颗粒边缘或顺着解理缝首先发生。

在酸性孔隙水中长石更易高岭石化。

这种自生的粘土矿物填塞孔隙，降低了岩石的孔隙度。

由扫描电镜揭示，围绕颗粒边缘生长的伊利石是从孔隙的喉道部位向孔隙中央发展的，而高岭石往往充填在孔隙中，因此伊利石的生成对孔隙度的影响虽小，但对渗透率的影响很大，高岭石在降低岩石渗透率方面的作用比伊利石小得多。

碎屑岩溶解作用在地下深处由于孔隙水成分的改变，导致长石、火山岩屑、碳酸盐岩屑和方解石、硫酸盐等胶结物的大量溶解，形成次生溶蚀孔隙，使储层孔隙度增大。

这种次生溶蚀孔隙对改善储层物性的重要性近来受到愈来愈多的重视。

影响溶解作用的因素很多，如沉积时具有较粗的粒度，孔隙-渗透性好的碎屑岩；砂岩中含可溶性物质较多；地下水呈酸性而且具有一定流动速度等都有利于次生孔隙形成。

其中尤以酸性水的形成最为重要。

对地下酸性水的形成条件，近来提出许多新见解。

Schmidt（1979）认为：干酷根热演化早期释放出大量CO，是形成酸性水的重要2原因，这种成油期前形成的酸性水溶蚀作用所造成的次生孔隙带特别有利于油气聚集。

Curtis（1983）则认为：有机酸和无机质反应是形成次生孔隙的理想机理。

据研究，在80-120℃时，地下水富含短链有机酸，能大大提高对高岭石的溶解度，其中二元酸（如草酸）含量达到一定浓度时，使铝的溶解度提高3个数量级。

而Ⅲ型干酪根热演化过程中释放出的羧基约有40%是以草酸形式出现的。

先于油、气（热成因）形成的羧基释放出有利于在相邻砂岩孔喉中清除碳酸盐、硫酸盐和，从而提高砂岩储集性。

此外，在较高温度下，碳酸盐矿物之间硅铝酸盐的CO2；硫酸盐在脱硫菌和有机质参与下能生成H2S也有利的无机反应，亦能生成CO2于提高硫酸盐的溶解能力。

但是必须指出，酸性水溶解的物质只有在不断被带走的条件下，才能使溶蚀作用朝有利于形成次生孔隙方向发展。

否则，随着溶质增加，溶蚀作用就会减弱，在达到过饱和时还可以再沉淀，堵塞孔隙。

碎屑岩勘探现状中国油田在巩固和扩大碳酸盐岩油气藏勘探成果的同时，不断加大碎屑岩勘探力度，特别是在塔北隆起志留系获得突破后，碎屑岩勘探已成为油田的重点勘探目标。

从1992年早期深层碎屑岩开发至今，16年来，油田对碎屑岩的认识和圈闭落实已经形成从无到精的发展，建立了从当初的零起点到现在海相碎屑岩勘探的丰硕成果，形成了东河塘、塔中4、塔中16、哈得逊、吉拉克、英买34－35井区等主力油田。

2007年，在油田30%的探明石油地质储量中，碎屑岩储层原油产量就占到了60%。

近几年，在有序推进塔中、塔北区域碎屑岩的勘探中虽未取得突破，但地质认识得到提升，勘探主攻领和目标更加明确。

随着油田“三大阵地战”的展开，油田在塔北地区石炭系、志留系及中新生界碎屑岩有了新发现。

英买34、35井区新增探明石油地质储量1104万吨，哈6新增预测石油地质储量2256.97万吨。

同时，通过对中古31井区的塔中6、塔中103、塔中101、中古31、塔中243等井在石炭系含砾砂岩段精细对比图研究分析，拓展不同期次东河砂岩的分布与叠置关系研究，细化海相碎屑盐岩研究，勾画出石炭系、志留系、奥陶系几个不同类型圈闭寻找方向。

找到与断裂相关的“凹中隆”是台盆区碎屑岩勘探最有利的突破点后，坚定了油田科研人员加大勘探力度，寻找战略接替区的信心。

科研人员从加强层序地层学的研究与应用、加强高分辨率地震采集处理解释攻关、加强储层预测与圈闭描述技术的应用三个方面对台盆区碎屑岩展开主攻。

在对东河砂岩古地貌进行分析后认为，构造演化研究和古地貌形态的精细刻画，为沉积相的研究和有利砂体分布范围的预测提供了指导。

确定草湖凹陷周缘为相对独立沉积区，与满加尔凹陷有古梁分割，推测古梁区存在东河砂岩，向南进入海盆，相变为下泥岩段。

同时，围绕富油气凹陷确定了3个前陆区碎屑盐岩有利区带：焉耆盆地侏罗系、塔西南山前中新统、古近系、白垩系和塔东南若羌构造带侏罗系。

中国油田在今年勘探部署中，确定积极发展塔北，并针对碎屑岩勘探专门进行了安排，主要是通过开展精细勘探研究，加强评价，积极探索，力争获得油气勘探持续突破。

油田力争在三至五年内，台盆区碎屑岩和新区新领域油气勘探目标要发现1至2个战略性接替领域，为实现2020年油气产量当量突破5000万吨奠定坚实的资源基础。

碎屑岩勘探数据储集层的孔隙类型原生孔隙是指在沉积时期或在成岩过程中形成的孔隙。

原生孔隙主要是粒间孔隙。

所谓粒间孔隙是指碎屑颗粒支撑的碎屑岩，在碎屑颗粒之间未被杂基充填，胶结物含量少而留下的原始孔隙。

粒间孔隙在砂岩储层中最普遍，分布比较稳定。

具粒间孔隙的砂岩储集层其孔隙度为5%-40%，后者几乎是未固结的松散砂层。

原生孔隙------碎屑岩次生孔隙尽管早在1934年，Natting就已发现砂岩中的次生孔隙，但是在相当长时间内，大多数油气地质学家仍将原生粒间孔隙作为砂岩的主要储集空间类型。