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3第三章-沉积相

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第三 沉积相
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储层沉积学的研究,可以从沉积成因上认识储层非均质性,是储层研究和描述的基础,是进行其他储层研究和描述工作的依据和出发点,因此是储层研究和描述中至关重要的一步。 储层研究中的沉积相分析必须深入到微相。,第三章 储集层的沉积环境和相特征,储层沉积学研究流程图,碎屑岩储层沉积相描述,一、沉积微相分析 1. 区域沉积相背景 区域沉积相背景不属于开发地质工作的范畴,是储层沉积微相分析前必须收集和了解的内容,主要目的是搞清所描述的储层处在什么样的岩相古地理背景中。,(l)区域地层层序、区域构造史、沉积史; (2)所描述的储层处在盆地那一个沉积体系中,属何种类型沉积体系,处在该体系哪一部分相带中,周围伴生相是什么,初步分析本储层砂体应属什么沉积环境下的产物;,重点收集和了解的内容有:,(3)在垂向剖面上所处位置,即沉积历史中所处的背景条件,处于什么体系域,水进或水退序列中;,(4)碎屑物源区、位置、方向和母岩类型,搬运方向、方式及途径,物源区至沉积相区距离和坡降,区域沉积走向;,(5)搬运及沉积水动力条件,水介质条件,地化环境;,(7)古生物发育情况,古生态面貌,古生物在沉积过程中的作用。,(6)古气候条件,所处古气候带及古气候演化阶段;,碎 屑 岩 岩 心 描 述 现 场 记 录 表,井号 地区划 层位 日期 第 页,(1)岩心观察和描述,2.利用岩心资料确定标准微相垂向特征,碎屑岩岩心描述图例,生物扰动分级,①岩石学描述: a.颜色、岩性、粒度、含油气性,并据此做出基本定名,应采用标准样板对比; b.碎屑矿物成分的定性估计,着重描述特殊矿物及岩屑; c.胶结程度的定性估计,着重描述特殊胶结物; d.含有砾石时,砾石的成分、大小、圆球度; e.特殊岩层、碳酸盐岩、蒸发岩、火山岩等。,②沉积学描述: a.层面(界面)接触关系; b.层理类型及规模、层系厚度、层系倾角、细层组成、细层厚度;有可靠地层层面倾向可描述时,应测定层理倾向与地层倾向的相对方位。 c.层面构造,如干裂、雨痕、沟模、槽模等; d.其他原生沉积构造; e.砾石,首先区别是(外生)砾石还是层内(内生)砾石、砾石形状、砾石产状与层理的联系;叠瓦状排列时,何轴倾斜、长轴指向以及砾石支撑机理;,f.古生态,古生物类(可能情况下属、种)肉眼初步命名:个体大小,丰富程度,保存完好程度;产状,排列方向,尖头指向;剖面上演化;遗迹化石尤其应作为陆相沉积的重点注意内容。除上述内容外,着重描述反映水动力强弱的产状,反映沉积速率的生态现象;,湖泊沉积体系遗迹组合分布示意图,g.生物扰动构造,无实体、遗迹化石时,描述好生物扰动程度; h.其他含有物,如结核、鲕粒,碳化植物碎屑等;陆相沉积中碳化植物碎屑作为一种特殊碎屑物,其层理现象,产状对反映水动力能量很敏感,应重点描述;,i.古土壤:陆相沉积中冲积相储层占有相当重要地位,而冲积相沉积中古土壤化程度是一项重要沉积现象和对比标志,应重点注意描述。包括古土壤颜色、铁、锰结核、植物根系,有机质丰富程度,粘土化程度等; j.特殊岩层产状,厚度与碎屑岩接触关系; k.砂岩韵律性及层段旋回性:由小到大逐级描述,即尽可能由反映一次洪泛事件或季节性沉积等最小韵律开始直到构造旋回。,①常规需要进行的沉积学实验内容: a.粒度分析:各类砂体都需选代表性样品; b.粘土矿物鉴定:各类泥岩及砂岩(杂基); c.微量元素分析:各类泥岩为主; d.同位素测定:砂、泥岩中含有物; e.薄片、铸体薄片鉴定:各类砂岩; f.重矿物鉴定:各类砂岩; g.古生物鉴定。,(2)岩心的沉积学实验室分析,②特殊实验内容: a.泥岩地化指标。当其他指标如颜色等难以确定泥岩沉积时水介质的氧化还原等地化环境时,可补充地化指标测定,从简单的PH、Eh值,二、三价铁比值等到精细的有机地化指标,根据需要而定。 b.层理现象X光显示。当砂岩因含油或构成层理粒级矿物成分不明显时,为确定是否存在层理构造及层理现象,可选样作X光透视检查,或CT层析检查。,(3)微相分析 ①划分岩石相 a.在岩心观察和实验基础上首先进行岩石相分类; b.划分岩石相不仅要区分岩石类型,而且要反映沉积时水动力、地化及生物作用条件; c.对每种岩石相作出沉积作用或沉积环境意义上的解释。,②垂向层序分析 a.垂向层序是很重要的相标志,但不是绝对标志,需结合其它标志综合判别; b.垂向层序以自下而上岩石相的组合序列来表示,以最基本的沉积旋回为单元进行组合;,c.垂向层序的分类和描述要满足划分微相和各微相作用沉积学解释的要求。即每类垂向层序都要作出微相判别,并对其沉积过程作出分析和解释。 d.碎屑岩储层垂向层序一般又是层内非均质性的决定性因素,因此确定各微相砂体的典型垂向层序是储层描述中必不可少的内容; e.每类垂向层序应选择代表性取心井段分别作出相柱状图,内容除沉积相描述外,还应包括反映储层物性及典型测井曲线。,③沉积旋回分析: a.以最小沉积旋回为单元的垂向层序分析为基础,逐级向上扩大进行各级沉积旋回分析,油田开发中储层描述一般进行到包含全含油层系相应的这一级旋回; b.沉积旋回分析的目的是搞清垂向上微相演化,进一步确认亚相(大相),并从相组合上检验微相,要应用全剖面全部可用的相标志进行综合分析;,c.沉积旋回分级是个相对概念,应根据本油田实际情况确定级次及成因意义; d.沉积旋回分析应从小到大,从大到小反复进行,从各级旋回的岩相组合和演化规律上互相检验相分析的合理性; e.沉积旋回界线应是确定性的时间界线。有条件时应与区域性层序地层分析统一。岩心井单井划分的沉积旋回有待全区平面上对比后修正确认。,④单项指标相分析。各种单项指标的相分析是微相分析的重要组成部分,应根据需要和条件贯穿于整个相柱子分析过程中。常用于碎屑岩储层微相分析的单项指标有: a.粒度分析:包括各种粒度参数交会图和判别公式,概率分布图,CM图等,对碎屑岩储层是比较重要和必做的工作;,搬运方式与粒度分布总体和截点位置的关系C与A`间有一混合带,几种典型粒度概率曲线,牵引流的C-M图象及粒度类型(据Passega,1964),各类沉积物的C-M图基本图形,牵引流和浊流的C-M标准图,利用粒度参数鉴别沉积环境的差别函数(据萨胡,1964),b.微量元素分析。各种元素绝对值比值和经验公式判别水介质盐度和地化条件等;,地 球 化 学 相 分 类,注:K=Fe2+HCl×0.236+ Fe3+FeS2/FeO,不同沉积环境下微量元素及元素对的比值,c.孢粉古气候分析。优势植物属种结合蒸发盐类矿物,泥岩地化指标是判别古气候条件及演变的常用手段; d.古生物分布分析。优势古生物的生长环境是判别共生沉积物环境的旁证。,(4)建立全剖面标准微相柱状图 ①资料来源必须是岩心; ②可以以典型连续取心为代表,也可以从多井岩心中选取典型相段拼接。,标准微相柱状图,3.测井相分析 (l)概述 ①测井相分析是利用各种测井响应识别储层微相,是储层描述中必不可少的手段。,从实用意义上讲,重建全油藏的微环境,不应用测井相是不可能的;从测井响应上可能识别微相的规模和精度,决定了微相分析可能达到的规模和精度。,③对于一个具体油藏,是可能建立起本油藏的测井相模式的,而且应尽可能做到一种测井响应反映某一种微相。,(2)测井的指相信息 ①开发井可利用的常规测井信息是三电阻率、三孔隙度系列,加上自然伽马,自然电位和井径等曲线。倾角测井和成像测井技术只能在很少数井中进行,对于建立标准微相柱状剖面可以起到岩心井的补充,在油藏评价阶段有较重要的作用。 ②测井信息综合解释岩石类型剖面,可以部分反映岩石相类别,应尽可能建立两者之间的相关关系。加上倾角测井(包括FMS)识别的层理构造,则更为有利。,③自然伽马,自然电位曲线形态通常可以反映: 垂向粒度(岩性)层序:向上变细、向上变粗、均匀变 化等; 加积方式:进程、退积、垂向加积等。 旋回性:正旋回、反旋回,复合旋回等; 层间接触关系、冲刷、突变、渐变等; 岩性比:砂泥比、砂地比,净毛比等; 砂体密度;,④测井信息对特殊岩层的识别,也是重要的相识别指标。如碳质泥岩、泥岩,煤层等碳质岩层,石膏、岩盐等蒸发岩层,碳酸盐岩层;化石层;自然伽马能识别测井导出的粘土矿物及地化指标等等。 有时在具体条件下,碎屑岩中一些特殊岩层也可能在测井信息中识别。如砾岩层、含砾层,泥石流沉积物(泥质砾岩或砾状泥岩)等等。,①测井相表现形式 自然伽马或自然电位的曲线形态纯含油区(段)内可辅以电阻率曲线形态。如钟形、漏斗形、筒形、箱形、尖峰形、锯齿形、平直形等。 多峰状态下的加速式、减速式或均匀式 层序厚度,主峰厚度及相互关系。,(3)建立测井相模式,测井相要素图,各类沉积环境自然电位测井曲线形态组合图,各类沉积相自然电位测井曲线要素特征表,续表,②编制测井相模式图 内容包括:选用测井曲线、形态命名,形态文字说明,厚度说明,微相解释,所在环境位置示意等等。 测井相模式图可用作利用测井曲线定相的图版。,测井相模式图(以双河三角洲为例),主要地震相示意图,4.编制分层(单元)微相平面图进行分层(单元)微相分析 (1)分层(单元) 以最小沉积旋回为编图单元,或以包含一个主体砂层的旋回为单元,应与层组划分相一致。可以小层或砂组为单元,视资料条件而定。,(2)单井划相 ①所有开发井都进行单井划相;取心井及取心井段依据岩心划相;未取心井依据测井曲线划相。 ②单井划相中以垂向相演化合理性作为判别和局部调整依据。,(3)编制平面图 ①一般选主力油层或重点油层编制微相平面图; ②在标准井位图上对每口井标上微相编码或符号,尽量附上测井曲线; ③平面微相带展布要符合沉积规律,并从中总结出本油藏的沉积模式图。 ④平面微相分布与垂向微相演化要交互检验其合理性,通过局部调整,使其完善。,二、碎屑岩储层沉积环境及储集岩体特征,我国湖盆的各类河道砂体非均质特征比较表,三、微相与储层性质 研究储层微相目的是为了从沉积成因上了解储层物性的分布规律。建立微相与储层性质之间的关系是很重要的一环。,(1)岩石相(能量单元)与储层物性 ①在含油层系井段不太长,处于同一成岩阶段或成岩带范围时,按水动力能量强弱排序时,其平均值应该存在相应的物性大小的连续序列。,② 当含油层系井段很长,使不同油组分别处于不同成岩带时,应分油组建立岩石相与储层物性之间的关系。 ③ 当存在特殊成岩现象时,应区别对待。 ④ 在岩石相与常规参数(孔、渗)建立关系后,应选择典型样品取得各类岩石相的代表相渗透率曲线和毛管压力曲线。,(2)垂向层序与层内非均质性 ① 各类微相的垂向层序决定了层内渗透率非均质特点。储层微相的典型垂向层序,就可代表该类储层典型的层内非均质性。 ② 存在层内不连续泥质薄层和其它非渗透隔层时,应作出沉积成因上的判断,估计其大小,结合垂向上分布密度,可为建立层内隔层模型提供依据。,(3)微相展布与平面非均质性 ① 每一储层单元的平面微相展布是平面非均质性的决定因素。各种储层参数等值图应以微相展布为控制条件。 ② 着重分析砂体高能带和低能带,主体带和非主体带的分布及其方向性,根据沉积成因类型进一步分析砂体方向性与渗透率方向性各向异性的关系。,碳酸盐岩储层沉积相描述,碳酸盐岩储层与碎屑岩储层对比,具有以下主要特点: 岩石为生物、化学、机械综合成因,其中化学成因起主导作用。岩石化学成分、矿物成分比较简单,但结构构造复杂。岩石性质活泼、脆性大。 以海相沉积为主,沉积微相控制储层发育。 成岩作用和成岩后生作用严格控制储集空间发育和储集类型形成。,断裂、溶蚀和白云化作用是形成次生储集空间的主要作用。 次生储集空间大小悬殊、复杂多变。 储层非均质程度高。 碳酸盐岩储层描述的主要内容包括沉积相及成岩史、储集空间类型及控制因素、 孔隙、裂缝、溶洞、 储集空间体系、储层非均质性、储层参数确定及评价等。,碳酸盐岩储层描述工作流程,碳酸盐岩沉积相描述 1.沉积相标志 (1)岩性标志。岩性标志包括颜色、自生矿物、沉积结构、构造、岩石类型等五方面。 ①岩石颜色。岩石的颜色反映沉积古环境、古气候。,岩石颜色与沉积环境关系表,②自生矿物: a.海绿石和鲕绿泥石:前者形成于水深10~50m,温度25~27℃。后者形成于水深25~125m,温度10~15℃。二者均为海相矿物。 b.自生磷灰石(或隐晶质胶凝矿):海相矿物。 c.锰结核:分布于深海、开放的大洋底。 d.天青石、重晶石、萤石:咸化泻湖沉积。 e.黄铁矿:还原环境。 f.石膏、硬石膏:潮坪特别是潮上、潮间环境。,③沉积结构 粒屑结构:代表台地边缘浅滩相环境。,a.内碎屑、生屑--强水动力条件。 b.鲕粒、核形石、球团粒、凝块石--化学加积、凝聚环境,水动力中高能。 鲕粒包壳--中等能量,持续搅动,碳酸钙过饱和的环境; 核形石(藻包壳)、泥晶套--浅水环境。,c.分选好,反映持续稳定的水动力条件,反之则反映强水动力条件。 d.磨圆度高反映强水动力环境,反之反映弱水动力环境。,e.颗粒、生屑化石平行排列,尖端方向交错,长轴平行海岸,反映振荡水流。尖端指向一个方向,长轴仍平行海岸线,则为单向水流。 f.用胶结物和灰泥的相对含量反映水动力强弱。胶结物/(胶结物十灰泥)在0~1之间,越接近0,水动力越弱,反之越强。,礁岩结构: a.生长结构:原地生长坚硬生物骨架,代表台地边缘生物礁环境。 b.粘结结构:层纹状、波纹状藻叠层结构代表潮上~潮间中低能环境;柱状、锥状藻叠层结构代表潮间~潮下高能环境。 晶粒结构:泥晶代表盆地低能,广海陆棚低能环境。,④沉积构造 反映水流成因构造: a.沟膜、槽模、递变层理——浊流环境。 b.脉状、波状、透镜状层理、再作用面、雨痕、干裂、冰雹痕、鸟眼构造等——潮坪环境。 c.交错层理——滩、坝、深水底流环境。 d.水平层理——泻湖、深水低能环境。 e.块状层理——台地边缘斜坡相、礁相环境。 重荷膜、包卷层理、滑塌构造、水成岩墙、递变层理等均代表重力流环境,特别是几种同时出现时。,反映生物成因构造: a.垂直层面或弯曲虫孔——潮上带。 b.上部有垂直或弯曲虫孔,数量比潮上带多——潮间带环境。 c.水平虫孔为主,很发育——潮下带环境。 d.复杂的、弯曲的、螺旋状爬痕——稳定深海环境。,其它构造: a.帐篷构造——潮坪环境。 b.岩溶角砾、干裂角砾——潮上环境。 c.叠层构造——潮间环境。 d.核形石——潮间-潮下环境。,(2)古生物标志: ①根据生物的生活习性和生活环境判断沉积环境。 a.有孔虫,多为海洋环境,底栖生活,少数为浮游生活。 b.筵,离岸不远的正常盐度、清水旋回性海洋环境,水深20~70m。 c.海绵,多生活在海洋,底栖固着生长。,d.古杯,温暖浅海,水深30~50m,固着生长,需要缓慢沉积,清洁水体及坚硬底质。 e.层孔虫,沉积缓慢浅海,温暖、浊度低,固着生长,食浮游生物。 f.珊瑚,水体安静、清洁、温暖。盐度2.7%~4.8%,浅海环境,底栖固着生长。 g.苔藓,潮坪环境。,②根据生物组合判断水介质盐度 a.钙质红、绿藻、球面藻、放射虫、钙质有孔虫、钙质海绵、珊瑚、苔藓、腕足、头足等组合中,存在少数未搬运的化石,属于正常海水环境。 b.少数苔藓、钙质有孔虫、藻类、移动的棘皮组合,其中任一门类单独出现或几个门类共生出现,或与耐高盐度的门类在一起,表明是一种与广海毗邻并稍受限制的海水环境。 c.腹足、瓣鳃、介形虫、胶结壳有孔虫硅藻,兰绿藻组合,属于典型的微咸水环境。 d.瓣鳃类中鳃足亚纲无甲目、兰绿藻、介形虫组合,为典型的超咸水环境。,③根据古生物组合判断水体深度 a.大量藻类、底栖有孔虫、瓣鳃、腹足造礁珊瑚、灰质海绵、无铰类腕足组合,水深0~50m。 b.海绵、海胆、苔藓、有铰腕足组合,水深100~200m。 c.硅质海绵、海百合、薄壳腕足、细脉状苔藓组合,水深>200m。 根据古生物组合判断水体深度时要注意浊流因素,随着在浮动植物上的某些生物和海平面迅速上升的影响。,④根据古生物组合判断沉积环境底质的坚硬程度 a.群体珊瑚、红藻,分布在生物礁环境动荡部位。 b.藤壶、有铰类、蠕虫管分布在滨岸潮汐带的坚硬底质上。绿藻、海绵、单体珊瑚、有柄棘皮动物以根或其它方式固着在坚硬的底质上。 c.掘足类、掘穴蛤、某些有孔虫固着在疏松的底质上。 d.移动生物组合的生物群,分布在沉积迅速、底质不断移动的流沙层中。,⑤根据生物组合判断海水浊度 a.红绿藻、海绵、珊瑚、苔藓、有柄类代表清水沉积环境。 b.具有分泌管的蠕虫、腕足、某些瓣锶类反映中等浊度环境。 c.食沉积物生物,代表较大的浊度环境。,⑥根据藻席和叠层石特征确定沉积环境 a.层状隐藻席,反映潮汐,波浪弱的沉积环境。 b.不连续的柱状体,反映潮汐、波浪强的沉积环境。柱状体上凸的越强,波浪越强。 c.单一叠层的延长方向平行于波浪、潮汐的冲刷方向,通常垂直海岸线。叠层常平行海岸线成排或是条带状生长。叠层向海方向倾伏进入波浪带。,(3)地化标志 ①微量元素: a.硼(B):海相沉积中高含量,可达100mg/l,咸化泻湖可达 1000mg/1,湖相较低。 b.硼/镓(B/Ga)比:大陆< 3.3,海洋4.5~5.5,过渡沉积介于二者之间。 c.镓/钾(Ga/K)比:正常海页岩中0.006±,微咸水页岩0.004±,过渡沉积二者之间。,d.锶/钡(Sr/Ba)比:海洋粘土中>l,陆相粘土中<1。 e.黄铁矿中的铁/有机炭:海相0.2~2.0,淡水湖0.03~0.06。 f.化石中微量元素。 化石中分析出B2O3的含量,推算出水介质盐度。海相贝壳中>0.0035%,淡水贝壳中<0.0025%,半咸水贝壳中处于二者之间。,②稳定同位素 测定沉积物中O、S、C同位素及其比值推测沉积环境。 a.O18/C13,海相沉积物中含量高,淡水中低。 b. C13/C12,海相沉积物中含量高,陆相中低。 c. 烃类中S18/S12,海相稳定,陆相变化大。 d.O18/O16,海水中较一致,淡水中较低。 ③有机组分 植烷代表陆相,姥姣烷代表海相。 沉积岩和石油中海相卟啉的分子量范围宽、陆相的窄。,2.沉积相划分方法 (1)按海水运动能量划分沉积相带。 自深海向陆地方向分为三个相带,即远岸低能带(X),高能带(Y),近岸低能带(Z)。这种相带划分是陆表海常见的模式。,陆表海能量沉积分带综合模式图,高能带,(2)按海洋潮汐作用划分沉积相带。 根据岩性、古生物特征及结构构造等将碳酸盐岩相按潮汐作用划分为潮上、潮间和潮下三个相带,潮下带又分为闭塞和开阔潮下两个亚相。 (3)按地理分布划分沉积相带。 按碳酸盐岩沉积类型的地理分布规律将其沉积划分为台地、台地边缘和盆地三个沉积区、九个相带、24个标准微相。,按潮汐作用划分各相带沉积特点,碳酸盐岩地沉积的理想模式(J. L. Wilson,1975),碳酸盐岩沉积带的分布 (J. L. Wilson,1975),碳酸盐沉积相带划分方式对比表,中国古海域沉积环境综合模式示意图(关士聪,1980),(4)综合划分法,第三章主要讲解内容:1.碎屑岩储集层沉积相研究的内容;(如何确定碎屑岩沉积相的相类型?)2.沉积微相与储层物性的关系;3.与碎屑岩储层比较,碳酸盐岩储层的特点;4.如何确定碳酸盐岩沉积相的相类型?5.了解不同沉积环境下的碎屑岩或碳酸盐岩储集岩的特征,掌握几种常见的沉积环境下储集岩的特征,如河流相、三角洲相、浊积岩相、湖底扇、水下冲积扇、碳酸盐岩浅滩、潮坪、生物礁相储集岩发育的特征。,
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