粒度分析应用于砾岩储层环境研究论文

在相关的粒度分析方面，前人做过大量的研究，取得了许多成果［2-12］。宋子齐等［13］根据克拉玛依油田砾岩储层非均质性和复模态孔隙结构特点，利用粒度分析资料研究砾岩储层有利沉积相带。张璞等［4］以厦门市第四纪为例，对粒度分析在沉积环境研究和地层划分与对比中的应用进行了分析［4］。张平等［6］研究了稳定湖相沉积物和风成黄土粒度判别函数的建立及其意义。这为研究地史中稳定湖泊与风成环境沉积物的鉴别提供粒度分析定量化判别方法，对陆相古环境、干旱化事件和尘暴事件等研究具有十分重要的借鉴价值。朱锐、陈飞、周磊、潘峰等［14-17］学者都进行过相关研究。前人利用粒度分析主要开展沉积环境分析以及地层划分与对比等工作，获得了丰富的研究成果，但研究主要集中在河流相和三角洲相，而对于冲积扇研究甚少。本次研究借鉴前人的经验，充分挖掘粒度分析资料中的沉积学信息，以准噶尔盆地西北缘某区克下组冲积扇储层为例，利用粒度分析资料对目的层沉积环境进行判别和分析，同时用沉积构造和测井相等研究方法进行佐证。

1地质概况

准噶尔盆地油区断裂发育，根据断裂切割情况分为9个区和若干个开发断块。研究区西南以七区和克一乌断裂为界，东与九区相邻，白碱滩断裂将其分为2个区块。研究区自下而上发育石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系等。三叠系包括百口泉组、克拉玛依下亚组(克下组)、克拉玛依上亚组(克上组)和白碱滩组4个组，其中克下组和克上组为主要含油层系。克下组S63、S71、S721、S722、S723、S731、S732、S733和S74等9个单层为本次研究的目的层。克下组埋藏深度为350～850m，地层厚度为50～70m。研究区共有油水井1085口，平均井距约110m［18］。克拉玛依三叠系为一套巨厚的灰绿色－棕红色砾岩，厚300～2500m。下三叠统仅见于油田东部，几乎全为砾岩和砾状砂岩，厚130～200m;中三叠统分布广泛，下部为厚层砾岩－砂岩、砾岩和泥岩互层到细粉砂岩－泥岩的正旋回沉积;上部为一套砂砾岩和泥岩交替沉积，共厚50～450m［19］。

2砾岩储层粒度基本特征

2．1岩心观察粒度特征

首先利用岩心观察和粒度分析岩性解释成果判断岩性特征，为沉积相的确定提供支撑。在此基础上再根据不同沉积微相与岩性的对应关系，进行沉积微相研究。目的层以中砂岩、砂质砾岩及细砾岩为主，局部发育细砂岩和泥岩等(图2)，粒径多大于2mm，粒度整体较粗。而且颗粒磨圆度差，多呈次棱角状、次圆状等。沉积物多呈砂、砾、泥混杂，分选较差。而且自下而上目的层沉积物粒度逐渐变细，大体可以划分为3套地层:①单层S74，以砂砾岩为主体，发育中砾岩和细砾岩条带的储层。该套储层图2准噶尔盆地西北缘克下组储层岩心观察粒度特征．对应槽流带和片流带，微相多为槽流砾石体、槽滩砂砾体和片流砾石体。②单层S733—S723，以砂岩为主体，发育砂砾岩和细砾岩条带的储层。该套储层对应辫流带，微相多为辫流水道和辫流砂砾坝。③单层S722—S63，以泥岩为主体，发育砂岩和砂砾岩条带的地层。该套储层也大体对应辫流带，微相多为辫流水道和辫流砂砾坝。通过上述不同岩性与沉积微相之间的对应关系，结合沉积构造和测井相等信息就可以将沉积环境细分至微相级别，实现沉积环境的精细研究目标。

2．2粒度直方图

砾岩储层总体上粒度分布范围较宽，峰所在粒级的质量分数并不高，说明整体上储层岩石分选不好(图3(a)—图3(d))，这也符合冲积扇砾岩储层分选性差的基本特征，从一定程度上为冲积扇沉积类型的确定提供了佐证。

3粒度分析在区分沉积环境研究中的应用

沉积岩的粒度受搬运介质、搬运方式及沉积环境等因素控制，反过来这些成因特点必然会在沉积岩的粒度性质中得到反映，这正是应用粒度资料确定沉积环境研究的依据［1］。

3．1概率累计

曲线特征应用粒度概率值累积曲线图建立沉积环境的典型模式，这一研究成果是维谢尔提出的［1，20］。本次研究中选取了准噶尔盆地西北缘克下组砾岩储层典型岩石类型粒度分析资料，绘制了粒度概率图(图4)。从图中可以看到，整体上，砾岩储层岩石粒度以粗粒为主，因此，这些岩石都是以滚动搬运组分和跳跃搬运组分为主，而细粒的悬浮搬运组分很少。这充分体现了冲积扇砾岩储层以粗粒沉积为主的特征，为沉积环境的判断提供了证据。上述这些岩石类型的分选较差，所以图中曲线的斜率都较小。由于砂质细砾岩和砂砾岩等岩石类型主要发育于冲积扇中的辫流带等沉积环境中，受水流冲刷回流作用，跳跃组分总体可以发育为2个跳跃粒度次总体，表现为2个相交的线段，两者在中值和分选上略有差别(图4)。需要特别指出的是，图中这些样品的粒度都属于粗粒，但并不是砾岩当中粒度中等或粗粒的，而是受样品分析方法影响所致，因为本次样品的分析主要采用筛析法，过大的砾石颗粒无法进行实验操作，因此，未在结果中列出。

3．2C－M图解

C值是累积曲线上颗粒质量分数1%处对应的粒径，M值是累积曲线上质量分数50%处对应的粒径。C值与样品中最粗颗粒的粒径相当，代表了水动力搅动开始搬运沉积物的最大能量;M值是中值，代表了水动力的平均能量。本次研究选取了研究区克下组S7油层组4口井133组样品的C值和M值绘制了C－M图件(图5)。从图中可以看出，研究区目的层主要为牵引流沉积，图形只有较短的一段与C=M基线平行。由于图中样品主要为砂质砾岩和砂砾岩，因此以粗粒为主，表现为OP段和NO段，基本为滚动搬运颗粒，主要为冲积扇上槽流、辫流水道。

3．3结构参数散点图解

梅森和福克经研究认为，不同沉积环境具有不同的粒度参数，而且证明偏度和峰度的散点图在区分海滩、海岸沙丘和风坪等环境方面是很有效的。费里德曼研究了取自世界各地有代表性的砂样，用矩法标准偏差和矩法偏度所作的散点图，能明显地将河砂、海滩砂、湖滩砂区别开来［1］。本次研究利用4口井180块样品，绘制了目的层偏度与标准偏差结构参数散点图(图6)。从图中可以看到，研究区目的层冲积扇砾岩储层多为正偏度，并且分选差，充分反映了目的层冲积扇上以暂时性水流形成的牵引流为主的沉积环境特点，表现为扇根主水道、向扇缘逐渐放射性散开的辫流水道等。同时，由于目的层冲积扇自下而上属于湿润扇向干旱扇的逐渐过渡，扇体沉积整体表现为向上逐渐变细的退积型正旋回，在目的层的中上部，从单层S723—S63，这种牵引流的沉积特征表现得尤为明显。虽然研究区目的层属牵引流为主的沉积，但与一般河流相牵引流沉积不同，它在粒度概率曲线上以滚动和跳跃组分为主，而一般牵引流中占主体的悬浮组分较少，这主要是受距离物源较近，物源供给以粗碎屑为主的影响。上述沉积环境特征对储层性质影响明显，随着沉积环境自下而上的不断变化，沉积物粒度逐渐变小。对应的沉积环境从扇根内带至扇根外带，再到扇中亚相，最后变化至扇缘亚相。储层性质也是从下而上逐渐变差，目前扇根内带和扇根外带为主力开发层位，而扇中为下一步开发接替层位。粒度资料分析表明，目的层属于典型的冲积扇砾岩储层，储层整体粒度较粗，以中砂岩、砂质砾岩及细砾岩为主，分选差。需要特别指出的是，粒度分析可以提供沉积环境方面，特别是水动力方面的资料，但受沉积环境成因的复杂性影响，粒度分析方法并不一定总能得到理想的结果。总的来说，不同的沉积环境具有不同的水动力条件，但是类似的水动力条件可以出现在不同环境的次级环境中，加上物源供应、构造条件等各种因素的差别，情况常常十分复杂。因此，只有将粒度分析与其他相关资料和研究手段紧密结合、相互印证和补充，才能得出客观真实的结论。为此，本次研究在沉积环境分析时还用到了沉积构造分析、测井相研究等手段，对粒度分析确定沉积环境进行验证和有效补充。岩心沉积构造分析中，片流砾石体中可见粒序层理、似平行层理，辫流水道中可见交错层理和冲刷面等(图7)。测井相分析中，槽流砾石体和片流砾石体表现为漏斗状或者倒梯形特征，辫流水道表现为钟形或者箱型的正粒序特点，而漫流细粒等在电测曲线上多表现为低平的特点(表1)。

4结论与讨论

(1)目的层以中砂岩、砂质砾岩及细砾岩为主，粒径多大于2mm。储层颗粒磨圆度差，多呈次棱角状、次圆状等。粒度概率图上，多种岩石类型基本都是以较粗粒的滚动搬运组分和跳跃搬运组分为主，而细粒的悬浮搬运组分很少。受水流冲刷回流作用，位于辫流带的样品跳跃组分总体可以发育为2个跳跃粒度次总体，表现为2条相交的线段，两者在中值和分选上略有差别。C－M图和结构参数散点图证实目的层以牵引流为主，受退积型沉积旋回控制，自下而上牵引流的特点逐渐显著。

(2)粒度分析结果表明，研究区目的层属于典型的冲积扇砾岩储层，储层整体粒度较粗，分选差。粒度分析研究虽然在沉积环境分析中应用广泛，作为沉积相分析的有力工具之一，具有十分重要的作用，但其也有局限性和多解性，在运用时应该与其他相关资料和研究手段紧密结合，相互印证和补充，才能得出客观真实的结论。

作者：陈欢庆 单位：中国石油勘探开发研究院