定量储层地质学讲稿chp1-1N.ppt

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1、储层地质学,西南石油学院 资源与环境学院2006年4月,罗明高电话：83032275,主要内容,主要内容及特点主要内容 储层形成、储层演化、储层评价、储层应用特点 定量研究、多观点介绍、勘探开发应用基本要求及参考文献基本要求 有储层地质的基础参考文献方少仙 侯方浩 石油天然气储层地质学 石油工业出版社强子同 碳酸盐岩储层地质学导论 石油工业出版社罗蛰潭 油气储层孔屑结构 科学出版社,定量储层地质学第一章储层形成的定量评价,西南石油学院2006年3月,罗明高,主要内容,成岩作用的定量评价交代作用的定量评价成岩作用顺序的定量评价,第一节 成岩作用的定量评价,一、成岩作用的基本类型压实作用 概念 也

2、称为机械压实作用，是指在上覆压力作用下，除骨架颗粒溶解以外，所引起岩石总体积减少的所有作用过程。是由岩石压力和上覆沉积物的重量引起的。特征 在碎屑岩中，压实作用的结果使岩石产生明显的可识别的特征，常见的有：定向排列、破裂和劈理的产生、塑性变形,第一节 成岩作用的定量评价压实作用特征,压实作用,泥绕石英流动 白云母片弯曲 绿泥石变形,斜长石被压裂 石英部分破裂 石英大规模破裂,第一节 成岩作用的定量评价压实作用意义,减少岩石总体积减少孔隙空间 由以上特征可见，在主要以刚性颗粒组成的沉积物(岩)中，主要是以减少孔隙空间的方式来减少岩石总体积，而骨架颗粒的体积没有明显的减少。减少骨架体积和孔隙空间

3、在具有塑性和脆性物质时，不仅要减少孔隙体积，而且也将减少骨架体积。,第一节 成岩作用的定量评价压实作用因素,压力 随着埋深的增加，上覆地层岩石和流体的压力都增加，岩石的静压和流体的静压在正常情况下与深度线性正相关：P地H.岩/10 P流H.流/10正常压实 通常流P流，这时的压力主要是地静压力，而地静压力是作用在岩石颗粒骨架上的，将大大降低孔隙度。异常压实 相反在异常的压力下，P流可能等于甚至大于P地，此时，上覆压力作用的结果是在岩石骨架和孔隙流体上，从而使孔隙度的降低减缓，孔隙梯度较小。,第一节 成岩作用的定量评价碳酸盐岩压实,碳酸盐岩压实作用特征,更多,第一节 成岩作用的定量评价碳酸盐岩压

4、实特征,碳酸盐岩压实作用特征接触(1)颗粒的点接触;(2)颗粒间线状接触;(3)颗粒的嵌入接触压裂(5)颗粒压折（板状、片状颗粒及介壳化石中）;(6)颗粒错断;(7)颗粒表皮撕裂(常见于鲕粒灰岩中）;(8)颗粒表皮剥离;(9)颗粒碎裂;(10)颗粒表部放射性破裂;(11)颗粒变形;(12)颗粒畸变;(14)颗粒表部揉皱(多发育于鲕粒灰岩)。生物(13)潜穴的压扁早期硬物体（结核、石化层等）之间或之上的纹层变薄生物碎片：由于压实作用使易碎的生物介壳等被压碎各种原生孔隙的变形：由于压实作用可使垂直于层面的泥裂变形为皱纹状；使各种光滑的生物钻孔弯曲变形球形颗粒的变形：常见的为鲕粒的变形原生孔隙的破坏

5、：压实作用使其它松散的物质在泥裂和鸟眼构造口起封闭作用，而使之遭到破坏（变小）甚至消失。,第一节 成岩作用的定量评价不同类型碳酸盐岩压实1,不同类型碳酸盐岩压实作用影响 主要与胶结作用发生的时期有关化学沉淀形成的结晶碳酸盐岩 颗粒特征 颗粒较细、相互之间为较疏松的堆积、粒间富含孔隙水、颗粒的抗压强度较差压力特征 正如碎屑岩中的泥岩类，其孔隙度随压力的增加而减少的幅度比较大胶结期 由于这类岩石的沉积物形成环境为碳酸盐岩类的过饱和环境，大量的自生方解石将不断产生，因此胶结作用发生较早，这样便阻止了压实作用的继续进行或减缓了压实作用的强度直接标志 这类岩石中的压实作用标志不明显，因此很难识别间接标志

6、 这种岩石压实作用的存在是无可非议的，其明显的特征为：现代沉积物的孔隙度很高，而随着埋深的增加岩石的孔隙度迅速降低。这种岩石中的压实作用特征为早期硬物体之间或之上的纹层变薄，各种原生孔隙（生物钻孔、泥裂）变形。,第一节 成岩作用的定量评价不同类型碳酸盐岩压实2,不同类型碳酸盐岩压实作用影响 主要与胶结作用发生的时期有关由内碎屑等经改造形成的碳酸盐岩颗粒特征 由于其碎屑颗粒经固结后比较坚硬，抗压能力比较强压力特征 正如碎屑岩中的砂砾岩类，其孔隙度随压力的增加而减少的幅度比较小胶结期 由于颗粒经过搬运后再沉积，因此可能其沉积环境与沉淀环境或生长环境（生物成因岩石被改造的碎屑岩）不同，而胶结作用发生

7、的时期较晚或发生的速度较慢，这给压实作用提供了较长的时间，可能使压实作用比较强烈。直接标志 压裂的生物碎片；球形或其它规则颗粒的变形，颗粒表面构造遭破坏（表皮撕裂、表皮剥离、表皮揉皱、表部放射状破裂），颗粒之间为线或相嵌状接触。,第一节 成岩作用的定量评价不同类型碳酸盐岩压实3,不同类型碳酸盐岩压实作用影响 主要与胶结作用发生的时期有关生物成因的碳酸盐岩压力特征 压实作用在这类岩石中的强度可能差异较大，但这种生物成因的岩石规模较大时（厚度大且连片性好），其抗压性较好，压实作用比较微弱，胶结期 由于颗粒经过搬运后再沉积，因此可能其沉积环境与沉淀环境或生长环境（生物成因岩石被改造的碎屑岩）不同，而

8、胶结作用发生的时期较晚或发生的速度较慢，这给压实作用提供了较长的时间，可能使压实作用比较强烈。直接标志 生物压碎结构（生物骨架压塌、洞穴压扁，骨架压折）；早期阶段使长条状生物碎屑定向排列，而形成线接触（在镜下的二维空间）；压实作用的加强将使其为嵌入接触；然后为压折、甚至压碎。,第一节 成岩作用的定量评价生物的灰岩压实作用特征,不同类型碳酸盐岩压实作用值得注意的是只有当这种生物残核比较丰富时这些现象才比较明显，如果丰度比较低时将会形成富含生物的灰岩(图1-3)，而颗粒完整无损。这就是在有的生物灰岩中仍保存有完整易碎介壳的原因之一。,图1-3 压实作用形成的富含生物灰岩示意图,第一节 成岩作用的定

9、量评价压溶作用,2.压溶作用概念 也称化学压实作用，是指由骨架颗粒在接触点的溶解所引起的岩石总体积的减少过程。成因 由岩石压应力和上覆沉积物的重量引起的特征 粒间接触点的溶解，从而形成凹凸接触，甚至形成(似)缝合线的接触关系。,第一节 成岩作用的定量评价碎屑岩压溶作用,碎屑岩压溶作用时期 这种作用通常在压实之后特征 骨架颗粒的排列方式为紧密排列关系 很少见胶结物的压溶，因此多在胶结作用之前或同时进行。,第一节 成岩作用的定量评价碎屑岩压溶作用图,石英颗粒线接触,颗粒间缝合线溶解面,第一节 成岩作用的定量评价碳酸盐岩压溶作用,碳酸盐岩压溶作用时期 这种作用通常在压实之后规模 压溶作用在碳酸盐岩中

10、是十分常见的，其溶蚀的规模可小到只有几毫米或微米(在镜下才能看见)，大到几米甚至更大范围(在野外露头区即可见到)特征 垂直于应力方向由于溶蚀的结果产生了溶蚀的痕迹，这种痕迹通常表现为不规则的曲面，在剖面上为一条不规则的曲线，形似缝合线，因此常习惯称之为缝合线。,第一节 成岩作用的定量评价碳酸盐岩压溶作用图,碳酸盐岩压溶作用,第一节 成岩作用的定量评价压溶作用,压溶作用影响因素影响因素 重力的影响，还受接触物的性质、其间的流体性质影响介质（水）的性质对压溶作用的影响主要表现为过饱和状态 当水介质中碳酸盐岩过饱和状态时不利于压溶，反之利于压溶，因此通常酸性水（地表的淡水）和较高的温度有利于碳酸盐岩

11、的压溶作用进行离子含量 根据一些学者的研究Mg+2和Mg/Ca比的降低有利于压溶的进行，当其介质为油气时，则停止。岩石的成分也是一个重要因素主要包括岩石中泥质的含量和碳酸盐岩矿物稳定性两方面按易压溶递减的序列为文石高Mg方解石方解石白云石。碳酸盐中泥质的存在有利于压溶的进行，当粘土含量比较高时，产生的缝合线常为未缝合的缝隙，而粘土含量比较低（约10%）则形成缝合的缝合线，无粘土矿物或生物（有机质）的地方很难发现缝合线。,第一节 成岩作用的定量评价压溶作用,压溶作用影响因素范围 深度范围变化很大，最浅的是在关岛的阿利丰灰岩中发现的微缝合线（14条/10毫米），由于粘土薄膜的存在，在反光下呈红色细

12、线，其埋深不超过90米，而在我国建南气田下三叠统飞仙组中发现的缝合线是晚于第二期方解石胶结作用（其温度为5680），在美国弗吉尼亚州的马斯托赫尔德贝格群的层孔虫补丁礁石灰中的压溶作用晚于棘皮动物上的共轴生长之后溶蚀物质 压溶的部分可以是颗粒、生物碎屑、鲕粒等原始沉积物的接触点上或接触线上，也可以是固结成岩后的胶结物；缝合线可以是被泥质、生物痕迹充填的也可以是张开的面，缝合线的产状可是水平的；也可以是垂直的和斜交的。,第一节 成岩作用的定量评价压溶作用,缝合线的储层意义类型 缝合线可分为已缝合和未缝合的两种意义 对于后者无疑应是增加储层的孔隙度，而更为重要的是大大增加渗透率对于前者虽然渗透性较后

13、者差，但通常较其临近的岩石好，因此其孔渗性仍起重要的作用，主要表现为延伸范围比较广，可作为碳酸盐岩的交代，溶蚀作用的通道，有利于后期的改造作用;可直接作为油气运移的通道。实际上常观察到的缝线中的沥青和其附近的溶蚀特征证明了其有利的石油地质意义。泥岩的关系 缝合线的发育与泥岩密切相关常形成在泥质较多的渗透性较差的岩性中，这种岩性常不易形成储层，但这种缝合线的发育对后期的改造（溶蚀作用）是有益的另一方面这种渗透性差的岩类可作为生油层，因此可作为油气生成以后向储集层运移的通道。,第一节 成岩作用的定量评价胶结作用,3.胶结作用概念 是指自生矿物沉淀在颗粒间，从而将沉积物固结成岩，减少孔隙空间的过程。

14、机理 是由于粒间液体的地球化学性质变化，使其溶解物质析出的过程。通常岩石的总体积不发生变化。成因 由于溶液中所含的物质达过饱和状态而发生结晶作用的过程,第一节 成岩作用的定量评价胶结作用,3.胶结作用因素 物质来源、流体介质的性质（PH和EH）近物源区特征 通常含有物源区化学风化的矿物质成分，当物源区为不稳定的岩石成分特征时更为明显，这时的沉积物矿物成熟度很低，且流体介质所含矿物浓度高，易形成早期的胶结作用。实例 克拉玛依砾岩油藏为山麓洪积相的沉积，其胶结物通常为自生的沸石类，发生的作用较早（埋深约为1000米），这种胶结作用是继碎屑颗粒的交代作用后进行的，因此作用时期早。孔隙的破坏作用主要是

15、胶结作用，而压实作用和压溶作用很小。,第一节 成岩作用的定量评价胶结作用,3.胶结作用远物源区流体特征 当其流体介质浓度较高时，沉积物埋深的增加，介质中的PH或EH的变化常引起其溶解度的急剧变化(减少)，使大量自生矿物形成或次生加大产生。胶结特征 自生矿物常为钙质-亮晶状的方解石相嵌胶结，由于其发生作用的时期较早，流体的离子交换容易，且K性好，故这种胶结常严重破坏储层特征(使9%，K1010-3m2）。矿物特征 在很多情况下，沉积物经机械压实作用之后，再经压溶作用，压溶作用改变了流体介质的浓度和不同的PH、EH值，常在这种压溶作用之后或同时(在异地）形成大量的自生矿物或次生加大，其成分与岩石颗

16、粒的成分同或相似，这种作用通常在较深的地层中，常见的胶结物成分为石英、长石、方解石等。,第一节 成岩作用的定量评价胶结作用,3.胶结作用流体介质 在地表条件下为酸性的沉积水体，随埋深的增加、溶解物质的加入，使溶液矿化度增加的同时其性质发生变化，特别是OH-离子的加入，使其由酸性变为碱性，在这种条件下一系列自生矿物形成或次生加大将产生，这些矿物的析出对溶液又发生改变作用，可能又变为酸性，因此这种溶液的性质总是交替出现的。强碱性条件下(PH9)碳酸盐岩矿物易生成，常形成各种方解石晶体，特别是当温度增加时这种形成过程更为迅速。弱碱性或酸性条件下SiO2的溶解度急剧降低，易形成自生石英和石英的次生加大

17、，在这种条件下，高岭石也易形成，而不利于伊利石的存在。,第一节 成岩作用的定量评价胶结作用,3.胶结作用矿物特征 在不同的PH值条件下，可形成不同序列的自生矿物组合，或不同的胶结物成分。胶结物的产生受溶液介质条件的影响，因此不同的地球化学条件下，自生矿物的特征不同。,第一节 成岩作用的定量评价胶结作用,3.胶结作用碳酸盐岩胶结作用时期 胶结作用可以发生在沉积期后的任何阶段；多期和连续不断进行为特征。成分 胶结物的成分多种多样，有方解石、文石、白云石、石英、硬石膏等，但通常以碳酸盐岩矿物（方解石、文石、白云石）为主形态 晶体形态有纤维状、片状、等粒状及不规则的嵌晶特征，碳酸盐岩胶结物的晶体形态、

18、形状特征、结构特征等常反映了其形成的环境，这种重要的标志常成为研究其成岩史的重要资料。,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,二、成岩作用模型1.压实作用模型刚性颗粒模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,对于地下沉积物的某一单元而言，影响因素主要是上覆沉积物的重量和自身抗压力的强弱。这一过程的定量描述可把单元岩石看成岩石骨架和孔隙两部分即Tgp 骨架可看成颗粒和基质 gcm 则T（cm）p,压实作用前后的体积比：T 1m/T T 1m/T,T(1-cosa)(1+2cosa)T(1-cosa)(1+2cosa),或,第一节 成岩作用的定量评价成

19、岩作用模型,压实结果使厚度减少，其减少量为：设:压实前、后的厚度为(2R)sina 和(2R)sina，则:sina sina和:D(2R)(sinasina)相对于沉积时的厚度:D sinasina sina 1 sina sina,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,压实前 压实中期 压实后期颗粒无序排列 颗粒有序、疏松排列 颗粒紧密排列,压实作用厚度变化模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,脆性颗粒压实作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,塑性颗粒压实作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,混合支撑压实作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,鲕

20、粒压实作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,生物介壳压实作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,富含生物压实作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,2.压溶作用模型机理 颗粒的接触点上承受了较大的压力，此时如果粒间的孔隙水体有利于颗粒的溶蚀作用，则可能产生压溶作用。因素 压溶作用常发生在较坚硬的颗粒上，与颗粒的易溶性和颗粒的接触面有关。,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,2.压溶作用模型基本特征 颗粒较大时，这种溶蚀作用发生在颗粒与颗粒间，可发生在颗粒的任意方向上，通常所见到的都是互溶或共溶，即在接触点（线）两边的颗粒同时压溶的特征。宏观特征 除了这种小规

21、模的颗粒接触点上的压溶作用外，还可见较大规模的压溶作用，这时可见到压溶线连接了若干个颗粒的现象。这种现象的产生多发生在颗粒比较细的沉积物中，而且在时期上，可能也是在单颗粒压溶作用之后进行的，从薄片中颗粒接触多为锯齿状可得到证实。,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,压溶作用基本模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,大规模压溶作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,碳酸盐岩压溶作用模型,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,3.胶结作用模型常见类型 次生加大特征 它的特征是在颗粒边缘增生，使磨圆较好的颗粒重新形成边棱角，比较严重时，颗粒相互连接而出现线接触的关系岩性 碎屑

22、岩中最常见的胶结作用就是次生加大识别 如果次生加大部分与颗粒间无明显的“尖状晕”时，将形成“似缝合线”的压溶假象，这时可在阴极荧光下识别。,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,3.胶结作用模型次生加大模型（图1-18）,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,3.胶结作用模型常见类型 马牙状胶结特征 在颗粒边缘生长新的晶体，而使颗粒与颗粒之间连接在一起，这种形成的晶体通常小而且常垂直于颗粒边缘生长，形成马牙状的胶结岩性 碎屑岩中最常见的胶结作用就是次生加大,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,3.胶结作用模型马牙状胶结模型（图1-19）,颗粒,次生加大部分,第一节 成岩作用的定量评价成

23、岩作用模型,3.胶结作用模型常见类型 充填式胶结特征 在粒间自生一种与颗粒完全不同成分的矿物，从而胶结颗粒，使粒间孔部分或完全被充填，这种胶结作用通常发生较晚，胶结物不很规则。这种胶结作用比较强烈时，会使粒间孔隙全部被充填。岩性 碎屑岩中常见,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,3.胶结作用模型充填式胶结（图1-20）,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,3.胶结作用模型常见类型 多期胶结模型特征 由于碳酸盐岩多形成于CaCO3过饱和的环境中，因而其胶结作用通常发育较早，这种早期的胶结作用易在颗粒边缘形成环边的马牙状胶结，这是因为从结晶学的理论看，在过饱和溶液中形成晶体必须要经历成核生

24、长两个阶段，成核过程是一个比较漫长的过程，如果它附着在某一相同物质上成核，要比在溶液中孤立成核所需的能量小得多。岩性 碳酸盐岩,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,3.胶结作用模型多期胶结模型（图1-21）,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,三、基本成岩作用过程的定量评价1.压实作用的定量评价堆积角 特征 堆积角反映了颗粒堆积的紧密程度范围 堆积角的大小变化范围为90-60度间孔隙 理论推导结果表明其孔隙度的变化范围为47%-26%间划分 由此可划分出不同的压实作用级别，现代沉积调查表明，无胶结物时的砂粒孔隙度为38%，对应的堆积角为70度(见表1-1),依此可划分为不同的级别。

25、,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,三、基本成岩作用过程的定量评价1.压实作用的定量评价,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,三、基本成岩作用过程的定量评价1.压实作用的定量评价,表1-1 依据堆积角划分压实程度表,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用模型,三、基本成岩作用过程的定量评价1.压实作用的定量评价粒间孔类型支撑颗粒被压实后颗粒间形成的孔隙特征反映了压实作用的程度三角形孔隙 压实作用强烈形成的紧密堆积孔隙多为三角形孔隙四边形孔隙 压实作用较弱的疏松堆积孔隙多为四边形孔隙和多边形孔隙。,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,三、基本成岩作用过程的定量评价2.压溶作用的

26、定量评价接触关系 常见线接触和凹凸接触两种，分别为弱和强的压溶作用。溶蚀量的定量评价 根据颗粒的接触特征可定量估算溶蚀量，如图1-24所示，颗粒从点接触压溶为线接触后，被溶蚀颗粒量可用下式计算：,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,三、基本成岩作用过程的定量评价2.压溶作用的定量评价溶蚀体积为：,溶蚀体积比：,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,三、基本成岩作用过程的定量评价3.胶结作用的定量评价根据胶结物的量评价 胶结物的多少反映了胶结作用的时间长短、胶结作用的强度、胶结作用的速度等。,表1-2 胶结物含量与胶结作用关系表,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,三、基本

27、成岩作用过程的定量评价3.胶结作用的定量评价根据胶结类型定量评价 储层中胶结物的量一定时，胶结类型的不同对储层的性质也有极大的影响，主要影响储层的孔隙大小和渗透性。,胶结类型与胶结作用程度关系表,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,四、成岩作用过程的综合定量评价1.基本评价参数概念原始孔隙度：沉积物沉积于水体环境时的孔隙度，。无胶结物孔隙度：指沉积物(或沉积岩）在胶结作用和自生矿物形成前的孔隙度，也叫粒间体积，其计算式为：uc=e+ce 式中：ue 无胶结物孔隙度 e 目前岩石的孔隙度 ce 胶结物、自生矿物、次生加大等沉积后沉淀生成的物质的总体积，%,第一节 成岩作用的定量评价成岩作

28、用定量评价,四、成岩作用过程的综合定量评价1.基本评价参数概念孔隙度梯度 孔隙度梯度是指储层孔隙度随着埋藏深度增加降低的幅度。通常用每增加100米的孔隙度减少量来度量，D,微分式可写为:,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,四、成岩作用过程的综合定量评价1.基本评价参数压实压溶消失孔隙度 压实消去孔隙度（p）为：,胶结消失孔隙度 胶结作用消除的孔隙度（ce）为：,因为：,所以：,第一节 成岩作用的定量评价成岩作用定量评价,四、成岩作用过程的综合定量评价2.评价方法无压实作用 当uc=o，无胶结物孔隙度等于原始孔隙度时，压实作用为最弱，即无压实作用；最强的压实作用 当uc=0时，为最强的

29、压实作用，因此它也反映了压实作用的强弱。,谢谢各位！,继续,1-1亮晶藻、有孔虫灰岩3 8471 C22 3428.8m=1.6%K=0.0015610-3m2 S=0.5%50,压实作用补充,亮晶蜓、鲕粒灰岩 生屑作为鲕粒核心66 113 C21 3663m=0.5%K=0.001510-3 m2 S=0%50 单偏光,1-3亮晶藻团块灰岩63 1773 C23 3689.09m=3.4%K=0.004310-3 m2 S=0%50 单偏光,1-4 亮晶核形石灰岩3 8492 C23 3477m=4.5 K=0.0030110-3m2 S=2%25 单偏光,1-5 亮晶内碎屑灰岩30 7802 C3 2775.3m=7.5%K=0.89710-3 m 2 S=25%100 单偏光,返回,