碎屑岩

由母岩機械風化產生的礦物和岩石碎屑經搬運、沉積、壓實和膠結而形成的岩石。其組分除碎屑顆粒外，還有雜基和膠結物。按碎屑顆料的大小（粒度）又可分為礫岩和角礫岩、砂岩、粉砂岩等。

基本介紹

• 中文名：碎屑岩
• 外文名：clastic rock
• 礦物成分：石英和長石

定義

是母岩機械破碎的產物經搬運、沉積、壓實、膠結而成的岩石。在沉積區外的陸地上搬運來的碎屑稱陸源碎屑或外碎屑，是碎屑的主要來源。在沉積區內形成的碎屑稱內碎屑（十分少見）。按碎屑岩的顆粒大小可分為①粗碎屑岩：礫岩、角礫岩，其碎屑直徑大於2毫米。②中碎屑岩：砂岩，碎屑直徑2-0.5毫米。③細碎屑岩：粉砂岩，碎屑直徑0.05-0.005毫米。

分類

按物質來源可分為陸源碎屑岩和火山碎屑岩兩類：

火山碎屑岩按碎屑粒徑又分為集塊岩（>64毫米） 、火山角礫岩（ 64～2毫米）和凝灰岩（<2毫米)、粗礫岩（256～64毫米）、中礫岩（64～4毫米）、細礫岩（4～2毫米 ）。

陸源碎屑岩中，砂岩按砂粒大小可細分為巨粒砂岩（2～1毫米），粗粒砂岩（1～0.5毫米）、中粒砂岩（0.5～0.25毫米 ）、細粒砂岩（0.25～0.1毫米） 、微粒砂岩（ 0.1～0.0625毫米 ）。粉砂岩按粒度可分為粗粉砂岩（ 0.0625 ～0.0312毫米 ），細粉砂岩（ 0.0312～0.0039毫米 ）。

組成組分

陸源碎屑岩主要由顆粒、雜基、空隙和膠結物質組成：

顆粒，又叫碎屑，又可分為岩屑和礦物碎屑兩類。岩屑成分複雜，各類岩石都有。礦物碎屑主要是石英、長石、雲母和少量的重礦物。

填隙物包括雜基和膠結物質。雜基是碎屑岩中細小的機械成因組分，其粒級以泥為主；膠結物是碎屑岩中以化學沉澱方式形成於粒間空隙中的自生礦物，碎屑岩中的主要膠結物是矽質、碳酸鹽和一部分鐵質。

孔隙和裂隙。岩石中未被固體物填充的空間叫做孔隙或裂隙，是地下水及油、氣的儲存所。孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙兩類。

孔隙類型

原生孔隙

是指在沉積時期或在成岩過程中形成的孔隙。原生孔隙主要是粒間孔隙。所謂粒間孔隙是指碎屑顆粒支撐的碎屑岩，在碎屑顆粒之間未被雜基充填，膠結物含量少而留下的原始孔隙。粒間孔隙在砂岩儲層中最普遍，分布比較穩定。具粒間孔隙的砂岩儲集層其孔隙度為5%-40%，後者幾乎是未固結的鬆散砂層。

次生孔隙

砂岩的次生孔隙主要是其非矽酸鹽組分（以碳酸鹽礦物為主）溶解的產物。形成這種溶解孔隙的可溶物質可呈三種結構形式：沉積的物質、自生膠結物以及自生交代產物。岩石組分的破裂和收縮也可使砂岩產生重要的次生孔隙，不過，通常在數量上都是居於次要地位。

混合孔隙

指部分原生孔隙和部分次生孔隙組成的孔隙。例如，砂岩顆粒的邊緣遭受溶蝕形成的次生孔隙與原生孔的組合；砂岩發生不完全的膠結作用，膠結物溶解形成的次生孔隙與原生孔隙的組合；在砂岩顆粒邊緣的交代物溶解形成的次生孔隙與原生孔隙的組合；在砂岩顆粒邊緣被交代時，經常與其相鄰的粒內空間同時被同一種礦物所膠結，當這些自生礦物全部被溶解以後，就會形成混合孔隙。以上這些孔隙都是混合孔隙。大部分孔隙都是混合成因的，它們可以具有次生孔隙的所有結構方式。但混合孔隙中原生孔隙和次生孔隙的相對含量往往難於估計。

礦物成分

碎屑岩的礦物成分以石英和長石為主，它們對儲層物性的影響不同。一般說來，石英砂岩比長石砂岩儲集物性好。

石英的來源可以通過顆粒大小及顆粒形狀來判斷，主要分為：來自深成岩漿岩的石英、來自變質岩的石英、來自噴出岩及熱液岩石的石英、再旋迴石英。

長石主要來源於花崗岩和花崗片麻岩。地殼運動劇烈，地形高差大，氣候乾燥，以物理風化作用為主，搬運距離近以及堆積迅速等條件，是長石大量出現的有利因素。

重礦物。相對密度大於2.86的礦物稱為重礦物，它們在岩石中含量很少，一般不超過1%，其中在0.05-0.25mm的粒級範圍內含量最高。

砂岩、礫岩的成岩作用

機械壓實作用和壓溶作用

壓實作用和壓溶作用是碎屑岩儲層的孔隙度和滲透率衰減的主要因素。所謂壓實作用就是通過岩石的脫水脫氣，岩石孔隙度變小，變得緻密。壓實作用是通過顆粒的下沉，顆粒之間距離變小，沉積物體積收縮而進行的。壓實作用主要發生在成岩作用的早期，3000m以上壓實作用的效果和特徵明顯。從成岩作用現象上來講，壓實作用不僅可以造成泥岩和頁岩岩屑等的假雜基化，火山岩岩屑等軟顆粒的塑性變形，還可以造成石英和長石等剛性顆粒的破裂和粒間接觸程度的提高。壓實作用使砂岩儲層的孔隙度迅速減小，但不同類型的砂岩，其孔隙度衰減的速率不同。如粘土雜基含量高的砂岩，其孔隙度衰減速率大，而純淨砂岩的孔隙度衰減速率小。

壓溶作用是指發生在顆粒接觸點上，即壓力傳遞點上有明顯的溶解作用，造成顆粒間互相嵌入的凹凸接觸和縫合線接觸。由於碎屑顆粒在壓力作用下溶解，使得Si、Al、Na、K等造岩元素轉入溶液，引起物質再分配，造成在低壓處石英和長石顆粒的次生加大和膠結。據費希特鮑爾對含油區砂岩的研究，石英在500-1000m埋深就開始次生加大，並隨著埋深的增加，次生加大的石英顆粒增多。石英次生加大對岩石孔隙度有可觀的影響，有時可以占滿全部孔隙。

膠結作用

膠結作用是砂岩中碎屑顆粒相互聯接的過程。鬆散的碎屑沉積物通過膠結作用變成固結的岩石。膠結作用是使儲層物性變差的重要因素。碎屑岩膠結物的成分是多種多樣的，有泥質、鈣質、矽質、鐵質、石膏質等。一般說來，泥質、鈣-泥質膠結的岩石較疏鬆，儲油物性較好，純鈣質、矽質、矽-鐵質或鐵質膠結的岩石緻密，儲油物性較差。據松遼盆地儲集層鈣質含量的統計資料，一般當鈣質含量大於5%時，其儲油物性明顯下降。不同的粘土礦物對岩石孔隙度和滲透率的影響也是不同的。在埋藏初期，從富含粘土質的孔隙水中可以沉澱出高嶺石、綠泥石或伊利石形成碎屑顆粒周圍的粘土膜，或充填孔隙。高嶺石除了直接從孔隙水中沉澱外，還可以通過長石和雲母的風化，形成自生高嶺石，這種作用在顆粒邊緣或順著解理縫首先發生。在酸性孔隙水中長石更易高嶺石化。這種自生的粘土礦物填塞孔隙，降低了岩石的孔隙度。由掃描電鏡揭示，圍繞顆粒邊緣生長的伊利石是從孔隙的喉道部位向孔隙中央發展的，而高嶺石往往充填在孔隙中，因此伊利石的生成對孔隙度的影響雖小，但對滲透率的影響很大，高嶺石在降低岩石滲透率方面的作用比伊利石小得多。

交代作用

是指一種礦物代替另一種礦物的現象，它的實質是被交代礦物的溶解和交代礦物的沉澱同時進行而導致替代現象的發生。在地下深處由於孔隙水成分的改變，導致長石、火山岩屑、碳酸鹽岩屑和方解石、硫酸鹽等膠結物的大量溶解，形成次生溶蝕孔隙，使儲層孔隙度增大。這種次生溶蝕孔隙對改善儲層物性的重要性近來受到愈來愈多的重視。

研究意義

隨著能源需求的急劇增加，低孔低滲、緻密等非均質碎屑岩儲層所占比例越來越多，引起了國內外學者和石油公司的高度重視。非均質碎屑岩儲層的孔隙結構與物性、滲流、電性等特徵密切相關，是影響儲層品質及流體性質的重要因素。國內外缺乏系統的非均質碎屑岩儲層孔隙結構定量評價技術，飽和度計算、流體性質及油水界面識別和產能評價也缺乏有效的處理方法，給非均質碎屑岩儲層測井精細評價帶來極大的困難，制約著該類油氣藏的勘探開發成功率。

岩石物理數值模擬、實驗測試和測井技術的發展豐富了人們對儲層性質的認識。通過多學科、多信息分析可得不同尺度的回響特徵。針對非均質碎屑岩，通過多信息融合技術進行孔隙結構分析並建立飽和度模型及流體識別標準，實現定性-定量相結合的儲層綜合評價，進而提高解釋符合率是測井解釋家所關注的重點。

對碎屑岩成岩作用研究的意義在於，為深部油氣勘探提供理論基礎和科學依據。成岩作用對儲層的影響表現在二個方面：

1. 對形成、保存儲層有利的建設性成岩作用；
2. 對縮小孔隙、減少孔隙，致使儲層緻密化的破壞性成岩作用成岩作用是對儲層物性的影響是伴隨埋藏深度的增加以及對成岩過程的進行而實現的。

隨著埋藏深度的增加，壓實作用造成原生孔隙度的減少，一般發生在成岩A亞期；隨著埋深的增加，儲層逐漸進入早成岩B亞期，地層溫度相應增加，地層中的有機質開始進入半成熟階段，發生壓溶作用。到晚成岩A+B亞期.埋深和古地溫都進一步增加，地層中的有機質開始進入成熟階段，釋放出大量的CO₂和有機酸，使儲層孔隙水變為酸性，導致了長石、碳酸鹽膠結物等易溶組分的溶解.從而形成大量的次生孔隙，這是次生孔隙的大量發育時期。晚成岩C期，由於受到成岩作用或構造破裂作用的影響，可以形成少量的次生孔隙，但儲層已經變得非常緻密，因而不會對儲層物性造成明顯的影響。在成岩作用過程中，多數情況下儲層的總孔隙度可以呈現相似的演化規律。當然在不同的沉積盆地，由於儲層沉積環境、物質組成、埋藏速度、古地溫梯度、原始地層水性質等因素的不同，儲層的成岩作用歷程、成岩作用等級等也不盡相同，儲層物性的發育程度及變化特徵也可能出現較大的差異。在對儲層物性進行研究時，應當結合上述因素進行綜合分析。

國內外研究現狀

我國關於碎屑岩的研究現狀包括在以下幾個方面:有機質熱降解機理及次生孔隙的研究；化學熱（力學平衡理論對於成岩反應熱力學條件及狀況的標定；流體、溫度、壓力、盆地沉降史等多位一體高度綜合的石油地質分析；成岩作用與現代地層學、沉積學研究的緊密結合。

另外，針對非均質碎屑岩儲層測井評價國內外學者開展了大量工作，在孔隙結構、巨觀測井回響及岩石物理數值模擬等取得了較大的進展，推動了非均質碎屑岩儲層的測井精細評價，但仍存在需進一步深化的領域：

1. 將微觀孔隙結構與測井回響進行有機結合實現地層條件下的儲層參數計算及孔隙結構評價。
2. 定量研究微觀孔隙結構對岩石物理性質的影響並建立基於孔隙結構的儲層參數模型。
3. 將微觀孔隙結構參數及泥質、地層水等屬性融入岩電參數建立通用的飽和度模型。
4. 充分套用核映射、支持向量機、小波分析等現代數學算法最佳化建模，提高測井評價精度。