〈沉积学实验指导书〉教材正文

第一章沉积岩肉眼观察、镜下鉴定的方法和实验肉眼观察和镜下鉴定是沉积岩最基本的、最简便的、最常用的研究方法。有代表性的岩石手标本一定程度上是野外现象的缩影，肉眼观察可以了解岩石的宏观特征；光学显微镜下的薄片鉴定，可以细致地了解到沉积岩的物质组成、结构、显微构造、成岩作用及孔隙等方面的信息，基本可满足岩石的成因分析、储层评价等研究的需要。因此，沉积岩的肉眼观察和镜下鉴定是沉积学课程教学中重要的实践性教学环节。实验是学生进行实际操作的实践过程，也是对理论学习内容的巩固和加深，也可弥补理论教学中的不足。第一节沉积构造观察描述方法和实验沉积构造是沉积岩的重要特征之一，是分析沉积岩形成的重要依据，也是区别于岩浆岩和变质岩的主要标志。因此，沉积构造观察、描述是沉积岩研究中一个重要内容。一、流动成因构造的观察描述一）层理的观察描述层理的观察、描述主要在野外露头和钻井岩心进行，其观察和描述的内容有层理的厚度和规模；层理的类型及其特征；斜层理的纹层和层系产状的测量；层理内部构造和构成方式的观察和描述。1层理的基本术语层理是指沉积物（岩）由成分、结构、颜色及层的厚度、形状等垂向的变化而显示出来的一种构造。组成层理的要素有层系组、层系、纹层。2层理的描述步骤和内容第一步仔细观察标本或露头剖面岩石，初步确定岩石类型，分清纹层、层系、层系组，确定层系界面和层的界面。并对层理进行初期素描。第二步仔细观察纹层（细层）。描述纹层的形状、纹层与层系界面的关系以及同一层系内纹层间的关系，测量纹层的厚度、产状，确定组成纹层的成分等。详细的观察内容见表11。第三步描述层系、层系组及其界面。描述层系界面的形状、层系间的关系、层系内成分特征，测量层系的厚度、产状等。详细的观察内容见表12。对于斜层理，纹层与层系上界面的夹角称为倾角，与层系下界面的夹角称为安定角。对于同一个纹层，一般安定角小于或等于倾角，因此可利用倾角和安定角的关系帮助判断岩层的顶底。第四步确定层理类型，分析层理的成因。根据纹层、层系等观察和描述，确定层理类型，并根据组成层理的层系厚度大小，确定层理的规模（表12）。结合纹层、层系的产状测量，分析层理形成的环境及其水动力条件。对于能确定古水流方向，需确定古水流方向。若条件许可，最后还需对层理进行照相。3层理观察、描述时应注意的问题（1）形态描述需进行三度空间观察。观察时应注意平面上和平行流向的纵剖面和垂直流向的横剖面上的特征，只有三度空间综合观察才能正确判断层理的形态特征，同为不同类型层理在各剖面的表现各有异同，如槽状交错层理，只在横剖面上表现为槽形弯曲的特征，而在纵剖面上则似单向斜层理。大部分斜层理在纵剖面上可见各种斜层理形态，而在横剖面上则呈现平行层理的形态。因此要注意纵、横剖面的观察才能正确判断层理的类型。（2）成分的观察。需观察纹层内物质成分、结构特征和微韵律变化。（3）定量测量。对于斜层理，需测量并记录不同方向纹层的倾向和岩层的倾向。测量结果可以通过箭头图解及玫瑰图解等各种方式进行资料处理。对于曾发生构造变动的岩层，需进行岩层的倾向校正，才能确定古水流的方向。这种校正通常采用吴氏网法。表11纹层的描述内容（据波特文金娜，有修改）层理类型细层的标志倾斜的波状的水平的1细层的形状1直线的2弯曲的凹形凹凸形S形凸形1对称的凹形凹凸形S形凸形2不对称的凹形凹凸形S形凸形1规则的2不规则的形态2层系内细层之间的关系1平行的2收敛的向上向下向上下3放射状成的连贯的1平行的2收敛的向层系底部收敛向层系边部收敛总是平行的3纹层的结构1均一的2粒序的正粒序反粒序3不均一的1均一的2两层的3不均一的类型1砾石；2较粗粒物质；3植物屑；4动物屑；5矿物分层。成分4包体类型及其位置分布1纹层底部2纹层的下端3纹层上部4不规则1纹层底部2槽形底部3纹层上部4不规则1纹层底部2纹层上部3不规则配置5纹层在层系中的配置及其组合1均匀的一致的2韵律的形成组3不均匀不一致或不规则的6纹层的厚度1极巨厚100CM2巨厚10010CM3很厚105CM4厚52CM5中厚205CM6薄0501CM7很薄100CM2大型10010CM3中型103CM4小型90755075502028120107711005618050256590250125096012500625012005201006100541505025144402501254120125006250100625009表35某油层的CM值（单位M）样品1234567891011121314151617C值394449607062110125150200250300340400500520440M值15181625303050506070100110120125250260200第四章岩相古地理研究实践第一节岩相古地理研究简介一、岩相古地理研究的意义岩相古地理研究是一项重要的基础地质工作，目前主要根据对研究区内基础资料的统计分析，通过编制岩相古地理图来完成的。目的在于通过岩相古地理研究，重溯沉积环境，研究沉积作用，了解地质历史演变及构造发育史，分析各时期的沉积特征及其分布规律。对于含油气盆地来说，岩相古地理研究应以油气勘探为目的，在研究或编图过程中，应突出那些与油气生成、储集、成藏有关的岩性、岩相特征及古地理条件，因此，有时也将这类岩相古地理图称为沉积条件图或沉积体系图。岩相古地理研究在沉积盆地的油气勘探开发中具有非常重要的作用和意义。在沉积盆地的油气勘探初期阶段，基础资料相对较少，岩相古地理研究精度相对较低，一般进行小中比例尺的岩相古地理编图，但其将为沉积盆地的含油气远景、油气资源评价等提供重要依据。在沉积盆地的油气勘探中后阶段，基础资料相对丰富，岩相古地理研究精度较高，一般进行大比例尺的岩相古地理编图。此时岩相古地理图将对油气勘探起到预测作用，为进一步油气勘探指明方向，特别油气勘探晚期，岩性油气藏成为主要的勘探目标，岩相古地理研究将起到非常重要的作用。对于油气开发时期的岩相古地理研究，将为开发方案的设计提供依据。二、岩相古地理研究的步骤及方法岩相古地理研究的关键是编制岩相古地理图，但如何编制岩相古地理图，要收集和整理哪些资料，先编哪些基础图件，如何进行分析，对于不同地区、不同层位、不同的研究目的，也不尽相同。但，岩相古地理研究大致可分为三个阶段基础资料收集和整理阶段、基础图件的编制阶段和综合分析阶段。1基础资料收集和整理基础资料是进行岩相古地理研究的基础，基础资料的丰度和精度决定了岩相古地理编图的精度、可靠性。基础资料收集实际上也是沉积相标志的收集，对于沉积盆地来说，可以分为地质露头剖面资料和盆地覆盖区的钻井资料、测井资料和地震资料。这些资料有的是现成的，只需要到有关单位收集即可，有的资料需要自己野外进行观察、描述，或进行取样分析获得。地质露头剖面资料主要包括岩性、古生物及其相关的分析化验资料等。钻井资料主要包括钻井取心的岩心资料（岩性、古生物及其相关的分析化验资料等）、录井资料、油气测试等方面的资料。基础资料的整理是一个复杂、细致的过程，需要根据不同的研究目的进行归类、整理，有的还需要进行计算和进行相关分析，具体可参见沉积学的相标志有关内容。2基础图件的编制在基础资料收集和整理、确定编图单元和比例尺的基础上，需要编制一系列基础图件，以反映沉积盆地的沉积条件、沉积特征。在岩相古地理研究中，编制图件的类型、数量，需根据研究目的以及基础资料的丰富程度而定。以油气勘探为目的的油区岩相古地理研究，单井沉积学分析图、剖面沉积相分析图、平面沉积相或沉积体系分布图是最常见的图件，也是点线面分析原则的代表性图件。1）单井沉积学分析单井沉积学分析是岩相古地理研究的基础，往往以钻井取心井为主。钻井取心井的资料丰富，且相标志清楚、可靠。在岩心观察描述的基础上，结合其它相标志如测井资料、地震资料和有关的分析化验成果（地球化学、古生物）等，进行综合分析，进而确定该井的沉积相类型及其垂向演化规律。单井沉积学分析也需结合盆地构造特征，进行综合分析，才可得出相对合理的结论。单井沉积学分析的关键是编制单井沉积学分析图。该图综合了有关的相标志（岩石学、古生物、地球化学等）并用图的形式表示出来，以及利用相标志所得出的有关沉积学参数，如沉积相类型（相、亚相、微相）、湖（海）平面变化曲线、层序地层划分（层序、体系域、准层序）、生储盖层评价等。2）剖面沉积相分析剖面沉积相分析是在单井沉积学分析基础上完成，其目的是为了了解沉积相纵横向展布特征。但进行剖面沉积相分析之前，等时性对比是关键，即建立等时性地层格架，这也是决定区域性岩相古地理研究成败与否的关键。在剖面沉积相分析中，一定要注意“同期异相”和“异期同相”问题。同期异相指同一沉积时期，但沉积相类型不同，这主要由于沉积盆地的构造背景、沉积条件在不同地区存在差异，也就决定沉积相的差异性，这也是进行剖面沉积相分析的目的之一，通过剖面沉积相分析，确定相变界线。异期同相指不同的沉积期，但沉积环境相同，即具有相同的岩相，这需要在进行沉积相对比分析之前，确定等时性地层界线，而不能以岩相划分界线。近十几年来发展起来的层序地层学理论和方法，已广泛应用于地层划分和等时性对比研究中，取得了良好的效果。剖面相分析的基础是编制剖面相分析图。在编图过程中需注意以下几个问题在进行剖面相分析图时，尽量选用已进行单井沉积学分析的井，以及地层发育全、断层少的井。编图剖面方向的选择。剖面方向往往根据研究区的沉积和构造特征、研究目的而定，对于区域性研究往往遵循跨构造带、跨沉积体系的原则；对于单一沉积体系来说，往往选择顺物源方向和垂直物源方向的剖面。为了清楚的反映沉积演化和相带展布，对比剖面图中所用的单井剖面的比例（纵向比例）要统一，同时，井间距离也需按统一的比例（横向比例），但纵向比例和横向比例可不相同。为了更好的确定井间变化，在编制对比剖面时，需结合地震资料、区域性地质资料等，进行综合分析。3）平面沉积体系分布图通过单井及剖面相分析，在编制地层等厚图、砂岩百分含量图、泥岩等值线图、测井相图、地震相图等有关平面基础图件上，结合沉积盆地的构造特征研究，进行综合分析后才能编制出平面沉积体系分布图或沉积相图。它往往是岩相古地理研究的最终体现。3综合分析综合分析实际上是对岩相古地理研究的总结和归纳，也是对有关图件的说明和解释。主要包括以下几个方面1）沉积物来源方向的确定主要根据重矿物组合含量变化、砂砾岩分布及其含量变化以及特殊的定向构造等进行判断，具体确定方法参见沉积学有关内容。2）古水动力条件的分析主要根据结构组分的类型和结构、沉积地层的厚度以及有关具有定向意义的沉积构造等进行分析，具体分析方法参见沉积学有关内容。3）水体深度及沉积古地形的分析主要根据沉积物的分布规律、沉积物的结构和沉积构造、古生物类型和丰度、沉积地层厚度和接触关系等进行综合分析，具体分析方法参见沉积学有关内容。4）沉积相或沉积体系类型的确定主要根据相标志进行判别，有时也需结合沉积盆地的古构造，进行综合分析。5）沉积中心与沉降中心的判别利用厚度与岩相结合分析法，有助于判别沉陷的性质，是沉积中心还是沉降中心。在古地形较为平缓的水盆，中央地区沉降幅度最大，且为深水较深水相沉积，即为沉降中心与沉积中心重合，也是有利的生油区。但是，有时也出现不重合，如一些断陷盆地，沿边界大断层沉降幅度很大，地层很厚，但岩性主要为粗的砂砾岩，是沉降中心而不是沉积中心，此时常出现沉积中心与沉降中心不重合。6）有利储油地区的分析与确定陆源碎屑沉积盆地中有利储油地区，主要受控于砂体的发育与分布情况。因此，根据物源方向、古水动力条件、沉积体系的分布等，确定不同成因类型砂体的分布、延伸方向和形态特点等，进而确定有利的储油地区。7）有利生油地区的分析和确定岩性、岩相和地球化学是评价盆地生油岩的基本指标，一般情况下，相区与有利的、较有利的生油区具有一定的对应关系。对于在古地形较为平缓的水盆，中央地区既为沉降中心也为沉积中心，同时也是有利的生油区。当沉积中心与沉降中心不重合时，需从沉积厚度、岩性、岩相等方面加以综合分析合判断。第二节岩相古地理研究实例训练一、概述该部分是沉积学理论学习结束后，结合实际资料而进行的一项实践性教学活动，其目的在于强化学生的基本技能的培养，进一步加深对沉积学理论的理解，了解沉积学在生产实践中的应用及其研究方法。该部分资料选自我国东部下第三系某含油气盆地。该含油气盆地为一典型的单断式断陷湖盆，南北均为高山隆起或凸起，为盆地提供了丰富的陆源碎屑物质。盆地的北部受一条边界断层控制，构造活动强烈，形成了断层控制的北部陡坡带；南部为一简单的斜坡，构造活动相对稳定，构成了南部斜坡带。总体上形成了北断南超的盆地结构。该盆地下第三系可划分出三个二级层序、11个三级层序（从老到新依次命名为层序1、2、3），每个层序中又可细分出若干个准层序。二、某盆地的有关资料一）钻井岩心描述资料C22井和C28井为钻于该盆地中的两口探井，C22井位于该湖盆的北部地区，靠近湖盆边界断层分布，C28位于该湖盆的南部斜坡地区。1C22井C22井有11次取心，连续取心，取心长度85M，岩心收获率达98，取心层位上相当于层序7（三级层序）。其中层序7第15个准层序的岩心特征描述如下（由下向上）（1）深灰色泥岩，具水平层理。05米（2）深灰色泥岩与细砂岩互层，砂岩底部发育沟模、重荷模等构造。08米（3）深灰色泥岩，其中夹有砂岩透镜体。05米（4）含砾粗砂岩，底部具冲刷面，具正粒序，可见直立的砾石。08米（5）深灰色泥岩夹薄层细砂岩。04米（6）深灰色杂基支撑砾岩，填隙物为灰色泥、细砂，具块状构造，底部具冲刷构造。砾石成分多样，分选、磨圆差。12米（7）具叠覆冲刷的含砾粗砂岩，具“AAA”，局部可见“ABAB”序列。15米（8）块状砂岩，砂岩内部无任何构造，呈块状。16米（9）深灰色泥岩。05米（10）块状砾岩，分选、磨圆差，具块状构造，底部具冲刷面。20米（11）深灰色含砾砂岩，具正粒序，杂基支撑。15米（12）粗砂岩，显平行层理。05米（13）深灰色泥岩，具水平层理。05米2C28井C28井共有9次取心，连续取心，取心长度65M，岩心收获率达95，取心层位上也相当于层序7（三级层序）。其中层序7第10个准层序的岩心特征描述如下（由下向上）（1）灰色泥岩，具水平层理。03米（2）粉砂质泥岩，生物扰动发育，发育透镜状、波状交错层理。06米（3）灰色泥岩，具水平层理，发育水平生物钻孔。04米（4）灰色泥质粉砂岩，生物钻孔多为倾斜，发育波状、透镜状交错层理。07米（5）灰色粉砂岩，生物扰动强烈，发育波状、小型砂纹层理。03米（6）灰绿色细砂岩，具反粒序，发育板状、槽状交错层理，生物钻孔多为直立，岩石分选、磨圆较好。06米（7）灰白中砂岩，具反粒序，发育板状、槽状交错层理，生物钻孔多为直立，岩石分选、磨圆较好。08米（8）灰白色粗砂岩，特征如上。05米（9）灰绿色泥岩夹薄层粉砂岩，生物扰动强烈，岩石呈块状，层面植物化石发育。06米（10）灰白色中粗砂岩，底部发育灰绿色泥砾，具正粒序，发育槽状、板状交错层理，底部具冲刷构造。06米（11）灰绿色细砂岩，发育槽状、波状交错层理。08米（12）灰绿色粉砂质泥岩，岩石中发育植物根，具波状、透镜状层理。04米（13）灰色泥岩，发育水平层理。03米3C16井岩心资料描述C16井共有6次取心，连续取心，取心长度45M，岩心收获率达93，取心层位上也相当于层序7（三级层序）。其中层序7第15个准层序的岩心特征描述如下（由下向上）（1）灰黑色泥岩，具水平层理。4米（2）灰黑色粉砂岩，含泥砾，具变形构造。25米（3）灰黑色泥岩，具水平层理。3米二）主要探井的地层参数数据目前该盆地已钻探探井几百口，其中部分探井层序7的地层厚度参数见表41。三、作业一）基础图件绘制1单井沉积学分析图根据所给的C22井、C28井的岩心描述资料，编制该两口井的单井沉积学分析图（比例尺1100），按图附录III附图1格式编制，编图有关图例见附录III附图2。2剖面对比相分析图在C22井、C28井单井沉积学分析的基础上，编制C22C16C28近南北向的沉积相剖面对比图。且C22井层序7第15准层序、C28井层序7第10准层序、C井层序7第准层序为同一时间单元内形成的产物。3地层等厚图编制层序7的地层等厚图（底图见附录III附图3），地层厚度数据见表41，等值线间距为50M。地层等厚图可以反映盆地的范围、沉积边界以及沉积盆地基底的古地形特征等。4泥岩颜色及泥岩厚度图泥岩的颜色基本能反映岩石沉积时的氧化还原程度，黑色类表示还原环境，红色类表示氧化环境，而绿色类介于两者之间，属于弱还原弱氧化环境。编制层序7的泥岩颜色及泥岩等厚图（底图见附录III附图4），数据见表41，颜色用数字表示，数字其所代表的颜色见附录III附图2。将泥岩厚度及泥岩颜色数据注明于井点右侧，如井号,用颜色资料泥岩厚度泥岩颜色号勾绘分区图，用厚度数据编制等值线图，厚度间距25M。5砂岩百分含量等值线图编制层序7的砂岩百分含量等值线图（底图见附录III附图5），数据见表41，在图中画出10、30、50、70的等值线。三）编制岩相古地理或沉积体系分布图本作业要求在充分利用有关基础图件、资料，结合盆地构造格局特征，编制层序7沉积期的沉积体系分布图。该图上需表示下列内容1）以砂岩百分含量为底图（砂岩百分含量的等值线可适当抽稀）（底图见附录III附图6），标出沉积体系类型及其分布、主要物源方向。2）结合泥岩颜色分布图、砂岩百分含量图，结合盆地构造格局特征，进行沉积相带划分，即在图上标出滨湖、浅湖、深湖半深湖等相带。3）结合泥岩颜色分布图、泥岩等厚图，确定可能的有利生油区或生油中心。4）结合砂岩百分含量、沉积体系分布，确定有利的储油地区。四）综合分析1）确定沉积体系的依据。2）确定主要物源的依据。3）结合泥岩等厚图和地层等厚图，分析层序7沉积期的沉积中心和沉降中心的分布。4）确定有利生油地区和储油地区的根据。表41某断陷盆地层序7的地层厚度参数数据表井号C31C32C20C33C2C52C24C28C101C16C55C35C22地层厚度M13313896764030110121260302360266348砂岩百分比18851023503082051060泥岩厚度M泥岩颜色代号141412861558812121314井号C4C12C441C410C271C273C275C45CG55C36CG4C18C10地层厚度M2402903703552582481336040704565200砂岩百分比806086930507014138128泥岩厚度M泥岩颜色814121227188153153914井号CG54CG2C482C15C9C25C39CG5CG10CG30CG8CG33C7地层厚度M86303154802604751911401002011040194砂岩百分比28445128715101570485泥岩厚度M泥岩颜色63121281214981501514井号C11C201C3D53D54D52D115D14CG15CG22DG5D28D112地层厚度M272381450500374190210906550423050砂岩百分比1015502210263862613128泥岩厚度M泥岩颜色121491491212131483814井号DG19D675D49D62D60D656D65D36D61D12D9D31DG7地层厚度M100220160352370214270192239146904045砂岩百分比453420301216126276510泥岩厚度M泥岩颜色1212131399912121212148井号Z48Z13YG34D93D95D90D360D354D353G1D21D15G10地层厚度M1681301444824313514490167220268197146砂岩百分比45222555516205410655泥岩厚度M泥岩颜色0851212121214814121213井号D6YG46YG47Z12YD10Y5D41G5G6D44地层厚度M884570182030206013450砂岩百分比816121620953815泥岩厚度M泥岩颜色99836131314914参考文献陈丽华，姜在兴主编。储层实验测试技术。石油大学出版社，1994狄明信主编。沉积岩实验技术。石油大学出版社，1993高钧成等。石英E心浓度测量与测年研究。核技术，1995，18（8）507508。胡斌，王冠忠，齐永安著。痕迹学理论及应用。中国矿业大学出版社，19973046。姜在兴等。砂体层序地层及沉积学研究。北京地质出版社，2000。廖立兵等编。现代测试技术简明教程。地质出版社，2001。刘岫峰主编。沉积岩实验室研究方法。地质出版社，1991。裘亦楠，薛叔浩等编著。油气储层评价技术。石油工业出版社，19945367。王璞君等。松辽盆地白垩纪年代地层研究及地层时代划分。地质学报，1995，69（4）371381。许运新，蒋承藻，萧德铭编著。砂岩油田岩心描述与用途。黑龙江科学技术出版社，19941765赵澄林，吴崇筠编著。油区岩相古地理。石油工业出版社，1987附录I附图1显微镜下目测估计百分含量比较图（占整个视域）附图2显微镜下目测估计某一颗粒百分含量比较图（占颗粒总量）附录II值与毫米（MM）换算表值MMMM值MMMM值MM000100001000032001088918966400011801009330107183300101598492650001100200870511487340009471055616600010303008123123113500088411314670000960400757913195360008251212668000090050070