测井资料分析沉积环境

1、第四节 测井资料分析沉积环境一、几个基本概念沉积环境：在沉积学研究中，人们经常使用“沉积环境”这个术语。但是，国内外的地质学家对沉积环境的理解或定义却并非完全一致。例如，按照RC塞利的意见，沉积环境应定义为“在物理上、化学上和生物学上均有别于相邻地区的一块地球表面”。而在划分沉积环境单元时，可能是根据上述三项标准中的一个或两个。SJ皮尔森(1967)对沉积环境下过这样的定义：与一定规模和形态的地貌单元相对应的一组物理变量和解变量的集合，即称为沉积环境。 沉积相：在沉积学研究中，沉积相也是一个常用的术语。对于沉积相的概念，国内外的地质学家也存在着不同的观点。例如，一种观点是把沉积相理解为沉积环境

2、的同义语，认为沉积相即是沉积环境。而另一种观点却认为“沉积相是沉积环境及其在该环境中形成的沉积物的特征的总和”。显然，前一种观点有些过于简单，它并不将沉积相和沉积环境加以区分，而后一种观点则是一个综合的广义的概念，它既包括了沉积物形成时的条件，又包括了沉积物的特征这两个方面。现在，似乎越来越多的学者主张沉积环境和沉积相是相互联系但义彼此不同的两个概念。一般认为，沉积环境是指沉积物形成的条件，即是说，沉积坏境反映了沉积物是在怎样的水动力条件、生物条件和化学条件下形成的；而沉积相则是指在特定的环境中沉积作用的结果，或者说，沉积相是一个沉积单元中所有原生沉积特征的总和。可见，沉积相是沉积环境的产物，

3、即沉积环境的物质表现。沉积模式：所谓沉积模式，就是以大量的现代沉积环境和古代沉积环境的综合研究结果为基础，对某种沉积环境的发展和演变进行规律性的高度概括和总结，归纳出该沉积环境带有普通意义的沉积特征及其空间组合形式，即称为沉积模式。建立和掌握各种沉积环境的沉积模式不仅具有重要的理论意义，而且也具有极大的实际意义。这是因为，沉积模式可以在以下四个方面起重要作用；1沉积模式是大量实际资料的高度概括和总结，它对于实际沉积环境的比较和鉴别能起标堰作用；2沉积模式概括了环境的要点，它对于实际沉积环境的深入研究能起提纲和指南作用；3沉积模式着重于环境组成之间的成因关系，它对于新的研究地区能起“预测”作用；

4、4沉积模式的建立十分强调环境所独具的成因特征，它对于所研究的沉积环境的水动力学解释能起基础作用。正因为如此，建立和掌握各种沉积环境的沉积模式越来越受到人们的重视。各种沉积环境的标堆沉积模式已成为人们恢复和重建古代沉积环境所必须掌握的钥匙和手段。二、沉积环境的分类 国内外的地质学家对沉积环境的分类也存在着不同的见解，已提出了好几种分类方案。在各种沉积环境的分类方案中，按自然地理区划进行环境分类是使用饺广泛的一种。这种分类方案是以自然地理条件或地貌特征作为沉积环境分类的主要依据。 许多地貌单元的特征都是比较复杂的。在这种比较复杂的地貌单元中，各部分的物理条件、生物条件和化学条件并不相同，因而各部分

5、的沉积特征也有明显的差别。所以，一个大环境常常可分出若干个亚环境而亚环境还可以分出若干个亚亚环境。据1972年的统计，全世界共划分出N种主要的沉积环境类型，40种亚类型，14种亚亚类型和20种亚亚亚类型。最常见的沉积环境按自然地理区划或地貌特征分类如下：1大陆环境组(1)冰川环境(2)沙漠环境(3)冲积扇环境(4)河流环境(5)湖泊环境(6)沼泽环境2海陆过渡环境组(1)三角洲环境(2)河口湾环境3海洋环境组(1)滨海(海岸) (2)浅海环境(3)半深海环境三、利用测井曲线形态分析沉积环境的物理基础和工作方法在鉴定沉积环境中，岩石的粒度、分选性、泥质含量、垂向沉积序列、砂体的形态及分布等，都是

6、重要的成因标志。利用测井曲线的形态可以有效地查明上述成因标志在纵向和横向上的变化，从而为鉴定沉积环境提供有价值的资料。1、电阻率测井（1） 岩石的电阻率与岩性的关系（2） 电阻率与粒度关系大量的实际资料表明，碎屑岩的粒度与其电阻串之间有着密切的相关关系。下图是霍林河盆地114个钻孔的各种岩性地层的各种岩性地层与其视电阻率(电位电极系，AM=0.5m)的统计结果。 下图为我国艾区第三系地层607块岩样测定的砂岩粒度中值与其束缚水饱和度之间的关系。由图33可以看出，束缚水饱和度随砂岩粒度中值的减小而增大。特别是当粒度中值小于0.1mm(相当于细砂岩)之后，束缚水饱和度随粒度中值的减小而增大的趋势更

7、加明显。这就表明，随着砂岩粒度的减小，以微细孔隙为主的孔隙系统和以束缚水为主的传导介质所组成的导电网络会越来越发育。（3）电阻率与分选性的关系（4）电阻率与泥质含量的关系岩石的电阻率随岩石中泥质含量的增大面降低。特别是低孔隙度的致密岩层，泥质对其电阻率的影响尤为显著。造成岩石电阻率随泥质含量增大而降低的原因，显然是在于泥质颗粒的附加导电性。2、自然电位测井（1） 自然电位与泥质含量的关系（前面已讲）（2） 自然电位与粒度地的关系3、自然伽马测井（1） 自然伽马与泥质含量的关系（前面已讲）（2） 自然伽马与粒度地的关系四、利用测井曲线形态分析沉积环境的基本方法1、测井曲线形态的沉积环境基本类型不

8、同的沉积环境具有不同的水动力特点，故不同沉积环境中形成的砂岩体或沉积层序在粒度、分选性以及泥质含量等方面便具有不同的特征。由于测井曲线可以反映这些特征沿钻孔剖面的变化情况，田此测井曲线可以提供沉积环境方面的重要要信息。显然，如果预先掌握了测井曲线的形态与砂岩体或沉积层序的特征之间的关系，就可以利用这些关系来对新获得的测井曲线作正确的地质解释，从而为分析沉积环境提供有价值的资料。2、测井曲线形态分析的基本内容测井曲线的形态分析的主要内容如下：(4)次级形态五、几种主要沉积环境的测井曲线线特征及应用实例 近十多年来，国内外的地质工作者和测井工作者对一些主要沉积环境或沉积层序的测井曲线特征，已作了较

9、细致的分娇和总结。他们的研究成果，为利用测井曲线分析沉积环境提供了经验，奠定了基础。 例如，1970年，皮尔森(sJPirson)提出了六种砂体沉积的自然电位曲线特征，即海退砂层，海进砂层，岸外砂坝，河道充填砂坝，独流砂坝以及三角洲沉积层序。到1978年，皮尔森又对这六种砂体沉积补充了短极距电位电极系电阻率曲线的特征。1975年，艾伦(DRA11en)综合自然电位和短极距电位电极系电阻率曲线，提出了七种砂体和沉积层序的理想的测井曲线特征，即冲积河流，三角洲，堡岛，潮汐河道，泻溯，油流沉积，油流牵引搬运沉积。1981年，武汉地质学院马正总结了黄骅幼陷第三系地层的冲积扇、河流、三角洲、沿岸、水下冲

10、积扇、油流沉积等六种沉积环境的自然电位曲线特征。1982年，武汉地质学院黄智解、陈耀琴总结了我国内蒙霍林河煤盆地的冲积扇、河流、湖滨三角洲等沉积环境的短极距电位电极系电阻率曲线特征。继后，1983年，他们又提出了我国阜新煤盆地艾友矿区沙海组沙三段地层的冲积扇、河流、湖泊等沉积环境的电阻率和自然伽马曲线特征，等等。 这里将主要叙述海退沉积层序、海进沉积层序、冲积扇、河流、湖泊、三角洲等沉积环境的地质特征和测井曲线特征以及它们的应用实例。1、海退沉积层序和海进沉积层序可将与海岸线有关的砂岩体划分为海退沉积层序和海进沉积层序两类。海退时期形成的砂岩体，在垂向剖面上表现为自下而上砂岩体逐个向海的方向后

11、退，从而组成海退沉积层序。海进时期形成的砂岩体则相反，在垂挫折向剖面上表现为自下而上砂岩体逐个向陆地方向推进，从而组成诲近沉积层序。这两种沉积层序的测井曲线特征截然不同，根据测井曲线很容易把它们区分开。（1）海退沉积层序 （2）海进沉积层序海进是海平面上升引起海岸线越过陆地向前推进的结果。下图是海进沉积层序及其测井曲线的示意。 海进沉积层序，是海水向陆地推进过程中形成的一系列砂岩体的组合。在海进层序的底部有一个突然的粒度间断，其上是分选性良好的粗粒沉积物。海平面的上升常是振荡旋回性的。总的来说，海进沉积层序自下而上沉积物的颗粒由粗变细，分选性则由好变坏，这是海进沉积层序的基本特点。与这一基本特

12、点相对应自然电位和电阻率曲线则表现为，自下而上曲线的幅值越来越小，呈典型的圣诞树型，曲线指峰的齿中线常呈水平平行。 海进砂坝的垂向拉序和次级环境与海退砂坝中所观察到的序列是相反的。海进砂坝与三角训沉积的关系很密切，并常被解释成破坏性三角洲砂坝。 根据自然电位曲线指峰包络线的形态，同样可以判断海进海水的速率，即确定是匀速海进或是匀加速海进或是匀减速诲进。如果将海进沉积层序与海退沉积层序或三角洲层序相比较，那么海进过程只形成较小的沉积体，因为海进的基本作用乃是伴随着海岸线的推进由薄沉积带波浪作用所产生的侵蚀和再沉积。海进的海浪能量愈高，海进沉积就愈荡薄。将测井曲线归一化，通过多个钻孔同一海进(或海

13、退)砂层曲线形态的对比，可以查明古海岸线侧向延仲的特点，指明海进海水侵覆陆地的最深位置以及海水运动速率的变化，等等。2、冲积扇环境（1）冲积扇环境概述在山区，季节性的洪水水流将携带大量的碎屑物质流向平原地区。在山谷的出口处，由于地形坡度急剧变缓，水流流速骤减并向四外分散，大量的碎屑物质便在山谷外的山麓地带堆积下来。一期洪水，形成一次碎屑堆积。多期沉积互相叠置，最后使形成中心厚度较大并向盆地伸展的扇形楔状沉积体。这就是冲积扇。 冲积扇的面积主要取决于补给区的大小、水量的多少以及气候条件等因素，一级可达数十至数百平方公里。冲积扇的厚度变化较大，可为几十到几百米。扇面的倾角一般为36度。在岩性特征方

14、面由于冲积扇距物源区很近，所以它的碎屑成分与山区母岩成分基本一致。岩性主要由砾石、砂及泥质组成。颗粒粗，粒级范围大，分选性很关，成分复杂。冲积扇有单个的，但在更多的情况下是沿着山系前缘，扇扇相接，形成裙带。在断陷盆地的边缘，常常有多个冲积扇发育，形成冲积扇带。所以，冲积扇是断陷盆地的重要特征，根据冲积扇群的位置便可以圈定断陷盆地的范围。就储油性质来说，扇中辫状河道砂岩体的物性较好，若邻近有油源条件，油气多聚集在扇中辫状河道砂岩体中。就成煤作用来说，冲积扇本身并不是成煤的有利地带。但是，在冲积扇的前缘地带，由于那里地势低、潜水面高、矿物营养丰富，适于植物大量繁殖，因而是成煤的有利地带。（2）冲积

15、扇各部位的地质特征和测井曲线特征A、扇顶 扇顶又称扇头。在整个冲积扇上，扇顶的沉积坡角为最大。扇顶沉积可分为泥石流和主河道两类。(A)泥石流泥石流沉积是冲积扇的具有代表性的主要特征沉积。泥石流是一种高密度、高粘度的块体流，它在重力作用下呈块体搬运。泥石流沉积一般呈舌条状，主要分布在冲积扇的顶部。泥石流沉积的显著特点是：l 砾、砂、泥混杂，粒级大小相差悬殊，甚至可以含有巨大的砾石(漂石)，分选性极差。l 岩性为杂基支撑的块状混杂砾岩(混杂砂砾岩、砂质砾岩及含砾泥岩)。l 单层厚度不大，层理往往不清楚。这些岩性及结构待征，决定了泥石流沉积的电阻率曲线为参差不齐的锯齿状，曲线的峰值常常很高，顶、底界

16、面多为渐变型。l 泥石流沉积的自然电位曲线则呈低幅锯齿状，顶、底界面亦多为渐变型(图a)。(B)扇顶主河道沉积 在冲积扇的顶部，常有一个或两个主河道。扇顶主河道内常堆积以碎屑颗粒支撑酌砾岩或砂质砾岩。这种在高能环境中由急流水下堆积而成的主河道砾岩，其分选性虽优于泥石流沉积，但仍然比较差，泥质含量却比泥石流沉积明显减少。一期洪水形成一次河道堆积，在两期洪水之间的间歇期个，小的水流搬运则形成具有一定分选的细粒沉积物。主河道沉积的层理较清楚。依于湍流速度的不同，主河道沉积的粒序结构可能是杂乱曲块状砾石堆积、反粒级层、正粒级层以及分层粒级层。在电阻率测井曲线上，扇顶主河道烁岩表现为带齿边的大幅度曲线，

17、其异常幅度往往是整个冲积扇上的最大者。自然电位曲线的异常幅度也较大，但不是冲积扇上的最大者。界面曲线形态多为底部突变型和顶部渐变型，有时也有顶、底渐变型(图b)。测井曲线对于主河道砾岩的粒序变化一般都有较明显的反映。B、扇中扇中以辫状河沉积为主。扇中的沉积能量比扇顶要低，一般形成颗粒较粗的沉积物(含砾砂岩成粗一咖砂岩)。在扇中，水流的冲刷作用较强，间歇期的细粒沉积物不易保存下来，所以砂层常常彼此席近，甚至几个砂层叠设合并成一个厚度大的砂层。砂层的分选性和渗透性均变好。在电阻率测井曲线上，扇中辫状河道沉积表现为中等幅度的带齿边的箱形曲线或钟形曲线。自然电位测井曲线的形态虽然也呈带齿边的箱形或钟形

18、曲线，但其幅度往往是整个冲积扇上的最大者。在一般情况下，测井曲线对砂层的并层情况都有较好的反映。常见的界面曲线形态为顶、底突变型或底部突变型和顶部惭变型图。C、扇瑞 冲积扇的端部，沉积坡角最小，广泛发育席状砂与泥岩或粉砂岩的间互沉积。放沉积能量而言，扇端是冲积扇上沉积能量最低的部位。扇瑞沉积物的显著特征是，颗粒细，砂层薄，分选性好，且泥多砂少。在测井曲线上，扇端沉积表现为十分明显的幅度小、偶尔出现薄砂层小齿峰的低平曲线。在整个冲积扇上，扇端沉积的财井曲线幅度是最小者(图d)。D、侧翼漫堤沉积 在冲积扇的顶部或中部，有时发育堤岸砂层。堤岸砂层是漫堤性沉积，它要由薄砂层与薄粉砂岩或薄泥岩的频繁交互

19、层组成，且基本上不含砾石。避堤沉积的砂层，厚度小而层数多，有时颗粒有向上变细的趋势。在漫堤沉积的顶部，常有植物覆盖并形成碳质页岩或薄煤层。在测井曲线上，漫堤沉积表现为鲜明的参差不齐的齿状曲线，齿峰多而幅度不大。有时，曲线的幅度有向上减小的趋势(图e)E、注意 冲积扇环境纵向层序的测并曲线，将依于纵向层序组合的不同而具有不同的特征。在冲积扇的形成和发育过程中，沉积物的堆积速度与接受沉积的盆地的沉降速度可能不相同，这就使冲积扇砂体发生进积过程或退积过程。当沉积物的堆积速度大于盆地的沉降速度时，冲积扇沉积物将逐渐向盆地方向推进，使扇中沉积物置于扇端沉积物之上，而扁顶沉积物又置于扇中沉积物之上，从而形

20、成自下而上由细变粗的进积型反粒序纵向层序。相反，当沉积物的堆积速度小于盆地的沉降速度比冲积扇沉积物会向源区方向退积，纳果形成下粗上细的退积型正粒序纵向层序。所以，依于沉积物堆积速度与盆地沉积速度的不同，冲积扇将有不同的纵向层序，因而也就有不同的测井曲线纵向组合型式。应当指出，由于冲积扇是多期间歇性洪水水流沉积的集合体，而各期洪水的强度又常不一致，加上沉积物堆积速度与盆地沉积速度也不相同，因此在纵向剖面上，冲积扇各部位可能多次出现，互相叠加，测井曲线的形态也就会相应地复杂化。3、河流环境(1) 河流环境概述在各种大陆环境中，河流环境是分布相当广泛的主要环境之一。河流营力是一种重要的地质营力，它不

21、仅是一种搬运、侵蚀营力，而且也是一种沉积营力。在适宜的构造条件下有时甚至可以发育上千米厚酌河流沉积。依于河道在冲积平原上分布形式(河道型式)的不同，可将河流分为顺直河、辫状河及曲流河三种类型(图)。 顺直河的弯曲度(河道长度河谷长度)很小甚至可以忽略不计。一胜顺直河较少见，它仅出现于河流的某一段上，故又称顺直河段。顺直河的沉积作用主要发生在边滩上。 辫状河的河身宽而浅，河道迁移频繁，从而形成为数众多的河道砂坝。辫状河主要发生在河流的中上游、地形坡度较大的地区，冲积扇上更为发育。曲流河又称蛇曲河，河道呈明显的弯曲状，其弯曲度一殷超过1.5。此流河主要分布在河流的中下游、地势较平坦的地区。曲流河道

22、的主流线偏向凹降一边，并使凹岸不断受到侵蚀而形成深潭。凸岸一边的水流速度较小，并不断发生沉积作用而形成曲流砂坝。曲流砂坝又称点砂坝，是曲流河的特征性沉积。 辫状河的河道砂坝及曲流河点砂坝常具有较好的储油物性，有可能形成岩性圈闭油气藏、这类油气藏在世界各地已不断有所发现。辫状河发育的地区成煤条件一般较差，因而没有重要的煤炭聚集。大量的实际资料证明，曲流河与煤炭的聚集有密切的关系。在曲流河的冲积平原上，煤炭大都聚集在河道边缘沼泽和废弃河道充填沼泽这两种环境之中，成煤的有利地带均位于河道矽岩带的外侧并平行于河道砂岩分机另一方面，河流砂体对煤炭的聚集也可能带来不利的影响。例如，决口扇沉积可以造成煤层朝

23、河道方向媒质变坏、煤层分岔、变薄以至尖灭，而后期的河流侵蚀、冲刷作用则可能使煤田遭到破坏，等等。（2）河流沉积的地质特征和测井曲线特征A、辫状河辫状河河道的坡降较大，因而水流速度较高，沉积物搬运量也较大。辫状河河道迁移频繁，从而形成分布广泛、层层叠置的河道砂坝(心滩)沉积。河道砂坝主要由砾、砂组成，且砂多泥少，沉积物颗粒较比沉积厚度较大。但是，在河道砂坝上，泛滥平原的细粒沉积物常常很薄或者不发育。这是因为，一方面辫状河道的泛滥平原本来就不发育；另一方面即使在适宜的条件下发育了泛滥平原的细粒沉积物，也因河道经常改道和遭受侵蚀而不易保存下来。 典型的辫状河沉积的垂宜层序是：底部有冲刷，冲刷面上为残

24、留沉积物(或河道底砾岩)。再向上，依次为粗砂岩、中砂岩、细砂岩。最上则为粉砂岩或泥岩，它们是平水期的河浸沉积及砂谁沉积。较之曲流河沉积来说，辫状河沉积的特点是沉积颗粒较粗，沉积厚度较大，而漫滩沉积的厚度很小。 辫状河道充填砂坝的测井曲线往往表现为幅度较大的箱形曲线，顶、底界面一般为突变型，也有底部突变型和顶部渐变型。另外，测井曲线的形态也与钻孔在河道砂坝上的位置有关。如果钻孔位于河道砂坝的中部，由于那里主要是高速水流沉积，沉积物的颗粒较粗，积厚度较大，故测井曲线多呈较光滑的箱形曲线。如果钻孔位于河道砂坝的边缘部位，由于那里主要是低速水纪沉积，水流易变，因而沉积物的颗粒较细且易变，则测并曲线的幅

25、值较小，齿峰增多。在平面上，辫状河道砂体常呈带状分布，并且有一定的方向性。在剖面上，辫状河道砂体的形态常呈透镜状。利用同一剖面的多个钻孔进行测并曲线对比，不仅可以清楚地查明辫状河道砂体的剖面形态，而且还可以明显地发败出河道的下切和侧向迁移现象(参看图)。B、曲流河 曲流河河道的坡度较缓，因而水流速度较低，水流的搬运能量也较上游辫状河要小。曲流砂坝(点砂坝)是曲流河沉积作用的主要产物，它构成曲流河沉积层序的主体部分。曲流砂坝的岩性一股由砂、粉砂和泥岩组成，粗粒的砾”砂质沉积物较少。较之辫状河河道砂坝来说，曲流河沉积物的颗粒较细，厚度一般不大，且泛滥平原沉积发育。 典型的曲流砂坝沉积的垂直层序是：

26、底部为河道滞留沉积物，多为砾岩或含砾砂岩。河道滞留沉积与下伏岩层常为侵蚀接触。层序的下部由砂岩组成，中上部为细砂一粉砂岩，顶部为泥岩。整个垂直层序具有由下至上粒度由粗变细的正粒序特征。在测井曲线上，可以清楚地显示出曲流砂坝的垂直层序(前面图b)。正对河道底砾岩，曲线的幅值最大，并且底部突变型接触十分明显。往上，随着岩性出粗砂到中砂至细砂的过渡，曲线的幅值逐渐减小。到层序的顶部，正对粉砂岩或泥岩，曲线的幅值为最小。整个测井曲线的外形呈典型的圣诞树型或枞树型。 河流沉积的上述垂直层序在剖面上往往多次出现，从而形成所谓的多阶结构。同时，一个层序的顶部有时会因下一个层序的高能水流的冲刷而出现缺失现象。在测井曲线上，一般都能清晰地友现出河流沉积的多阶结构及层序中某些部位的缺失现象(见图)。根据多个钻孔的测并曲线的对比，并结出相应砂体的厚度等值线图和剖面图，可以清楚地勾画出河流砂体在盆地中的形态及其分布。3、湖泊环境概述（1） 湖泊环境概述 湖泊是陆地内部封闭的大