2.3.2 热储砂岩颗粒大小
砂岩颗粒大小反映了沉积物搬运介质的性质、水动力强弱及沉积底床坡度等，是沉积环境的重要显示标志。
1.粒径分类
岩石中颗粒粒径采用砂岩薄片图像分析法进行测定，其视长直径D的测定是对单个颗粒，测量每隔15°圆周角方向与颗粒图像两边相切的两条平行线间的距离，选其中最大值为该颗粒的粒径。粒径分类国际上应用较广的是伍登-温特华斯（Udden-Wentworth）方案，该方案以1mm为中心，采用乘以2或除以2来进行分级，也称为2的几何级数制（表2-2）。1934年克鲁宾（Krumbein）将伍登-温特华斯的粒级划分转化为ϕ，即将2的几何级数制标度转化为中值标度：
式中，ϕ为中值，无量纲；D为颗粒的直径，mm。
我国采用十进制粒径分类方法，将粒径分为砾、砂、粉砂与黏土四大类（表2-2）。《工程地质手册》中土体的分类标准是按照不同粒径在土体中的质量将土体分为碎石土、砂土、粉土与黏性土四大类，根据颗粒形状与颗粒级配，其中碎石土又分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾与角砾（表2-3）；砂土又分为砾砂、粗砂、中砂、细砂与粉砂（表2-4）。由此可以将砂岩热储分为砾砂岩热储、粗砂岩热储、中砂岩热储、细砂岩热储与粉砂岩热储。
表2-2 粒径分类一览表
表2-3 碎石土分类表
表2-4 砂岩分类表
考虑到表2-4中砂岩分类中颗粒粒径质量比例具跳跃性，在实际分类中可以将上一级粒径百分比超过25%的参与到下一级的命名中，如粒径大于0.25mm的颗粒质量超过总质量的50%，粒径大于0.5mm的颗粒质量占总质量的25%～50%，则可命名为中粗砂岩。以德州市城区馆陶组热储的岩芯颗粒分析数据为例（表2-5），该孔上段热储岩性以粉细砂岩—中粗砂岩为主，下段热储岩性以中细砂岩—中粗砂岩为主，总体上来看，下段热储岩性较上段岩性粗。
表2-5 馆陶组热储颗粒分析及砂岩类型表（德州市城区）
续表
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2.砂岩沉积时颗粒迁移方式与粒径关系
（1）概率累积曲线
图2-12 频率曲线、累积曲线与概率累积曲线
对热储岩芯样进行颗粒分析时，累积曲线与频率曲线可以用于统计分析各类粒径的颗粒在岩芯中所占的比例，为岩石的定名提供依据，如图2-12中累积曲线，累积质量大于50%的颗粒ϕ为2.69，粒径为0.155mm，为中细砂岩。定量解译砂岩颗粒的迁移方式，对岩芯颗粒的分析结果绘制概率累积曲线，即以累积质量的百分比为纵坐标，以颗粒粒径D（或ϕ）为横坐标。概率累积曲线的纵坐标不是等间距的，而是以中央50%处为对称中心，向上、下两端相应地逐渐加大的，这样可将粗、细尾部放大表示出来。概率累积曲线可划分为三段：粗颗粒段为滚动组分，中间为跳跃组分，细颗粒段为悬浮组分（图2-12）。粗切点表示能跳跃的最粗颗粒，反映水动力条件的强弱，水动力强则粗切点左移。细切点表示能悬浮的最粗颗粒。各直线段的陡缓反映分选性的好坏，线段陡（倾斜角度大于50°）表明分选性良好，线段缓（倾斜角度为20°～30°）表明分选性较差。悬浮搬运组分颗粒大小一般小于0.1mm，为粉砂级别；跳跃搬运组分颗粒大小一般为0.1mm＜D＜1mm，该组分颗粒在动荡的水或流动的水中容易进行分选，因此跳跃总体的分选性最好。滚动搬运组分颗粒粗，贴在沉积顶面上滑动或滚动。
不同的沉积环境中，热储砂岩的概率累积曲线形态不同。河流相沉积的概率累积曲线多为两段式，悬浮组分较发育，跳跃组分的倾斜角度多为60°～65°，分选性良好，牵引载荷缺乏；在河道微相沉积中概率累积曲线可能出现三段式。以孤岛油田馆陶组上段热储河流的侧向加积砂坝（点砂坝、边滩）为例（图2-13），粒度特征表现为概率曲线是两段式，牵引载荷缺乏，跳跃组分段多存在两个斜率段，具中—高斜率，表明分选性良好；悬浮总体的斜率较低，分选性较差。
图2-13 河流相沉积概率累积频率图（孤岛油田，中12-J411孔）
（2）C-M图
帕塞加（Passega，1969）提出用C-M图来判断沉积岩的沉积环境。其中，C为沉积岩中粗颗粒的粒径，取粒度分析累积曲线上颗粒质量的百分比为1%处对应的粒径，代表了水动力搅动开始时搬运的最大能量；M为沉积岩颗粒的平均粒径，取累积曲线上颗粒质量的百分比为50%处对应的粒径，即粒度中值，代表了水动力的平均能量。单个样品的C-M图是以C（μm）为纵坐标、M（μm）为横坐标的双对数坐标上投的一个点。为确定地层的沉积成因，须从该地层成因单元取几十个样品（样品属同一沉积环境的产物），根据C-M图形的形态、分布范围及图形与C-M基线的关系特征，与已知沉积环境的典型C-M图进行对比，结合其他岩性特征，分析该层沉积岩的沉积环境。帕塞加将搬运沉积物的底流分为牵引流与浊流两种形式。河流、海（湖）流、触及海（湖）底的波浪都属于牵引流，水动力以滚动或悬浮两种方式搬运沉积物。浊流是一种流速很快的高密度流，如洪流、泥石流或崩滑流等，主要以悬浮方式搬运沉积物，大量的泥、砂，甚至砾石、卵石都悬浮于其中。在C-M图中，浊流沉积的图形以平行于C-M基线为特征；牵引流沉积的图形则只有较短的一部分平行于C-M基线，或者完全不与C-M基线平行（图2-14）。
图2-14 帕塞加牵引流沉积C-M图
在C-M图中，牵引流沉积的典型图形可划分为N—O—P—Q—R—S各段。Q—R段代表递变悬浮沉积，递变悬浮搬运是指在流体中悬浮物质由下向上粒度、密度均逐渐变小；一般位于水流底部，常是由于涡流发育造成的；当涡流流速降低时，迅速发生流动；递变悬浮沉积物的一个最大特点是C与M成比例增加，从而使这段图形与C-M基线平行；在牵引流沉积中，C指示最大的地质营力，Q—R段C的最大值以Cs表示，代表底部的最大搅动指数；该段的最小值Cu代表底部的最小搅动指数。R—S段为均匀悬浮，是粒径和密度不随深度变化的完全悬浮；均匀悬浮常是递变悬浮之上的上层水流搬运方式；在弱水流中可能不存在递变悬浮，而是由均匀悬浮直接与底床接触；均匀悬浮的物质主要为粉砂和泥质的混合物，最粗粒度为细砂；由于均匀悬浮搬运常不受底流分选，在河流中从上游至下游沉积物的粒度成分变化不大，只是粗粒级含量相对减少，在R—S段中C往往基本不变，而M向S端减少；R—S段的最大C，即Cu代表均匀悬浮搬运的最大粒级。P—Q段仍以悬浮搬运为主，但含有少量滚动搬运组分；由上游至下游C变化而M不变，说明随着地质营力的减弱，越向下游滚动组分的颗粒越小；但由于滚动颗粒的数量并不多，因此M基本不变；P—Q段P点附近的C以Cr表示，代表最易做滚动搬运的颗粒直径。O—P段以滚动搬运为主，滚动组分与悬浮组分相混合；C一般大于800μm，但由于滚动组分中有悬浮物的参加，从而使M有明显的变化。N—O段基本上由滚动颗粒组成，C一般大于1mm，常构成河流的砂坝砾石堆积物。
浊流沉积的C-M图很好地平行于C-M基线，浊流的流速很快，当流速降低时，悬浮物质移向底部，使底部密度不断增加，最终形成整体的沉积作用，形成未分选的沉积物。与牵引流的梯度悬浮沉积相区别的是浊流的C与M变化幅度均增大。在浊流沉积C-M图点群中画一条平均线，平均线与C-M基线的水平距离Lm代表浊流沉积的分选性。Lm越小，说明沉积物的分选性越好。
图2-15 单63井段岩芯C-M图
国景星以济阳坳陷的单63井段为例（图2-15），采集1088～1134m的井段岩芯进行颗粒分析。结果表明，该孔馆陶组早期C-M图主要发育O—P—Q—R段，缺失R—S段，沉积物主要由河床沉积和漫流沉积构成。
