一、碎屑岩储集层
碎屑岩储集层是世界上各主要含油气区的重要储集层之一。世界上许多特大油气田，如西西伯利亚盆地的各大油田、布尔甘油田、玻利瓦尔湖岸油田、普鲁德霍湾油田、格罗宁根气田等，它们的储集层都是碎屑岩储集层。我国的大庆、胜利、大港、克拉玛依、吐哈油田等，其储集层也都是碎屑岩储集层。
（一）孔隙类型
碎屑岩储集层的孔隙类型，按成因可分为原生孔隙、次生孔隙和混合孔隙。
1.原生孔隙
图3-7 粒间孔隙的镜下示意图
原生孔隙是指在沉积时期或在成岩过程中形成的孔隙。原生孔隙主要是粒间孔隙。所谓粒间孔隙是指碎屑颗粒支撑的碎屑岩，在碎屑颗粒之间未被杂基充填，胶结物含量少而留下的原始孔隙（图3-7）。粒间孔隙在砂岩储集层中最普遍，分布比较稳定。具粒间孔隙的砂岩储集层孔隙度为5%～40%，后者几乎是未固结的松散砂层。
2.次生孔隙
尽管早在1934年，Natting就已发现砂岩中的次生孔隙，但是在相当长时间内，大多数油气地质学家仍将原生粒间孔隙作为砂岩的主要储集空间类型。直到1977年Schmidt等对砂岩的成岩过程和次生孔隙作了较全面的讨论后，情况才发生了根本的变化。Schmidt等参照研究程度较高的碳酸盐岩孔隙类型，结合碎屑岩的具体特点，将碎屑岩中孔隙类型分为5种，即粒间孔隙、特大孔隙、铸模孔隙、组分内孔隙和裂缝。
20世纪80年代中期，我国对砂岩次生孔隙的研究也有较大发展，如吕正谋等（1985）对东营凹陷下第三系砂岩次生孔隙作了较深入的研究，提出了12种识别次生孔隙的标志（图3-8）。类似的研究在我国其他油气区也已广泛开展。
图3-8 东营凹陷下第三系砂岩次生孔隙识别标志综合示意图（据吕正谋等，1985，引自陈荣书，1994）
1—部分溶解；2—受溶蚀颗粒及过量孔隙；3—溶蚀残骸；4—铸模孔隙；5—贴粒孔隙；6—残余胶结物；7—伸长型孔隙；8—不均匀型填集；9—超粒大孔隙；10—油浸碳酸盐；11—破碎颗粒；12—岩石裂缝；13—石英；14—长石；15—砂屑；16—碳酸盐胶结物；17—碳酸盐基质；18—孔隙
3.混合孔隙
指部分原生孔隙和部分次生孔隙组成的孔隙。大部分孔隙都是混合成因的，它们可以具有次生孔隙的所有结构方式。但混合孔隙中原生孔隙和次生孔隙的相对含量往往难于估计。
（二）影响碎屑岩储集层储集物性的主要因素
影响碎屑岩储集层储集物性的主要因素有以下几个方面。
1.沉积作用对储集层物性的影响
沉积作用对碎屑岩的矿物成分、结构、粒度、分选、磨圆、填集的杂基含量等方面都起着明显的控制作用，而这些因素对储集层物性都有不同程度的影响。
（1）碎屑岩的矿物成分
碎屑岩的矿物成分以石英和长石为主，它们对储集层物性的影响不同。通常情况下，长石砂岩比石英砂岩储集物性差。其原因是：①长石的润湿性比石英强，当被油或水润湿时，长石表面所形成的液体薄膜比石英表面厚，在一定程度上减少了孔隙的流动截面积，导致渗透率变小；②长石比石英的抗风化能力弱，石英抗风化能力强，颗粒表面光滑，油气容易通过，长石不耐风化，颗粒表面常有次生高岭土和绢云母，它们一方面对油气有吸附作用，另一方面吸水膨胀堵塞原来的孔隙和喉道，因此，长石砂岩比石英砂岩储集物性差。
需要说明的是：以上所说的是在一般情况下长石碎屑对碎屑岩储集层物性的影响，不可一概而论。实际上，我国某些油田长石-石英砂岩或长石砂岩的储集物性是相当好的，甚至比海相石英砂岩还好，这主要是因为长石未经较深的风化所致。
（2）岩石的结构
碎屑岩沉积时所形成的粒间孔隙的大小、形态和发育程度主要受碎屑岩的结构（粒径、分选、磨圆和填集程度等）的影响。
在假定碎屑岩的碎屑颗粒为等大球体的前提下，那么碎屑岩的孔隙度值只和球体的排列方式有关，而与球体的大小无关。其绝对孔隙度（Φt）可用公式表示如下：
图3-9 理想等球体排列端员形式图
（1）立方体排列；（2）菱面体排列
理想球体紧密排列的端员形式有两种（图3-9）：①表示立方体排列，θ=90°，堆积最疏松，孔隙度最大，其理论孔隙度为47.6%，孔径大，渗透率也大；②表示菱面体排列，θ=60°，排列最紧密，孔隙度小，其理论孔隙度为25.9%，孔径小，渗透率低。因此，理论上的孔隙度介于46.7%～25.9%之间，但这种理想情况在自然界是不存在的，自然界的实际情况比这种理想情况要复杂得多。
碎屑岩储集层储集物性不仅与粒径有关，而且与岩石颗粒的分选程度有很大的关系。图3-10表示分选系数一定时渗透率的对数值与粒度中值成线性关系，粒度愈大，渗透率愈高。在粒度相近的情况下，分选差的碎屑岩，因细小的碎屑充填了颗粒间孔隙和喉道，不仅降低了孔隙度，而且也降低了渗透率。图3-11表示粒度中值一定时，渗透率的对数和分选系数（S0）呈近似的线性关系，从分选好至中等时，渗透率下降很快；分选差时，渗透率下降就缓慢了。
（3）杂基含量
在与沉积作用有关的影响碎屑岩储集层物性的各种因素中，最为重要的是杂基含量。所谓杂基是指颗粒直径小于0.0315mm的非化学沉淀颗粒。杂基含量是沉积环境能量最重要的标志之一。一般杂基含量高的碎屑岩，分选差，平均粒径较小，喉道也小，孔隙结构复杂，储集物性差。因此，杂基含量是影响孔隙性、渗透性最重要的因素之一。
2.成岩后生作用对储集层物性的影响
成岩后生作用贯穿成岩过程的始终，因而对碎屑岩储集层的物性影响很大。它可以改造碎屑岩在沉积时形成的原生孔隙，也可以完全堵塞这些原生孔隙，或溶蚀可溶矿物而形成次生溶蚀孔隙，从而改变碎屑储集岩的储集条件。碎屑岩的成岩后生作用是很复杂的，在《沉积岩石学》（曾允孚等，1986）中有重点论述，这里仅对储集层物性影响较大的成岩后生作用加以讨论。
（1）压实作用
它包括早期机械压实和晚期的压溶作用。机械压实作用是指在上覆沉积负荷作用下岩石逐步致密化的过程。压实作用主要发生在成岩作用的早期，3000m以上压实作用的效果和特征明显。压实作用使砂岩储集层的孔隙度迅速减小，但不同类型的砂岩，其孔隙度衰减的速率不同。如粘土杂基含量高的砂岩，其孔隙度衰减速率大，而纯净砂岩的孔隙度衰减速率小。
图3-10 分选系数一定时渗透率与粒度中值关系（据D.C.Beard & P.K.Weyl，1973）
图3-11 粒度中值一定时渗透率与分选系数关系（据D.C.Beard & P.K.Weyl，1973）
压溶作用是指发生在颗粒接触点上，即压力传递点上有明显的溶解作用，造成颗粒间互相嵌入的凹凸接触和缝合线接触。由于碎屑颗粒在压力作用下溶解，使得Si、Al、Na、K等造岩元素转入溶液，引起物质再分配，造成在低压处石英和长石颗粒的次生加大和胶结。据费希特鲍尔对含油区砂岩的研究，石英在500～1000m埋深就开始次生加大，并随着埋深的增加，次生加大的石英颗粒增多。石英次生加大对岩石孔隙度有可观的影响，有时可以占满全部孔隙。
（2）胶结作用
胶结作用是碎屑颗粒相互联接的过程。松散的碎屑沉积物通过胶结作用变成固结的岩石。胶结作用总体上使储集层物性变差。
胶结物的成分和含量是两个重要因素。碎屑岩胶结物的成分有泥质、钙质、硅质、铁质、石膏质等。一般说来，泥质、钙-泥质胶结的岩石较疏松，储油物性较好，纯钙质、硅质、硅-铁质或铁质胶结的岩石致密，储油物性较差。胶结物含量高的储集层，粒间孔隙多被充填，使孔隙减少，连通性变差，储集物性变差；反之，储集物性较好。据松辽盆地储集层钙质含量的统计资料，一般当钙质含量大于5%时，其储油物性明显下降。
另外，碎屑岩储集层中粘土矿物的组成、含量、产状和分布特征也直接影响其储集性。
（3）溶解作用
在地下深处由于孔隙水成分变化，导致长石、火山岩屑、碳酸盐岩屑和方解石、硫酸盐等胶结物或岩石颗粒的溶解，形成次生溶蚀孔隙，使储集层孔隙度增大。这种次生溶蚀孔隙对改善储集层物性的重要性受到越来越多的重视。
影响溶解作用的因素很多，如沉积时具有较粗的粒度，孔隙-渗透性好的碎屑岩；砂岩中含可溶性物质较多；地下水呈酸性而且具有一定流动速度等都有利于次生孔隙形成。其中尤以酸性水的形成最为重要。对地下酸性水的形成条件，有许多见解。Schmidt（1979）认为：干酪根热演化早期释放出大量CO2，是形成酸性水的重要原因，这种成油期前形成的酸性水溶蚀作用所造成的次生孔隙带特别有利于油气聚集。Curtis（1983）则认为：有机酸和无机质反应是形成次生孔隙的理想机理。据研究，在80～120℃时，地下水富含短链有机酸，能大大提高对高岭石的溶解度，其中二元酸（如草酸）含量达到一定浓度时，使铝的溶解度提高3个数量级。而Ⅲ型干酪根热演化过程中释放出的羧基约有40%是以草酸形式出现的。先于油、气（热成因）形成的羧基释放出有利于在相邻砂岩孔喉中清除碳酸盐、硫酸盐和硅铝酸盐的CO2，从而提高砂岩储集性。此外，在较高温度下，碳酸盐矿物之间的无机反应，亦能生成CO2；硫酸盐在脱硫菌和有机质参与下能生成H2S也有利于提高硫酸盐的溶解能力。
必须指出的是，酸性水溶解的物质只有在不断被带走的条件下，才能使溶蚀作用朝有利于形成次生孔隙的方向发展。否则，随着溶质增加，溶蚀作用就会减弱，在达到过饱和时还可以再沉淀，堵塞孔隙。
需要明确的是，碎屑岩储集层的主体是砂岩体，要研究碎屑岩储集层就必须从砂岩体着手。所谓砂岩体是指在某一沉积环境下形成，具有一定形态、岩性和分布特征，并以砂质岩为主的沉积岩体。砂岩体的分布及特征受沉积环境的控制。近年来，国内外对不同成因类型的砂岩体进行了大量的研究工作，发现除冰川堆积的砂砾岩体尚未见到油气外，其他类型的砂岩体都已见到数量不等的石油和天然气。其中以海岸带附近的各种类型砂岩体与油气的关系最为密切。