支撐礫巖的成因類型及其沉積特征

張昌民，宋新民，王小軍，王緒龍，趙康，雙棋，李少華

（1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.中國石油新疆油田公司，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷特大型礫巖油田的發(fā)現(xiàn)再次激發(fā)了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對礫巖儲集層的興趣[1-5]，“支撐礫巖”被認(rèn)為是瑪湖礫巖油藏的重要儲集層[6-7]?！爸蔚[巖”一詞是張紀(jì)易通過對新疆粗碎屑洪積扇現(xiàn)代沉積考察和對克拉瑪依油田粗碎屑巖心的觀察后提出的專門術(shù)語[8-9]，這一術(shù)語在新疆油田勘探開發(fā)中得到廣泛接受，為礫巖油氣藏的勘探開發(fā)做出了重要的貢獻，但是被學(xué)術(shù)界引用的不多。分析認(rèn)為存在以下幾方面的原因：①對支撐礫巖的形成機理分析仍然停留在最初定義的基礎(chǔ)上，缺乏更深入的理論研究；②支撐礫巖與顆粒支撐礫巖、雜基支撐礫巖等具有相似性，其特殊性沒有引起足夠的重視；③將洪水沉積作為支撐礫巖的唯一成因，限制了對其成因多樣性的探討；④支撐礫巖與國際上常用的開放結(jié)構(gòu)礫巖相似，也影響了這一概念的推廣。

本文通過對支撐礫巖、顆粒支撐礫巖、開放結(jié)構(gòu)礫巖等相近術(shù)語的比較分析，結(jié)合對新疆烏倫古湖、白楊河扇、黃羊泉扇等地的現(xiàn)代沉積考察和對新疆瑪湖凹陷三疊系和二疊系鉆井巖心描述，分析支撐礫巖與顆粒支撐礫巖、開放結(jié)構(gòu)礫巖的相似性和差異性，研究支撐礫石的形成環(huán)境和沉積機理，分析不同沉積微相發(fā)育的支撐礫巖的沉積特征。在上述基礎(chǔ)上，探討支撐礫巖的形成機制及其對儲集層孔隙發(fā)育的影響，為研究瑪湖特大型礫巖油田礫巖儲集層的沉積成因和儲集層非均質(zhì)性、實現(xiàn)油田的經(jīng)濟有效開發(fā)提供參考。

1 基本概念、內(nèi)涵

支撐礫巖、顆粒支撐礫巖和開放結(jié)構(gòu)礫巖是不同時期、由不同學(xué)者提出的巖石學(xué)術(shù)語，三者的內(nèi)涵有相似性，但也具有一定的差異性。

1980年，張紀(jì)易在《新疆石油地質(zhì)》撰文指出，洪積扇碎屑沉積物中有一種特殊的巖石類型——支撐礫巖。這種礫巖泥質(zhì)含量很少，礫石棱角發(fā)育，互相支撐架空，具有很大的孔隙和很高的滲透性，其沉積厚度僅數(shù)公分到十幾公分，且不穩(wěn)定[8]。1985年，張紀(jì)易又在《沉積學(xué)報》發(fā)表了《粗碎屑洪積扇的某些沉積特征和微相劃分》一文，指出：“支撐礫巖系指洪積扇中的松散礫石層，特點是分選較好的礫石相互支撐接觸，孔隙中無或極少泥質(zhì)填集物”。他認(rèn)為支撐礫巖是發(fā)育在洪積層理中的的特殊巖石結(jié)構(gòu)，而且特別強調(diào)“支撐礫石和篩積物不是同一種成因”[9]。

顆粒支撐是指一種由巖石顆粒相互支撐、顆粒間被較細(xì)組分充填的巖石結(jié)構(gòu)[10-12]，具有這種結(jié)構(gòu)的砂礫巖稱為顆粒支撐砂巖或顆粒支撐礫巖，如果巖石中存在多個粒級的巖石顆粒，這種巖石稱為多級顆粒支撐砂巖或多級顆粒支撐礫巖。顆粒支撐是相對于雜基支撐而言的，顆粒支撐礫巖也可能含有雜基，但其雜基總是填充在顆粒之間，而雜基支撐表現(xiàn)為顆粒漂浮在雜基之中。

Wadell研究認(rèn)為[13]，Erdmann于1868年首先在瑞典 Folkoping市北部的冰磧巖中描述了開放結(jié)構(gòu)礫石的特征，其原文翻譯后意思為：人們可以看到長 12～15 m，厚3.0～3.6 m的透鏡狀或者板狀沉積物，完全由礫石組成，顆粒之間的細(xì)小礫石很少，沉積體周圍被礫質(zhì)或者砂質(zhì)層包圍[13]；而Davis于1892年首次將這種礫石間中空的礫石層稱為開放結(jié)構(gòu)礫石[13]，開放結(jié)構(gòu)礫石一詞廣泛應(yīng)用于與河床演變有關(guān)河流工程[14-18]和沉積學(xué)研究文獻中[13,19-21]。

圖1顯示了在沒有考慮成巖作用和膠結(jié)物充填的情況下沉積物結(jié)構(gòu)隨著礫石含量減少、細(xì)粒沉積物含量增加發(fā)生的變化[22]。第①種結(jié)構(gòu)顯示礫石間無沉積物充填，屬于開放結(jié)構(gòu)礫石，也符合顆粒支撐礫巖和支撐礫巖的特征；第②種結(jié)構(gòu)顯示礫石間含有一定的細(xì)顆粒組份，無雜基組分，具有支撐礫石結(jié)構(gòu)和顆粒支撐結(jié)構(gòu)的特征，但嚴(yán)格意義上已不屬于開放結(jié)構(gòu)礫巖；第③種結(jié)構(gòu)顯示有兩組不同粒徑的礫石，礫石間填充更細(xì)小的顆粒，雜基仍然較少，稱為多級顆粒支撐，仍然具有支撐礫石結(jié)構(gòu)，但不屬于開放結(jié)構(gòu)；第④種結(jié)構(gòu)依然顯示顆粒支撐，但雜基含量高，稱為雜基顆粒支撐，已不符合支撐礫石結(jié)構(gòu)要求的雜基極少的定義；第⑤種結(jié)構(gòu)顯示顆粒漂浮在雜基之中，為雜基支撐礫巖；第⑥種已不屬于礫巖結(jié)構(gòu)。由此可見，開放礫石結(jié)構(gòu)是礫石組構(gòu)的極端特征；雜基支撐雖然是礫質(zhì)沉積物的支撐方式之一，但不屬于顆粒支撐，更不符合支撐礫石結(jié)構(gòu)的特征。支撐礫石結(jié)構(gòu)包括開放結(jié)構(gòu)、顆粒支撐和多級顆粒支撐結(jié)構(gòu)，即圖1左側(cè)的3種結(jié)構(gòu)方式。

從提出術(shù)語的時間看，開放結(jié)構(gòu)礫石一詞提出的較早，根據(jù)時間優(yōu)先的原則理應(yīng)使用這一術(shù)語，但開放結(jié)構(gòu)礫石的概念在國內(nèi)應(yīng)用較少。顆粒支撐和多級顆粒支撐的概念在國內(nèi)廣泛應(yīng)用，但牽涉到兩種巖石結(jié)構(gòu)，而且與之相關(guān)還存在雜基顆粒支撐結(jié)構(gòu)，因此不能將 3者合并統(tǒng)稱為顆粒支撐。另一方面，支撐礫巖這一術(shù)語已經(jīng)在中國新疆礫巖油田勘探開發(fā)中長期使用，并發(fā)揮了重要的作用，建議繼續(xù)使用這一術(shù)語。但是，將支撐礫巖定義為由洪水沉積作用形成的一種特殊礫巖，限制了對支撐礫巖成因多樣性的認(rèn)識，具有一定的局限性，容易誤導(dǎo)人們將具有支撐礫巖結(jié)構(gòu)的巖石都解釋為洪水成因，導(dǎo)致沉積相分析的錯誤。現(xiàn)代沉積考察表明，具有“分選較好的礫石相互支撐接觸，孔隙中無或極少泥質(zhì)填集物”特征的支撐礫石可以形成于多種沉積環(huán)境，支撐礫巖可能發(fā)現(xiàn)于多種沉積相帶。因此，研究現(xiàn)代沉積環(huán)境中支撐礫石的特征及其形成過程對分析支撐礫巖的形成和分布具有重要的借鑒作用。

2 支撐礫石的成因類型

國內(nèi)外學(xué)者對支撐礫石和開放結(jié)構(gòu)礫石的成因進行了深入的研究。1951年，Cary研究了太平洋西北部河流中的開放結(jié)構(gòu)礫石，認(rèn)為開放結(jié)構(gòu)礫石是由礫石之間的渦流造成的[19]；1955年，Braden認(rèn)為明尼蘇達(dá)北部河流中的開放結(jié)構(gòu)礫石是因為河床梯度較陡、細(xì)粒沉積物難以保存造成的[20]；余寬宏等將發(fā)育于沖積扇的支撐礫巖稱為弱膠結(jié)礫巖，認(rèn)為弱膠結(jié)礫巖是洪積扇扇面篩狀沉積或者為扇根槽灘以及扇中辮流河道辮流壩沉積[23]。通過對新疆現(xiàn)代白楊河沖積扇、黃羊泉沖積扇、烏倫古湖等地區(qū)的現(xiàn)代沉積考察發(fā)現(xiàn)，支撐礫石可能形成于山區(qū)河流、山麓塌積扇、戈壁灘和沖積扇上的辮狀河道等環(huán)境，支撐礫石的沉積機理有篩積，塌積、重力沉積、河流沉積、風(fēng)和波浪作用等。受考察條件限制以及支撐礫石發(fā)育的規(guī)模有限，本次研究沒有挖掘探槽研究支撐礫石的沉積特征，僅依靠地表和河岸出露的沉積物特征考察支撐礫石的沉積過程和形成機理。

2.1 山區(qū)河流篩積物中的支撐礫石

篩積物發(fā)育典型的支撐礫石結(jié)構(gòu)[23-25]。據(jù)《牛津地球科學(xué)詞典》所述，“篩積物是一種分選好、雜基含量少的礫巖，形成于所搬運的沉積物只含有礫石的沉積場所”[26]。1967年，Hooke通過實驗發(fā)現(xiàn)篩積物發(fā)育在扇端和扇中部位，扇中篩積物是由于水流呈地下水流方式流動發(fā)生滲濾作用形成的，扇端篩積物是由于坡折附近的顆粒滾落形成的，二者都具有典型的開放礫石結(jié)構(gòu)[27]。這一機理與張紀(jì)易“支撐礫巖則是扇體頂部細(xì)密溝槽中先期沉積的洪積物中的泥沙被后續(xù)洪水帶走剩下礫石骨架形成的”的機理相似。準(zhǔn)噶爾盆地南緣將軍溝中篩積物漂礫最大直徑超過1 m，礫石間形成特大孔隙，流水以及細(xì)粒沉積物從漂礫孔隙中通過，形成漂礫狀篩積物（見圖2a），篩積物發(fā)育明顯的支撐礫石結(jié)構(gòu)。

圖1 不同巖石組構(gòu)圖（據(jù)文獻[25]修改）

2.2 塌積扇上的支撐礫石

圖2 支撐礫石形成環(huán)境及其特征

塌積扇也是支撐礫石發(fā)育的場所之一。塌積扇一般分布在盆地邊緣老山附近，是由老山風(fēng)化形成的粗大顆粒在重力驅(qū)動下順斜坡滾落形成的扇狀堆積體[28]?？死斠腊讞詈由壬雀仙竭吘壈l(fā)育塌積扇，沉積物來自緊鄰扇體的基巖山地，主要由山體風(fēng)化破碎形成的巖塊組成，以礫石為主，砂質(zhì)和泥質(zhì)沉積物極少。沉積物顆粒呈棱角狀，礫徑最大為15 cm，一般為3～8 cm，形成支撐礫石。最粗的礫石分布在塌積扇的最下部，礫徑向扇頂變細(xì)，塌積扇表面發(fā)育一些徑向溝槽，沿溝槽分布較粗粒的支撐礫石（見圖2b）。這種現(xiàn)象在砂石場堆放的砂堆上非常常見（見圖2c）。

2.3 沖積扇礫質(zhì)河床上的支撐礫石

支撐礫石廣泛發(fā)育在現(xiàn)代礫質(zhì)河道沉積物中[29-31]。季節(jié)性河流汛期流量大流速快，水動力強，砂泥質(zhì)被帶向下游，粗粒礫石滯留在河床上形成支撐礫石。在現(xiàn)代白楊河沖積扇扇中地區(qū)，白楊河主河道河床礫石直徑為5～30 cm，呈疊瓦狀排列（見圖2d）。在剖面上可見支撐礫石層和多級顆粒支撐礫石層交替出現(xiàn)，支撐礫石直徑一般為5～10 cm，礫石間缺乏細(xì)粒沉積物，有明顯的定向排列和疊瓦狀構(gòu)造特征（見圖3a）。

2.4 風(fēng)力改造形成的支撐礫石

在沖積扇表面和戈壁灘上，持續(xù)風(fēng)的作用將沉積物中的細(xì)粒組分帶走，留下分選良好的礫石，形成礫石質(zhì)波痕，發(fā)育支撐礫石。在克拉瑪依西郊的干河床上，風(fēng)對沉積物改造形成寬為10～20 cm的礫石質(zhì)波痕，波痕間隔0.5～1.5 m不等，波痕高約為3～5個礫石直徑，礫石呈棱角狀，礫徑為0.5～3.0 cm不等（見圖3b），礫石分選良好，具有支撐礫石特征。在新疆精河下游干河床上發(fā)育類似的礫石質(zhì)波痕，礫石直徑一般為2～5 mm，波高為1～5 cm，波長為10～20 cm，波痕間隔50～70 cm不等（見圖3c）。新疆烏爾禾地區(qū)黃羊泉沖積扇暫時性河道沉積物受風(fēng)的改造形成分選良好的礫石灘，礫石呈次圓狀，直徑為2～5 mm，分選好，缺乏細(xì)粒沉積物，發(fā)育支撐礫石結(jié)構(gòu)，礫石灘單片面積小于100 m2，厚度不大于5個礫石直徑（見圖3d）。白楊河沖積扇中扇分流河道間發(fā)育的戈壁灘長達(dá)數(shù)十到數(shù)百米（見圖3e），礫石為棱角狀和次棱角狀（見圖3f），發(fā)育支撐礫石。

2.5 基巖湖岸礫質(zhì)湖灘沉積的支撐礫石

現(xiàn)代烏倫古湖西岸發(fā)育基巖湖岸，基巖受湖浪的侵蝕形成弧形陡崖，在陡崖下發(fā)育礫質(zhì)湖灘（見圖4a），湖灘寬2～10 m不等。湖灘礫石直徑為5～15 cm為主，分選較差，次棱到次圓狀，顆粒支撐，礫石間缺少砂質(zhì)和泥質(zhì)沉積物，發(fā)育支撐礫石。

圖3 支撐礫石形成環(huán)境及其特征

圖4 湖泊濱岸和小型泥石流扇發(fā)育的支撐礫石

2.6 礫質(zhì)三角洲前緣沉積受改造形成的支撐礫石

在烏倫古湖西岸，陣發(fā)性洪水將礫石從附近山地搬運到濱湖地區(qū)堆積形成礫質(zhì)辮狀河三角洲。濱湖波浪對三角洲前緣持續(xù)改造，形成礫質(zhì)灘壩。礫質(zhì)灘壩沿湖岸延伸可達(dá)數(shù)百米以上，相帶寬度為3～20 m（見圖4b）。灘壩沉積物直徑為5～20 cm不等，呈圓到次圓狀，分選較好，球度中等，發(fā)育支撐礫石（見圖4c）。類似的現(xiàn)象前人在青海湖研究中也有報道[32]。

2.7 泥石流沉積被改造形成的支撐礫石

泥石流是一種陣發(fā)性的高含泥重力流，一次泥石流事件從啟動到結(jié)束要經(jīng)過多個階段[33-34]。泥石流沉積早期形成粗礫巖，流動階段形成雜基支撐的泥質(zhì)礫巖，晚期水流變清，泥石流轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳?。流水將泥石流表層沉積物中的細(xì)粒泥質(zhì)和砂質(zhì)組分帶向下游，在泥石流沉積層序頂部形成支撐礫石沉積，這種現(xiàn)象在小型泥石流堆積體中表現(xiàn)明顯（見圖4d）。

3 瑪湖凹陷巖心支撐礫巖沉積特征

支撐礫石間的孔隙，在成巖作用過程中有些可能沒有被膠結(jié)物充填呈現(xiàn)無膠結(jié)特征，有些可能被部分充填或者全部充填，表現(xiàn)為弱膠結(jié)或強膠結(jié)特征。由于他們都具有支撐礫石結(jié)構(gòu)，都可以稱為支撐礫巖。同一環(huán)境形成的支撐礫巖的膠結(jié)程度也可能存在差異。通過對瑪湖凹陷三疊系百口泉組和二疊系上烏爾禾組礫巖的巖心觀察，發(fā)現(xiàn)在礫質(zhì)河床沉積、受風(fēng)改造的河床沉積、礫質(zhì)灘壩沉積、受波浪改造的三角洲前緣沉積、河口壩沉積、顆粒流沉積和泥石流沉積中都可能發(fā)育不同厚度不同特征的支撐礫巖。

3.1 礫質(zhì)河床沉積的支撐礫巖

瑪湖油田夏 10井第 13—16次取心段（2 250～2 391 m）鉆遇百口泉組紅褐色礫巖夾含礫砂巖，礫石磨圓度較高，呈次圓到圓狀，定向排列顯著，發(fā)育多個明顯的向上變細(xì)旋回。其中第15次取心（2 341.2～2 344.0 m）可劃分出5個向上變細(xì)旋回（見圖5），旋回厚度為十厘米到數(shù)十厘米，旋回底部粒度較粗，一般發(fā)育雜基顆粒支撐礫巖；旋回中上部粒度稍細(xì)，發(fā)育支撐礫巖。

3.2 風(fēng)力改造形成的支撐礫巖

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷瑪18井在3 850.3～3 866.4 m鉆遇灰色礫巖和紫紅色泥巖（見圖6a），推測灰色礫巖為干旱氣候條件下的辮狀河道沉積，紫紅色泥巖為河道間沉積。河道沉積主體為灰色小中礫巖，顯示塊狀層理和粗糙的交錯層理，頂部為細(xì)礫巖，發(fā)育平行層理和塊狀層理。細(xì)礫巖礫徑為2～4 mm，最大為5 mm左右，顆粒呈次棱到次圓狀，分選良好，缺少細(xì)粒雜基，具有支撐礫石結(jié)構(gòu)，但礫石間被泥質(zhì)膠結(jié)物充填（見圖6b—圖6d）。推測為河道干涸期間風(fēng)對沉積物改造形成的支撐礫石在成巖期遭受膠結(jié)物充填而形成支撐礫巖。

圖5 礫質(zhì)河床沉積支撐礫巖的發(fā)育部位及其巖心特征

3.3 礫質(zhì)灘壩沉積的支撐礫巖

有關(guān)砂質(zhì)灘壩沉積的報道很多[35-39]，對礫質(zhì)灘壩沉積研究的較少[32]?？死斠烙吞锝?06井二疊系上烏爾禾組（第8次取心，4 071.16～4 078.18 m）鉆遇一套厚層礫巖夾中薄層粉砂巖和砂巖，根據(jù)所夾砂巖中發(fā)育低角度交錯層理和浪成沙紋層理，推測本段地層為礫質(zhì)灘壩沉積（見圖7）。礫巖巖心斷面顯示礫石分選良好，磨圓度高，顆粒呈圓狀，礫石間雜基極少，具有支撐礫巖的特征（見圖7c、圖7d）。類似特征在瑪湖凹陷瑪中2井第2次取心百口泉組中也有發(fā)現(xiàn)。

3.4 三角洲前緣受波浪改造形成的支撐礫巖

瑪湖凹陷風(fēng)南401井百口泉組（2 527.10～2 540.70 m）為灰色、深灰色礫巖夾灰色、紫紅色泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育塊狀層理和粗糙的交錯層理（見圖8a），為礫質(zhì)辮狀河三角洲前緣沉積。當(dāng)湖泊水位較高時，發(fā)育水下分流河道，沉積物呈灰色和深灰色，粗粒段發(fā)育多級顆粒支撐結(jié)構(gòu)（見圖8d），部分礫巖受波浪淘洗形成顆粒支撐礫巖。當(dāng)湖泊水位較低時，三角洲前緣地帶露出水面，細(xì)粒段發(fā)育紫紅色和褐紅色的泥巖和粉砂巖，粗粒段發(fā)育褐紅色細(xì)礫巖（見圖8c），部分沉積物受波浪淘洗，顆粒間充填的雜基較少，呈支撐礫巖結(jié)構(gòu)（見圖8b）。

3.5 河口壩沉積的支撐礫巖

圖6 風(fēng)力改造干涸辮狀河道形成的支撐礫巖特征（巖性列簡化僅表達(dá)粒徑）

河口壩是三角洲前緣的重要沉積體。克拉瑪依油田金 211井上烏爾禾組（第 4次取心，3 752.06～3 755.66 m）鉆遇三角洲前緣河口壩沉積，巖性為礫巖和粉細(xì)砂巖互層。粉細(xì)砂巖包括極細(xì)砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，呈灰色、深灰色，發(fā)育平行層理、塊狀層理和小型沙紋層理。礫巖為灰色細(xì)礫巖，顯示總體向上變細(xì)和總體向上變粗兩種旋回（見圖9）。河口壩旋回頂部礫石集中發(fā)育，雜基含量較低，顯示支撐礫巖結(jié)構(gòu)，沸石膠結(jié)物較為發(fā)育（見圖9a紅框范圍，圖9b—圖9c），在雜基含量較高的部位，礫巖表現(xiàn)為雜基顆粒支撐結(jié)構(gòu)，沸石膠結(jié)物較少（見圖9d）。

圖7 礫質(zhì)灘壩沉積支撐礫巖發(fā)育的部位及其巖心特征（巖性列簡化僅表達(dá)粒徑）

3.6 顆粒流沉積的支撐礫巖

克拉瑪依油田金 205井可能發(fā)育顆粒流沉積的支撐礫巖。該井上烏爾禾組（第 4次取心，3 839.85～3 844.05 m；第5次取心，3 919.11～3 922.31 m）鉆遇一套灰色、灰綠色砂巖、粉砂巖和泥巖，夾有薄層細(xì)礫巖。細(xì)礫巖與砂巖和粉砂巖之間既有漸變接觸，也有突變接觸關(guān)系（見圖10）。砂巖發(fā)育塊狀層理、遞變層理和變形層理，具有濁流沉積的特點（見圖10）。礫巖段呈現(xiàn)顆粒支撐和多級顆粒支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)育塊狀層理、水平層理和低角度交錯層理，分選良好，泥質(zhì)含量低，巖心膠結(jié)松散，可能為顆粒流沉積（見圖10）。顆粒流沉積巖心表面和斷面皆顯示雜基含量低（見圖10a—圖10c），具有支撐礫巖特征。

3.7 泥石流沉積的支撐礫巖

瑪湖凹陷風(fēng)南16井百口泉組（第5—6次取心，2 805.02～2 817.7 m）為一套以泥石流為主的沉積（見圖11），巖性為紅褐色、灰色小中礫巖、細(xì)礫巖夾紅褐色泥巖和粉砂巖。泥巖呈塊狀，其中散布零星細(xì)小礫石，礫巖發(fā)育塊狀層理和模糊的平行層理，礫石呈棱角狀和次棱角狀，部分次圓狀，無定向或弱定向排列。泥石流礫巖整體呈雜基支撐和雜基顆粒支撐結(jié)構(gòu)（見圖11a、圖11b），局部雜基較少顯示支撐礫巖（見圖11c）特征。

4 支撐礫巖的形成機理與石油地質(zhì)意義

礫石間缺乏細(xì)粒沉積物充填是支撐礫巖最典型的特征。造成礫石“空腔”的機理非常復(fù)雜，既可能是一次沉積形成的，也可能經(jīng)過多次沉積改造甚至在成巖階段形成。支撐礫石結(jié)構(gòu)形成之后既可能保持長久不變，也可能被后續(xù)沉積或成巖作用改造形成多級顆粒支撐結(jié)構(gòu)、顆粒-雜基支撐結(jié)構(gòu)甚至雜基支撐結(jié)構(gòu)。沉積作用是形成支撐礫巖的主要因素。按照沉積成巖的先后順序，分為沉積階段、沉積改造階段和成巖階段對支撐礫巖的形成機理進行討論。

4.1 沉積階段

篩積物、塌積物和礫質(zhì)河床沉積的支撐礫石是在沉積階段形成的。塌積物搬運距離短，缺乏細(xì)小礫石和砂泥質(zhì)雜基，本身就可能形成支撐礫石結(jié)構(gòu)。山間溪流和水石流也可能搬運不同大小的礫石形成支撐礫石。礫質(zhì)河床上的支撐礫石是礫石受水流驅(qū)動沿河床滾動堆積而形成的，在其運動的過程中沒有或者極少有細(xì)粒雜基的參與[40]（見圖12a）。

早期形成的支撐礫石之間的孔隙可能被細(xì)小礫石或者砂泥質(zhì)沉積物充填形成多級顆粒支撐結(jié)構(gòu)或雜基顆粒支撐結(jié)構(gòu)（見圖12b、圖12c），如果發(fā)生沉積物液化或者滑塌可能被改造成雜基支撐結(jié)構(gòu)，沒有被充填的支撐礫石在成巖期間可能被膠結(jié)物充填形成基底式膠結(jié)結(jié)構(gòu)。因此，原始沉積的支撐礫石結(jié)構(gòu)可能比在巖心和露頭上所看到的要多一些，這一點對重建礫巖的沉積水動力過程非常重要。

圖8 波浪改造三角洲前緣形成的支撐礫巖的巖心特征（巖性列簡化僅表達(dá)粒徑）

4.2 沉積改造階段

沉積之初形成的雜基顆粒支撐和雜基支撐結(jié)構(gòu)礫石在沉積后也可能被改造形成支撐礫石（見圖12d、圖12e），沉積后改造對支撐礫巖孔隙的形成和保存具有正負(fù)兩方面作用。支撐礫石形成之后，受風(fēng)、流水、泥石流等改造，細(xì)粒沉積物可能會滲入到礫石之間，導(dǎo)致礫石間孔隙被完全或者部分填充，從而被改造成為雜基顆粒支撐結(jié)構(gòu)或者顆粒雜基支撐結(jié)構(gòu)[14-15]。支撐礫石的粒度不同，礫石間的原始孔隙大小不同，允許滲濾的沉積物的粒度和滲入顆粒的數(shù)量不同，這種過程對河床沉積物原始孔隙度的影響極大[22,41]。通過水槽實驗、數(shù)值解析、經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃同F(xiàn)代沉積調(diào)查，可以估計礫石質(zhì)河床的滲濾程度，重建支撐礫石的原始結(jié)構(gòu)和滲濾后河床沉積物的孔隙結(jié)構(gòu)特征[40,42-47]。

圖9 河口壩沉積的支撐礫巖的巖心特征

圖10 顆粒流沉積發(fā)育的支撐礫巖的巖心特征

圖11 泥石流沉積中支撐礫巖發(fā)育部位及其巖心特征（巖性列簡化僅表達(dá)粒徑）

沉積后改造作用也可能有利于支撐礫巖的形成。泥石流衰退期水流將細(xì)粒泥沙帶走，有可能形成支撐礫巖；風(fēng)將戈壁灘和暫時性河流河床上的細(xì)粒組分帶走，可以形成支撐礫石結(jié)構(gòu)；洪水水位下降有可能將河床兩側(cè)和河漫灘礫巖之間的細(xì)粒沉積物帶走形成支撐礫巖；波浪對湖泊濱岸、河口地區(qū)的砂礫質(zhì)沉積進行改造，在沿岸地帶形成支撐礫石。因此，支撐礫巖的成因具有多樣性，僅用單一的沉積動力機制難以做出全面的解釋。

4.3 成巖階段

成巖作用對支撐礫巖的孔隙度變化一般產(chǎn)生負(fù)面的影響。雖然高溫高壓可能造成礫石顆粒發(fā)生一定的形變，改變礫石間的孔隙形態(tài)，但一般壓實作用對礫石顆粒的形態(tài)影響不大。膠結(jié)作用對支撐礫巖孔隙度的影響較大，成巖過程中地下流體在礫石之間沉淀形成膠結(jié)物減少支撐礫巖的粒間孔隙。成巖過程中也可能有微細(xì)固體顆粒進入礫石之間。溶蝕作用對礫石顆粒形態(tài)變化有一定影響，但作用微弱。

圖12 礫質(zhì)床面上細(xì)粒沉積物滲濾與侵蝕原理圖（據(jù)文獻[43]修改）

4.4 支撐礫巖的石油地質(zhì)意義

礫巖油氣藏廣泛分布在中國準(zhǔn)噶爾盆地、松遼盆地、渤海灣盆地、珠江口盆地等含油氣盆地中[48-52]，大多數(shù)支撐礫巖發(fā)育良好的孔隙空間，為儲存油氣創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。但是，良好的孔隙空間也為其他地下流體的運移提供了優(yōu)勢通道，導(dǎo)致支撐礫石可能較早較多地遭受泥質(zhì)和其他類型膠結(jié)物的膠結(jié)。塌積物和篩積物的初始孔隙尺寸較大容易遭受后期改造，難以保存很高的孔隙度；泥石流、顆粒流、灘壩和風(fēng)成礫石灘等經(jīng)過沉積改造后形成的支撐礫石有可能保存較高的孔隙度。從巖石結(jié)構(gòu)來分析，開放結(jié)構(gòu)和顆粒支撐礫石容易被膠結(jié)，多級顆粒支撐礫巖更有可能保存大量微小孔隙。對新疆瑪湖油田百口泉組各類儲集層物性統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，粗砂巖的孔隙度最高，小中礫巖、細(xì)礫巖和中細(xì)砂巖具有較好的孔隙度，大中礫巖和粗礫巖孔隙度相對較低（見圖13）。對不同巖性儲集層的滲透率統(tǒng)計顯示，細(xì)礫巖和小中礫巖的滲透率最高，粗礫巖和大中礫巖的滲透率較低。說明支撐礫石結(jié)構(gòu)容易遭受沉積后滲濾和成巖作用改造，導(dǎo)致孔隙度和滲透率減小。

圖13 瑪湖凹陷百口泉組不同巖性物性統(tǒng)計直方圖

5 結(jié)論

支撐礫巖與開放結(jié)構(gòu)礫巖、顆粒支撐礫巖等概念在內(nèi)涵上有一定的相似性，也存在一定的差異。綜合分析各術(shù)語初始定義，認(rèn)為支撐礫巖的主要特征是分選較好的礫石相互支撐接觸，孔隙中無或極少泥質(zhì)填集物，因此開放結(jié)構(gòu)礫巖，顆粒支撐礫巖和多級顆粒支撐礫巖都屬于支撐礫巖的范疇。鑒于支撐礫巖這一術(shù)語多年來在礫巖油田勘探和開發(fā)中發(fā)揮的作用，建議繼續(xù)使用這一術(shù)語。但是最初將支撐礫巖定義為由洪水沉積作用形成的一種特殊礫巖，限制了對支撐礫巖成因多樣性的認(rèn)識，容易導(dǎo)致沉積相分析的錯誤。支撐礫巖是支撐礫石經(jīng)過埋藏和成巖作用形成的。研究現(xiàn)代沉積環(huán)境中支撐礫石的特征及其成因?qū)Ψ治鲋蔚[巖的形成和分布具有重要的參考價值。對新疆現(xiàn)代白楊河沖積扇、黃羊泉沖積扇、烏倫古湖等現(xiàn)代沉積環(huán)境考察發(fā)現(xiàn)發(fā)育支撐礫石的現(xiàn)代沉積環(huán)境非常廣泛，已發(fā)現(xiàn)支撐礫石可以形成于山間河流、山麓塌積扇、沖積扇礫質(zhì)河床、沖積扇表面戈壁灘、礫質(zhì)湖灘、礫質(zhì)三角洲前緣和泥石流等沉積環(huán)境，其形成機理包括篩積，塌積、重力沉積、河流沉積、風(fēng)和波浪作用等。

巖心觀察發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷三疊系百口泉組和二疊系上烏爾禾組礫巖中發(fā)育礫質(zhì)河床沉積的支撐礫巖、風(fēng)力改造形成的支撐礫巖、礫質(zhì)灘壩沉積的支撐礫巖、三角洲前緣受波浪改造形成的支撐礫巖、河口壩沉積的支撐礫巖、顆粒流沉積的支撐礫巖和泥石流沉積的支撐礫巖等 7種成因的支撐礫巖。支撐礫巖既可能是一次沉積形成，也可能經(jīng)過多次沉積改造甚至在成巖階段形成。沉積后改造對支撐礫巖孔隙的形成和保存具有正負(fù)兩方面作用，成巖作用對支撐礫巖的孔隙度變化一般產(chǎn)生負(fù)面的影響。支撐礫巖的成因具有多樣性，僅用單一的沉積動力機制難以做出全面的解釋。

礫巖油氣藏廣泛分布在中國含油氣盆地中。原始的支撐礫石結(jié)構(gòu)發(fā)育良好的孔隙空間，為油氣儲存創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。對新疆瑪湖油田百口泉組各類儲集層物性統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，小中礫巖、細(xì)礫巖和中細(xì)砂巖具有較好的孔隙度，大中礫巖和粗礫巖孔隙度相對較低。細(xì)礫巖和小中礫巖的滲透率最高，粗礫巖和大中礫巖的滲透率較低。表明支撐礫石結(jié)構(gòu)容易遭受沉積后滲濾和成巖作用改造，導(dǎo)致孔隙度和滲透率減小。