储层特征研究毕业设计论文下载
冯兴强
（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）
摘要 塔河地区泥盆系分布在托浦台工区，研究区砂体总体上近 SN 向展布，NW 厚，SE薄。储层的储集空间以原生粒间孔隙、粒间溶蚀孔隙、粒内溶蚀孔隙等次生孔隙为主，其他类型孔隙较少。储层喉道分选中等偏差，喉道多为细喉型。本区东河砂岩储层主要发育压实作用、胶结作用和溶蚀作用等成岩作用类型。根据储层物性以及储层评价标准，将该区储层划分为3类，并对其进行了分类评价。
关键词 塔河 托普台 泥盆系 储层
Research of Reservoir Characterization in Devonian Donghetang Formation，Tahe District
FENG Xing-qiang
（Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing100083）
Abstract The Devonian formation distribute in Tuoputai direction of sandbodies is pore types of the reservoir are mainly residual intergranular pore，intergranular dissolved pore and intragranular dissolved sortation of the throat is of a sandstone reservoir is fine results indicate that the Donghe sand stones in the area went through the compaction，clay cementation，quartz overgrowth，carbonate cementation，solution during the to the physical property and the criterion of evaluation of reservoir，we sort the reservoir into three types and evaluate them.
Key words Tahe Tuoputai Devonian formation reservoir
塔河地区泥盆系分布在托浦台工区，托浦台工区位于新疆维吾尔自治区库车县和沙雅县境内。构造位置处于塔里木盆地东北坳陷区沙雅隆起阿克库勒凸起西南倾没端，北东方向紧邻塔河油田主体区，北西方向与哈拉哈塘凹陷相接，南部为顺托果勒低隆。
该区泥盆系仅发育东河塘组，地层残留厚度西厚、东薄，地层最厚处沉积达180m，主要分布在TP4井区，在TP5井区地层厚度仅为20m。塔河地区近年随着勘探领域不断扩展，一批钻遇泥盆系的探井先后获得良好的油气显示，显示出了东河塘组具有较大的油气勘探潜力。
1 储层基本特征
储层岩石学特征
据对20多口钻井岩心的详细观察及540多个岩石薄片的认真分析发现，东河塘组储层的岩石类型以石英砂岩为主，次为岩屑石英砂岩和少量的长石岩屑砂岩。灰色、灰白色细粒石英砂岩与绿灰、棕褐、深灰色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、灰质泥岩不等厚互层。向南砂岩增多。组成岩石的石英含量在65%～90%以上，岩屑和长石的平均含量在10%以下（图1），杂基基本上都是泥质，含量一般为1%～20%，胶结类型多为孔隙式，少量连晶-基底式胶结，颗粒支撑，胶结物以灰质为主，含量为1%～45%，岩石分选中等—好为主，分选差次之。磨圆度以次圆-次棱角状为主，棱角状次之，圆状少量。
图1 托普台工区泥盆系砂岩分类图
砂体展布特征
根据统计的托普台工区近40口井砂岩厚度数据，作出了泥盆系东河塘组砂岩等厚图（图2）。从图中可以看出，东河塘组砂岩在托普台研究区内基本上都有分布，总体上近SN向展布，砂岩北西厚、南东薄，在TP4井区砂岩厚近160m，而在TP5和TP9井区仅为18m。
图2 托普台地区东河塘组砂岩厚度分布图
储层的储集空间类型
根据普通薄片、铸体薄片观察和资料统计，工区内泥盆系储层的储集空间原生粒间孔隙与次生溶蚀孔隙都比较发育，根据孔隙组构特征及成因可分为以下4种类型（图3）。
图3 托普台工区东河塘组储层铸体照片
（1）原生粒间孔：原生粒间孔是位于颗粒之间未被充填或半充填的孔隙，绝大多数是经压实和胶结作用缩小而形成的残余粒间孔隙。这类孔隙较少，且孔径不大，孔隙往往呈不规则外形。
（2）粒间溶孔：粒间溶孔为颗粒之间的填隙物被地下水溶解或碎屑颗粒边缘被溶蚀而形成的孔隙，在本区泥盆系中主要有溶蚀粒间孔和粒缘溶蚀孔两种类型，两种孔隙往往同时存在，其形状不规则，孔径较大，是本区泥盆系的主要孔隙类型。
（3）粒内溶孔：粒内溶孔是岩石颗粒组分内部溶解而形成的组分内孔隙。主要是在长石与不稳定岩屑等颗粒内部形成，呈孤立状分布，常与其他类型溶蚀孔隙伴生，分布也比较普遍。
（4）微裂缝：微裂隙是由于构造运动所产生的裂缝，界面较平直，是勾通孔隙的桥梁，分布很局限，仅在个别井中见到。
储层的孔隙结构特征
利用研究区30余口井的毛管压力曲线对该区储层孔隙结构进行分析表明，喉道分选系数大部分在2～之间，变异系数大多数在～之间，说明本区泥盆系储层喉道分选中等偏差，均值大多数在7～12 之间，排驱压力大多数在～1 MPa之间，反映该储层储集性能中等，中值半径大多数在1μm以下，从这些孔隙结构参数可以看出除个别样品孔喉较大外，喉道多为细喉型。
对所做样品的毛管压力曲线进行统计分析可见，本区曲线斜率较大，基本没有平台，说明孔喉分选中等偏差，曲线从左下角的略粗歪度逐渐过渡到右上角的细歪度（图4），排驱压力也逐渐变大，反映了孔隙结构逐渐变差。
图4 研究区毛管压力曲线
通过分析孔隙结构参数和毛管压力曲线可以将研究区泥盆系储层划分为3种孔隙结构类型。
Ⅰ型孔隙结构
具有该种类型孔隙结构的储层均有高的孔、渗性能，孔隙度一般都超过15%，渗透率一般都在100×10-3μm2以上。排驱压力都小于，喉道均值一般大于7μm。毛管压力曲线分布在左下方（图4），歪度属于略粗歪度类型。通过铸体与电镜观察表明，该类型储层广泛发育粒间孔隙或（和）溶蚀粒间孔隙。岩性以中细砂岩为主，分选较好，填隙物含量低，且主要为泥质。
Ⅱ型孔隙结构
该类型的储层一般都具有中、低储、渗性能，孔隙度一般在10%～15%，渗透率一般在几至几十×10-3μm2之间，排驱压力一般为～1MPa，毛管压力曲线一般位于中部位置，歪度属略偏粗或略偏细类型。岩性一般以细砂岩为主，填隙物含量较多，主要为钙质。
Ⅲ型孔隙结构
具该孔隙结构类型的储层一般都具有低或特低的储、渗性能，孔隙度一般小于10%，渗透率一般小于几个毫达西，排驱压力大，毛管压力曲线分布在右上方，歪度属于偏细歪度—细歪度。岩性较细，一般以粉细砂岩为主。
储层物性特征
从东河砂岩孔隙度和渗透率统计结果（图5）来看，平均孔隙度一般为6%～20%，最小为，最大为，平均为；渗透率主要分布区间为（～100）×10-3μm2，最小为×10-3μm2，最大为388×10-3μm2，平均值为×10-3μm2。上述孔渗统计数据表明，虽然东河塘组砂岩物性相对较好，但仍为中低孔、中低渗储层。图6示意的孔隙度渗透率关系表明，东河塘组砂岩孔渗正相关性好，当孔隙度小于12%时，渗透率很小，多小于5×10-3μm2。当孔隙度大于12%，渗透率随孔隙度的增大而迅速增大。裂缝存在的标志不明显，物性参数反映了储层是孔隙性储层的特点。
图5 东河砂岩孔隙度渗透率直方图
图6 东河塘组砂岩孔隙度与渗透率相关图
储层成岩作用
根据大量岩石薄片的成岩作用特征观察、储层样品的扫描电镜和阴极发光等结果分析，本区东河砂岩储层主要经历了如下成岩作用。
压实作用
压实作用随埋深的增加而逐渐加强。颗粒之间的接触关系也由点接触变为线接触，甚至凸凹式接触。通过薄片观察可知，研究区颗粒之间呈点接触-线接触，说明压实对储层的影响较小。这主要是由于研究区东河砂岩沉积后一直处于浅埋藏阶段，仅新近系东河砂岩才处于深埋阶段。
胶结作用
研究区内主要有泥质、碳酸盐岩胶结及石英加大等胶结。
（1）铁泥质胶结：铁泥质基质在压实过程中把周围的颗粒粘结起来。这种粘土矿物一般是铁绿泥石和蒙脱石，它们是同颗粒同时沉积的，随后附着在颗粒表面，是岩石最早期胶结，降低孔隙2%～10%。
（2）碳酸盐胶结：碳酸盐是本区最为发育的胶结矿物，局部层段碳酸盐胶结物可达40%，主要为方解石、含铁方解石和白云石，以孔隙式胶结类型为主，见有基底式和基底-孔隙式胶结。
（3）石英加大胶结：该类胶结发育普遍，一般含量为5%～7%，少数达10%，以窄加大边为主，充填于压实后的残孔和石膏溶孔中，局部形成石英岩状砂岩，硅质岩屑加大多为栉壳状颗粒石英。这与杂基较少、粘土环边不发育、石英含量较高、结构成熟度高和塑性压实较弱等许多因素有关。此外尚有部分石英粒状胶结，部分长石加大较大。
溶蚀作用
东河砂岩在本区溶蚀作用不太明显，较大的一期在碳酸盐化和高岭石化之后，多沿高岭石化部位进行，溶蚀碳酸盐、岩屑、长石、高岭石、石英等自生矿物和颗粒，形成零星分布的超大溶孔、孔隙等，最大为，一般为～，含量一般3%左右。多残留高岭石，然后为少量沥青所充填。
2 储层评价
通过以上的分析研究，依据本区储层发育状况，结合储层物性，将研究区泥盆系储层划分为以下3种储层类型。
Ⅰ类储层
该类储层具有较高的储渗性能，孔隙度大于15%，渗透率大于100×10-3μm2，为中孔-中渗型储层。孔喉均值半径大于9μm，排驱压力小于，压汞曲线呈现粗歪度或略粗歪度，平台很短。岩性以中细粒石英砂岩为主，填隙物含量少，且以泥质为主。
Ⅱ类储层
该类储层的孔隙度为9%～15%，渗透率在（10～100）×10-3μm2之间，为中低孔-中低渗型储层。孔隙空间以各类溶蚀孔隙以及残余原生粒间孔隙为主。孔喉均值半径为2～9μm，相对较小，因此排驱压力值在～间分布，且压汞曲线歪度不大，中值平台不明显或很短。岩性主要是极细—细粒岩屑石英砂岩、长石石英砂岩等。泥质杂基少，弱碳酸盐胶结。
Ⅲ类储层
该类储层孔喉中值半径较小，排驱压力较大，以低孔-低渗构成的孔隙体系为主。毛管压力曲线特征为细歪度，几乎没有歪度中值平台。储层孔隙度为6%～9%，以粒内溶孔、粒间溶孔和微孔隙为主，渗透率一般在（1～10）×10-3μm2之间。岩性为一些极细—细粒岩屑长石砂岩及含钙质较重的极细—细粒长石岩屑砂岩等，有一定泥质杂基。
3 结论
（1）研究区东河塘组储层的岩石类型以石英砂岩为主，次为岩屑石英砂岩和少量的长石岩屑砂岩。砂体总体上近SN向展布，北西厚，南东薄。
（2）储层的储集空间以原生粒间孔隙和次生溶蚀孔隙为主，其他类型孔隙较少。储层喉道分选中等偏差，除个别样品孔喉较大外，喉道多为细喉型，储层特征一般。
（3）本区东河砂岩储层主要经历了压实作用、胶结作用和溶蚀作用等成岩作用。根据储层物性以及发育状况，将研究区储层划分为3种储层类型。
致谢 研究工作得到中石化西北分公司地勘所杨素举、丁勇高工的帮助，表示衷心的感谢。
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曾家瑶1，2 吴财芳1，2
(1.中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221008 2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008)
摘要:煤储层渗透性是制约煤层气开发的重要因素之一。本文通过对黔西－滇东地区煤储层渗透性特征的深入研究，结合大量煤田地质勘探资料，阐明了研究区控制渗透率的主要地质因素。研究表明:整个研究区自东向西渗透率具有逐渐降低的趋势，黔西织纳煤田渗透率远高于其他区域。在影响渗透率的多个因素中，区域构造应力、煤层裂隙发育状况、煤层埋深、煤层厚度等对煤层渗透性有着重要的控制作用。
关键词:煤层 渗透率 构造应力 煤层埋深 煤层厚度
国家科技重大专项项目 ( 2011ZX05034) 、国家973 煤层气项目 ( 2009CB219605) 、国家自然科学基金重点项目( 40730422) 及青年科学基金项目 ( 40802032) 资助。
作者简介: 曾家瑶 ( 1987 ) ，女，贵州省大方县人，就读于中国矿业大学 ( 徐州) 资源与地球科学学院，硕士，研究方向为煤层气勘探与开发。通讯地址: 江苏省徐州市中国矿业大学南湖校区研一楼 5 单元 302. Tel:，E-mail: jiayaohhaha@ 126. com
Study on Characteristics of coal reservoir Permeability and Factors of Geological Controlling in Western Guizhou-Eastern Yunnan Area
ZENG Jiayao1，2WU Caifang1，2
( 1. School of Resource and Earth sciences，China University of Mining and Technology， Xuzhou Jiangsu 221008，china 2. Key laboratory of CBM Resource and Reservoir Formation Process，Xuzhou Jiangsu 221008 china)
Abstract: Coal seam permeability is one of the key factors that restrict the development of coalbed methane ( CBM) . This paper clarifies the main geological factors which influence the coal seam permeability of Western Guizhou Province-Eastern Yunnan Province by analyzing the characteristics of coal seam permeability and referring to geological exploration data of coal field. According to the research results，the permeability of the whole area has a declining tendency from East to West and the permeability of Zhina Coal Mine in Western Guizhou is dramatically higher than other areas. Among all factors affecting permeability，regional tectonic stress，coal seam fractures， coal seam buried depth and coal seam thickness are of significant controlling effects.
Keywords: coal seam; permeability; tectonic stress; coal seam buried depth; coal seam thickness
引言
黔西地区煤层气资源丰富，主要赋存于六盘水煤田和织纳煤田的向斜构造，其中甲烷含量超过8m3/t的“富甲烷”区资源量占贵州省资源总量的90%以上。滇东地区煤层气资源量为4500亿m3，占云南省煤层气资源总量的90%。
煤储层的渗透率是衡量煤层气可开采性最重要的指标之一(秦勇等，2000)，在煤层气气源已查明的前提条件下，煤储层渗透率又是制约煤层气资源开发成败的关键因素之一。煤储层在排水降压过程中，随着煤层气的解吸、扩散和排出，有效应力效应、煤基质收缩效应和气体滑脱效应使煤储层渗透性呈现动态变化。深入分析渗透率分布特征及其地质控制因素，对于煤层气有利区带优选及煤层气开发措施优化具有重要的理论意义和现实意义。
1 煤层渗透率特征
煤层试井渗透率
据统计，贵州省境内目前有9口煤层气井19层次的试井数据(表1)。织纳煤田两口煤层气参数井位于比德向斜化乐勘探区，测试煤层埋深浅于600m，试井渗透率较高，在～之间，平均，属于中渗透率煤层，具有商业性开发的有利条件。六盘水煤田7口煤层气探井，全部分布在东南部的盘关向斜和青山向斜，煤层试井渗透率～，多低于，平均，远远低于织纳煤田，属于特低渗透率煤层。
表1 黔西地区煤层气井试井成果
续表
煤层渗透率分布特征
根据表1统计结果，取埋深浅于650m的测试煤层为基准，黔西(乃至滇东)地区上二叠统煤层渗透率区域分布规律十分明显，总体上由东向西趋于降低。例如，织纳煤田比德向斜煤层试井渗透率平均为，六盘水煤田盘关向斜金竹坪勘探区和青山向斜马依东勘探区煤层渗透率在左右，进一步向西至滇东恩洪、老厂、宣威等向斜或煤田渗透率平均值只有。这一区域分布规律，一方面是聚煤期后构造变动对煤层破坏程度的强弱不同的结果，另一方面与区域现代构造应力场对煤层裂隙的挤压封闭程度有关。
由于煤储层埋藏深度与相应地层有效应力存在相关性，埋藏越深，有效应力越大，渗透率越低(傅雪海等，2003;周维垣，1990)，在层位上，煤层渗透率似乎没有明显的分布趋势(表1)。例如，对于化乐勘探区1602井、亮山勘探区QH1井、金竹坪勘探区GM2井和马依东勘探区MY01井，渗透率具有随煤层埋深的增大而减小的趋势。而在马依东勘探区MY03井、亮山勘探区QH3井和化乐勘探区3603井，煤层层位降低，试井渗透率趋于增高。
2 影响煤层渗透率的地质因素
煤层渗透率的影响因素有许多，如构造应力场、煤层埋深、煤储层厚度，煤储层压力，煤体结构、煤岩煤质特征、煤级及天然裂隙都不同程度地影响煤层渗透率，可以是有多因素综合作用的结果，也可以是某一因素起主要作用。
构造应力场对煤层渗透率的影响
黔西滇东地区基底交叉断裂控制盖层中方向各异的褶皱断裂带，组合为弧形、菱形和三角形等各种构造型式，构成统一的区域构造格局(图1)。其中，织纳煤田位于百兴三角形构造，六盘水煤田的构造主体是发耳菱形构造和盘县三角形构造，构造应力场极其复杂(图1)。对于三角形构造，差应力值在3个顶角处最大，边部次之，向三角形内部递减，构造变形在角顶和边部强、中部弱，这与织纳煤田煤体结构区域分布规律一致。由此推测，六盘水煤田中—南部可能发育两个煤体结构相对完整的中心地带，分别是中部发耳菱形构造区和南部盘县三角形构造区的中央地带。其中，发耳菱形构造区构造隆升相对强烈，含煤地层保存条件较差，只有零星分布。因此，黔西地区煤层渗透性较好的地带可能位于两个地带:一是织纳煤田中部，如水公河向斜、珠藏向斜、牛场向斜等区域;二是六盘水煤田南部的盘关向斜中央地带，大致位于盘县县城以北。
黔西—滇东地区煤层物性与地应力状况关系密切，尤其是煤体结构、煤层渗透率和煤储层压力，地应力场则受控于区域构造背景。这种控制作用，具体表现在地应力梯度的高低，这是造成煤层渗透率区域分布差异的重要地质原因。
中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集
Enever等(1997)通过对澳大利亚煤层渗透率与有效应力的相关研究发现，煤层渗透率变化值与地应力的变化呈指数关系(周维垣，1990):
K/K0=e3CΔδ
式中:K/K0为指定应力条件下的渗透率与初始渗透率的比值;C为煤的孔隙压缩系数;Δδ为从初始到某一应力状态下有效应力。
据黔西—滇东18口煤层气井36层次试井资料，地应力场中的最小主应力(闭合压力)梯度降低，煤层渗透率随之增高，两者之间呈相关性良好的负幂指数关系。另外，渗透率随着地应力和煤层原生结构的破坏程度的增大而降低。区内最小主应力梯度从东往西增大，在织纳煤田比德向斜为17～21kPa/m，六盘水煤田青山向斜为12～27kPa/m，六盘水煤田盘关向斜为21～33kPa/m，滇东老厂矿区为17～25kPa/m，滇东恩洪向斜为20～34kPa/m。越靠近康滇古陆方向，最小主应力越高。
煤层埋藏深度对渗透率的影响
岩层的密度远大于孔隙中流体的密度，致使垂直应力的增加幅度较大，傅雪海等(2001)研究认为煤储层渗透率具有随埋深加大呈指数减小的趋势。这也从另一方面反映了地应力对煤储层渗透率的影响，即随着埋藏深度的增加上覆地层的重力对裂隙的压迫作用增强，使有效应力增加，反而不利于煤储层的裂隙发育，从而渗透性降低。
黔西滇东地区煤层渗透率与埋藏深度之间关系尽管较为离散，但负幂指数趋势十分明显;同时，在测试煤层相似埋深(500～700m)的情况下，渗透率同样具有由东往西降低的趋势(图2)。渗透率与煤层埋深之间负幂指数关系的转折深度在600m左右，对应的渗透率约。煤层渗透率一旦低于，则渗透率与埋藏深度之间就没有确定的关系，指示着渗透率极低不仅是与煤层的埋深有关，也与其他因素有关，而且其他因素对煤层渗透性的影响很大。导致煤层气地面开发难度大，如盘关向斜和滇东恩洪向斜。青山向斜则呈现相反的趋势，随着埋深的增加，煤层渗透率却呈增大的趋势，矿区煤层甲烷含量在平面上有一定的分布规律，表现出“北高南低、东高西低、深高浅低”的总体趋势(彭伦等，2010)。这一点，是由于青山向斜地区与外界水力联系弱，因受水力封闭和水力封堵，煤层含气量高，加之煤体结构较完整，渗透性较好，具有良好的煤层气开发潜力。
图2 黔西—滇东地区煤层渗透率与埋藏深度之间关系
煤层渗透率与储层压力的关系
煤层埋深增大的情况下，垂向地应力导致储层压力增大，有效应力随之显著减小，煤体发生弹性膨胀而致使裂缝宽度减小，渗透性同时降低。研究区煤储层压力与煤层渗透率呈负对数关系，这与储层压力受控于煤层埋深有着必然的联系。比如，在储层压力为5～7MPa之间，煤层渗透率的分布比较离散，没有特定的趋势(图3)。
图3 黔西—滇东地区煤层渗透率与煤储层压力关系
煤层厚度对渗透率的影响
秦勇等(2000)发现，华北石炭二叠系煤层以渗透率为界，煤层厚度与渗透率之间表现为两段趋势相反的分布规律。当渗透率小于时，煤层厚度增大，渗透率总体上增高。当渗透率大于时，渗透率随煤厚的增大反而降低。
就黔西地区渗透率大于的煤层来说，渗透率随煤层增厚呈现出减小的趋势(图4)，这与煤厚和裂隙发育密度之间的负相关性有关，泥炭聚集期各种地质因素的综合作用起着重要控制作用。然而，渗透率小于时的煤层厚度与渗透率之间成正相关关系，用上述原理显然无法解释其原因，表明其他因素起着更为重要的控制作用，如煤体结构、裂隙开合度以及煤级和煤岩组成控制之下的裂隙发育密度等。
其他因素对渗透率的影响
渗透率比较小时，煤层埋深、煤储层压力和煤层厚度与渗透率的关系都不是简单的线性关系，这表明煤储层渗透率还受其他因素的控制，比如煤层的孔、裂隙结构和煤体结构等。
图4 黔西地区煤层渗透率与煤层厚度的关系
研究区内平面上自东北向西南方向孔隙度呈现出先增加后减少而后再增加的双峰型特征，煤储层孔隙度发育偏低，渗透率随孔隙度的增加而增加，孔隙度受区域变质影响显著，随最大镜质组反射率的增大先增长后缓慢下降。盘关向斜煤储层孔隙发育较好，有利于煤层气的储集和渗流，其次为织纳煤田部分储层发育较好，大部分煤储层微小孔极为发育非常有利于煤层气的储集，但孔隙连通性较差不利于煤层气的渗流运移;格目底向斜及滇东地区煤储层孔隙发育相似，区域内孔隙类型多、差异大、非均质性强，储集性相对较好，但整体不利于煤层气渗流运移。
贵州省境内不同煤田的煤体结构差别极大。总体来看，六盘水煤田煤体结构破碎，如盘关向斜以构造煤为主;织纳煤田煤体结构相对完整，如水公河向斜多数煤层原生结构完好。整体结构的差异是织纳煤田煤层渗透率远高于六盘水煤田的重要原因。
3 结论
综上所述，黔西滇东地区煤层渗透率的大小受到构造应力、煤层埋深、煤储层压力和煤层厚度等多个因素的影响，其中构造应力是影响煤层渗透率的最主要因素。
(1)煤层渗透率随地应力场中的最小主应力梯度的减小而增大。
(2)黔西滇东地区煤层渗透率随煤层埋藏深度的增加而呈指数降低。受此影响，煤储层压力与煤层渗透率呈负对数关系。
(3)在构造应力对煤储层渗透率总体控制之下，存在着裂隙、储层压力、煤层厚度、水文地质条件等多种因素的叠加，在构造应力相似的条件下，其他因素起着更重要的作用。
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R. E. Enever，A. Henning，The Relationship Between Permeability and Effective Stress for Australian Coal and Its Implica- tions with Respect to CoalbedMethane Exploration and ReservoirModeling ［C］ . Proceedings of the 1997 International Coalbed Methane Symposium. Alabama: The University of Alabama Tuscalcosa，1997. 13 ～ 22
储层特征研究论文提纲
对我国仓储管理现状的分析与对策 这个我就有516710262一、我国仓储管理的发展趋势众多的仓储企业逐渐加大现代化改造的步伐。包括两方面：其一，加大对仓库的硬件投入。这包括库房建设和改造、购置新型货架、托盘、数码自动识别系统和分拣、加工、包装等新型物流设备，大幅度提升现有仓储自动化水平和物流运作效率，增加物流服务功能。其二，加大对仓库的软件投入，加强物流信息化建设。实现仓储管理、商品销售、开单结算、配送运输、信息查询、客户管理、货物跟踪查询等功能，为客户提供更为方便、可靠、快捷的物流服务。所以现代仓储业发展有若干个趋势：（一）以顾客为中心 成功的企业愿意和他们的客户保持交流并倾听他们的意见，因为他们知道仓库的作业必须通过在适当的时间以适当的方式存储或发送适当的产品，在满足客户需要的基础上实现产品的增值。另一方面，成功的企业将和供应商与顾客发展真正的合作伙伴关系，从而从共享的信息、互相商定的计划和双赢的协议中受益。运作高效、反应迅速的仓储是实现这一目标的关键。（二）减少作业、压缩时间 今后，仓储中心在数量上将减少，但在每个中心的商品数量将增加。因此，以后的分销中心一方面规模更大，另一方面日常所要处理的订单也更多。这意味着装运频次的加快和收货、放置、拣货及装运作业的增加。这一趋势将对物料处理系统提出更高的要求，对叉车和传送带等设备产生重大影响。（三）仓库作业的自动化 为适应仓储业作业的急速膨胀，仓储业需要大大提高自动化程度。比方说，我们需要使用更多的传送带来长距离的运送小件物品，同时设定适当数量的重新包装站和装卸作业平台。另外如果我们使用更多的自动分拣设备，我们就能在不建造额外场所的情况下提高整体工作能力。因此，在诸如货物搬运这类增值很少甚至无增值的作业方面，自动化设备将继续替代劳力。（四）零库存、整合化管理。仓储的最终目标是实现零库存。这种零库存只是存在于某个组织的零库存，是组织把自己的库存向上转移给供应商或向下转移给零售商。在科技发展到今天，零库存是完全可以实现的。例如丰田公司的准时制生产方式完全有效地消灭库存，实现“零库存”。零库存实际上含有两层意义：其一，库存对象物的数量向零趋近或等于零；其二，库存设备、设施的数量及库存劳动消费同时向零趋近或等于零。而第二种意义上的零库存，实际上是社会库存结构的合理调整和库存集中化的表现。然而在经济意义上，它并不来自通常意义上的库存物资数量的合理减少。企业物流管理的主要费用是库存费用。因此，仓储管理实施整合化仓储，即把社会的仓储设施，各相关供应商、零售商、制造商、批发商，甚至客户的仓储设施进行整合，达到企业库存管理的优化。也就是说在供应链管理的框架下，实行仓储管理，把相关仓储管理的作业或实施进行重建。（五）计算机化与网络化管理。新科技革命以来，仓库管理者将把货物从仓库的进进出出（包括收货、放货、分拣和装运）的作业看作是他们工作中的最关键部分。但他们在执行这些工作时遇到了一个很大的困难，难以及时获取精确的信息。实施仓库工作的无纸化可以改变这一现状。从原则上讲，无纸化仓库意味着所有的物流运动的电子化操作，从而减少甚至消除在产品鉴别、地点确认、数据输入和准确分拣方面可能产生的传统错误。同时，电子控制系统其次还能避免数据输入的延误、即时更新库存、随时找到所需的货物。在美国，计算机在仓储管理中的运用日益广泛。它可以把复杂的数据处理简单化，同时还发展了许多成熟的仓储管理软件供企业挑选采用。网络在近年还的迅速普及使得库存管理网络化成为一种趋势。二、我国仓储管理现状分析及存在的问题（一）具有明显部门仓储业的特征自从我国确立了生产资料社会主义公有制为主体的社会主义经济制度后，建立起集中统一的经济管理体制，在中央集中统一领导下，形成了以部门管理为主的管理体制。在高度计划经济体制下，我国的生产资料流通完全纳入了计划分配轨道，企业所需要的物资只能按照企业的隶属关系进行申请，经过综合平衡以后，再按各部门进行计划供应。而各部门为了储存保管好分配来的各种物资，就需要建立仓库。于是，层层设库，行行设库的现象层出不穷，逐渐形成了部门仓储管理系统，从当时来看，部门仓储业的建立为保证本部门的物资供应，完成本部门的生产建设任务起到了积极作用。但是，由于各部门都是从本部门利益出发，很少顾及其他部门或国家的利益，再加上相互间缺乏沟通，又没有一个统一管理部门来进行协调和统筹安排，因此，出现了目前存在的重复设库问题，物资流通中转环节多，流通渠道不畅，库存居高不下，物资损失浪费大部分地区仓储大量剩余和部分地区仓储能力不足的两极分化局面等。（二）仓储技术发展不平衡20世纪80年代以来，仓储技术得到较大发展，但是，各地发展不均衡。自改革开放以来，国外先进的仓储技术传人我国，使我国仓储业发生了显著的变化，特别是自动化仓储技术传人我国以后，我国的仓储技术有了较大的提高。我国自20世纪70年代开始建造自动化仓库，例如北京汽车制造厂、南宁拖拉机厂等先后建造了自动化仓库。与此同时，人们对仓储工作的看法也起了变化，逐渐重视仓储管理工作，并注意引进先进的仓储技术和提高仓储工作人员的素质。但各地区发展不平衡，有的现代化仓库拥有非常先进的仓储设备，例如各种先进的装卸搬运设备、高层货架仓库、全部实行计算机管理等。而有的仓库却还处在以人工作业为主的原始管理状态，仓库作业大部分靠肩扛人抬，只有少量的机械设备。还有一种情况是介于上述两者之间，具有一定的机械设备和铁路专用线，但利用率不高，有些设备已经老化，有些已经陈旧，但由于资金不足，无力更新，只得带病作业，隐藏着许多不安全因素。这种仓储技术方面先进与落后并存的状态将会继续存在一段比较长的时间。（三）仓库的拥有量大。但管理水平较低由于我国是以行政部门为系统建立仓库，所以不同部门、不同层次、不同领域为满足自身使用的方便都来设立仓库，这就使我国的仓库拥有量居世界前列。但是，由于我国没有一个统一的仓储管理部门，也没有做过全国性的统计，所以我国仓库拥有量的底数并不十分清楚。我国的仓库数目虽然很多，但是仓库管理水平却不太高。究其主要原因，是我们有些领导在思想上对仓储管理不够重视。常见这样的领导“手中有货，心中不慌”，他们把主要精力放在如何争取货源上，一旦货物到手，往仓库里一放，就以为是万事大吉，至于如何管理好库存物资，就不太关心。再加上我国社会上普遍对仓库工作存在一种偏见，认为仓库不需要知识，也不需要技术，致使仓库人员的素质，尤其是文化素质不高，直接影响了管理水平的提高（四）仓储管理方面的法规法制还不够健全我国已经建立的仓储方面的规章制度随着生产的发展和科学水平的提高，已经不适合实际情况。目前我国还没有一部完整的《仓库法》，我国仓储管理人员的法制观念不强，仓储内部的依法管理水平也比较低下，一是将仓储用地归并为工业用地，这种定性误差派生出许多问题，因为仓储与工业，无论是产业性质还是盈利水平都不可比；二是原国家划拨土地的土地使用税较高；三是仓储用地的土地出让金太高，且要求一次性支付，加大了仓储企业和新的投资人的初始成本；四是仓储用地置换过程中，仓储企业同时缴纳土地增值税与土地出让金，制约了仓储企业的技术改造；五是“租地建库”成为普遍现象，造成市场不公平。（五）仓储方面的人才缺乏。发展仓储行业，既需要掌握一定专业技术的人才，也需要操作型人才，更需要仓储管理型人才，而我国目前这几方面的人才都很匮乏。据有关统计数据显示，2008年我国的物流人才缺口150万，仓储物流方面的人才缺乏也很严重。三、对我国仓储管理现状的对策研究近年来，因物流市场供需变化，我国的仓储业正在向仓储社会化、仓储产业化、仓储标准化、仓储现代化的方向发展。拥有先进管理理念的物流企业，开始注重对仓储设备的建设、人才的培养、法律的完善和整体供应链进行管理，积极发展与客户的长期合作关系，通过提供各种增值服务来参与客户的供应链管理，降低客户的成本，从而也提高自身的竞争力。（一） 加强仓储基础设施建设。要加大投入力度，努力提升现有仓库的基础设施，不断改造陈旧老化的仓库，更新使用现代化的仓储设备。既要借鉴国内外的先进经验和技术，又要结合各地区的实际情况，不能贪大贪多，形成科学合理的仓储设施网络（二） 加快引入竞争机制，建立统一、公平有序的现代仓储市场体系。为保障仓储业的健康发展，就要规范市场秩序，加快引入竞争机制，建立统一开放、公平竞争、规范有序的现代仓储体系。废除各类不符合国家法律、法规规定的有关规定，为仓储企业的经营和发展创造宽松的外部环境。（三） 加强仓储资源的整合，完善仓储标准化体系。我国不同行业的仓储企业的储运设施不能共用，影响了企业合理统筹仓储资源的能力。为适应现代物流要求，要加强资源整合，建立仓储网络。仓储标准化不仅是为了实现仓储环节和其他环节的密切配合，也是仓储内部提高作业效率的有效手段。所以仓储企业要不断完善其标准化体系。提高仓库利用率、实现有效的库存控制，就要建立有效的信息网络，实现仓储信息共享，积极推进企业仓储管理信息化。运用现代信息技术构建公共信息平台，实现公共信息网络与仓储网络的有效结合，提升企业仓储信息化水平。（四） 建立健全仓储管理方面的法律、法规。建立健全以责任制为核心的规章制度是仓储管理的一项基础工作。目前，我国缺乏比较完整的法律政策体系，所以要加快制定和健全仓储管理方面的法律、法规体系，规范行业竞争秩序，调整各项政策，帮助企业更好的管理。建议制定与实施有利于现代仓储业发展的企业注册、土地征用、税收、交通管理等政策，制订仓库等级、仓储相关设备、仓储安全、仓储作业、仓储服务质量、仓储从业人员资质要求等方面的国家标准，为现代仓储业的发展提供条件与依据。对仓储服务市场进行有效管理，制定诚信管理办法；依据仓储安全、作业与服务等相关国家标准，组织全国大中型生产、流通等货主企业评选优秀仓储服务企业。（五） 引进并培育仓储专业人才，完善培训体系。人才是企业的重要资源，要发展仓储企业，就要有技术、管理等多方面的人才。全面提高员工素质，完善自动化仓库的管理机制 物流设备要实现高效能利用，需要有相适应的物流环境和科学管理，这些都要求有高素质的人才。在目前缺乏实践经验的情况下，可采取“走出去，请进来”的办法，去发达国家考察学习，请专业人士或高校教师介绍经验、传授知识、办学习班等，或在技术院校招聘物流专业技术型人才，尽快解决操作人员和维修人员缺乏的局面。做好消化吸收工作，使其尽快国产化，以适应市场需要四、总结仓储管理是对仓库及仓库中储存的物资进行管理，在物流管理中占据着核心的地位，是现代物流的不可缺少的重要环节，能对货物进入下一个环节前的质量起保证作用，是加快商品流通，节约流通费用的重要手段，保证社会再生产过程顺利进行的必要条件。随着企业生产的发展与需求，仓库管理工作早已不是单纯的物品保管那么简单了，所以，合理的仓储管理将全方位的提升企业竞争力，降低生产成本，提高资源效率，推动企业的发展。[参 考 文 献][1]李振主编. 仓储管理.北京：中国铁道出版社，2003年5月第一版[2] 齐二石主编.物流工程.天津:天津大学出版社,2007年9月第一版[3] 张三省主编.仓储与运输物流学.广州:中山大学出版社,2007年3月第一版[4]梁军主编.仓储管理实务.北京:高等教育出版社,2003年7月第一版
(一)孔隙度和渗透率的关系
高孔隙度致密储层中存在大量连通性好的短孔隙吼道，其孔隙度和渗透率具有良好的相关性。由粉砂岩和颗粒极细的砂岩组成的浅部层状储层与页岩呈薄互层状展布(Rice和Shurr，1980)，浅部席状储层不适合做精确的岩心分析(所得出的结果与实际情况相差很大)。然而白垩可以做岩心分析。图5－3是美国丹佛盆地东部6口井的岩心孔隙度与渗透率交会图。这些数据显示随着孔隙度的降低渗透率也相应地降低。
图5－3美国丹福盆地东部6口井上白垩统白垩岩心孔隙度与渗透率关系图 (据Lockridge和Scholle，1978)
典型的低孔隙度储层中，孔隙大多是离散的，由多数宽度小于1μm的弯曲条带状或片状毛细管连接，连通性很差。图5－4是在近似剩余围岩压力下的孔隙度与渗透率交会图，对气体逸出进行了Klinkenberg校正。然而，尽管进行了校正，但由于测量的为干岩心，所以并未完全模拟出储层的实际情况。
(二)应力敏感性
低孔隙度储层最重要的特征之一是当施加在岩心上的应力增大时，渗透率会有很大的降低。在超压条件下，岩心渗透率会降低2～10倍;渗透率越低，相应地降低也越大(Jones和Owens，1980)。当施加的应力为～时，渗透率降低最大。
图5－5显示由应力引起的经Klinkenberg校正后所测得的渗透率值(Morrow et al.，1984)。在该试验中，逐渐加大对岩心施加的限制应力(加压);然后释放应力(卸压)，测量是否存在滞后效应。第一次加压之后，在低压力下，渗透率降低;但是在高压力下()，第一次和第二次加压时渗透率基本相近。
图5－4Piceance盆地南部上白垩统Mesaverde群砂岩孔隙度与渗透率的关系图 (据Kukal和Simons，1985)
图5－5渗透率与上覆压力关系图 (据Morrow et al.，1984)
图5－6A显示美国皮昂斯盆地内2174m深处上白垩统Mesaverde组储集岩的应力敏感性。这些岩心样品的原始最大埋深为3660m。为了对比，图5－6B显示同样采自皮昂斯盆地的常规Mesaverde组砂岩储层随着限制压力的增大，其渗透率只有轻微的减小。该岩心的深度为1371m，仅稍小于初始埋深。“第一次”加压实际上是第二次加压，因为该岩心处于地层压力状态。
图5－6围压对经Klinkenberg校正后的渗透率的影响图 (据Morrow et al.，1984)
Keighin和Sampath(1982)研究了致密储层中天然气的逸出(Klinkenberg的影响)。他们认为应力敏感性是由许多扁平的或裂缝状的孔隙闭合引起的，在存在上覆压力的实际储层条件下不会有毛细管的存在。研究者推断当岩心被采出时压力降低，由于岩石膨胀会产生许多这样的裂缝和微裂缝，但并非所有的裂缝和微裂缝都是由于这样的机制产生的。该推断最好的证据是Teufel(1983)所进行的应力研究，Teufel发表了致密岩心的膨胀实验数据，他研究的岩心是采出30h之后完全膨胀的岩心。Teufel推断变形恢复过程会产生微裂缝，这些裂缝排列成行且其走向与最大水平应力方向呈90°夹角(Teufel，1983)，而且处于原地压力的岩心具有近似一致或均匀的渗透率。
为了论证这些假设以及测量最大应力方向，对50MPa围压下的岩心和未加压的岩心测得了一系列声波速度数据。图5－7显示了这些方位的速度变化。最慢的速度出现于未加压岩心北偏东100°，是由岩心的最大膨胀引起的，该现象显示了岩心膨胀的最大方向，同时也是最大应力方向。可以看到，在所有的方向上声波速度都被削减了，因此岩心在所有的方向上都有扩张，但由于最大应力的释放，在该方向上扩张更大。
图5－7致密岩心未加压和50MPa围压下的方位超声波速图 (据Spencer，1989)
北偏东100°速度的降低是由最大应力释放方向上岩心膨胀引起的，岩心膨胀时会形成人工微裂缝
Brower和Morrow(1985)的井周声波扫描测井研究说明未加压岩心中存在许多片状孔隙，但是在的压力下，这些片状孔隙就会消失或者是由于孔隙太小，不会被声波扫描测井所辨识。Spencer(1985)注意到在扫描显微电镜(SEM)下可区分人工扩张微裂缝与天然裂缝，这是由于人工扩张裂缝的面互成镜像，而天然微裂缝或毛细管不具有该特征(图5－8)。SEM和薄片分析显示扩张裂缝通常发育于颗粒边界。总体来说人工裂缝(<μm宽)比天然微裂缝要窄，尽管有些天然微裂缝可能小于<μm(Morrow et al.，1984;Soeder和Randolph，1984)。然而，观察到的大多数小于μm的微裂缝都是人工的。
图5－8A为一个人工裂缝及其相应的外观，图5－8B为天然的扁平状或似带状毛细管和孔隙。初始压力(～)可能封闭了大部分的扩张裂隙，减小了天然微裂缝的宽度。通常来讲，未加压致密砂岩的孔隙度平均为5%～10%，高于初始围压下的孔隙度。因此，具有9%原地孔隙度的致密砂岩岩心取出后可能会膨胀，故在常规实验分析中测得孔隙度可能为，增加的的孔隙度是由微裂缝与孔隙扩张所造成的。注意到在许多情况下围压比地层条件下的实际压力或者剩余压力高，这是由于在计算剩余压力时必须减去孔隙流体压力。应力敏感性之所以如此重要，是因为当储层压力降低时非常致密砂岩的渗流速率可能会降低(Vairogs et al.，1971)。
Morrow et al.(1984)对富含碳酸盐(11%～40%)的致密砂岩岩心进行了酸化试验研究。尽管只有一小部分碳酸盐岩被溶解，但是渗透率却明显加大了，而且压力敏感性也降低了。这项研究表明，对富碳酸盐砂岩的酸化处理后，如果能防止副产物的沉淀，则可提高井的产量。
图5－8致密砂岩岩心的扫描电镜显微照片 (据Spencer，1989)
(三)毛细管压力和气的相对渗透率
岩石的毛细管压力受孔隙吼道入口(和毛细管)大小以及孔隙大小分布的影响。测量致密岩石毛细管压力的方法有很多(Morrow et al.，1984):压汞实验、水蒸气和烃类气体吸附—解吸等值线及高速离心。在中等低润湿相饱和状态下，低孔隙度储层具有相对高到非常高的毛细管压力。在汞润湿相饱和度为50%和高速离心(水饱和)时，毛细管压力通常可能大于，说明岩石的孔隙吼道和毛细管非常小。在原地条件下，这种高毛细管压力会造成中等含水饱和度(Sw)，Sw通常为45%～75%。在致密储层和常规储层中，高的含水饱和度都会削弱或阻止气体的流动。
图5－9显示三块低孔隙度岩心在不同含水饱和度下的气相对渗透率，这些岩心采自怀俄明州绿河盆地。这些数据说明在含水饱和度为50%时，不同深度岩心的原始气渗透率会降低到原始干燥条件下渗透率的12%～21%。这些渗透率是在689kPa下测得的，压力贯穿岩心并且围岩压力不同。这些数据还显示由含水饱和度增大所引起的渗透率的降低与围岩压力无关。在较高的流体压力下，相对渗透率曲线会轻微地向右移动。可以看到，含水饱和度的任意增加都会明显降低气体的相对渗透率。
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王兆峰1，2 王 鹏2 陈 鑫2 李 强2
（1.中国地质大学地球物理与信息技术学院，北京 100083； 2.中国石油集团东方地球物理公司研究院，河北涿州 072751）
作者简介：王兆峰，男，在读博士后，高级工程师，主要从事油气藏评价与开发工作。
摘 要：缝洞型碳酸盐岩油气藏是全球油气增储上产的重要领域之一。然而，碳酸盐岩储集体形态复杂，非均质性强，难以准确预测。本文以哈萨克斯坦A油田Pz段储集体为研究对象，采用井震协同进行精细连井 标定，提高了目的层横向上的连续性和可靠性。引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释，落实尖灭线及圈 闭规模，增加了研究区勘探开发的面积。利用断层建模技术将断层面立体刻画，确保断层解释的精度。利用 三维可视化技术进行古地貌分析，将研究区古地貌分为峰从洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种，并预测了有利 岩相带的空间展布。综合地质、测井和地震响应特征，宏微观相结合将储集体分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型 和裂缝型3种。综合地震属性、地震反演和蚂蚁体追踪建模技术，刻画了储集体的空间展布特征，并指出了 下一步滚动勘探开发的潜力区。
关键字：缝洞型储层；碳酸盐岩；储集体预测；A油田
The Characteristics and Prediction of Fissure-cavern Carbonate Reservoirs of PzLayer in NWKYZ Oil field in Kazakhstan
Wang Zhaofeng1，2，Wang Peng2，Chen Xin2，Li Qiang2
（ and Information Technology Institute of China University of Geosciences，Beijing 100083，China； Geophysical Research Institute，CNPC，Zhuozhou 072751，China）
Abstract：Fissure-cavern carbonate reservoirs is one of the most important areas of increasing oil and gas production in the is hard to forecast because the reservoir rock has complex form and fissure-cavern carbonate reservoirs of the Pz layer in NWKYZ oil field in Kazakhstan as the target，we demarcate the well tie with integration of well and seismic to heighten the consistence and reliability of the horizon draw recent karst theory to direct the structure elucidation of the top surface of the define the wedge out and structural trap，and increase the exploratory development area of the region of show the fault plane audio-visual with the method of fault model technology and make sure the quality of fault divide the palaeogeomorphology into 3 kinds with 3D visualization：peak cluster，peak forest and fossil erosion forecast the distribution of the beneficial the characteristic of geology，logging and seismic response，we divide the reservoirs into 3 kinds：vag hole，fracture pore and clarify the distribution of the 3 types reservoirs with the method of seismic attribution，seismic inversion and ant tracking modeling，and then we point out the potential area for exploratory development.
Key words：Fissure-cavern reservoir；carbonate；reservoir prediction；NWKYZ oil field
引言
缝洞型碳酸盐岩油气藏是全球油气增储上产的重要领域之一［1～2］。由于该储集体形态复杂，非均质性强，钻探成功率一直不高，使得缝洞型碳酸盐岩油气藏的勘探开发成为一项世界级难 题［3～7］。多学科综合应用进行储集体的预测是解决这项难题的有效途径［8～9］。本文以哈萨克斯坦 A油田Pz层的缝洞型碳酸盐岩储集体为例，探索综合应用地质、地震、测井及生产动态资料来预 测缝洞型碳酸盐岩储集体特征的方法，希望能抛砖引玉，促进多学科在缝洞型碳酸盐岩储集体预 测中的广泛应用。
图1 A油田位置（据胡向红，2011［7］，有修改）
1 区域地质概况
A油田位于哈萨克斯坦共和国境内南图尔盖盆地南部的Aryskum凹陷的aksay凸起上（图1）［1］。A 油田主要在M-Ⅱ层、侏罗系层和基底Pz层发现了工业油气流。本次研究的基底Pz层主要为灰岩和白 云质灰岩（Kz43、Kz47井），部分井含少量硬硅酸岩和软硅酸岩（Kz51），是典型的缝洞型碳酸盐岩储 集体。
南图尔盖盆地基底固结于早古生代末，根据基底组成及变质程度的差异，可进一步将其划分为 两套构造层，即前元古宇-下古生界深变 质褶皱基底，为盆地之真正基底，另一套 为泥盆-石炭系碳酸盐岩-基底Pz，为盆 地过渡性质基底，研究区的基底属于碳酸 盐岩过渡性基底［1]。基底之上主要发育侏 罗系、白垩系、第三系（古近-新近系） 和第四系，上覆地层与基底间以大角度不 整合接触（表1）。
南图尔盖盆地位于哈萨克斯坦中南部，处于乌拉尔-天山缝合线转折端剪切带，是 在海西期基底隆起上发育的中生代裂谷盆 地［10］。按地层构造标志序列，可将其中新 生界划分出反映区域构造演化特征的5个阶 段，即初始张裂阶段、断陷发育阶段、断坳 转换阶段、坳陷发育阶段和后期隆起阶 段［10]。研究区目的层基底Pz固结于古生代 末，并且遭受了抬升和强烈的剥蚀。A油田 基岩岩性复杂，据岩心、录井、镜下资料分 析，储层主要岩性可以分为4类：灰岩、白 云质灰岩、角砾岩和硅质岩。测井曲线特征 表现为高电阻率、高速度、低中子、高密度的特征。
表1 南图尔盖盆地地层简表
2 精细构造解释
井震联合连井精细标定
精细的地震地质层位标定是地震构造解释的基础，在标定时确保每一个地质界面和地震同相轴相对 应，匹配好储层段的每个同相轴，使时间域地震资料和深度域的测井资料能够正确地结合［11］。本次层 位标定采用“井震结合连井精细标定” 方法，即综合利用研究区29口完钻井的钻井、录井和测井资料 在进行了精确地层划分与对比的基础上，进行层位的连井标定与对比。通过多井合成地震记录的制作及 研究区纵横向联井剖面的对比验证，保证了层位标定横向上的连续性和可靠性（图2）。在标定过程中 根据测井曲线在纵向上的变化规律来确定标准层。其中白垩系阿雷斯库姆组泥岩段在工区内分布相对稳 定，可作为标准层。
图2 NWKYZYJIA50-58-54-48-57-32-51-31联井标定剖面
引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释
利用现代岩溶形成的喀斯特地貌特征（图3-A）和研究区的地震剖面（图3-B）进行对比来指导地 震解释，将古地貌复杂的上覆地层与基底的接触关系分为U形、V形和楔形3种，并对研究区古地貌复杂 的研究区进行重新解释。重新落实MII、J3ak尖灭线及构造、落实碳酸盐古潜山构造。
图3 引入现代岩溶指导缝洞型碳酸盐岩的基底顶面构造解释
断裂模型确保断层解释精度
在运用相干、地层倾角、时间切片、三维可视化等多种方法进行断层识别的基础上，进行断层建 模，利用断裂模型来确保断层解释精度（图4）。全区共解释断层50条，穿过基底断层30条，其中10 条延伸距离在以上（图5）。
图4 A油田断面模型
图5 A油田Pz层顶面断裂平面分布图
构造落实与古地貌的三维可视化展现
在精细解释Pz顶面反射层的基础上，利用研究区29口井的时深关系建立三维速度场，对层位进行 时深转换，然后对井进行校正，得到了目的层顶面构造图（图6）。基底Pz顶面主要分为东、西两个隆 起，局部发育一些小背斜圈闭，本次研究共落实圈闭16个，面积。
图6 A油田Pz层顶面构造图
在构造落实的基础上，进行古地貌恢复，并利用三维可视化技术展现研究区的古地貌特征（图7）。研究区的古地貌可分为峰从洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种类型。
图7 A油田Pz层古地貌分析图
3 储集体特征及预测
储层岩相特征
岩心、薄片及录井资料显示基底Pz主要岩性为灰岩、白云质灰岩、硅质岩和角砾岩4类。由单井 岩相分析图（图8）可以看出，基底岩性的电测特征主要分为两类：一类灰岩和白云质灰岩为低伽马、 中高电阻率、低声波时差、高密度；另一类硅质岩和角砾岩刚好相反，中高伽马、低电阻率、高声波时 差、低密度。同类岩性的曲线形态基本一致，多为线型。从接触关系上看，灰岩和白云质灰岩与上覆碎 屑岩的测井曲线接触关系为突变，硅质岩和角砾岩与上覆碎屑岩的接触关系为渐变。储层岩相在横向和 纵向上都具有很强的非均质性，角砾岩、硅质岩和白云质灰岩呈块状分布，利用属性建模技术能够很好 地将岩相的空间展布形态直观地展示（图9）。
储层分类特征
A油田Pz段的缝洞型碳酸盐岩储集体次生孔隙较为发育，非均质性强，储层物性好，是该区的主 力产层。根据岩心、测井及地震响应特征，研究区的储集体主要可以分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型和裂 缝型3种类型（表2）。
（1）溶洞孔隙型储集体。溶洞被硅质岩、角砾岩全充填，储集空间以溶洞充填物之间的孔隙为主。一般具有一定的构造背景，地震响应呈透镜状异常强反射，下部呈凹形的不连续强反射。测井响应呈箱 形或漏斗形，中低GR、高DT和低密度。
图8 A油田NWKYZYJIA49井Pz段岩相分析综合柱状图
图9 A油田Pz段岩相模型
表2 A油田Pz段储层分类特征
（2）裂缝孔隙型储集体。裂缝和基质孔隙比较发育，是典型的双重介质型储集体。地震响应上常 呈不连续反射，特征不明显，多与缝洞和较大的断裂相邻。测井曲线变化较小，低GR、低DT和高 密度。
（3）裂缝型储集体。储集空间主要是微裂缝。在地震响应上主要表现为连续强振幅界面，测井曲 线变化较小，低GR、中高DT和中高密度。
地震属性进行储层预测
地震属性分析是预测碳酸盐岩孔洞缝分布的重要技术手段。孔洞缝体系的规模和充填程度不同均会 引起地震响应细微的变化，而这种变化靠肉眼从地震同相轴的变化上来识别是非常困难的［12］。但是，在地震属性的差异中可能隐含了这种变化，每一种地震属性都从不同的侧面反映地下的变化，不同的属 性对缝洞的敏感程度是不同的。反射振幅包含了单个界面的速度、密度及其厚度信息，用它预测横向的 岩层变化和碳氢化合物存在的可能性，利用振幅类的属性可以帮助识别缝洞储层的分布［13］。频率是地 震脉冲的特性，它和地质因素如反射层的厚度或速度的横向变化及气体的存在有关：通常低频更多反映 厚的特征，高频对薄的特征敏感，油气和储层的变化会引起高频的吸收衰减。由于缝洞型碳酸盐岩储层 在大套的碳酸盐岩地层中相对而言是微观的，因此，在碳酸盐岩缝洞型储层的预测中，分频信息对刻画 储层的非均质性是很有帮助的［14］。反射连续性和地层连续性有密切的关系，是评价地震同相轴横向延 伸能力的物理参数，通常用相位类的属性来刻画。
（1）分频属性。分频解释技术是一种新的地震资料解释方法，它是以傅里叶变换、最大熵法及小 波变换等为核心算法的频谱分解技术［14-15］。分频属性结合三维可视化，是精细描述非均质储层的有力 手段。该方法在对三维地震资料时间厚度、地质不连续性成像和解释时，可在频率域内对每一个频率所 对应的振幅进行分析，这种分析方法排除了时间域内不同频率成分的相互干扰，从而可得到高于传统分 辨率的解释结果。通过对分频数据体的过井点剖面分析，总结研究区储层的分频响应有以下规律：有利 储层的分频响应为相对高（暖色）的调谐振幅，差储层分频属性响应往往表现为较低（冷色）调谐振 幅（图10）。通过该方法研究，认为基底碳酸盐岩有利储层主要分布于研究区中部，以侵蚀沟谷为界东 西分布的两大古岩隆周围面积约20km2。
图10 NWKYZYJIA地区基底50Hz分频属性可视化效果图
（2）振幅类属性。振幅是岩性界面阻抗差异的响应，上下地层阻抗差异越大，形成的反射振幅越 强［16］。研究区基底碳酸盐岩表现为弱振幅特征，当内部出现孔、洞、缝的时候，相当于在其内部出现 新反射界面，容易表现出振幅异常，形成局部强反射。
在NWKYZYJIA地区基底反射强度交流分量平面图上（图11），中部反射强度较强（橙、黄等暖色 调）区域代表了孔洞等Ⅰ类储集体发育的地区，其周边反射强度较弱（蓝、绿等冷色调）区域则代表 孔洞不发育的地区。可以看到，强反射区域可大致分为东、西两个部分，与分频技术预测结果基本一 致。在此基础上，每部分又可分为多个沿NW-SE方向展布的条带，与研究区主要断层展布方向基本 一致，说明孔洞发育情况受区域应力和断裂影响。
图11 NWKYZYJIA地区基底反射强度交流分量平面图
用地震反演进行储层预测
地震反演技术是充分利用测井、钻井、地质资料提供的丰富的构造、层位、岩性等信息，从常规的 地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度、孔隙度、渗透率、砂泥岩百分比、压力等信息［17］。本次反演用Jason软件中约束稀疏脉冲反演（Constraint Sparse Spike Inversion）来完成的。
根据研究区基底Ⅰ、Ⅱ类储集体发育规律，利用Jason软件的体雕刻模块（Volume View）对 距潜山顶面120m厚度范围内的Ⅰ、Ⅱ类储集体进行了雕刻（图12，图13），Ⅰ类储集体波阻抗值 界定为5000～10000g/cm3 *m/s，Ⅱ类储集体波阻抗值界定为10000～13800g/cm3 *m/s。结合研 究区的构造特征可以看出，Ⅰ类储集体主要沿古构造高部位发育，而且位置越高的地方储层厚度越 大，NWKYZYJIA56井附近，Ⅰ类储集体厚度达70m。Ⅱ类储集体发育于构造斜坡部位，其他地方 也有小范围的零星分布。
利用蚂蚁体追踪建模技术进行储层裂缝预测
裂缝预测一直是缝洞型储层研究的难点。本次裂缝预测采用蚂蚁追踪技术，该技术的原理就 是在地震数据体中播撒大量的蚂蚁，在地震属性体中发现满足预设断裂条件的断裂痕迹的蚂蚁将 “释放” 某种信号，召集其他区域的蚂蚁集中在该断裂处对其进行追踪，而其他不满足断裂条件 的断裂痕迹将不进行标注［18］。最后，获得一个低噪音、具有清晰断裂痕迹的数据体。根据研究区 Pz顶面以下0～120m蚂蚁体追踪的裂缝模型（图14）可以看出，Ⅲ类裂缝型储集体受断裂影响 明显，发育于断裂附近。
图12 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120m Ⅰ类储集体厚度图
图13 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120m Ⅱ类储集体厚度图
图14 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120mⅢ类裂缝型储层展布特征
4 结论
（1）采用井震联合技术进行精细连井标定可以增强层位标定横向上的连续性和可靠性。
（2）引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释，落实尖灭线及构造圈闭。研究区重新落实MII、 J3ak尖灭线及构造，落实碳酸盐古潜山构造，增加了勘探开发的面积。
（3）断层建模技术可以将断层面直观地展现，有利于确保断层解释的质量。
（4）利用三维可视化技术展现古地貌特征，有助于古地貌的分析。研究区的古地貌主要可以分为 峰丛洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种类型。
（5）综合地质、测井和地震响应特征，将研究区储集体分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型和裂缝型三 种类型。
（6）综合地震属性、地震反演和蚂蚁体追踪建模技术，弄清了研究区3类储集体的空间展布特征。认为Ⅰ类溶洞孔隙型储集体主要沿古构造高部位发育，而且位置越高的地方储层厚度越大；Ⅱ类裂缝孔 隙型储集体发育于构造斜坡部位，其他地方也有小范围的零星分布；Ⅲ类裂缝型储集体受断裂影响明 显，发育于断裂附近。
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肖香姣1，2 姜汉桥1 王海应2 魏 聪2 赵力彬2 程 华2
（1.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京市昌平区 102249； 2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000）
作者简介：肖香姣，女，高级工程师，主要从事高压气藏、凝析气藏开发研究。E-mail：xiaoxitlm＠。
摘 要：裂缝发育程度决定着低孔低渗储层的渗流和产出能力，但由于裂缝发育机制的复杂性，故裂缝 的描述及预测一直是裂缝性油气藏开发中的重点和难点。目前，裂缝的预测方法很多，但在实际应用中都存 在其局限性。构造应力场分析法既严格考虑了裂缝的成因机制，又能较好地与油气生产实际和应用相结合，是裂缝定量预测的一种有效方法。本文针对大北气田储层构造裂缝发育的实际情况，以单井裂缝描述及分布 特征研究为基础，从构造应力场数值模拟出发，通过模型转换建立了与储层地质模型网格完全对应的有限元 分析模型。然后，结合区域古构造活动与岩石力学实验的研究成果，通过连续介质三维有限元数值模拟对储 层构造应力场进行了预测与分析。通过优选岩石破裂准则和建立应力场数据与裂缝参数的计算模型，对大北 气田的储层裂缝进行了定量预测。在此基础之上，利用构造应力场分析法的裂缝预测结果作为约束条件，通 过随机模拟方法建立了符合该气田气藏地质特征的双孔双渗三维精细地质模型，为该类气田的开发方案设计 等研究提供了依据。
关键词：低孔低渗；裂缝预测；构造应力场；双孔双渗；地质建模
Research on Fracture Prediction and Dual-permeability Geological Modeling of Low Porosity and Low Permeability Sandstone Reservoirs—Taking Dabei Gasfield as An Example
Xiao Xiangjiao1，2，Jiang Hanqiao1，Wang Haiying2，Wei Cong2，Zhao Libin2，Cheng Hua2
（ laboratory of Petroleum Engineering，Ministry of Education，China University of Petroleum，Changping，Beijing，102249； Oilfield Company，PetroChina，Kora，Xinjiang，841000）
Abstract：The degree of fracture development determine the ability of fluid seepage and production in low porosity and low permeabilty of the complexities on the formation mechanism of fracture，the fracture reservoir are the keystone and difficulty of present，there are many methods for fracture prediction，which also have many limitations in method of fracture prediction by analysing tectonic stress field，in which the formation mechanisms of fracture is considered strictly，as well as the production practice of the oil-gas field and practical application is well combined，is a effective way to forecast fracture quantitatively in the to the reality that the fractures are well developed in the reservoir rocks of Dabei Gasfield，a finite element method analysis model consistent with the geologic model grid of the reservoir is built by model conversion methods，starting from the numerical simulation of tectonic stress field，based on the single well fracture description and the study on fracture distribution then，the reservior tectonic stress field is forecasted and analysed by 3D finite element numerical simulation for continuum model，combined with the research results of territorial paleostructure and rock mechanics to the classical rock-craking principle and the calculation model between the tectonic stress field data and fracture parameters，the quantitative prediction of structural fracture in reservoir rocks of Dabei Gasfield is this base，a fine 3D dual-permeability geologic model suitable for the geologic features of this gas field is built through stochastic modeling controlled by the results of fracture prediction with the methods of tectonic stress field analysis，and they provide reference for the study on gasfield development design of this kind of gas field.
Key words：low porosity and low permeability；fracture prediction；tectonic stress field；dual-permeability； geological modeling
裂缝型储层油气藏在我国占相当突出的比例，其产量占整个油气产量的一半以上，在我国油气生产 中起着举足轻重的作用。因此，进行裂缝特征和分布规律预测研究，对增加储量的动用程度、改善开发 效果、提高我国裂缝型油气藏勘探开发的整体水平均具有重要的现实及长远的战略意义。
低孔低渗储层中裂缝的发育不仅为油气的储集提供空间，而且有助于连通不同类型的储集孔隙，是 控制油气富集和产能的主要因素。在含油气盆地勘探过程中，随着勘探深度不断深入，低渗透裂缝性油 气藏的比例也会随之增加。如何有效地描述和预测裂缝分布，建立合理的双孔双渗地质模型，对提高我 国裂缝型油气田勘探开发水平具有重要的意义。本文以大北气田为例，在单井裂缝描述的基础上，开展 了低孔低渗砂岩储层裂缝预测及双孔双渗地质建模研究，为该气田开发方案的设计等研究提供了 依据［1］。
1 研究区概况
大北气田位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区拜城县，东距拜城县县城28km，南距拜城-阿克苏公 路16km，南部与大宛齐油田相距7km。该气田位于克拉苏构造带的大北-吐北段，东邻克拉1-克拉2 段的克拉-克深区块，西为博孜段，由北至南横跨克深区带、克深南区带、拜城北区带。东西长约 60km，南北宽25～35km，面积约1500km2，呈向南凸起的微弧形背斜构造（图1）。
图1 大北气田地理位置及井区构造位置图
大北气田储层为白垩系巴什基奇克组辫状河三角洲和扇三角洲砂岩，埋深大，基质孔隙度＜6％、 渗透率＜×10-3μm2，属特低孔低渗储层。在勘探评价阶段，仅有11口探井和评价井，井距2～ 5km，地震资料品质较差，储层裂缝发育。
2 单井裂缝描述及分布特征［2］
裂缝产状
大北气田产层巴什基奇克组为低孔低渗砂岩储层，裂缝发育。岩心观察统计结果表明，大北气田裂 缝以高角度斜交缝和垂直裂缝为主，其中大北1井高角度斜交缝约占60％，低角度斜交缝和垂直缝其 次；大北101井、大北102井和大北202井主要以高角度斜交缝和垂直缝为主，占全部裂缝的75％左 右；大北104井约70％的裂缝为垂直缝，25％为高角度斜交缝。
成像测井解释结果表明，大北气田巴什基奇克组主要发育NW-SE走向和EW走向的有效裂缝，其次为NE-SW走向裂缝，从西向东裂缝走向具有逐渐从NE-SW向近EW向偏移的趋势。基于成像 测井资料识别出的高导缝其倾角多分布在50°～90℃范围内，其峰值为60°～80°，即裂缝以高角度斜交 缝为主，垂直缝次之，低角度斜交缝和水平缝不发育，与岩心识别裂缝结果一致。
裂缝发育规模
按发育规模可将大北气田裂缝分为宏观裂缝和微观裂缝。岩心宏观裂缝约占20％，大北202井裂 缝开度最大，平均值为。大北102井和大北1井次之，平均值为。大北101井和大北 104井裂缝开度最小，平均值为。微观裂缝约占80％。整体上看，大北1井和大北2井微观裂 缝开度较大，平均值分别为和；大北101井和大北102井微观裂缝开度较小，平 均值分别为和。各井微观裂缝开度相对大小关系与宏观裂缝基本一致。
大北气田巴什基奇克组6口取心井中，观测岩心长度共，裂缝共232条，平均裂缝线密度 为条/m，平均面密度为。利用7口井的成像测井资料在巴什基奇克组共识别出597条天 然开启裂缝，井段总长度共，平均裂缝线密度为条/m。总体来看，岩心识别的裂缝线密 度远大于成像测井（前者的分辨率高于后者）。大北104井取心段裂缝最为发育，平均裂缝线密度高达 条/m，大北202井次之，平均裂缝线密度为条/m，大北1井、大北101井和大北102井裂缝 密度较低。成像测井解释结果表明，大北103井裂缝最为发育，裂缝线密度为条/m，其次是大北 101井、大北202井、大北201井、大北104井、大北3井，裂缝线密度范围为～条/m，大北 102井中裂缝不发育，裂缝线密度小于条/m。
3 储层裂缝分布预测
裂缝成因及期次
通过野外露头调查、岩心观察和测井解释资料，确定大北气田储层裂缝以构造缝为主［3］。结合薄 片，裂缝包裹体、热史-埋藏史研究结果，通过对裂缝产状、充填特征和交切关系进行分析，可以推断 大北气田大致发育4期构造裂缝。第1期是同沉积（同生-准同生）裂缝；第2期为高角度裂缝；第3 期为具有 “二元” 或“三元” 充填结构的高角度（或网状）裂缝；第4期为与第2期裂缝走向近于正 交的高角度开启裂缝。其中，第3期和第4期为有效裂缝。第4期裂缝是最重要的有效裂缝，形成于喜 山运动中晚期构造挤压，是裂缝定量预测的对象［4，5］。
应力场预测裂缝思路［6～10］
利用研究区已有的地质、地震、测井、钻井等资料，建立研究区的有限元分析模型，并确定相应的 边界条件、反演标准；结合对研究区构造应力场演化的研究及岩石力学三轴实验结果，确定模型的力学 性质、加载方式、约束条件及岩石力学参数；利用有限元力学分析软件Ansys对储层构造应力场的大小 分布进行数值模拟计算。在此基础上，根据岩石破裂准则，开展裂缝分布定量预测研究。
预测模型的建立
目前，三维有限元结构模型大多数是根据研究区储层的构造顶底面数据，通过网格自动剖分来 建立。由于该法所建模型与地质构造模型中的网格非一一对应，不利于数据的前后处理，计算结果 不能直接用于储层裂缝建模。为此，通过解剖Ansys有限元分析软件［11］和Petrel地质建模软件的网 格组成系统，编制了相应的模型转换程序，实现了大北气田储层地质构造模型向三维有限元结构模 型的精确转换，如图2、图3所示。综合岩石力学实验和测井解释结果［12，13］，确定构造应力场数值模 拟所用的力学参数。在此基础之上，对有限元力学模型进行约束和加载，便可得到储层构造应力场的分 布规律。
图2 地质构造模型—有限元结构模型节点转化示意图
图3 大北气田101断块储层地质构造模型和有限元结构模型
预测结果
根据模拟结果，结合经典破裂准则［14］，建立应力应变与裂缝孔隙度渗透率之间的定量关系，实现 裂缝形成初期的定量预测［15～18］。结果显示，大北101断块裂缝集中分布在南部边界断层附近的构造高 点上（图4和图5）。
现今应力场下虽然不会形成新的裂缝，但是对早期存在的裂缝会有改造和演化变迁作用［21］。因 此，需要对古地应力场下形成的裂缝孔隙度和渗透率进行修正。最后，根据岩心观察统计和测井资料解 释结果，对各层各井的裂缝各项参数的计算结果进行验证，如有矛盾，需检查修改应力场模拟的边界条 件或应力-裂缝参数定量关系，直至裂缝预测结果与实际统计结果吻合。
图4 大北101古裂缝孔隙度分布图
图5 大北101古裂缝东西向渗透率分布图
4 双孔双渗地质建模
建模技术流程
通过三维地震解释、野外露头和单井岩心、薄片、测井资料等综合分析大北地区的构造、沉积和储 层发育特征，利用Petrel软件建立储层三维构造模型和沉积相模型。在此基础之上，结合地质认识，通 过随机模拟方法建立储层的属性（基质和裂缝）模型［20，21］。由于地震资料品质较差，储层基质模型主 要考虑了露头、岩心和测井等资料，然后利用沉积相控随机模拟方法实现。储层裂缝模型，主要是将构 造裂缝的预测结果（Ansys），通过模型转换导入地质模型作为裂缝约束模型（Petrel），再利用随机模 拟方法实现。
储层属性建模
基质属性建模
储层物性的空间分布在很大程度上受控于沉积相的空间分布。因此，在沉积相分析的基础上，根据 野外露头、岩心和测井资料，统计分析不同相类型的储层物性参数特征和分布规律，最后分相进行随机 模拟，建立各相储层基质属性参数分布模型［22］。根据以上原则，采用序贯高斯方法模拟基质孔隙度分 布。在对渗透率进行模拟时，首先对其进行对数转换，使其接近正态分布，然后以孔隙度作为约束，采 用序贯高斯方法进行模拟。图6为建立的基质孔隙度和渗透率模型。
图6 大北气田储层基质属性参数模型
裂缝属性建模
裂缝属性参数建模主要以大北7口成像测井拾取的裂缝孔隙度、渗透率参数为基础，结合露头区裂 缝的发育特征，利用储层有限元构造裂缝的预测结果作为平面约束，采用序贯高斯方法对裂缝孔隙度、 渗透率进行模拟。图7为建立的裂缝孔隙度和渗透率模型。
图7 大北气田储层裂缝属性参数模型
模型可靠性评价
储量检验
根据有效储层下限标准，取孔隙度大于％，渗透率大于×10-3μm2的网格为有效网格，并参与储量计算，采用容积法分断块计算模型储量。断块储量互有增减，但差别均不大，整体误差小 于1％。
属性参数检验
对模拟结果进行统计分析，对比输入参数的分布特征，分析模型是否能较好地反映原始输入参数的分 布特征。将基质和裂缝属性参数的模拟结果与原始数据分布直方图进行对比，发现孔隙度和渗透率的分 布形态与输入数据基本一致，模型可行度高，符合气藏的地质特征，已应用到大北气藏试采方案研究。
5 结论
（1）由于低孔低渗致密性储集层以构造裂缝为主，采用地质力学原理和方法，通过应力场数值模 拟来定量表征裂缝具有较好的应用前景。
（2）通过应力场模拟与储层地质建模网格单元的对应性研究，实现了不同软件间的模型转换，使 得有限元构造裂缝的预测结果可直接应用到地质建模中，实现了基质网格和裂缝网格的无缝对接。
（3）综合岩心、成像测井和有限元构造裂缝的预测成果，建立了大北气田稀井网条件下符合地质 特点的双孔双渗地质建模，为开发方案设计打下了很好的基础。
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深层含水层地下储热研究论文
答：可大致分为下述四种方式，即热水蓄热、砾石-水蓄热、埋管蓄热和蓄水层蓄热。
所谓 “地球充电/热宝” （earth charger），是指以地球介质为载体的“地热+”多能互补储/供能系统。该系统可将各种形式的能量储存于地下并按需求取出加以利用，是地热开发利用的一条新途径。地球是一个庞大的热库，有取之不尽、用之不竭的能量，但地热资源分布极不均匀，往往在有需求的地方没有足够的资源，而在没有需求的地方资源又很丰富，存在供需矛盾问题。另外，中国西北、东北、华北地区弃风、弃光现象十分严重，有些地区高达50%以上。据媒体报道，仅2017 年全年弃光、弃风的能量约为三峡水库全年的发电量。如何将这些废弃的能量储存起来并加以充分利用，是摆在地热界以至整个新能源和可再生能源界的大问题。
目前，国际上已经开始注意这一问题并提出“地球电池”（earth battery）的概念。但笔者认为，上述概念不够全面，因为地球不是一个只能取用、不能储存的“电池”，而是一个可反复充电、用电的“电池”。我们认为，将它取名为“地球充电/热宝”更为贴切，也更为通俗易懂。
与传统的储能技术相比，“地球充电/热宝”至少具有以下优点。第一，规模大：一般水箱储热的容量均小于10 5 m 3 ，而“地球充电/热宝”利用地下含水层储热的容量可大于10 6 m 3 。第二，应用广：“地球充电/热宝”不仅可以利用弃风、弃光剩余下来的能量，也可将城市中的废热、余热集中起来加以储存和利用。第三，跨季节：在中国诸如长三角等冬冷夏热的地区，可将夏季酷暑难熬时的多余热量存储于地下含水层中，供冬季严寒时取出来加以利用。第四，成本低：据初步估算，前述水箱储热的成本为40~100 元/kWh，若用“地球充电/热宝”储热，则成本可降至 元/kWh，两者相比，后者比前者至少可降低成本20 倍。
结合当前中国的实际情况来看，北方地区清洁供暖是摆在全国地热工作者面前的一个大问题。无论是北京城市副中心、雄安新区，还是京津冀和张家口冬奥会地区，地球充电/热宝都大有用武之地！举例来说，雄安新区所在的雄县地区，自2004 年大规模开采深部震旦系雾迷山组大型岩溶热储的地下热水进行全县供暖以来，水位从2004 年的地下42 m急速下降至2012 年的地下81 m，8年间下降了39 m，平均每年下降近5 m。可以想象，这部分采出的地下热水空间若加以回灌补充，可储存巨大的热水体积，从而增加雄安地区的地热资源潜力。另外，张家口冬奥会所在地，经测算，单靠风力、太阳能光伏发电难以支撑冬奥会期间整个地区的高用能需求，为此，我们建议应将该地区的地热资源加以开发利用，将冬奥会真正办成一届高水平的绿色高 科技 盛会。
最后，对“地热+”概念再加以说明：我们应该将地热这一地球本土（indigenous）的未来能源（future energy）和来自太阳系的其他新能源和可再生能源（诸如太阳能、风能、生物质能、海洋能等）结合起来一并加以开发利用，真正做到“多能互补、一能多用”，才能在实际工作中发挥更大的作用。为方便叙述，我们将“地热+”的内涵概括为两句话，即：天（太阳能）地（地热能）合一、动（风能、海洋能、生物质能）静（地热能）结合。实际上，目前建筑行业大力推广的所谓“近零能耗”建筑和供暖行业中的“区域能源网（站）”等也都是“地热+”概念的延伸或应用。
作者简介： 汪集旸，江苏吴江人，地质/地球物理学家，中国科学院院士，国际欧亚科学院院士。现任中国科学院地质与地球物理研究所研究员。主要研究方向为地热和水文地质等。
国内外用于评价地热资源的方法大体上分为两类，一类是用基于容积法的热储法计算地热资源量或热水资源量，然后再用诸如回归法等方法求解可采的地热资源量；另一类是建立热水运移或热量传输的微分方程，运用解析法或数值法求解，对地下热水的开采动态进行模拟和预测。
用热储法计算地热资源量，其计算公式为：
深层地下热水运移的三维数值模拟
式中：QR——地热资源量，kcal；
A——热储层面积，m2;
M——热储层厚度，m；
Tr——热储层温度，℃；
Tj——基准温度（当地地下恒温层温度或年平均气温），℃；
——热储层岩石和水的平均热容量，kcal/m3·℃。
该方法简单易行，只需确定热储层有关参数，便可计算出地热资源量，因而极为常用。但计算结果只是得到一个静态的地热资源总量，一般在地热勘探初期对地热开发有指导意义。
天津市先后完成的王兰庄地热田和山岭子地热田勘探报告（卢润等，1987；陈振霞等，1991）中，均用热储法估算了勘探范围内的地热资源量，并用容积法计算了热水的静储量，然后建立总开采量和水位降深的回归方程，求得可采量，对个别热储层还用平均布井法计算可采量。沈显杰（1986a,1986b）曾用热储法计算了西藏羊八井高温地热田的各类地热资源量，并把可采的地热资源换算成相应的发电潜力，又用质量平衡法对地热开发动态进行预测。马刚（1990）对华北平原北部地热以深度2000m及3000m为下限分别计算了经济型地热资源和亚经济型地热资源。郑克棪（1993）建立了热储层观测井月平均水位标高与当月、上月，直至前4个月开采量的复相关方程，用来预测北京市东南地热田的可采资源量。
前人研究地下热水运移的数学模型大体上有三种情形：有些学者在研究地热资源评价时，只注重研究地下热水的运动，不考虑热量的传输；另外一些学者只注重研究热量的运移，忽视地下水运动的影响；也有一些学者同时描述水－热系统中水和热量的运移。早在20世纪60、70年代，国外已有学者研究地下水运动对地温场的影响（庞忠和，1987a,1987b），后来相继出现各种定量模型，如捷克学者Cermak和Jetel（1982）在研究波希米亚盆地热流与地下水运动关系时，提出一个上下均有隔水层的单一水平含水层模型，描述地下水水平流动引起的热对流，并给出了温度分布的解析解和算例。Eckstein等（1985）用二维解析模型模拟了尼加拉瓜Momotombo地热田钻井不同深度处温度随时间的变化。卢润等（1987）在研究王兰庄地热田时，选择一条长17km、深2000m的剖面对稳定态地温场进行剖面二维数值模拟。Lu等（1996）利用扩展的一维模型描述一个理想的半承压含水层剖面上的温度分布。薛禹群等（1990）在对上海市结合地面沉降的防治而进行的贮能试验研究时，建立了含热机械弥散项的热量运移方程，并给出了数值解法和算例。Pizzi等（1984）和Brandi等（1986），曾建立天津市区地下热水水流的准三维流数值模型，但未考虑温度场的变化，并受当时勘探程度的限制，模型刻画不够细致。许广森等（1995）对天津市山岭子地热田基岩热水依据双重介质裂隙水流理论建立非稳定态裂隙流的开采预测模型，其中裂隙区单元采用垂向差分准三维模型，岩块区为平面二维模型。范锡朋等（1995）对福州市第四系热水层建立平面二维非稳定流模型，根据水热均衡计算讨论了地热田水量及其衰减状况，并根据热水开采区地下水位降落漏斗的发展估计了地面沉降可能的发展规模。Huyakorn等（1983）是较早给出多孔介质中能量运移方程一般表达式的研究者，并探讨了方程的数值解法，为研究深层地下热水的运移奠定了理论基础。张志辉等（1995）建立了考虑自然对流的地下热水运移的三维流模型，并结合上海市西郊的一个承压含水层储能试验给出了一个简单的算例。Ondrak等（1999）建立了热量和质量运移的耦合数值模型，模拟一个脉状地热系统的温度和矿物沉淀随时、空的变化。福斯特等（1979）则建立了水－热系统中液态水和蒸汽同时存在的双相流动数学模型，并应用于新西兰的蒸汽型地热田的计算。
总的看来，地热资源评价从计算地热资源总量发展到研究地下热水的运移，从单一描述地下热水的运动或热量的运移到同时描述地下热水水流和热量运移，从一维模型到二维模型再到三维模型，逐渐趋于深入。在以往的文献报道中，从稳定流到非稳定流，有关模型的理论推导探讨得较多，在实际应用方面对水流的模拟较为容易，但对温度场的模拟研究仍然是薄弱的环节。这是因为影响温度场的因素较多，模型描述未必能全面考虑到这些因素，同时也因为温度场的野外观测资料很难系统地获取。
中国第四纪地层特征研究论文
所谓华北地区包括黄河中、下游以及海河和滦河流域的广大地区。该区第四纪地层主要分布在上述河流及其支流的河流阶地、三角洲、渤海海滩和海成阶地所组成的华北平原，以及一些山间断陷盆地和河谷两岸，其中包括太行山、吕梁山、燕山和阴山山岳地区的一些山间断陷盆地和河谷。在华北平原和一些山间盆地内，第四纪堆积物达到很大的厚度。在第四纪时期内，由于山岳地区与邻接的平原和山间盆地地区的差异性升、降运动的发展，在山岳地区各时期第四纪堆积物的山露情况良好；但在平原和盆地区的早期第四纪堆积物被埋藏于地下，保留得较为完整，具有较好的连续性。华北地区第四纪堆积物的主要成因类型有冲积物、洪积物、湖积物、风积物、冰川及冰水堆积物、海积物等。这些堆积物的岩相特点清晰，并含有大量化石。
上述这些特点非常有利于华北地区第四纪地层的研究。华北地区是我国新生代地质研究（其中包括第四纪地层的研究）进行得最早和研究程度最高的地区。数十年来，国内外许多地学工作者在这一地区进行了大量的第四纪地层的研究工作，建立了标准地层剖面。华北地区的研究，为中国第四纪地层的研究，打下了良好的基础。
1.下更新统
（1）泥河湾组
泥河湾组的典型地区位于河北省桑干河河谷盆地，阳原县泥河湾村一带。泥河湾组是以湖相沉积为主的地层，在底部及盆地边缘有河流相沉积。沉积物的厚度可能超过600m在盆地中心至今未揭露到底。泥河湾组以灰绿色、灰蓝色、灰白色粘土、砂质粘土和泥灰岩层为主；有些地方上部具有浅红、浅黄、灰黑等杂色砂与砂质粘土层；个别地方发育沼泽相泥炭层；在底部及盆地边缘有砂、砾石层。细粒的粘土层具完整的大型水平层理；砂砾石层有明显的交错层理。含有丰富的淡水软体动物化石、鱼化石及丰富的哺乳动物化石。在一些层位中发现了半咸水有孔虫化石。上述特征表明，泥河湾组是以大型淡水湖泊沉积为主，在某些时期可能有海水侵入。这一套沉积集中分布于汾、渭地堑的一些大型断陷湖盆地中，例如延庆怀来盆地、蔚县阳原盆地、大同盆地、汾河河谷盆地、渭河河谷盆地、黄河中游三门峡地区等。
泥河湾组地层中发现了早更新世的长鼻三趾马-真马动物群，于是将它与维拉弗朗阶对比，成了我国和世界上第四系下更新统的标准地层。
泥河湾动物群（即长鼻三趾马-真马动物群）的主要代表如下：
长鼻三趾马（Proboscidipparion sinensis）翁氏转角羚羊（Spirocerus wongi）
三门马（Eguus sanmeniensis）中国羚羊（Gazella sinensis）
板齿犀（Elasmotherium sp.）直隶狼（Canis chihliensis）
纳玛象（Palaeoloxodon namadicus）中国貉（Nyctereutes sinensis）
巨骆驼（Paracamelus gigas） 国猎狗（Hyaena sinensis）
步氏大角鹿（Eucladoceros boulei）泥河湾剑齿虎（Megantereon nihowanensis）
四不象鹿（Elaphurus bifurcatus）丁氏鼢鼠（Myospalax tingi）
中国古野牛（Bison palaeosinensis）
此外，泥河湾组还含有大量软体动物化石，常见的有下列几种：螗螺（Limnaea）、平卷螺（Pianorbis）、蚬（Corbicula）、丽蚌（Lamprotula）和楔蚌（Cuneopsis）。
泥河组地尚有许多问题，有待进一步研究、现据近来一些工作中获得的资料简单介绍如下：
① 泥河湾组下部直接覆盖在含三趾马的上新统红土层之上。在阳原—蔚县盆地南部壶流河西的蔚县红崖村，发现的剖面（图13-6）中，1975年有人提出含三趾马红色粘土砾石层底部有是冰碛，定为“红崖冰期”。从而对第四系界线提出推到三趾马红土层以下的建议。这个建议尚未被采纳。
② 目前测得比较系统的泥河湾组剖面是郝家台剖面，实际它只是露出地表百余米的地层，并不能代表厚达600m以上的泥河湾组全部
图13-6河北蔚县红崖村乱石矻塔沟剖面
1—中生代火山岩；2—下第三系；3—上第三系三趾马层，4—下更新统F部（泥河湾组）灰绿色泥灰岩及砂质粘土
郝家台剖面位于阳原县化稍营乡小渡口东南角（图13-7），被桑干河与壶流河切割的湖积台地上，高出桑干河147m，地层总厚113m。上部为灰黄色砂质粘土与杂色亚砂土互层；下部为含钙较多的灰绿、灰白色砂质粘土或泥灰岩与灰黄含砾亚砂土互层。
③在泥河湾村的下沙沟剖面是发现化石比较丰富的地点，含泥河湾动物群的大部分哺乳动物化石。下沙沟剖面相当于泥河湾组上部。它在泥河湾期处于湖积平原与山麓交界处，因而形成一套砂、砾和砂质粘土的河湖交替相沉积。该剖面共厚（图13-8）。
图13-7河北阳原郝家台剖面
1—黄土；2—钙结核；3—砂；4—砂质粘土；5—泥岩；6—泥灰岩；7—砂砾石透镜体；8—无脊椎动物化石；9—脊椎动物化石
图13-8河北阳原泥河湾下沙沟剖面
1—黄土；2—交错砂层；3—砂；4—砂砾；5—粘土；6一钙结核；7—无脊椎动物化石；8—脊椎动物化石
图13-9河北蔚县东窑子头东南三里蔚县—宣化公路东侧第四纪泥河湾海相层实测剖面（据汪品先等）
④目前与这一层相当的，在怀来盆地的暖泉也发现了半咸水有孔虫化石。联系到华北平原的海相层，很可能在早更新世时的某一段时间，桑于河的断陷盆地是和海水相通的。在这时，海水可以沿着某一通道侵入盆地中，带入一些有孔虫，在淡化半咸水的特殊条件下，出现一种变异的有孔虫并繁殖了一段时间。发现海相化石的剖面位于蔚县东窑子头东南三里，蔚县—宣化公路东侧（图13-9）。所含有孔虫有山西九字虫（Nonion shansiensis）仅一属一种，但数量很多，占微体化石部分的90%。其余10%有半咸水介形虫6属11种。还有可生活于淡水、微咸水及半咸水的瓣鳃类豆蚬（Pisidium）及陆生瓦娄蜗牛。
（2）三门组
这是与泥河湾组可以对比的一套下更新统河湖相沉积。三门峡位于黄河中游的断陷盆地中，北界中条山，南接秦岭，西通汾渭河谷，东界三门峡谷。在这个盆地中堆积了总厚度约200—900m的河湖相砂砾石层和泥灰岩层，沿河谷两岸可以见到许多露头及部面（图13-10）。这一地层过去笼统地都称为“三门系”，1959年根据三门峡第四纪地质现场会议，将原来的“三门系”分为五层，多数人的意见，其中③、④层是下更新统，称为三门组，①、②应属于上新统上部，第五层争论较多，暂列为中更新统。现简述如下：
⑤砂、砂质粘土层夹砾石层，分布于黄河Ⅱ、Ⅲ级阶地之下部。
剥蚀间断面
④棕红色砂质粘土层夹粘土、砂及砾石层。粘土质含量较高，含泥化蜗牛化石，沉积以后常遭受侵蚀，分布不广。厚60m
③砾石，砂砾、砂的互层。向盆地中心相变为夹粘土的细砂、粉砂层。砾石磨圆度高，主要为石英岩、石英砂岩、砂层中有明显的交错层理，含有丰富的蚌壳的哺乳动物化石。厚70—100m
上新统上部：
② 砂质粘土层夹砾石层或粘土夹砂层，颜色棕红色，岩性坚实，砾石分选性差，含李氏三趾马（Hipparion richthofeni）。厚200—240m
① 底砾岩层，灰白色由石英岩，石英砂岩，石灰岩，片岩及喷出岩组成，砾石分选差，略带棱角，钙质胶结坚硬。厚10—90m
不整合
下复地层为下第三系平陆组
图13-10三门峡一带的三个剖面（据贾福海）
A—山西平陆黄底河；B—三门峡市东坡沟；C—三门峡夭头沟剖面及柱状图
解放前杨钟健在东延村下部砂砾层中发现过米诺鼠（Minomys orientalis）这在欧洲是早更新世的化石；卞美年在风陵渡砂层地表上发现过肿骨鹿的下颚骨。解放后发现哺乳动物化石甚多，除一些层位不明者外，在张峪后沟砂层中发现步氏鹿、原田鼠、鹿、犀牛、鬣狗等，裴氏板齿犀可能从这里产出。在山西临猗采集到平额象、三门马、秀丽黑鹿（Rusaelegans）布氏鹿，四角鹿（Euctenoceros tetroceros）羚羊等。这表明属于泥河湾动物群。在三门组中还发现现在生活于南亚的龟类（Clemmys sp）植物孢粉资料证明沉积时是森林草原环境，比现在略湿润的温带气候，属于间冰期气候。
在华北，泥河湾组及三门组地层，大部分遭受了构造变动，地层倾斜并发生了断裂。由此可证明早更新世以后的新构造运动是很激烈的这一期构造运动在华北称为“三门运动”
早更新世的“三门运动”及“元谋运动”以后，中部断陷沉积区的绝大多数断陷盆地，不再保存湖盆地的古地理面貌。除少数盆地有继承性的湖泊发育外，多数成为河谷的谷地。发育了不同时期的冲积层或间有其它成因类型的沉积。在中部断陷区，除了在谷地的冲积层外，由于气候向干旱方向变化，在北方地区发育了厚度很大的黄土层。黄土可覆盖在不同成因类型的沉积物及地形上，其分布区也超出了中部断陷沉积区的范围，是以反映气候分带为主要特征的沉积层。
2.中更新统
华北地区中更新统，过去称为周口店组，自从“蓝田猿人”化石发现以来，产蓝田人化石的泄湖组也成了一个标准地点，而且由于蓝田公王岭人化石较“北京猿人”老一些，所以泄湖组下部的时代可能也较早一些。
（1）泄湖组标准地点在陕西蓝田的塬上和灞河的第Ⅲ、Ⅳ级阶地上。沉积物的性质和成因，最主要的有两大类，即河流冲积的砾石层和红色土。前者分布于灞河沿岸，特别是灞河右岸，在稠水河、安沟及公王岭等地砾石层厚达40米左右，向西北逐渐变薄，以至尖灭；后者分布于黄土塬及灞河的Ⅲ、Ⅵ级阶地上。根据脊椎动物、埋藏土与剥蚀面，可以分为上、下两部分：
泄湖组下部在黄土塬区，为黄褐色黄土状砂质土，含大块钙质结核，埋藏土壤A、B层颜色不明显，产状基本上与第四纪前基本一致。此外，在黄土塬区下层，还有一套具水平层理的褐色砂质土和亚粘土沉积，与下伏地层呈不整合接触，可能是黄土塬区古老冲沟的产物。分布在灞河阶地的有砾石、砂质上和红色亚粘土层，与下伏的第三系呈不整合接触，砾石层近于水平，在受新构造破坏区砾石层发生变位，并有断裂发生。
泄湖组上部上层是棕红色或红褐色黄土状砂质土，钙质结核常富集成网状，有时连成条带，埋藏土壤A、B层颜色鲜艳，表面起伏，可具有10°左右的倾角；下层亦为黄土状土，钙质富集成板状，埋藏土壤A、B层颜色淡。堆积范围较小。
在蓝田地区，“蓝田猿人”化石在两个地点发现，一是公王岭，另一地点是陈家窝村。它们分别属于泄湖组的上部和下部（图13-11）。
从泄湖组各处剖面对比看，泄湖组有以下特征：
① 泄湖组下部沉积了河流相沉积物，在塬上为古冲沟沉积；②泄湖组上部主要是土状沉积；③泄湖组上部埋藏土壤颜色较鲜艳，钙质结核零星；下部埋藏土壤颜色淡，钙质结核呈板状；④黄土塬上泄湖组上、下部产状不一致，上部倾角10°—15°，下部近于水平，两者之间有剥蚀面；⑤泄湖组上部化石与“北京猿人”化石地点接近，公王岭动物群则介于泥河湾动物群与周口店动物群之间，且更接近于后者；⑥公王岭下部砾石层的时代可能属中更新世，也可能属早更新世。对砾石层的成因，也曾引起一些争论，一种意见认为是水流沉积，另外也有人提出是冰碛层，并且称作“公王岭冰期”。看来要把“公王岭冰期”确立起来，还应作细致的工作。
图13-11公王岭“蓝田人”化石产地—水子沟口剖面及蓝田泄湖组柱状对比图（据贾兰坡等简化，1964年）
（2）周口店组周口店组曾作为我国华北中更新统标准地点，它是位于北京房山区周口店的洞穴堆积。在周口店地区，裂隙及洞穴堆积甚多，周口店组是指“北京猿人”化石产地周口店第一地点的洞穴堆积而言，其沉积岩性很难与洞穴外对比，然而它含有极丰富的哺乳动物化石，周口店组的哺乳动物群，称之为中国猿人—肿骨鹿动物群，是我国北方的标准动物群。
周口店第一地点物物化石名单：
北京猿人（Sinanthropus pekinensis）居氏大河狸
后丁氏鼢鼠Myospalax epi-tingi虎Felis
鼢鼠Myospalax sp.豹Felis pardus
竹鼠Rhizomys sp.猎豹Cynailurus sp.
豪猪Hystrix subcristata纳玛象Palaeoloxodon
狼Canis lu pus三门马Equus sanmeniensis
变种狼Canis lupus 梅氏犀Rhinoceros mercki
中国狸Nyctereutes sinensis披毛犀Coelodonta antiquitatis
豺Cuon alpinus 李氏野猪Sus lydekkeri
洞熊Ursus spelaeus巨骆驼Paracamelus gigas
熊猫Ailhuropoda sp.葛氏斑鹿Pseudaxis grayi
獾Meles 肿骨鹿Megaloceros pachyosteus
貂Martes sp.德氏水牛Bubalus teilhardi
中国鬣狗Hyaena sinensis野牛Bison sp.
洞穴鬣狗Crocuta ultima翁氏转角羚羊Sipirocerus
剑齿虎Megantareon inexpectatus羚羊Gazella sp.
这一动物群的特点是：代表第三纪残留种属有的已灭绝，如三趾马，但有极少数的残留种，如剑齿虎。出现了中更新世代表种属，如肿骨鹿、中国鬣狗、居氏大河狸等。也有些更现代化的种属，如狼、狐、猞猁、骆驼等。
周口店第一地点，解放前及解放后五十年代的发掘，揭露地层厚达40m，共划分了十三层（图13-12）。从探井底部揭露出红粘土砾石层，称为“底砾石层”。1978—1979年，在对周口店进行综合研究过程中，揭露了探井中厚达10m的地层，继续按原划分的十三层再向下划分出第十四至第十七层。原称为“底砾石层”者是第十四层。
第一层粗角砾岩层。厚约3m
第二层石灰华层，为胶结坚硬的粉红色土，位于洞的最高处。含有化石、石器及人类的材料。厚约1m
第三层不规则的巨大角砾岩层，含有极大的石灰岩块，是洞顶崩塌造成的，下部较软的堆积物受巨石压力，有折曲现象。厚约3米
第四层为一极厚的红、黄、紫、黑色细土层。黑色者为炭灰。红黄、紫色是受了烘烤的泥土。该层发现的石块及化石，也都经过火烧烤，改变了颜色和形状。这一层化石以啮齿类最多，由于有较多的石器存在，因之称为“上文化层”。西部厚约6米，至东部尖灭
第五层含化石的黑色硬灰层，一部分为角砾岩层或“上文化层”的底部。西部渐变为厚约一米的石钟乳层，东部渐薄而消失
第六层含化石的角砾岩层，内有大石块，石器很少。
第七层深灰色松散砂层。化石保存完好，以野猪为最多，鹿次之，肉食类较少，其它如水牛及水獭等都发现在这一层理。此层西部较厚，约一米，东部渐薄
第八及第九层为不规则的角砾岩层，其中夹有薄灰烬层，化石丰富，且较完整。有鹿、猪、马、犀、狼、狐及鬣狗。这两层的石器及人类化石也最多，因此称为“下文化层”。厚约6m
第十层上部为含化石的红色土层，下部为灰烬层。厚约2m
第十一层为含化石的角砾岩层。厚约2m
第十二层红色粗砂层，含小砾石和化石碎块，化石碎块受磨蚀。厚约2m
第十三层红色粘土层夹红色或灰色砂透镜体，底部有巨大石灰岩块。厚约2m
第十四层棕红色粘土质砂及砾石混杂的粘土砾石层。下部砾石减少，星散于粘土之中。该层即过去所称“底砾石层”。因上部被掘去并已填土，不能正确估计其厚度。可见厚约4m
第十五层棕红色粗砂砾石层及含砾细砂层。厚约1m
侵蚀面
第十六层灰色薄层状具平行层理的粉砂层，产状倾斜，80°（10°）上部有明显的侵蚀面的痕迹。厚约
第十七层黄棕色粗砂砾石层，未见底。可见厚度约1m
根据对这十七层的综合研究，包括年代学沉积环境、古气候及古生物的研究，将侵蚀面以下的第十六、十七两层划为下更新统，第十四、十五层为距今—的中更新统早期，相当于公王岭蓝田猿人产出层位，命名为“龙骨山组”。第十三层以上为“周口店组”。并按气候演变划分为五段。
对周口店地区洞穴内外对比研究，建立了这一地区晚新生代以来的地层系统（表13-2），可以作为对比我国北方的第四纪地层的参考。
图13-12周口店第一地点剖面（据贾兰坡）
1—角砾岩；2—灰烬；3—石灰华；4—砂；5—红色土，6—泥砂；7—砾石；8—石灰岩
表13-2周口店地区晚新生代地层简表
续表
*据孔昭宸、张子斌等
图13-13山西襄汾丁村第四纪地质剖面及98地点剖面图（据裴文中、贾兰坡）
3.上更新统
（1）丁村组丁村剖面位于山西省襄汾县丁村至柴庄间的汾河沿岸。因剖面中挖掘出大批脊椎动物化石，人类化石及文化遗物而驰名。后来又发现了一个幼年人颅骨。对古人类研究提供了新资料。
丁村组沉积属河湖相沉积（图13-13），位于汾河河谷第三级阶地上，上覆微红色黄土（红色土上部）。
丁村组的砂砾层中所含脊椎动物化石很丰富，主要有方氏鼢鼠、野驴、野马、纳玛象、梅氏犀、披毛犀、葛氏斑鹿、原始牛、转角羚羊、羚羊等24种；还有鱼类、瓣鳃类化石。从动物群性质看，比周口店第一地点的北京人——肿骨鹿动物群要晚。所发现的丁村人为较直立人进化的“古人”，其创制的石器有第二次加工痕迹。所以它的时代应晚于中更新世周口店期，应归入上更新世早期。在1959年地层会议上作了这样的暂定，但是一直有人认为丁村组应属于中更新世。
（2）萨拉乌苏组该组最初发现于内蒙古河套南部乌审旗和陕北格林等地，为河湖相沉积，常构成二、三级阶地。由于在这一地层中发现了“河套人”化石，脊椎动物化石又很丰富，为我国北方上更新世标准动物群——萨拉乌苏动物群。
各层均为连续沉积，层中发现了丰富的动物化石，萨拉乌苏动物群称赤鹿—最后鬣狗哺乳动物群，动物名单如下：
披毛犀Coelodonta antiquitalis野驴Equus hemionus
野马Equus przewalskyi转角羚羊Spirocerus kiakhtensis
双峰骆驼Camelus knoblochi普氏羚羊Gazella przewalskyi
赤鹿Cervus canadensis盘羊Ovis ammon
鄂尔多斯大角鹿Megaloceros ordosianus诺氏象Palaeoloxodon namanni
王氏水牛Bubalus wansijocki最晚斑鬣狗Crocuta ultima
原始牛Bos primigenius野猪Sus scrofa
萨拉乌苏组的剖面，最早是德日进测得。相当于萨拉乌苏组的地层，目前发现地点很多，整个黄河中游及华北地区几乎都有分布。
萨拉乌苏组的岩性为黄、灰黄、灰绿色粉细砂，夹含钙质结核的黄土状砂质粘土及粘质砂土。具有水平层理及交错层理。剖面情况如图13-14所示。
图13-14萨拉乌苏河地层剖面图（据P·德日进）
1—风成砂丘；2—黄土；3—淡水沉积；4—砂层；5—砂质粘土；6—风化层；7—脊椎动物化石；8—石器；9—软体动物化石；10—剥蚀阶地及冲积阶地
萨拉乌苏组的底部砂层中含河套人（Ordos man）和大量脊椎动物化石，重要种属有洞穴鬣狗、披毛犀、野驴、蒙古野马、赤鹿、河套大角鹿、纳玛古象等，还有驼鸟。并发现了尖状器、刮削器、雕刻器等旧石器。
萨拉乌苏动物群与丁村动物群相比，有一些代表古老时代的动物，如原齿象、梅氏犀、大型马等都已绝灭。堆积物中大批“细石器”的出现，标志着向中石器时代过渡的象征。所以萨拉乌苏组是晚于丁村组的上更新统地层。在许多地方又发现萨拉乌苏组上面覆盖着厚度不等“马兰黄土”
（3）迁安组该组标准地点是河北迁安爪村，位于滦河第二级阶地上，为河流沼泽相沉积。其中发现了大量的脊椎动物化石，与萨拉乌苏动物群相当。
迁安组地层剖面（图13-15）是冲积亚砂土层，中夹有厚—2m的沼泽相黑土，其中含丰富的脊椎动物化石。
迁安组中脊椎动物化石主要有披毛犀、野驴、野猪、赤鹿、转角羊、原始牛、纳玛象等。所含软体动物及介形虫很丰富。孢粉分析结果证明，爪村的上更新统迁安组，大约相当于晚更新世的一次冰期。从孢粉资料可分为三个带（表13-3）。脊椎动物繁盛时期相当于孢粉划分的较温暖的间冰阶，其中也还有喜冷的披毛犀化石。哺乳动物种类比较单纯，是典型的北方动物群。
图13-15迁安爪村滦河南岸阶地剖面示意图（示哺乳动物化石产物）（据裴文中等）
1—基岩；2—冲积物（砾石及砂）；3—冲积物（砂质上）；4—坡积物；5—沼泽堆积（黑土）；6—冲积物（亚砂土）；7—化石产地底部碎石层；8—冲积物（砂）；9—化石产地
表13-3迁安爪村“迁安组”孢粉分析反映的气候变化
（据地质科学院地矿所新生代孢粉组资料）
（4）华北平原第四纪地层根据华北平原钻探岩心第四纪堆积物的矿物学、岩石学及其中所含生物残骸的研究结果，可以分出四个冰期、三个间冰期和一个冰后期的堆积物。华北平原第四纪堆积物主要是源出或流经平原西面和西北面的黄土高原和山区，有黄河、海河和滦河等河流的干流及其支流搬运沉积下来的。
在第四纪冰期与间冰期的交替过程中，形成了冰期堆积物和间冰期堆积物的交替顺序。华北平原第四纪堆积物的主要类型是冰川及冰水堆积物、冲积物、洪积物、海积物、湖沼堆积物、残积物等。由太行山、燕山山区经山麓、山前地带向平原和海滨方向去，第四纪堆积物的颗粒由粗变细。由于华北平原在第四纪过程中是一个断陷堆积平原，所以，第四纪堆积物被较完整地保留在埋藏剖面中。华北平原基底各个部分的断陷运动的强度是不一致的。第四纪堆积物的厚度，随平原基底各个部分断陷运动的发展而不同。在断陷运动剧烈发展的部分，第四纪堆积物的厚度可达1000m以上，大部分地区的一般厚度在5—700m之间。
华北平原第四纪地层的基本顺序如下：
第一冰期堆积物山麓和山前平原多为紫色冰川泥砾和粘土；平原中部和海滨地带多为紫红色的冰水砂砾、砂和粉砂层，含暗针叶林及草甸沼泽植被孢子花粉。喜冷植物云杉及雪杉孢粉含量高达51%。计算当时年平均温度较现时低达10℃左右，年平均温度在0℃以下。
第一间冰期堆积物第一冰期堆积物顶部被风化形成的铁、锰铝土质残积物（埋藏风化壳）；在断陷运动剧烈发展的地区和一些古河床中，出现冲积物和湖沼堆积物；在海滨地带出现海积物。含阔叶林或针阔叶混交林孢粉，在一些地方山毛榉含量高达15—22%。计算年平均温度10—11℃。
第二冰期堆积物山麓和山前平原地带为红色冰川泥砾和粘土；平原中部和海滨地带为埋藏冰水砂砾、砂和粉砂层。暗针叶林及草原带孢粉。云杉及冷杉孢粉达。
第二间冰期堆积物发育于第二冰期堆积物顶部的铁锰质残积物（埋藏风化壳）；在埋藏古河道、断陷运动剧烈的部分和海滨地带出现冲积物、湖沼堆积物和海积物。针阔叶林草原带。推定年平均温度为12℃左右。
第三冰期堆积物在山麓和山前平原地带为褐色冰川泥砾和冰水砂砾、砂和粉砂层。在平原中部和海滨地区为冰水砂砾、砂和粉砂层。粉砂在一定程度上黄土化。暗针叶林草甸沼泽至针叶林草甸沼泽。云杉及冷杉占—14%。
第三间冰期堆积物发育在第三冰期堆积物顶部的铁、锰、碳酸盐质残积物（古风化壳）。埋藏古河道、断陷运动剧烈发育的部分，出现冲积物、湖沼堆积物，在海滨地带出现海滨堆积物。针阔叶林草原至针叶林草原。计算年平均温度8—10℃。
第四冰期堆积物埋藏的冰水砂和砂层，粉砂轻微黄土化。暗针叶林草原带孢粉。云彬、苔藓植物多。计算年平均温度较现时低11—13℃。
冰后期堆积物主要为河漫滩堆积物，主要为粉砂和细砂，在一些地方出现湖沼堆积物；在海滨地带分布着海滨堆积物。在一些河间地带，出现埋藏的碳酸盐质风化壳和古土壤。
根据海相堆积物以及其中有孔虫和介形虫的研究，可以确定华北平原存在着六次海进和一次推定的海进。分别命名为渤海海进、海兴海进、黄骅海进、青县海进、沧西海进、献县海进和泡东海进。这些海进皆发生于间冰期或间冰阶和冰后期内。其中沧西海进的14C年龄为22900±1100a，献县海侵的年代为距今8500—5500a，沧东海侵距今5000—3500a。
华北平原第四纪堆积物中夹有玄武岩和凝灰岩，火山堆积物古地磁年代学测定结果如下：更新世初，相当于古地磁年表中的Mammth事件，距今—；第二冰期、第二间冰期交界线，相当于Olduvai事件，距今—；第三冰期—第三间冰期交界，大致相当于Brunhes-Matuyama磁世之间，距今—。
第四纪地层的划分主要依据沉积物的岩石性质及地质年龄。第四纪沉积物分布极广，除岩石裸露的陡峻山坡外，全球几乎到处被第四纪沉积物覆盖。第四纪沉积物形成较晚，大多未胶结，保存比较完整。第四纪沉积主要有冰川沉积、河流沉积、湖相沉积、风成沉积、洞穴沉积和海相沉积等。其次为冰水沉积、残积、坡积、洪积、生物沉积和火山沉积等。