裂缝储集层评价第二,三章

1、第二章 裂缝形成的破裂力学机理构造裂缝特征及破裂力学机理 构造裂缝，是指构造活动中由构造应力作用造成地层破裂而形成的裂缝。该大类裂缝可以分为三亚类和若干的小类，对每类特征及破裂力学机理论述如下。 与地层变形作用有关的构造裂缝系统 系指地层岩石在受构造应力作用下产生和褶皱变形过程中形成的各种特征、产状不同的拉张、扩张和剪切破裂缝。 1纵横张性构造缝 是由于地层弯曲变形后，由派生的局部张应力使地层破裂而形成。 与地层变形作用有关的构造裂缝系统与地层变形有关的构造裂缝，主要有以下类型：2 对于短轴背斜来讲，变形层可以存在两个方向的变形，长条型背斜的两倾伏端也是如此。对于这类变形可能存在两个方向的派生

2、拉张应力而形成两组张性裂缝如图中的、三类变形。 纵 横 张 性 构 造 缝3构造扩张裂缝 在挤压环境下，当挤压应力大于岩石的抗压强度，可使得岩层发生张破裂，这种破裂称扩张缝。 与地层变形作用有关的构造裂缝系统4构造剪切裂缝 （1） 平面“X”型剪切裂缝 变形前对于区域挤压应力环境来讲，形成的剪切缝称为平面“X”型共轭剪切缝（图中-A），另一种平面剪切缝是由区域剪切应力作用而形成 （图中-B）与地层变形作用有关的构造裂缝系统5 平面“X”型剪切裂缝的产状是，剖面上为直立状，常在岩心上表现为近垂直缝或高度斜交缝。该类破裂缝的平直缝面上常见擦痕和阶步，擦痕方向近于水平。如图2-7 为四川盆地川西大兴

3、场地区大11井和汉2井上三叠统香溪群二段取心裂缝素描图，在缝面上见近水平方向的擦痕。6（2）剖面“X”型剪切裂缝 剖面上同样能形成“X”型剪裂缝 （图） 通常情况下挤压环境中形成的剖面“X”型剪裂缝倾角较低，通常为低角度斜交缝。而拉张环境中形成的剖面“X”型剪裂缝倾角大，为高角度缝。构 造 剪 切 破 裂7 平落2井香二段低角度斜交缝的岩心素描，其缝面见方解石膜，见沿缝面擦痕。剖 面 “X” 型 剪 切 裂 缝8 与层间滑动有关的破裂缝 沉积盆地中的成层岩石弯曲变形后，层间滑动作用是十分普遍的。 一般来讲，变形作用越剧烈，层间滑动越强，其形成的破裂可以由（图）说明。与地层变形作用有关的构造裂缝

4、系统9与断层相伴生的构造裂缝系统 与断层共轭的裂缝系统 构造裂缝特征及破裂力学机理 断层带存在两组剪破裂面，一组裂缝其走向与断层面一致，另一组与断层面斜角，交角为2。10断层派生的破裂系统 在断层两盘相对的运动过程中，可以形成断裂带附近的剪切应力场，从而可以派生出新的裂缝。徐开礼（1984年）等归纳了这种派生裂隙的类型（图）与层间相伴生的构造裂缝系统11与底劈等作用有关的裂缝系统 沉积盆地中地幔深部的岩浆侵入成层地层会使地层变形褶皱，同样泥页、岩盐、石膏等塑性地质体由于受力的不平衡也会向上挤入地层而造成上覆地层的变形。这种与垂向应力有关的构造在地质学中称底劈构造（或挤入构造）. 构造裂缝特征及

5、破裂力学机理 12岩石中力学结构面对破裂的影响 岩石由于力学结构面的存在而降低了其强度，使得其更易破裂。构 造 裂 缝 特 征 及 破 裂 力 学 机 理 天然岩石并非完全的均质体，其中存在有纹层面及早期形成的破裂面等。对于这些岩石中存在的地质界面，岩石力学家们称为力学结构面常见的力学结构面（图） 13区域裂缝特征及破裂力学机理 在一些岩层十分平缓或水平岩层地区可以广泛发育裂缝。很多学者都将此类裂缝称为区域裂缝。尽管学者们就区域裂缝的成因存在分歧，但有一点认识是共同的，即区域性裂缝是由外部力或表力作用而形成。 区域裂缝：是指由于区域构造应力场（不管这个应力场是何种原因诱发的）作用下形成的分布广

6、泛，产状稳定而不受局部构造控制的裂缝系统。裂 缝 形 成 的 破 裂 力 学 机 理 14区域裂缝的特征 （1）裂缝发育的规模大（分布广泛） （2）裂缝发育的组系：一般情况下以两组正交裂缝的形式发育。（图） 区 域 裂 缝 特 征 及 破 裂 力 学 机 理15（3）裂缝纵向分布 区 域 裂 缝 的 特 征（4）裂缝走向与应力方 位关系 许多研究表明，系统的裂缝方向与测定的现今和/或古区域最大水平挤压应力之间有明显的平行性。 裂缝的取向在可能的构造应力源前面呈有规则的排列（图） 许多学者认为，区域性裂缝主要发育于近地表附近。近年来的研究表明，在未褶皱的地层中，在相当大的深度可能存在区域性裂缝。

7、16区域裂缝形成机理（之一）区 域 裂 缝 特 征 及 破 裂力学机 理 （图）表示在砂体和泥岩的泊松比分别为0.15和0.3的情况下。对一个杨氏模量为其周围泥岩的2倍的砂岩体施加水平挤压应力时，砂体内应力增强的幅度 沉积结构引起的应力增强。17天然水力破裂缝的破裂机理天然水力破裂缝形成机理 G.Mandl等将天然水力破裂裂缝分为内部破裂及侵入破裂型（图） 内部破裂型裂缝，烃源来自地层本身。而侵入破裂类型流体来自外部岩层。天然水力破裂缝：是指由盆地地层中流体压力作用于岩石发生张破裂而形成的裂缝。18形成破裂的条件 一般来讲，构造水平应力（ H2）在拉张环境下为负号，挤压环境为正号，如果忽略（

8、H2）。形成破裂的条件为：天 然 水 力 破 裂 缝 的 破 裂 机 理 Pb超压烃源岩地层压力；t岩层的抗张强度；= H= H1，其中： H1由垂直应力引 起的水平应力。19 对于侵入破裂类型，烃在盖岩层底部聚集引起盖岩层底部地层压力升高（图）天 然 水 力 破 裂 缝 的 破 裂 机 理20水力压裂缝保持开启的条件 天 然 水 力 破 裂 缝 的 破 裂 机 理裂缝的临界长度 在断裂力学中，材料的抗张强度用临界应力强度Kc来表征。式中： Pc水、烃之间最大毛细管阻力，Mpa； a-不确定系数（01）。21其它类型裂缝特征及其形成机理重力拉张破裂缝特征及其形成机理 在一些特殊的地质环境中，由

9、于处于构造变形较弱地区，其地层中存在与区域构造活动不相符合的拉张破裂缝。其典型的是基底隆起的斜坡地区（图）。裂 缝 形 成 的 破 裂 力 学 机 理22 除隆起斜坡外，其它的地质环境中也可形成拉张破裂。其它类型裂缝特征及其形成机理23重力拉张破裂缝的形成机理其它类型裂缝特征及其形成机理式中：S块体下滑拉张应力； 水饱和岩石密度； h块体厚度； 坡度角。24 与差异压实作用有关的破裂特征及其形成机理其它类型裂缝特征及其形成机理 破裂发育局限且受控于破裂层下伏地层的古地貌。对于不整合面上的斜坡及陡坎地带是该类破裂的发育带（图）。 破裂的特征及破裂地质环境25 形成差异压实的破裂环境很多，主要见于

10、不整合面以上的相对脆性岩层中（图2-52）破 裂 的 特 征 及 破 裂 地 质 环 境26风化破裂缝特征及其成因解释 风化破裂缝特征 其它类型裂缝特征及其形成机理 在碳酸盐岩地层中，常因风化溶蚀坍塌等原因，形成众多类型的破裂角砾岩，其中网缝镶嵌角砾岩则是风化破裂角砾岩中典型的代表（图2-57）。27表层风化破裂裂缝 主要在表生风化期因物理、机械等风化作用下形成的破裂。 风 化 破 裂 缝 特 征 据前苏联学者柯洛门斯基（1963年）在半干燥平缓地区的风化破裂探槽调查结果(图），新井中观察到的风化破裂带可以分成五个带（图）一年后风化带井壁附近发生了明显的变化。28陡壁拉张破裂裂缝 风化破裂缝特

11、征 主要分布于风化岩溶形成的地貌陡坎地带。 破裂是由裂纹尖端应力集中失稳扩展而逐渐形成的（图2-60）。 岩溶坍塌拉张破裂缝。 29与卸载有关的破裂缝的成因分析 如图2-63所示，a-a为原始地面，b-b为剥蚀后地面。由于剥蚀后，使得垂直应力1变为3，而由垂直应力引诱导的水平应力n变为1，当满足下列条件时，可以形成破裂（剪裂）。其它类型裂缝特征及其形成机理30第三章 裂缝形成期次的研究确定裂缝形成期次较成熟的方法和研究实例。 裂缝分期配套方法 分期就是区分不同形成期次的裂缝，配套就是将同一应力场中形成的各组裂缝进行组合。 裂缝的定性分期主要是根据裂缝组系的相互切割关系。 裂缝的相互切割关系有以下几种 （图）31裂缝充填物的同位素特征及形成期次的确定 裂缝形成的过程为“真空”扩容过程，因此饱和的地层水进入裂缝空间瞬时，必定或多或少的有结晶矿物析出并附于缝壁上。当然地层中一条裂缝由于地质历史中多期矿化水流径，可存在多期胶结物。缝壁上第一期充填矿物的形成期与裂缝形成期最为相当，因此要讨论裂缝形成期，一定要对第一期充填次生矿物特征进行分析。裂 缝 形 成 期 次 的 研 究裂缝充填物的稳定同位素特征32海相碳酸盐岩储层中裂缝充填物同位素特征 （图）四川盆地川东石炭系白云岩储层中各类矿物同位素特征图 。裂 缝 充 填 物 的 稳 定 同 位 素特征33海相碳酸盐岩储层中裂