测井地质学-构造+裂缝+断层类型的识别

第三节断层类型的识别

在含油气盆地内从事地下地质研究工作，断层的识别，组合是很重要的工作之一。一个油田构造图是否能做好，断点识别、组合；断层组合至关重要。组合所用的工具一个是地震剖面，另一个就是测井。如何利用测井资料结合地震剖面资料的使用，是问题的关键。地层倾角测井资料可以用来分析断层性质，断点，断面产状。一、断层要素及形态分类断层：沿破裂面两侧地层发生显著的位移。断层的基本组成：断层面、断层线、断盘和断距。（一）断层要素（1）断层面：是一个将岩块或岩层断开成两部分，被断开的岩块顺着它滑动的破裂面。断层面的空间位置由其走向、倾向和倾角确定。（2）断层线：断层线是断层面与地面的交线。（3）断盘：断盘是断层面两侧沿断层面发生位移的岩块。如果断层面是倾斜的，位于断层面上侧的一盘为上盘，位于断层面下侧的一盘为下盘。如果断层面直立，则按断盘相对断层的方位描述，如：东盘、西盘或南盘。根据两盘的相对滑动，相对上升的一盘为上升盘，相对下降的为下降盘（4）断距：是指被错断岩层在两盘上的对应层之间的相对距离。在不同方位的剖面上，断距值是不同的。（二）断层分类根据断层两盘的相对运动可将断层分为三类：（1）正断层：断层上盘相对下盘向下滑动的断层。井下标志为地层减薄或缺失。（2）逆断层：断层上盘相对下盘向上滑动的断层。井下标志为地层增厚或重复。（3）平移断层：断层两盘沿断层面的走向相对移动的断层。三、地层倾角的断层解释方法（一）断层面没有变形的正断层矢量图分析井眼中E层缺失，由于断层面没有变形，矢量图显示与单斜构造一样，不能用倾角资料判别。

三、地层倾角的断层解释方法（二）有破碎带断层矢量图分析当岩层很硬时，岩层沿断层面形成破碎带，破碎带中岩层没有固定的倾向，矢量图上显示绿-乱-绿模式。

三、地层倾角的断层解释方法（三）同生断层特征及矢量图分析

同生断层的发育是与沉积同时，受沉积控制，边沉积边断。由于重力作用的影响，断层上盘的倾向与断层面倾向相反，产生逆牵引。由于断层长期发育，有如下特征：①由浅到深断面产状由陡到缓；②上盘往往伴生有滚动背斜；③下盘无牵引（或发育小向斜）；④断距从上到下，由大到小，最终消失。三、地层倾角的断层解释方法（三）同生断层特征及矢量图分析

在矢量图上，①同生断层的上盘显示出巨红型矢量；②断面的倾向与巨红型矢量的倾向相反。断点位置可定在巨红型底部。如果将地层面与断层面近似看成直角关系的话，那么，断面倾角可近似地取红型矢量最大倾角之余角，断距可取红型段长度，为最小断距。

右图是尼日利亚一口井的现场实例，是一个比较典型的生长断层的图象。

断点在6495英尺处，上盘倾角逐渐增大，倾向为北北西，下盘方向与上盘相反，断面向西西南方向下掉，图形向上延伸有300英尺的断层带。（四）具有正牵引现象的正断层（地层产状与断面倾向相同）

牵引现象伴随断裂拉张发生，是对盘岩层相互拖曳而成。或于沉积后，岩层压实脱水产生的沉积层滑动所致。断面附近的地层倾向与断面倾向相同，其上盘矢量具有红型矢量特征，过断层面之后，矢量呈蓝型矢量。

断点位置在巨红型底部，倾向为断面倾向，断面倾角不小于最大巨红型底部矢量的倾角，最小断距为巨红型长度。绿蓝红绿LN3井在三叠系钻遇断层，断点在4630米。

4600-4615米为正常地层倾斜，地层倾角为2°-4°，倾向为东倾

4615-4625米为红模式矢量，倾角由3°增加到14°、倾向大多为北东向。之后倾角突然变小，出现空白模式在4630米，倾角为32°、倾向为西倾，4635-4640米，倾角为6°、西倾（下盘产状）

故断层面为倾角32°、东倾,断层走向为南北向。轮南油田（三叠系）（五）逆断层地质特征及矢量特征

岩层受水平挤压时产生逆冲断层，伴生有褶皱变形，在钻遇断面的单井剖面上显示层段的重复。近断面处地层有牵引现象，上盘（上冲盘）牵引带的倾向与断面倾向相反。矢量图上出现巨红型矢量和巨蓝型矢量。断点位于红型矢量最大倾角处，断面断向与该点倾向相反。有的断面因发育有角砾岩而使矢量图上出现空白带，断点，断距可依地层对比来确定。断距可取该井重复地层厚度。塔里木轮南油田地质资料、测井资料综合判别。测井资料在断点附近有缺失，为正断层；在断点附近有地层重复或变厚则为逆断层。具有正牵引的正断层逆断层

断层

（有层位移动）第四节不整合识别另外，不整合面的起伏，造成不整面之上的地层形成披盖；而另一方面，不整合面之下会形成厚度不等的风化壳（带）。平行不整合当侵蚀面的倾角与方位角没有变化时，假整合在倾角图上无显示。如侵蚀面有风化带时，倾角图显示乱倾角，假整合有可能被识别如侵蚀面侵蚀后产生局部的高点和低点，再沉积时在低洼处形成充填式沉积，则为红模式或蓝模式，也可识别。角度不整合角度不整合在倾角矢量图上为倾角或倾向突变，一般情况下不整合上部地层倾角较小，下部地层倾角较大。这种突变可在区域上对比，不同于断层引起的地层产状突变。风化壳不整合如不整合下部地层受风化、重力塌方影响，地层产状出现蓝型矢量，不整合面定在蓝型顶界；如上覆地层为剥蚀后充填式沉积，可能为红型矢量，则不整合面应定在红型底界。由测井曲线、矢量图判断的不整合面深度不一，其差值代表风化残积层的厚度。

因此，不整合上下的三种矢量特征：①绿→蓝型组合；②绿→红→蓝型组合；③绿→绿型组合。第五节、利用构造倾角校正的方法研究构造演化历史

矢量图上的巨绿型反映了一次或多次构造运动后的构造产状。如果忽略差异压实对产状的影响，可以通过逐级构造删除方法来确定构造演化历史。具体方法是：①由矢量图上找出巨绿型组合，配合区域地质井间地层对比及地震剖面确定本井钻穿的不整合层位，确定各层段目前的产状；②采用递减方法，从下向上依次减去浅层构造产状的影响。构造影响删除后，第一个不整合面下的产状即为未经构造变动前的产状。依次类推，可以恢复构造演化历史。

图a可见有四个构造层A、B、C、D，各有不同的产状；图b表示ABC层消去D层产状以后的各层构造产状（包含倾角校正，方位校正）。图c是A、B两层消除C层影响后的产状（相当于拉平C层）；图d是A层经消除B层产状后，由向东倾变为向西倾5°。因此，ABCD层的构造演化历史：A层沉积后，东侧抬升，A层西倾5°；B层沉积以后，西部相继抬升，使A层倾角变为0；C层沉积时西侧继续抬升，A层段产状变成东倾，倾角5°；D层沉积时，西侧继续抬升，使得A层段的倾角达到10°。说明了该区继东侧抬升后的西区更长时间的抬升构造演化历程。第六节、构造应力分析

利用单井地层倾角测井成果，可以进行构造应力分析在张性作用地区，地层倾角测井显示的椭圆井眼长轴方向指示了张裂隙方向，张应力方向与张裂隙方向垂直，因此从椭圆井眼长轴方向可以指示与其垂直的张应力方向。可以建立大面积多井椭圆长轴分布趋势，找出岩层水平应力场分布，此研究不仅可以用于区域构造、板块活动分析，而且了解岩石破坏特征对油藏工程水力压裂、采油措施均具指导意义。椭圆长轴方向分布法仅适用于致密岩层。现今地应力分析:由于钻孔打开岩层，构造应力释放，造成井眼定向崩落。利用地层倾角双井径曲线或STAR的井径曲线，计算井眼崩落扩径方向。椭圆形井眼长轴方向与现今地层中的最大水平主应力方向垂直，与最小水平主应力方向平行。图中双井径差异大，沿140－320度方向井壁出现大段垮塌，最大水平主应力方向为50－230度。利用椭圆形井眼判断现今应力场方向第六讲岩石缝洞的测井评价

碳酸盐岩储层具有很强的非均质性，增加了勘探开发的难度。因此，碳酸盐岩的描述与评价有别于砂泥岩储层。碳酸盐岩岩石骨架及主要物理性质

碳酸盐岩的主要矿物成份是：方解石、白云石。但经常出现：石膏、硬石膏、盐岩。另外尚含有粘土矿物、有机质、黄铁矿、硅质等。以方解石为主的矿物：文石、低镁方解石、高镁方解石。成分为CaCO3。

白云石（CaMg（CO3）2）是在准同生期或成岩期由含镁方解石转变而来。

石膏的分子式为CaSO4·2H2O，含32.5%的CaO，46.51%的SO4和21%的H2O；

硬石膏是无水硫酸钙CaSO4。石膏、硬石膏可以是原生的，也可以是次生的。它们都是在泻湖、盐湖中，在炎热干燥气候条件下蒸发而形成的。

盐岩是含各种氯和硫酸化合物杂质的NaCl；盐岩常与石膏、硬石膏层伴生。

石膏、硬石膏、盐岩一般不发育孔隙，因而无储集性和渗透性，不能作为储集层，但可做盖层。一、碳酸盐储集空间的基本类型

碳酸盐岩储集空间的基本形态有三种：孔隙、裂缝、孔洞。1、孔隙与喉道岩石中的孔隙与喉道是紧密相连的，通常把连接孔隙之间的狭长通道称为喉道。从储层测井评价的角度出发，可从孔隙的大小、分布和形态三方面讨论碳酸盐岩储层孔隙。

A、孔隙大小分类

微孔：直径<0.01mm；常存在于土状灰岩、细孔：直径0.01－0.1mm；白云岩中中孔：直径0.1－0.5mm；粒状、砂糖状灰岩、白云岩。粗孔：直径0.5－2mm；生物碎屑灰岩、鲕状、负鲕状灰岩。

B、孔隙的分布

由于碳酸盐的储层孔隙主要是成岩期及成岩后期的次生改造作用而形成，因而孔隙的分布均匀程度视其次生改造作用的种类和程度的不同而有很大的差别。压实、胶结、重结晶、矿物取代、淋滤、溶蚀、缝合线对孔隙分布的非均质性有很大影响。C、孔隙的形态碳酸盐的孔隙形态差别很大，其形态大体上可分为三类：①球形孔隙：粒间、粒内孔②片状孔隙：特殊的晶间孔（方解石晶间孔）；③不规则孔隙：选择性溶蚀孔隙。

喉道是连接孔隙间的狭窄通道或孔隙内部变窄处，根据喉道形态，可将其分为三类：管状喉道、孔隙缩小部分，片状喉道。可以利用喉道评价储层的好坏：

①当80%以上的孔隙喉道<0.2μm，非储集层；②当50-80%以上的孔隙喉道在0.2-1μm，只有少数喉道介于1-4μm时，差储集层；③当50-80%以上的孔隙喉道介于1-4μm时，中储集层；④当>50%以上的孔隙喉道>4μm时，好储集层；

裂缝是指岩石中因失去内聚力而发生的各种破裂或破裂面，但通常是指那些两个面未表现出相对移动的破裂面，裂缝将岩石切割成大小不等的岩块，称为基岩块。裂缝的地质特征：裂缝的密集程度、裂缝的形态、裂缝的延伸和组合等，可以用来对裂缝进行表征。

碳酸盐岩、火山岩、泥岩等致密性地层中发现高产油气藏，与裂缝的发育有关。2、裂缝储层裂缝系统的成因储层裂缝产生的原因是由于岩石破裂。岩石破裂归因于各种地质因素，概括起来可以分为两种，即构造因素与非构造因素。例如：(1)形成褶皱和断层时的地壳变形：(2)在区域应力场作用下产生局部构造差异应力：(3)由于失水引起页岩和泥质砂岩岩石体积收缩；(4)火成岩在温度变化时体积收缩等。因此，裂缝系统的成因涉及到综合地质学和岩石力学等。1.构造成因与岩石力学研究

凡与构造运动有关系的裂缝，属于构造成因裂缝。构造裂缝的几何性质反映岩石破裂时的局部应力状态，同时在整体上表现出与区域上有一致的方向性和规律性。一般假定，地壳内岩石的破裂方式在性质上与实验室模拟环境下对相应岩石的试验类似。岩石的破裂特征与围岩的关系取决于：破裂的形式、裂缝的产状等与围岩的关系。储集层构造裂缝的产生原因主要为：(1)脆性岩储层构造裂缝性质和几何形态与埋深相关；(2)构造裂缝性质和产状与岩石原有结构相关，即岩石的粒度和致密程度相关；(3)构造裂缝与岩石中原有的微裂痕迹线方向与主压应力方向的夹角密切相关，或者说后者决定了构造裂缝性质和产状。2.非构造成因与构造无关的裂缝一般是不规则的，它们没有方向上的一致性。形成这类裂缝的原因主要有以下六种：

脱水作用沉积载荷作用风化剥蚀作用温度梯度作用(受热岩石在冷却过程中发生收缩而形成，对油气起重要作用的是火成岩中的体积收缩缝)

矿物的相变作用(沉积岩中的碳酸盐岩和粘土组成的矿物相变引起的体积减小而形成）。例如，从方解石向白云石的化学转变可以导致体积变化、自由表面裂缝和无支撑边缘的形成引起应力释放。

1.裂缝的密集程度：为了较准确地描述裂缝的发育程度，通常采用三个物理量。裂缝线密度：单位岩石长度上裂缝的条数。裂缝孔隙度：单位体积岩石中裂缝体积所占的百分数。裂缝张开度：某段地层裂缝张开宽度的描述。

由于裂缝孔隙度一般都较低，均在1%以下，而且不直观，所以地质上多用裂缝线密度来描述裂缝的发育程度，但在测井评价上，则多用裂缝孔隙度参数来评价裂缝。

裂缝的地质特征：裂缝的密集程度、裂缝的形态、裂缝的延伸和组合等，可以用来对裂缝进行表征。2.裂缝的形态：裂缝的形态包括宽度、充填状况及形状

①根据裂缝宽度（W）：微裂缝：W<0.15mm；中等裂缝：W=0.15－2mm；粗大裂缝：W>4mm；

②填充状况：张开缝填充缝③裂缝的形态

是指裂缝面的弯曲程度，一般构造缝的面较平直，非构造缝较弯曲。3.裂缝的延伸和组合构造裂缝的延伸和组合具有明显的方向性和组合性。由于测井是以井轴为参照系的，故以井轴为准将裂缝分成：高角度裂缝：裂缝面与井轴的夹角为0-15°；斜交裂缝：裂缝面与井轴的夹角为15-60°；

低角度裂缝：裂缝面与井轴的夹角为60-85°；水平缝：裂缝面与井轴的夹角为85-90°

。3、洞穴

一般称直径在2mm以上的孔隙为洞穴。其中直径2-5mm为小洞；5-10mm为中洞；>10mm为大洞。它们主要由地下溶蚀造成，常发育于较纯的石灰岩地层，且常沿裂缝溶蚀，故溶洞常沿裂缝分布。上述三类储集空间从成份及分布上看，都有是相互制约、相互关联的。如:洞穴可在孔隙和裂缝的基础上不断发生和发展形成。裂缝往往又可在孔隙和洞穴的背景上发展成裂缝-孔洞网络系统。

因此，在碳酸盐岩储集层中，以上三类储集空间常常同时存在，但往往以某一种起主导作用。二、缝洞储层概述1、裂缝型储层指在致密碳酸盐岩中因发育了较多的裂缝而形成的储层。根据裂缝的组系方向可以细分为：（1）高角度裂缝：主要发育于厚层块状致密灰岩中，裂缝可能只在一个方向上对地层进行垂直（或高角度）条带切割（又称为单组系高角度裂缝），也有可能在几个方向上进行垂直切割（又称为多组系高角度裂缝）。（2）低角度裂缝：主要发育于薄层且岩性在纵向上变化较大的层段，其裂缝产状基本平行于层面。最新研究表明，低角度裂缝不但存在，而且也未完全“压死”，并获得了工业性油气流。（3）网状裂缝储层：当高角度裂缝和低角度裂缝同时并存时，裂缝对岩石产生近似立方体的切割，则形成网状型储层，一般为最好的裂缝储层。低角度缝（BQ25）高角度缝（LH3）网状缝（WQ1-1）2、裂缝-孔隙型储层指在岩石具有相当有效孔隙的背斜下，又被各种裂缝切割所成，其主要储集空间是基岩的孔隙，主要渗滤通道是裂缝，这种储层表现出孔隙空间上明显的双重介质特征，如川东石炭系储层为主力产层。3、裂缝-洞穴型储层指在裂缝储层的背景下，由于地下水的溶蚀作用，又产生了洞穴，从而形成裂缝-洞穴型储层。该储层渗滤作用主要靠裂缝和洞穴，洞穴为主要储集空间，裂缝为主要渗滤通道。经溶蚀作用改造后的裂缝型储层为持续高产储层，如鄂尔多斯中部气田奥陶系五马5地层。白云岩地层中的溶洞

裂缝与溶洞罗家2-1井在成像图上的溶洞渤古1井奥陶、寒武系碳酸盐岩地层特征溶洞天然裂缝天然裂缝溶洞渤古1井奥陶、寒武系碳酸盐岩地层特征天然裂缝溶洞溶洞渤古1井奥陶、寒武系碳酸盐岩地层特征天然裂缝天然裂缝溶洞评价裂缝储层的关键是识别裂缝：1、裂缝的真实性（判别真假裂缝）；2、裂缝的有效性（什么样的裂缝对储层的储量和产量贡献大）；3、裂隙充填物质的性质（即含油气性）；4、裂隙产状的计算三、裂缝的测井响应1、常规测井曲线对裂缝的响应（1）微侧向测井；（2）双侧向测井；（3）声波测井（4）自然伽马测井；（5）中子伽马测井；（6）普通电阻率测井；（7）……2、地层倾角测井3、全波列测井4、其它新测井方法5、成像测井对裂缝的响应1、常规测井曲线对裂缝的响应（1）微侧向测井微侧向测井贴井壁测量，其电极系尺寸小，测量范围小，测量结果反映了井壁附近情况，对裂缝十分敏感。轮南地区，石炭系致密层段电阻率一般为2000欧姆.米，而钻井液电阻率极低（0.3欧姆.米以下），与石炭系基岩电性差异大。在裂缝层段，会出现低阻异常，表现为针刺状低阻突跳。1、常规测井曲线对裂缝的响应（2）双侧向测井深、浅侧向探测深度有较大差别，常出现深、浅侧向值的差异，表现为电阻率的“差异”。在基岩孔隙度很低的地层（如致密层与泥岩层）基本重叠，而在发育裂缝地层出现差异：正差异（深侧向电阻率大于浅侧向）、负差异（深侧向电阻率小于浅侧向）。影响差异的因素，主要为裂缝发育程度、裂缝角度、流体性质等。①穿过井轴0°、22°、45°及67°的裂缝，深浅双侧向均是负差异；②穿过井轴80°、90°出现正差异；③估计正负差异的临界角在70°左右。四川石油管理局测井研究所碳酸岩盐底中低角度裂缝的特征：泥浆侵入地层深，深浅双侧向的差异小或无差异（即使油气层也如此），且电阻率值低，井段显示不超过1米（短）。裂缝致密岩层Rlls、Rlld碳酸岩盐底中高角度裂缝的特征：泥浆侵入地层浅，深浅双侧向有明显的正差异，井段显示长，电阻率中低值。RLLDRLLS①裂缝越发育，双侧向的正差异一般也越大;②高角度裂缝、垂直裂缝的双侧向为正差异。斜交缝的双侧向不明显。低角度裂缝的双侧向为低阻尖峰（负差异）。近水平缝的双侧向为薄层低阻尖峰。高角度裂缝、正差异、产气高角度裂缝、正差异、产气低角度裂缝、产气属二迭系乐二层，在2963～3017m井段,双侧向曲线出现好几个薄层负差异显示。射孔测试，获气若干③在淡水钻井液作用下，当地层中的流体为油气时，侵入带的电阻率低于原状地层的电阻率，双侧向出现正异常。如果地层中裂缝发育，钻井液随着较大的裂缝侵入较深，但裂缝中的油气却很少被驱离，离开井筒越远，地层中油气被驱离越少，一般仍表现为正异常。然而，地层中的流体为水时，则双侧向差异明显减少。C井阳二1A层4807～4824m为裂缝带。其中4815～4825m双侧向正负差异交替存在。该井在4817～4825.45m处井喷及井漏,说明该段存在有效裂缝。在4807～4821m射孔测试，获气若干。④在现代地应力集中地段，岩石致密，地层电阻率高达万欧姆.米，远远超过一般致密层电阻率。在钻井过程中，地应力通过井眼释放，造成该井段井壁沿最小主应力方向定向坍塌，使浅侧向值显著降低，从而出现深、浅侧向的正差异。1、常规测井曲线对裂缝的响应（3）声波测井缝洞型储层在声波时差曲线上显示钝尖状；对于水平缝和低角度缝，△t为在致密基质岩块低背景值上的高～较高时差值；当裂缝宽度较大时则产生因周波跳跃现象而显示出很高的时差；利用AC曲线不能检测垂直裂隙。1、常规测井曲线对裂缝的响应（4）自然伽玛测井裂隙型碳酸盐岩层在自然伽玛曲线上显示为低值，这是相对于基质岩块自然伽玛值而言。但是当储层裂隙中的地层水溶有放射性钠盐时，与围岩比较，GR显示为异常高值。特别在自然伽玛能谱测井铀曲线上呈现异常高值。1、常规测井曲线对裂缝的响应（5）普通电阻率测井碳酸盐岩具有高阻特征（＞103～104Ω·m），但在裂隙段由于含有一定矿化度的地层水，导致电阻率降低（几百一几十欧姆米）。对于储油的裂隙带，其泥浆冲洗带、侵入带的电阻率比原状地层电阻率亦明显降低。

因此用电阻率法找寻储集层时应采用不同探测范围的微侧向、双侧向测井等系列，一般可以识别出1m以下薄裂隙层段。储层段飞三段碳酸盐岩储层的测井响应特征（建68井）建南气田储层的测井曲线响应特征为：三侧向或深浅双侧向电阻率为高电阻率背景下的相对低电阻率值。（6）其它测井：井径测井会在裂隙缝洞发育带出现有缩径或有扩径现象密度测井在裂隙段体积密度降低CNL（补偿中子测井）曲线显示ФN值增大等。2、地层倾角测井对裂缝的响应4个相互垂直的微电极，探测深度和探测范围与微侧向相差不大，每个极板测得的电导率均可反映裂缝发育情况：低角度裂缝、水平缝、斜交缝和网状缝，4条电导率曲线均显示低阻值的短段异常，表现为针刺状；注意与角砾岩带的针刺异常（可以参照自然伽玛曲线）区别B.张开的高角度缝、垂直缝，常在1条或2条曲线上出现较长井段的低电阻异常。在裂隙方向变化或仪器旋转上提时，低阻异常段会由一条曲线依次转移到相邻极板曲线上。2、地层倾角测井对裂缝的响应C.地层倾角测井提供的两条井径曲线，在裂隙段由于形成的椭圆形井孔，使两井径差值较大；D.当仪器旋式上提遇裂隙段时，由于井壁沿裂缝方向发生崩塌使井孔形状发生变化，会出现仪器停转或向相反方向旋转的特点。E.矢量图上出现高角度矢量点。裂隙识别测井（在地层倾角基础上发展而成）是将1，2极板和3，4极板测的电导率曲线重叠显示。在遇裂隙面时重叠曲线分离，这是由于遇裂隙的曲线显示低值，未遇裂隙的相邻极板仍显示碳酸盐岩高阻特点。3、全波列测井声波全波列包括:纵波、横波、假瑞利波和斯通利波等。

纵波是压缩波,质点运动方向与声波传播方向一致。横波是剪切波,质点运动方向与声波传播方向垂直。

假瑞利波是一种界面波，沿井壁界面传播，其传播速度介于地层横波速度与井内流体速度。斯通利波也是一种界面波，沿井壁界面传播，传播速度低于井内流体速