应用电成像测井分析裂缝成因

郑北均

摘 要：电成像测井不仅可以识别裂缝所在的位置，裂缝的发育情况，还可以根据电成像测井的数据，计算裂缝的参数。对裂缝进行定量的分析，对于划分储层，计算储层参数，评价储层性质等都有极其重要的意义。利用电成像测井技术得到的具有较高分辨率的图像可以有效地确定地层裂缝的生成原因以及类型，还可以对地层中的共轭裂缝或者张裂缝的产状进行科学地解释，研究和识别地层裂缝形成过程中的古构造应力场的方向。因为地层裂缝的存在具有较高的复杂性，电成像测井技术对地层裂缝的数据解释也存在着多解性的问题，利用该技术对裂缝成因进行分析时，应该有效融合常规测井技术、提取的地层岩芯观察资料以及所在区块的地质信息等来系统全面地进行分析。

关键词：地质构造 电成像测井 地层裂缝 裂缝图像 成因分析

1 地層中的裂缝研究方法

裂缝也就是地层中岩石的破裂面，沿着裂缝方向的两侧没有较为明显的相对位移。对利用电成像测井技术获得的二维井壁图像进行分析时可以发现，形状较为规则平顺的裂缝体现出正弦线性特点，具备的灰度和宿主围岩之间有着较大的差异，可是裂缝两侧的地下储层电成像测井图像却呈现出相同的灰度，根据此现象可以把其与断层以及层面相加以识别。

地层中的裂缝是油气资源的存储空间以及流通的孔道，对岩芯进行观察以及利用常规测井方式对地质数据进行科学地解释是对地下储层中裂缝开展研究的主要方法，可是上述两种方法都具有一定的应用范围约束。利用对岩芯进行观察的手段受到钻取岩芯所投入的资金成本和钻取岩芯收获率的影响，除非采用定向钻取岩芯的方法，否则不能得到与地下储层中的裂缝有关的方位数据。更为特殊的是，地下储层裂缝发育条件较好的井段，钻取到的岩芯就越容易碎裂，难以观察到岩石裂缝的实际情况。常规测井方法虽然可以对地下储层中的裂缝发育区段进行数据解释，可是不能对裂缝个体方面的数据进行收集。

2 构造裂缝与非构造裂缝

地层中的裂缝根据形成的原因不同可以分为构造裂缝和非构造裂缝两个种类。构造裂缝是受到地层构造应力而生成的，裂缝的表面较为平整，利用电成像测井技术得到的图像上可以应用正弦线形实现精准的拟合，裂缝的宽度数值保持不变，而且可以成组地形成裂缝，相同组别的裂缝具备的产状较为相似。依据体现出来的产状特点，可以把不同构造裂缝之间的关系进行如下划分：①裂缝的倾斜角度、方向基本类似，就是同组别的构造裂缝 ；②地层裂缝产状参数体现出大于 2 个裂缝组以上的特点，可以归结为 2 组或者多组的构造裂缝 ；③形成的裂缝之间的角度差为 180 °，倾斜的角度近似相同，两条裂缝之间呈现相切关系，两两出现的情况下，可以把其认定为共轭裂缝。非构造裂缝是由于不同种类的地质外力相互作用条件下产生的，例如，岩体的风化作用、岩石的溶解塌陷所形成的地质产物。裂缝的形状并不是十分的规则，在电成像测井图像上不能利用正弦线形进行精准地拟合，其具备的宽度会有很大的不同，产状不会跟构造裂缝一样具备很好的规律性。对某油田的地下储层进行电成像测井分析时发现，非构造裂缝种类有岩石风化形成的裂缝、岩石溶解塌陷造成的裂缝等。风化裂缝多见于奥陶纪形成地层上部的古风化不整表面下部的 100～200 m 的区间里，地层裂缝的倾斜角度不大，基本与古地表风化不整合表面之间呈现平行关系，归属于较低的倾斜角度或者水平类型的裂缝，形成的原因与古地表升高以及风化对承载力的释放所产生的应力有着直接的关系。

3 张裂缝与剪裂缝

地层中裂缝按着力学性质不同划分为张裂缝和剪裂缝，是由其应力方向不同而导致的，采用电成像测井技术获取到的图像对两种裂缝进行分析时，应该参考对露头裂缝进行数据解释时应用的多种参数来进行全面的识别，主要的内容有 ：①张裂缝两侧的地层岩体在与裂缝面呈现垂直关系的方向会有距离不大的相背离位置移动。剪裂缝两侧的地层岩体顺着裂缝表面体现为距离较小剪切方向位置移动，或者呈现出有剪切位置移动的走向。②张裂缝所在的地层两壁呈现出张开的状态，岩壁之间的距离较远，所以有助于地层中的油气资源存储以及流动，大多情况下岩脉或者矿脉会对裂缝进行填充，剪裂缝两侧的岩壁处于封闭状态，之间的距离不大。③张裂缝产状处于不稳定状态，裂缝表面并不规则，会绕过地下储层中砾石等坚硬的物质。剪裂缝的产状情况要比张裂缝平稳，裂缝表面较为平顺，裂缝延伸遇到砾石或者结核时会切割通过。以油田的地层构造为例进行分析，该地质构造中的砂、泥岩地层中含有数量较大的裂缝，与微型的正断地层共同发育生长。裂缝以及断层的表面并不平滑，之间存在着较大的宽度，虽然该地区的地层年代并不久远，可是多数的裂缝以及断层已经被方解石填充，从电成像测井资料中可以得知，其表现出较为典型的白色高阻特点，是由于含盐地层不断上升而拱张形成的背斜地质构造，可以认定以上叙述的裂缝为张性构造裂缝。

4 裂缝的成岩改造

不管地层中存在何种形式的裂缝，在形成之后的相当长的历史时期内会产生某种程度的改变，最常见的改造形式就是充填以及溶蚀。依据是否对地层裂缝进行填充以及进行填充的程度，把地层裂缝分为充填裂缝、没有充填裂缝以及半充填裂缝三种不同的类型。没有充填裂缝在对其进行钻井作业之后会被呈现较高电导率的钻井泥浆填充，具有较小的电阻率，利用电成像测井技术得到的图像中显现出黑线的线性特点。充填裂缝的电成像测井图像资料中则显示出从深到浅的不同种类的色彩，具体为何种颜色是由地层裂缝的充填物质和充填的程度情况来确定的。泥类物质或者黄铁矿物质对地层裂缝进行充填则在获取到的图像上表现出暗色，和没有进行充填的地层裂缝大致相同，方解石对地层裂缝进行填充则在测井图像上表现出白色的高阻特点。所以，识别地层裂缝是否进行了充填只依靠电成像测井技术是无法完成的，应该融合常规测井技术以及地层岩芯的标定信息来进行全面的研究分析。利用常规测井方法获取到的曲线中，泥类物质充填地层裂缝呈现出比上下围岩更好的能谱特点。黄铁矿物质对地层裂缝进行充填形成的发育区域则具有很小的电阻率、较高的比重特征。

5 应力场方向

参照共扼裂缝产状的有关参数，可以识别出古构造应力场的方向，采用电成像测井技术得到的地质图像对共扼裂缝进行判断时，应该具备以下两个条件 ：①地层裂缝倾斜的方向是相对的，之间的角度差值在 180°左右。②地层裂缝会成组存在并且不断发育，每条裂缝会出现交切状态以及两条共同存在，单独存在的 2 条倾斜方向差值在 180°的地层裂缝不确定就是共扼裂缝。与上述情况大致类似，虽然地层裂缝成组的存在并进行发育，如果倾斜方向的角度明显大于或小于 180°的2个组别的地层裂缝，那么它也就不属于共扼裂缝。

参考文献

[1] 综合常规和成像测井资料评价油砂储层[J]. 朱坤，胡友良.国外测井技术. 2016（05）