储层地质与构造地质第四章裂缝

1、第一节第一节 裂缝成因类型裂缝成因类型 第二节第二节 裂缝性表征参数裂缝性表征参数 第三节第三节 裂缝探测和预测方法裂缝探测和预测方法 第四章第四章 储层裂缝储层裂缝 裂缝：指岩石受力发生破裂作用而形成的不连续面 一、裂缝力学成因类型一、裂缝力学成因类型 地层压力、构造应力、围岩压力、孔隙压力三维应力场 正交坐标系下分解： 1最大主应力 2中间主应力 3最小主应力 裂缝类型裂缝类型： 剪裂缝 张裂缝包括扩张裂缝、拉张裂缝 张剪缝 第一节第一节 裂缝成因类型裂缝成因类型 1 1、剪裂缝、剪裂缝 剪切应力剪裂缝 理论情况下理论情况下： 1、2 、3均为压应力，1派生 剪切应力超过临界剪应力， 发生

2、剪切断裂 生成剪裂缝 共轭共轭剪剪裂缝裂缝B、C：位于1两侧，与1呈30锐角相交，与3以某一 钝角相交。共轭剪裂缝共轭裂应力 库仑破裂准则库仑破裂准则： 临界：临界剪应力 o：材料本身的粘结强度 n：作用于该剪切平面的正应力 ：材料的内摩擦系数 共轭角：共轭裂缝中两组剪裂缝之间的夹角 n 0临界 实际地层条件下实际地层条件下： 岩层较均质、主压力较大共轭剪裂缝 岩层非均质、主压力较小趋向不规则剪裂缝（单组） 2 2、张裂缝、张裂缝 张应力张裂缝 张应力超过扩张强度，发生断裂张裂缝 张裂缝一般具有一定开度，有的被后期矿物 充填或半充填 理论情况下理论情况下： 张（岩层裂开方向）3破裂面3 破裂面

3、（1+2）面 根据张应力类型，可将张裂缝分为二种根据张应力类型，可将张裂缝分为二种： 扩张裂缝 拉张裂缝 （1 1）扩张裂缝）扩张裂缝 1、2 、3均为压应力诱导扩张应 力超过临界值，发生扩张生成扩张 裂缝： 扩张应力3破裂面3 破裂面（1+2）面 扩张裂缝常与共轭剪裂缝共生 （2 2）拉张裂缝）拉张裂缝 三个主应力中，至少有一个为拉张应力超过临界值，发生拉张 生成拉张裂缝： 拉张应力i破裂面i 3 3、张剪缝、张剪缝 剪应力张应力张剪缝。先剪后张，或先张后剪。 破裂面上可见擦痕，裂缝具一定开度 拉张裂缝与扩张裂缝拉张裂缝与扩张裂缝： 裂缝形态裂缝形态：相同 形成机理形成机理：不同，扩张裂缝1

4、3为挤压力，诱导扩张应力诱导扩张应力； 而拉张裂缝至少有一个主应力至少有一个主应力i i是拉张力是拉张力，直接由该应力形成 示例示例 褶皱顶部裂缝形成顺序（伴随背斜形成）：垂直长轴的横向裂 缝（扩张裂缝）共轭剪裂缝平行长轴的纵向裂缝（拉张裂 缝） 孔隙压力(Pp)抵消围压作用有效应力： Pp异常打破原来应力场平衡状态岩石易于破裂。 莫尔圆图解：可很好地说明孔隙压力对岩石破坏的促进效应。 正常情况下： 孔隙压力-流体静压力，静水压力； 地层压力-上覆岩石压力，静岩压力。 P P %40 静岩孔隙 PP 地质因素地质因素： 局部构造作用、区域应力作用、收缩作用、卸载作用、风化作用 1 1构造裂缝构

5、造裂缝 构造裂缝：由局部构造作用所形成、或与局部构造作用相伴生的 裂缝，主要是与断层和褶被有关的裂缝。 裂缝的方向、分布和形成均与局部构造的形成和发展相关。 1 1）与断层有关的裂缝）与断层有关的裂缝 裂缝是断层的雏形。断层的两盘岩层沿断裂面具有明显的相对位 移，裂缝则相反。两者一般是伴生关系，应力场一致。 二、裂缝地质成因类型二、裂缝地质成因类型 （1 1）正断层）正断层 1为垂直方向，2和3为水平方 向，断层面实际为剪切面。 与正断层伴生的主要裂缝有： 张裂缝：破裂面3 3为拉张应力拉张裂缝 3为压应力扩张裂缝 剪裂缝：可发育共轭型式的两 组剪裂缝： 一组平行于断层面 另一组与断层面共轭

6、实际岩层中，这二组裂缝并非均 等发育。 （2 2）逆断层）逆断层 1为水平方向，3为垂直方向与逆 断层伴生的裂缝主要为： 扩张裂缝：裂缝面3，扩张 裂缝为水平缝。 剪裂缝：发育共轭剪裂缝 与裂缝发育程度相关的因素有： 距断层面的距离 断层位移量 岩性 岩体总应变 埋深 断层类型 一般地，断层附近裂缝较发育，随着与断层面距离的增加，裂一般地，断层附近裂缝较发育，随着与断层面距离的增加，裂 缝发育程度降低。缝发育程度降低。 另外，据力学实验：断层末端、断层交汇区另外，据力学实验：断层末端、断层交汇区及断层外凸区是应及断层外凸区是应 力集中区，也是裂缝相对发育带。力集中区，也是裂缝相对发育带。 2

7、2）与褶皱有关的裂缝系统）与褶皱有关的裂缝系统 类型类型：横向扩张裂缝与平面：横向扩张裂缝与平面X X剪切缝剪切缝 应力状态应力状态： 1岩层倾向，3 岩层走向，2 岩层层面 岩层沿倾向方向压缩，可形成：沿倾向方向的扩张裂缝及共轭剪 裂缝。该类型中，扩张裂缝为横向裂缝（垂直于构造走向） 类型类型：纵向扩张裂缝与平面：纵向扩张裂缝与平面X X剪切缝剪切缝 应力状态应力状态： 1岩层走向，3 岩层倾向，2 岩层层面 岩层沿走向压缩，可产生：沿走向方向的扩张裂缝和平面X剪切缝 该类型中，扩张裂缝为纵向裂缝（平行于构造走向） 一般地，类型一般地，类型先于类型先于类型： 在产生类型在产生类型的过程中，岩

8、层发生褶皱；而在产生类型的过程中，岩层发生褶皱；而在产生类型的过程的过程 中，应力是对已形成的褶皱进行改造中，应力是对已形成的褶皱进行改造 类型类型：褶皱轴部的拉张裂缝：褶皱轴部的拉张裂缝 岩层褶皱变形中，褶皱轴部局部应力场转化：上部岩层中产生拉 张应力，下部岩层中仍为压应力，中间为中性面(受力前后长度不 变)。 上部岩层中形成拉张裂缝，中性面以下不形成裂缝，只可能形成上部岩层中形成拉张裂缝，中性面以下不形成裂缝，只可能形成 一些缝合线一些缝合线 长轴背斜长轴背斜：拉张裂缝背 斜长轴，为纵向裂缝 短轴背斜和穹窿短轴背斜和穹窿：可形成 二组相互正交的拉张裂缝 （裂缝网络） 向斜向斜：弯曲底部可形

9、成拉张 裂缝 类型类型：平行层面的扩张缝及与其呈锐角相交的剖面：平行层面的扩张缝及与其呈锐角相交的剖面X X剪切缝剪切缝 应力状态应力状态： 1岩层倾向，2岩层走向，3岩层层面。 岩层沿倾向方向压缩，可形成：平行层面的扩张裂缝及与其呈 锐角相交的剖面X剪切缝 2 类型类型：垂直层面的扩张裂缝与剖面：垂直层面的扩张裂缝与剖面X X剪切缝剪切缝 应力状态应力状态： 1 岩层层面，2、3 岩层走向、倾向 可形成：垂直层面的扩张裂缝及与其呈锐角相交的剖面X剪切缝。 类型类型：与层间滑动相伴生的裂缝：与层间滑动相伴生的裂缝 应应力状态力状态： 1、3分别与层面呈一定角度相交，2岩层走向 褶皱过程中可发生

10、层间滑动，形成：层间脱空缝、层间剪切缝 2 2 2、区域裂缝、区域裂缝 盆地区域上大面积内切割所有局部构造（如背斜、向斜等） 的裂缝。成因可能是由于岩层的负载和卸载历史造成的。 特点特点：一般发育二组正交裂缝，其方向分别平行盆地的长轴一般发育二组正交裂缝，其方向分别平行盆地的长轴 和短轴。和短轴。裂缝方位变化较小，几何形态简单且稳定、间距相 对较大，沿延伸方向破裂面两侧无明显水平位移，而且总是 垂直于主层面。 3 3、收缩裂缝、收缩裂缝 指与岩石总体积减小相伴生的张性裂缝的总称。成岩收缩缝。 成因成因： 干缩作用干缩作用：形成干缩裂缝，即泥裂 脱水作用脱水作用：形成脱水收缩裂缝 矿物相变矿物相

11、变：形成矿物相变裂缝 热力收缩作用热力收缩作用：形成热力收缩裂缝 （1 1）干缩裂缝）干缩裂缝 炎热气候粘土沉积物或灰泥沉积物出露地表干燥失水收缩 形态形态： 断面上断面上，呈上宽下窄的楔状“V”字形或“U”字形，裂缝上部宽 度一般小于23cm，深度为几毫米至几十厘米 平面上平面上，裂缝系统呈多边形 该裂缝系统局限发育于较薄的地形暴露面上，且往往被后期沉积该裂缝系统局限发育于较薄的地形暴露面上，且往往被后期沉积 物物所充填，对油气储集意义不大。所充填，对油气储集意义不大。 （2 2）脱水收缩裂缝）脱水收缩裂缝 粘土脱水、凝胶或胶体脱水 脱水作用与干燥作用区别脱水作用与干燥作用区别： 干燥作用仅

12、发生于地表，且为一种干燥作用仅发生于地表，且为一种 机械过程；机械过程；而脱水作用既可发生于脱水作用既可发生于 地表，又可发生于水下或地下，且地表，又可发生于水下或地下，且 为一种化学过程。为一种化学过程。 脱水收缩裂缝形成三维多边形网络， 且裂缝间隔小，形成所谓的“鸡笼鸡笼 状状”，在三维空间均匀分布，并互，在三维空间均匀分布，并互 相连通。相连通。 岩性岩性：泥页岩、粉砂岩、细砂岩、 粗砂岩、石灰岩和白云岩中。 发育这种发育这种裂缝的岩层可形成很好的裂缝的岩层可形成很好的 油气储层。油气储层。 （3 3）矿物相变裂缝）矿物相变裂缝 由于沉积物中碳酸盐或粘土组分的矿物发生相变，引起体积减 小

13、而形成的裂缝。 示例示例： 方解石向白云石转变、蒙脱石向伊利石转变 （4 4）热力收缩裂缝）热力收缩裂缝 指那些受热岩石在冷却过程中发生收缩而形成的裂缝。 示例示例： 火成岩（如玄武岩）中的柱状节理。 4 4、卸载裂缝、卸载裂缝 由于上覆地层的侵蚀而诱导的裂缝。 形成机理形成机理： 上覆地层侵蚀岩层负载减小，应力释放岩层内部力学薄 弱界面产生膨胀、隆起和破裂形成裂缝 地形起伏较大地下岩层承受的静水压力在横向上出现差异 流体横向运移，若运移流体与深部高压剖面或连续含水层 相通增加流体压力梯度形成天然水压裂缝 5 5、风化裂缝、风化裂缝 地表或近地表，与各种机械和化学风化作用（如冻融循环、 小规模

14、岩石崩解、矿物蚀变和成岩作用）及块体坡移有关的 裂缝。 一、裂缝基本参数：一、裂缝基本参数：可在野外露头和岩心上直接测量 裂缝宽度、大小、产状、间距、密度、充填性质等。 1 1、裂缝宽度（张开度）、裂缝宽度（张开度）： 指裂缝壁之间的距离。 实际油藏岩石中，裂缝宽度往往变化很大 裂缝宽度与裂缝孔隙度和渗透率，特别是 渗透率关系很大。 2 2、裂缝大小、裂缝大小： 指裂缝长度及其与岩层的关系。 平面上，裂缝长度难于准确获取，但裂缝与岩层的关系较容易观测。 据裂缝切穿岩层的情况，可将裂缝分为二类： 一级裂缝：切穿若干岩层 二级裂缝：局限于单层内 第二节第二节 裂缝性表征参数裂缝性表征参数 3 3、

15、裂缝间距、裂缝间距： 指两条裂缝之间的距离。 对于岩石中同一组系的裂缝，应对其间距进行测量。裂缝间距变化较大，由几 毫米可变化到几十米。 4 4、裂缝密度、裂缝密度： 反映裂缝的发育程度。 据测量参照系的不同，可分为三种密度类型： （1 1）线性裂缝密度（）线性裂缝密度（L LfD fD，简称线密度） ，简称线密度） 指与一条直线(垂直于流动方向的直线或岩心中线)相交的裂缝条数与该直线长 度的比值。与流体流动的方向有关。 LfD：线密度，或称裂缝频率、裂缝率； LB：所作直线的长度； nf：与所作直线相交的裂缝数目。 B f fD L n L （2 2）面积裂缝密度（）面积裂缝密度（A AfD

16、 fD，简称面密度） ，简称面密度）：与流体流向有关。 指流动横截面上裂缝累计长度与该横截面积的比值。 AfD：面积裂缝密度； L：裂缝总长度； nf：裂缝总条数； l：裂缝平均长度； SB：流动横截面积。 （3 3）体积裂缝密度（）体积裂缝密度（V VfD fD，简称体密度） ，简称体密度） 指裂缝总表面积与岩石总体积的比值。静态静态参数参数。 S：裂缝总表面积； VB：岩石总体积。 B fD V S V B f B fD S ln S L A 5 5、裂缝产状、裂缝产状：裂缝走向、倾向和倾角。 岩心描述中，据裂缝与岩心横截面夹角，分为四个类别： 水平缝：夹角为015 低角度斜交缝：夹角为1

17、545 高角度斜交缝：夹角为4575 垂直缝：夹角为7590 获取方法获取方法： 在野外露头、岩心上直接测量； 通过测井解释获取裂缝产状。 6 6、裂缝性质、裂缝性质 主要有：裂缝张开与闭合性质、裂缝充填情况和裂缝壁特性等。 据裂缝的张开与闭合性质及充填情况，可分为四类： （1 1）张开缝）张开缝 缝宽较大，基本无充填物，为有效裂缝，流体可在其中流动。 水平缝 低角度斜交缝 垂直缝 高角度斜交缝 （2 2）闭合缝）闭合缝 基本闭合，基本无充填物。有效性需正确分析。 （3 3）半充填缝）半充填缝 裂缝间隙被充填物部分地充填。 常见的充填矿物：石英、方解石和泥质。属于有效缝。 实际有效空间：未被矿

18、物充填的部分。 （4 4）全充填缝）全充填缝 裂缝完全被充填物质充填，有效缝宽为零。无效缝。 流体渗流隔板。 双重孔隙介质（两种孔隙度系统）： 基质岩块孔隙介质：孔隙分布比较均匀； 裂缝和（或）溶洞孔隙介质：孔隙分布很不均匀。 裂缝孔隙度：裂缝孔隙体积与岩石体积之比。 f：裂缝孔隙度，一般f0.5%； Vf：裂缝孔隙体积；V：岩石体积。 获取方法： 通过裂缝宽度与密度求取 特殊岩心分析 三维岩心试验 测井资料解释 %100 V V f f 二、裂缝孔隙度二、裂缝孔隙度 利用裂缝宽度和密度求取裂缝孔隙度法利用裂缝宽度和密度求取裂缝孔隙度法： 岩心观测裂缝平均宽度和体积密度： 又：裂缝总体积为裂缝

19、总表面积与平均裂缝宽度的乘积，即 所以： 因：岩心裂缝体积密度不容易获得，而裂缝面积密度较容易，故： f ：裂缝面孔率； Sf：测量截面上裂缝总面积； S：测量截面积； b：测量截面上裂缝平均宽度； L：测量截面上裂缝总长度。 裂缝孔隙度与裂缝宽度和密度成正比。标量，无方向性裂缝孔隙度与裂缝宽度和密度成正比。标量，无方向性 bV V bS V V fD f f bSVf bA S bL S S fD f f B fD V S V 岩石总体积 裂缝总表面积 双重孔隙介质渗透率：岩石总渗透率是这两种渗透率之和。 基岩渗透率基岩渗透率：基岩孔隙度大，但连通性较差基岩渗透率较低； 裂缝渗透率裂缝渗透率

20、：裂缝孔隙度很小，但连通性很好裂缝渗透率很高， 可相当于基岩渗透率数百倍至数千倍以上。 三、裂缝渗透率三、裂缝渗透率 裂缝渗透率裂缝渗透率：固有裂缝渗透率、岩石裂缝渗透率固有裂缝渗透率、岩石裂缝渗透率 1 1、固有裂缝渗透率（、固有裂缝渗透率（K Kff ff） ） 指流体沿单一裂缝或单一裂缝组系流动而与周围基岩无关的裂缝 渗透率。 裂缝裂缝： 裂缝平行于流动方向，根据流体驱动力与粘滞力平衡方程，可知 单位时间内通过该裂缝的实际流量Qf： l PPb baQ f )( 12 21 2 又：根据达西定律，流经截面ab的流量Q可表达为： 由上述两式，可得固有裂缝渗透率Kff： l PP k baQ

21、 ff )( 21 12 2 b k ff 裂缝裂缝： 裂缝与流动方向的夹角为，则裂缝的固有裂缝渗透率： a：裂缝长度 b：裂缝宽度 ：裂缝与流动方向的夹角 固有裂缝渗透率与裂缝宽度以及裂缝与流动方向的夹角有关固有裂缝渗透率与裂缝宽度以及裂缝与流动方向的夹角有关 2 2 cos 12 b k ff 2 2、岩石裂缝渗透率、岩石裂缝渗透率 指将裂缝与基质岩块作为统一的流体动力学单元所计算的裂缝渗 透率。常用裂缝渗透率。 裂缝裂缝： 根据达西方程，单位时间内流过截面ah的流量Q ： 与实际流量Qf相比，可得岩石裂缝渗透率Kf： 裂缝裂缝：岩石裂缝渗透率Kf 岩石裂缝渗透率与固有裂缝渗透率的关系：

22、l PP k haQ f )( 21 h b k f 12 3 2 3 cos 12h b k f ffff kk 多条裂缝并存多条裂缝并存：裂缝渗透率为所有单一裂缝渗透率之和。 示例示例： 存在一个由两组裂缝组系(以A组、B组表示)构成的裂缝网络， A 组具有n条裂缝，B组具有m条裂缝，则岩石裂缝渗透率： 3、裂缝性储层总渗透率 裂缝性储层总渗透率为岩石裂缝渗透率与基质岩块渗透率之和： Kt：岩石总渗透率； Kf：常规裂缝渗透率； Km：基质岩块渗透率。 由于由于K Kf f与流动方向有关，因此储层总渗透率也取决于流动方向。与流动方向有关，因此储层总渗透率也取决于流动方向。 不同的流动方向上

23、具有不同的总渗透率大小。向量，各向异性不同的流动方向上具有不同的总渗透率大小。向量，各向异性 n i m j jif bb h K 11 3232 coscos 12 1 mft kkk 1 1、裂缝型储层：、裂缝型储层：m、Km 0，f、Kf 基质岩块基质岩块：既无储能，又无产能。 岩石裂缝岩石裂缝：孔、渗性远大于基质岩块孔、渗性，由裂缝提供储能 和产能。 岩性类型岩性类型：裂缝型泥岩、变质岩、泥质灰岩储层大都属于此类。 2 2、裂缝性特低渗、裂缝性特低渗- -致密储层：致密储层：mf，KmKf 基质岩块基质岩块：具储能，但渗透率低，基本无产能； 岩石裂缝岩石裂缝：对储能贡献不大，作为渗透通

24、道，提供基本渗透率。 3 3、裂缝性常规储层：、裂缝性常规储层：m f，KmKf 基质岩块基质岩块：常规储层，具有储能和产能。 岩石裂缝岩石裂缝：主要作为渗流通道，仅加大储层渗流能力。 四、裂缝性储层分类四、裂缝性储层分类 主要有：露头（岩心）裂缝测量分析、地下裂缝探测与预测。 地下裂缝探测地下裂缝探测： 直接探测方法直接探测方法：岩心观察、井下照相、压痕封隔器等； 间接探测方法间接探测方法：测井、试井、地震解释等方法。 地下裂缝预测地下裂缝预测：曲率法、地应力法和数值模拟法 第三节第三节 裂缝探测和预测方法裂缝探测和预测方法 1 1、露头裂缝测量内容、露头裂缝测量内容 系统裂缝和非系统裂缝测

25、量手段不同。 系统裂缝系统裂缝： 指相互平行、成组出现、组内每个裂缝产状相对稳定的裂缝。 非系统裂缝非系统裂缝： 指空间展布无规律的裂缝。 一、露头裂缝测量分析方法一、露头裂缝测量分析方法 A A、系统裂缝测量内容、系统裂缝测量内容 测点岩层特征测点岩层特征：测点序号、层位、岩性、岩层产状、岩层层厚。 裂缝基本参数裂缝基本参数： (1)(1)裂缝产状裂缝产状：对平行的系统裂缝，测定其中任一裂缝的产状作为 这组裂缝的产状；对于产状略有变化的系统裂缝，测定3-4个有代 表性产状，取其平均值； (2)(2)裂缝间距裂缝间距：垂直裂缝面走向测量，所测数目越多越好，一般需 取10个数据以上； (3)(3

26、)裂缝平整度裂缝平整度； (4)(4)裂缝充填物及析出物裂缝充填物及析出物：记录其成分、厚度及充填的完整程度； (5)(5)裂缝力学性质裂缝力学性质：张、剪、张剪、不确定； (6)(6)裂缝宽度裂缝宽度； (7)(7)裂缝延伸性裂缝延伸性：测定裂缝面的延伸长度。但由于露头的限制，往 往观察不到裂缝的全长，由此主要根据裂缝在露头的贯通程度加 以确定； (8)(8)裂缝贯穿性裂缝贯穿性：测定裂缝切层方向的长度，实际上是统计切穿层 的数目以确定其贯穿性。 B B、非系统裂缝测量内容、非系统裂缝测量内容： 稀疏发育的非系统裂缝稀疏发育的非系统裂缝：选择两个垂直方向线测量裂缝间隔； 密集发育的非系统裂缝

27、密集发育的非系统裂缝：测量被裂缝分隔的基岩块体的尺度。 稀疏发育的非系统裂缝测量密集发育的非系统裂缝测量 2 2、露头裂缝测量数据的分析方法、露头裂缝测量数据的分析方法 （1 1）裂缝产状）裂缝产状 褶皱前形成的裂缝要作层面复原放平处理，复原后可进行区域性对比。 裂缝发育的先后关系：交切关系、应力场配套关系。最后作出不同期次裂缝产 状复原后的真走向玫瑰花图，放到测点上，并对其进行优势方位的对比分析。 （2 2）裂缝密度）裂缝密度 分析方法：直方图统计 分析参数：不同岩性中裂缝的密度分布，包括面密度和线密度。 另外：裂缝密度与断层(包括与断面距离、断层位移、断层性质的关系)、褶皱 不同构造部位关

28、系的统计分析，定量分析断层和褶皱对裂缝发育程度的控制作 用。 （3 3）裂缝延伸性和贯穿性）裂缝延伸性和贯穿性 分析其和裂缝性质的关系，不同等级的比例，平面上是否能构成网络，不同层 能否相互沟通。初步确定油藏裂缝的渗透性能。 （4 4）裂缝与岩性和层厚的关系）裂缝与岩性和层厚的关系 裂缝发育方式、发育程度与岩性及层厚关系的统计分析。 （5 5）裂缝性质与配套关系）裂缝性质与配套关系 可为裂缝成因研究、构造发育历史及古构造应力场等的研究提供参考资料。 （6 6）裂缝与区域构造及构造部位的关系）裂缝与区域构造及构造部位的关系 分析裂缝与主压应力、断层、褶皱等之间的关系。 对于明显受断层或褶皱控制的

29、裂缝，要定量分析裂缝方位、密度和断面走向、 断层性质、断层位移与断层距离等之间的关系；裂缝密度和褶皱构造部位、岩 层曲率等方面的关系。 分析露头构造样式与地下构造样式的相似性，如露头构造样式与地下构造相似， 成因一致，而且出露的岩层为目的层岩石，相距不远，则这些露头区，被称为 地下储层的相似露头区。相似露头区的裂缝参数可直接与储层作对比。 1 1、岩心裂缝观测内容、岩心裂缝观测内容 （1 1）裂缝基本参数）裂缝基本参数：与露头裂缝观测内容大体相似 连续取心段找出裂缝发育段进行全岩心和岩心薄片观测含裂缝岩层特征， 裂缝组系、产状、宽度、密度、充填特征、溶蚀情况、相对大小及连续性等。 确定裂缝面真

30、实产状确定裂缝面真实产状： 需识别裂缝所在的岩心的层面； 确定该层面的倾向（针对非水平岩层）。 确定该层面倾向的途径确定该层面倾向的途径： 从构造等高线图上量取某一层的产状作为该层的层面产状； 利用地层倾角测井成果图，量取与岩心相同深度段的产状； 利用古地磁定向。 二、岩心裂缝观测研究法二、岩心裂缝观测研究法 （2 2）裂缝孔隙度和裂缝渗透率）裂缝孔隙度和裂缝渗透率 全岩心实验测试方法； 利用裂缝宽度、密度等参数计算孔隙度和渗透率法。 （3 3）裂缝系统成因）裂缝系统成因 确定裂缝成因类型、裂缝形成的主应力方向、不同组系裂缝的形成时间及与构 造运动的关系。要注意区分天然裂缝和诱导裂缝。 （4

31、4）裂缝分布与深度、岩石性质的关系）裂缝分布与深度、岩石性质的关系 确定裂缝发育程度与深度的关系，及裂缝发育程度与岩石类型、岩石组构（粒 度、层理、基岩孔隙度等）及岩层厚度的关系。 2 2、利用岩心裂缝资料预测井间裂、利用岩心裂缝资料预测井间裂 缝分布缝分布 （1 1）预测裂缝方向）预测裂缝方向 岩心观测裂缝产状将走向(或倾 向)资料按井点统计成玫瑰花图或 水平投影网图根据构造上各井 点的优势裂缝方向，判断出构造 的裂缝方向。 （2 2）预测裂缝发育带）预测裂缝发育带 取心井较多利用岩心裂缝资料 预测井间裂缝发育带。 通常是根据岩心裂缝密度LfD编制 构造裂缝等密度图，以反映构造 裂缝的发育情

32、况。 3 3、岩心裂缝研究法的局限性、岩心裂缝研究法的局限性 裂缝十分发育井段，钻井时地层易破碎，取心收获率不高， 地下裂缝样品不易取出； 取心井段有限，取心所揭示的地层很薄，不能反映全井的裂 缝发育情况； 钻井是“一孔之见”，有些井虽然取心未见裂缝，但不能排 除取心井周围地层中有裂缝存在，这与裂缝的密度有关。 主要利用井眼周围的裂缝对测井仪器的异常响应(如井径、电阻 率、声波等)来间接探测裂缝(除井下声波电视外)。 探测裂缝的测井方法探测裂缝的测井方法： 电阻率测井、地层倾角测井、地层微电阻率扫描测井、声波全波 测井、补偿密度测井、电磁波测井、井径测井、井温测井、井下 声波电视等。 三、探测

33、裂缝的测井方法三、探测裂缝的测井方法 1 1、电阻率测井、电阻率测井 原理原理：裂缝发育层段，钻井泥浆或泥浆滤液侵入地层电阻率明 显低于围岩电阻率：表现为高电阻率背景上的相对低值电阻率。 常使用双侧向(DLL)和微球聚焦测井(MSFL)，有二大优点： 侧向测井使发射电流线集中流入地层，减小井眼和围岩的影响； 双侧向测井中的深、浅侧向反映不同探测范围的电阻率：深侧向 原始地层电阻率，浅侧向裂缝带受泥浆滤液侵入的地层电阻 率。裂缝发育层段：深、浅侧向电阻率均降低，浅侧向电阻率比 深侧向降低得更明显出现幅度差(一般为正差异)，且裂缝愈发 育，差异程度愈大。据此，可对裂缝发育程度（孔隙度）进行半 定量

34、估算。 f：裂缝孔隙度 m：地层胶结指数 a：经验系数 m=13.5、 a=1 电阻率幅度差不仅与裂缝发育程度有关，还与裂缝角度、裂缝中电阻率幅度差不仅与裂缝发育程度有关，还与裂缝角度、裂缝中 的流体性的流体性质、岩性、地应力异常等因素有关。质、岩性、地应力异常等因素有关。 m lldllsmff CCaR)( 2 2、地层倾角测井、地层倾角测井 基本原理基本原理： 测井仪有相互垂直的四条极板，可测：四条微电阻率曲线以及方 位、井斜、井径等共九条曲线。当地层出现裂缝时，触及裂缝的 极板会出现电导率异常。 典型裂缝类型测井响应特征典型裂缝类型测井响应特征： 水平裂缝：4条微电导率曲线在同一深度上

35、出现尖刺状异常； 斜交缝： 4条电导率曲线在不同深度出现异常，弯曲虹状； 垂直缝： 一般为一对对应极板上出现电导异常，且异常井段相 对较长，这主要是由于垂直缝常在井壁上形成槽沟， 极板常被限制在槽沟内运动，故对应极板出现异常； 网状裂缝：在4条微电导率曲线上均有高电导异常，但形状和数 值不完全相同，出现深度也不一样。 其它方法其它方法： 相邻极板曲线进行叠加，得到新曲线，能更容易地识别裂缝。 利用玫瑰花图、椭圆井眼长轴方向图确定裂缝方向。 3 3、地层微电阻率扫描测井、地层微电阻率扫描测井 （FMSFMS） 基本原理基本原理： 四个相互垂直的极板，每个 极板有16个电极，可测出64 条微电阻率

36、曲线：可得到全 方位图象，通过处理，能够 更形象、更准确地反映地层 内裂缝的产状（走向、倾向 和倾角）。 4 4、声波全波测井、声波全波测井 基本原理基本原理： 记录从发射探头出发经泥浆和地层到达接收探头的声波波列， 包括：纵波、横波、泥浆波和斯通利波等(依到达按收探头的时 间先后顺序)，其振幅和频率各有特征。 目前：主要应用纵波、横波和斯通利波的幅度衰减幅度衰减和波形扰动波形扰动 特征来识别裂缝带。 （1 1）幅度衰减）幅度衰减 致密层段：声波能量衰减少，不同深度的波形曲线几乎一致。 裂缝层段：声波幅度发生较大程度衰减，从而可指示裂缝存在； 裂缝越发育，衰减程度越大。 纵波、横波纵波、横波：

37、 一种体波，其能量衰减程度反映地层吸收声波能力的大小。纵、 横波幅度衰减程度既与裂缝发育程度有关，亦与裂缝倾角有关。 高角度裂缝高角度裂缝：纵波能量衰减较大，横波能量衰减相对较小； 水平缝、低角度缝水平缝、低角度缝：纵波能量衰减相对较小，横波能量衰减较 大。 斯通利波斯通利波： 一种管波 在井眼内沿井壁传播的界面波，其幅度衰减机理与 纵、横波不同。 传播过程中，斯通利波与裂缝中的流体发生能量交换幅度衰减。 无泥饼的情况下 ，斯通利波的幅度衰减可很好地指示裂缝段的 存在及其发育程度，据此还可半定量地计算裂缝渗透率。 （2 2）波形扰动）波形扰动 该现象常在声波变密度图上进行识 别。 在声波变密度

38、图上，时间和深度用 黑白相间的条带表示：声波波形的 正幅度（正半周）为深色，其明暗 程度与声波幅度（能量）成正比， 幅度越大，颜色越深；负幅度（负 半周）为白色。 致密无裂缝段致密无裂缝段：变密度图为笔直的 黑白条带，且幅度衰减小； 裂缝段裂缝段：由于裂缝切割井眼，形成 上下两个拐角，因此无论发射探头 还是接受探头，都会因拐角的绕射 作用、裂缝对声波的吸收作用等， 使全波波形发生扰动，反映在变密 度图上是条带发生扭曲畸变或中断 现象。 5 5、井下声波电视、井下声波电视 一种声波扫描器，它基于声波的反射、散射原理，用定向高频电 波束对井壁进行360扫描，然后接收从井壁反射回来的回波信 号(声波

39、幅度和返回时间)，最后利用电子束在示波器上扫描，将 回波信号强度的变化转换成荧光屏上扫描线亮度的变化，从而得 到井壁图象(即井壁展开图象)。 无裂缝致密段无裂缝致密段：地层吸收声波的能力弱，回波信号强，井壁图 象显示为白色； 裂缝井段裂缝井段：裂缝处发生声幅衰减，图象显示为深色。 该方法在井壁图象上可直接观测裂缝，这是目前唯一能“看见” 地下裂缝的测井方法。 曲率是反映某一线、面弯曲程度的数学参数。Murray(1968)首次应用曲率法研 究和评价构造裂缝。 曲率法研究对象：岩层弯曲变形而形成的拉张裂缝。曲率法研究对象：岩层弯曲变形而形成的拉张裂缝。 岩层受力弯曲后，中性面以上的地层承受拉张应

40、力，当拉张应力超过岩石抗 拉强度时，便形成拉张裂缝。 假设岩层为完全的弹性体，则岩石拉张应力与岩层弯曲程度成正比，即：当 岩层弯曲达到一定程度后，岩层开始破裂，且弯曲程度越大，岩层破碎强度愈 大，裂缝愈发育。 由于曲率是弯曲程度的表征，因此可用岩层曲率来预测和评价构造裂缝。 曲率是一个矢量曲率是一个矢量，既有大小，又有方向，既有大小，又有方向。岩层弯曲变形出现拉张裂缝时，裂缝。岩层弯曲变形出现拉张裂缝时，裂缝 走向垂直于主走向垂直于主曲率方向，裂缝发育程度则与主曲率大小成正比。曲率方向，裂缝发育程度则与主曲率大小成正比。 四、预测构造裂缝的曲率法四、预测构造裂缝的曲率法 1 1、曲率与裂缝孔隙

41、度、曲率与裂缝孔隙度 A A、单一方向拉张裂缝、单一方向拉张裂缝 设：岩层中性面以上的厚度为H（m），岩层弯曲的曲率半径为R （m），则根据岩层变形前后的面积变化，可求得岩层裂缝孔隙 度f（f）： 由于RH，可将上式分母中的H忽略，则： 因为： 所以： B B、多方向拉张裂缝（如正交拉张裂缝）、多方向拉张裂缝（如正交拉张裂缝） HR H f 2 R H f 2 （曲率） 2 2 1 dx zd R 2 2 2dx zdH f 2 2 2 2 2dy zd dx zdH fyfxf 2 2、曲率与渗透率、曲率与渗透率 根据Lamen（1932）提出的流量平板公式， 可推导出曲率与渗透 率的关系为

42、： Kf：裂缝渗透率，um2； e：裂缝间距，m； ：x方向曲率值，1m； H：中性面以上岩层厚度，m。 3 3、临界曲率、临界曲率 岩层弯曲过程中形成拉张裂缝所要求的最小曲率值。岩层弯曲过程中形成拉张裂缝所要求的最小曲率值。 E：岩石弹性模量 H：产层厚度 已知：岩层厚度已知：岩层厚度+通过岩石力学实验可得到：临界应力、弹性通过岩石力学实验可得到：临界应力、弹性 模量模量 计算临界曲率值。计算临界曲率值。 计算值比实际值小，需用岩心和生产计算值比实际值小，需用岩心和生产测试等资料进行验证和修改。测试等资料进行验证和修改。 3 2 2 2 )( 48 1 dx zd Hek f 2 2 dx zd ）（ 临界2 2 dx zd HE 4 4、曲率图的编制和应用、曲率图的编制和应用