第6章 地层倾角_2008

1、第六章第六章 地层倾角测井及其地质应用地层倾角测井及其地质应用 地层倾角测井在井中测量地层层面的倾角和方位角。根据地层倾角测井数据地层倾角测井在井中测量地层层面的倾角和方位角。根据地层倾角测井数据可确定有无构造变化；对计算的数据进行综合的分析研究，可提供鉴别断层、不可确定有无构造变化；对计算的数据进行综合的分析研究，可提供鉴别断层、不整合、交错层、沙坝、岩礁、河床沉积、盐丘周围的构造变形、地层的裂缝和破整合、交错层、沙坝、岩礁、河床沉积、盐丘周围的构造变形、地层的裂缝和破碎带方面的资料；还可利用地层倾角测井资料研究沉积环境、岩相古地理。碎带方面的资料；还可利用地层倾角测井资料研究沉积环境、岩相

2、古地理。1013地层倾角测井仪（地层倾角测井仪（1978年）年）1016地层倾角测井仪（地层倾角测井仪（1988年）年）SHDT地层倾角测井仪（地层倾角测井仪（90年后）年后）SED地层倾角测井仪（地层倾角测井仪（1993年）年）阿特拉斯阿特拉斯斯伦贝谢斯伦贝谢哈里伯顿哈里伯顿HDT地层倾角测井仪（地层倾角测井仪（90年前）年前）第一节第一节 地层倾角测井原理地层倾角测井原理一、测量地层倾角的原理一、测量地层倾角的原理 地层倾角测井根据三点可以成一平面的道理，用井下仪器在井中测出同一地层倾角测井根据三点可以成一平面的道理，用井下仪器在井中测出同一层面的三个或三个以上的点，根据这些点就可绘出地层

3、的层面。从图上可以看层面的三个或三个以上的点，根据这些点就可绘出地层的层面。从图上可以看出，如果有一地层面，当带有四组电极系的仪器通过该层面时，将测出四条带出，如果有一地层面，当带有四组电极系的仪器通过该层面时，将测出四条带拐点的电阻率曲线。这四个拐点的深度分别为拐点的电阻率曲线。这四个拐点的深度分别为Z1、Z2、Z3、Z4，它们代表地，它们代表地层面上四个点的深度。如果地层是水平的，则层面上四个点的深度。如果地层是水平的，则Z1、Z2、Z3、Z4相等；如果地相等；如果地层是倾斜的，则层是倾斜的，则Z1、Z2、Z3、Z4不相等，即不相等，即Z1、Z2、Z3、Z4之间有高度差，之间有高度差，也叫

4、高程差，根据这些高度差就可绘出一个倾斜的平面来。也叫高程差，根据这些高度差就可绘出一个倾斜的平面来。如果井孔垂直，高程差确定的层面的倾如果井孔垂直，高程差确定的层面的倾角就是地层的真倾角。但实际上井孔并角就是地层的真倾角。但实际上井孔并不垂直，因而必须配合井孔倾斜的资料，不垂直，因而必须配合井孔倾斜的资料，才能算出地层的真倾角来。再配合井下才能算出地层的真倾角来。再配合井下仪器的方位，或四组电极系中的一组的仪器的方位，或四组电极系中的一组的方位，就可确定地层的方位。方位，就可确定地层的方位。要确定地层倾角和方位角，必须具有三要确定地层倾角和方位角，必须具有三条或四条地层电阻率曲线、井孔的倾角条

5、或四条地层电阻率曲线、井孔的倾角和方位角资料、一组电极系的方位角资和方位角资料、一组电极系的方位角资料。地层倾角测井仪就是为取得上述资料。地层倾角测井仪就是为取得上述资料而设计的。料而设计的。二、地层倾角仪二、地层倾角仪 仪器能测出层面上三个点叫三臂式地层倾角仪；能同时测出层面上四个点，仪器能测出层面上三个点叫三臂式地层倾角仪；能同时测出层面上四个点，叫四臂式地层倾角仪。四臂式有四个互成叫四臂式地层倾角仪。四臂式有四个互成90的推靠臂，每个臂上都安装同样的的推靠臂，每个臂上都安装同样的一组电极系。当仪器在井中移动时，每个推靠臂都使电极系紧贴井壁，并连续测一组电极系。当仪器在井中移动时，每个推靠

6、臂都使电极系紧贴井壁，并连续测量出一条反映井壁地层电阻率变化的曲线。它包括以下几个主要部分：量出一条反映井壁地层电阻率变化的曲线。它包括以下几个主要部分： 一二三 （一）互成（一）互成900的四个臂，即可塑性橡胶极板，板上有电极用来测量电阻率的四个臂，即可塑性橡胶极板，板上有电极用来测量电阻率曲线。四个臂采用油压装置系统，可以指示井径的变化，测得两条井径曲线。曲线。四个臂采用油压装置系统，可以指示井径的变化，测得两条井径曲线。 （二）仪器上部是定方位装置，用磁罗盘连续测量（二）仪器上部是定方位装置，用磁罗盘连续测量号极板的方位角和号极板的方位角和号号极板与井斜方向的相对方位角；极板与井斜方向的

7、相对方位角； （三）利用井斜重锤测量井斜角；（三）利用井斜重锤测量井斜角； （四）顶部为电子仪器部分，装有一个旋转头和弹簧扶正器，旋转头使仪器（四）顶部为电子仪器部分，装有一个旋转头和弹簧扶正器，旋转头使仪器在测井时的自转减到最小，以保证能获得精确的结果。弹簧扶正器使仪器轴线在测井时的自转减到最小，以保证能获得精确的结果。弹簧扶正器使仪器轴线与井眼轴线一致，确保测得准确的井眼偏离的位移。与井眼轴线一致，确保测得准确的井眼偏离的位移。 仪器正常的测井速度大约为每分钟仪器正常的测井速度大约为每分钟79米，测得的各种数据同时进行数字米，测得的各种数据同时进行数字记录。一次下井同时记录记录。一次下井同

8、时记录910条曲线，它们是：条曲线，它们是： （1）四条浅聚焦电导率曲线；）四条浅聚焦电导率曲线； （2）二条微井径曲线；）二条微井径曲线； （3）一条）一条号极板的方位角曲线；号极板的方位角曲线； （4）一条）一条号极板与井斜方向的相对方位角曲线；号极板与井斜方向的相对方位角曲线； （5）一条）一条井斜角曲线；井斜角曲线； （6）一条电缆张力曲线，显示测井过程中对四个臂的加压情况。）一条电缆张力曲线，显示测井过程中对四个臂的加压情况。利用上述曲线就可计算出地层层面的倾角和倾斜方位角。利用上述曲线就可计算出地层层面的倾角和倾斜方位角。 利用仪器所测的利用仪器所测的4 4条或条或8 8条微电导率

9、曲线，采用相关对比的条微电导率曲线，采用相关对比的数学计算方法。在每对曲线之间采用合适的对比长度和探索长数学计算方法。在每对曲线之间采用合适的对比长度和探索长度进行相关对比，计算出所有相关系数，从中找出最大相关系度进行相关对比，计算出所有相关系数，从中找出最大相关系数，得到最佳曲线匹配位置，从而计算出两条微电导率之间的数，得到最佳曲线匹配位置，从而计算出两条微电导率之间的高程差。把每条微电导率曲线都与其它各曲线对比，总共得到高程差。把每条微电导率曲线都与其它各曲线对比，总共得到6 6组或组或2828组高程差。每三个高程差可以确定一个地层面，计算组高程差。每三个高程差可以确定一个地层面，计算出其

10、法向量，在所有按以上方法确定的地层面中，用最小二乘出其法向量，在所有按以上方法确定的地层面中，用最小二乘法找出一个最佳的地层面（和方差最小者），认为该平面就是法找出一个最佳的地层面（和方差最小者），认为该平面就是这一位置的地层层面。最后按其法向量得到该位置地层的倾角这一位置的地层层面。最后按其法向量得到该位置地层的倾角和倾斜方位。和倾斜方位。在碳酸盐岩、花岗片麻岩等硬地层中，当倾角仪器的一个极在碳酸盐岩、花岗片麻岩等硬地层中，当倾角仪器的一个极板碰到裂缝时，由于裂缝中充满泥浆的缘故，因此所测电导板碰到裂缝时，由于裂缝中充满泥浆的缘故，因此所测电导率数值明显偏高。与此同时，没有碰到裂缝的极板，测

11、到的率数值明显偏高。与此同时，没有碰到裂缝的极板，测到的电导率数值明显偏低，二者相对比较之下，就会有明显的差电导率数值明显偏低，二者相对比较之下，就会有明显的差异。通过相邻极板曲线的互相比较，可以把裂缝信息确定出异。通过相邻极板曲线的互相比较，可以把裂缝信息确定出来。不难理解，当确定出某一个极板碰到裂缝面时，相应的来。不难理解，当确定出某一个极板碰到裂缝面时，相应的裂缝面的延伸方向，就是该极板的方位。把裂缝信息分别显裂缝面的延伸方向，就是该极板的方位。把裂缝信息分别显示在四条极板方位曲线上，叫做裂缝识别图。而且裂缝识别示在四条极板方位曲线上，叫做裂缝识别图。而且裂缝识别程序能够按照给定的井段，

12、做成裂缝发育方位频率图。程序能够按照给定的井段，做成裂缝发育方位频率图。三、处理成果显示三、处理成果显示地层倾角测井资料计算机处理有两种显示方法：一是打印成数据表，二是图形显示。（一）数据表（一）数据表 数据表分原始数据表和最终成果表，其中第一种表是必列的，第二种表数据表分原始数据表和最终成果表，其中第一种表是必列的，第二种表是可选择的。是可选择的。1.原始数据表原始数据表原始数据表包括：深度、井斜角原始数据表包括：深度、井斜角、井斜相对方位角、井斜相对方位角、号极板的方位角号极板的方位角、-臂井径臂井径D1,3、-臂井径臂井径D2,4、四个高程、四个高程Z1、Z2、Z3、Z4。2.解释成果表

13、解释成果表解释成果表包括：深度、窗长、地层倾角、地层倾斜方位、地层倾斜象限解释成果表包括：深度、窗长、地层倾角、地层倾斜方位、地层倾斜象限方位、置信度、井斜角、井斜方位、井斜象限方位。方位、置信度、井斜角、井斜方位、井斜象限方位。（二）成果图1.矢量图矢量图矢量图也叫“蝌蚪图”，可由人工绘制，也可由计算机输出。图a是矢量图表示的内容。图中纵坐标为深度，横坐标为倾角，横坐标的比例尺是非线性的。黑点上的短线表示地层的方位角度，以极坐标表示。图上的黑点表示地层在840米深、向北东倾斜30、倾角为20。2.棒状图棒状图 棒状图是一个可在任意所需剖面上作出的倾角显示图。它棒状图是一个可在任意所需剖面上作

14、出的倾角显示图。它反映地层倾角（视倾角或真倾角）随深度的变化情况。反映地层倾角（视倾角或真倾角）随深度的变化情况。 图中纵坐标表示深度，短线表示在某一选定的横剖面上的视图中纵坐标表示深度，短线表示在某一选定的横剖面上的视倾角。这种图常用来作地层对比和绘制横剖面图。倾角。这种图常用来作地层对比和绘制横剖面图。3.施密特图施密特图 施密特图是一种极坐标图，当地层倾角矢量比较复杂，分布范围较大，不施密特图是一种极坐标图，当地层倾角矢量比较复杂，分布范围较大，不易鉴别出构造倾角时，可将某一井段的倾角资料标到图上来进行分析，从倾角易鉴别出构造倾角时，可将某一井段的倾角资料标到图上来进行分析，从倾角的主要

15、集中方向来判断该井段的构造倾角值。的主要集中方向来判断该井段的构造倾角值。 从极坐标的顶部开始，规定地层倾斜方位角为上北、下南、左西、右东共从极坐标的顶部开始，规定地层倾斜方位角为上北、下南、左西、右东共分为分为3600，倾角的标度由同心圆组成，以中心为零度，每，倾角的标度由同心圆组成，以中心为零度，每10度画一个同心圆，最度画一个同心圆，最外面一个圆为外面一个圆为900。将给定井段内各对比点的倾角大小和倾向标在图上，就会发。将给定井段内各对比点的倾角大小和倾向标在图上，就会发现它们往往形成一个集中区。从圆心到集中区的中心画一箭头指向圆外，此箭现它们往往形成一个集中区。从圆心到集中区的中心画一

16、箭头指向圆外，此箭头的方向就表示该井段的构造倾角的方位，而集中区的中心位置（即半径大小）头的方向就表示该井段的构造倾角的方位，而集中区的中心位置（即半径大小）即指出构造倾角的大小。即指出构造倾角的大小。 上述施密特图对倾角小的井段，倾向往往显示不清楚。因此，出现了以极上述施密特图对倾角小的井段，倾向往往显示不清楚。因此，出现了以极坐标的外圈为坐标的外圈为00，中心是较大倾角的刻度方法，即改进的施密特图，它所显示，中心是较大倾角的刻度方法，即改进的施密特图，它所显示的倾斜方位角比较细致和准确。的倾斜方位角比较细致和准确。 改进的施密特图对于所研究的井段经常有多个倾角集中区出现，可以把构改进的施密

17、特图对于所研究的井段经常有多个倾角集中区出现，可以把构造倾角和沉积倾角区分开来。如图，根据各计算点落在图中的位置，把出现在造倾角和沉积倾角区分开来。如图，根据各计算点落在图中的位置，把出现在增值扇形格内的地层产状密度相等的地方（即扇形格内倾角出现的次数相等）增值扇形格内的地层产状密度相等的地方（即扇形格内倾角出现的次数相等）用等值线圈出，就可发现：用等值线圈出，就可发现： 构造倾角的点子集中在极坐标图的外圈一带，即低倾角区，所勾出的等值构造倾角的点子集中在极坐标图的外圈一带，即低倾角区，所勾出的等值线是倾角变形很小的扁长形；线是倾角变形很小的扁长形； 沉积倾角的点子，倾角变化大，所勾画出的等值

18、线通常是三角形，三角形沉积倾角的点子，倾角变化大，所勾画出的等值线通常是三角形，三角形的底边接近于极坐标图的外圈，顶点指向中心。的底边接近于极坐标图的外圈，顶点指向中心。4.方位频率图方位频率图 是在某些研究井段，用统计法确定是在某些研究井段，用统计法确定“优选倾斜方向优选倾斜方向”的极坐标图。图的顶部的极坐标图。图的顶部代表正北方向，每代表正北方向，每100分成一格，共分成一格，共3600。极坐标的半径代表频率数，即该方位。极坐标的半径代表频率数，即该方位范围内倾角出现的次数（例如每两个圆圈之间代表范围内倾角出现的次数（例如每两个圆圈之间代表5次）。将研究井段内所计算次）。将研究井段内所计算

19、的全部地层倾角的倾斜方位，在某的全部地层倾角的倾斜方位，在某100范围内出现的次数标在对应的坐标位置上，范围内出现的次数标在对应的坐标位置上，把该圆圈与两条径向把该圆圈与两条径向100线之间的面积涂上黑色（图线之间的面积涂上黑色（图a），）， 或根据地层倾角的图形，分别涂上红、蓝、黑色（也可用不同的线条图案表或根据地层倾角的图形，分别涂上红、蓝、黑色（也可用不同的线条图案表示颜色）图（示颜色）图（b）。从黑色面积的指向可以看出该井段地层的主要倾斜方位；红）。从黑色面积的指向可以看出该井段地层的主要倾斜方位；红色面积的指向表示河岸方向；蓝色面积的指向表示水流方向。色面积的指向表示河岸方向；蓝色面

20、积的指向表示水流方向。 可见，方位频率图用来确定砂坝、河道充填等三角洲沉积环境是十分有效的。可见，方位频率图用来确定砂坝、河道充填等三角洲沉积环境是十分有效的。第二节第二节 地层倾角测井资料的地质应用地层倾角测井资料的地质应用研究地质构造、沉积环境以及判断裂缝带等。为了获得正确的地质结论，地层倾角测井资料配合地质、地面地球物理和其他测井资料进行综合分析。一、利用地层倾角测井资料确定岩层真厚度一、利用地层倾角测井资料确定岩层真厚度当井倾斜，地层也是倾斜的情况下，可用如下公式来计算地层真厚度。ha垂直井中地层视厚度；hs斜井中地层的测量厚度；ht地层的真厚度；井斜角；地层倾角；井斜方位角；地层倾斜

21、方位角；D地层在井斜方向上的视倾角。tgDhhhssasincos)(sincostgtghscosashh 二、地质构造研究二、地质构造研究（一）（一）地层倾角矢量图像的分类地层倾角矢量图像的分类 在用地层倾角资料研究地质构造时，在用地层倾角资料研究地质构造时，通常将矢量图上的矢量大体分成四类：通常将矢量图上的矢量大体分成四类：1.倾向大体一致，随深度增大倾角逐渐倾向大体一致，随深度增大倾角逐渐增大的一组矢量，叫增大的一组矢量，叫红模式红模式，与断层、，与断层、砂坝、河道、岩礁、不整合等地质构造砂坝、河道、岩礁、不整合等地质构造有关。有关。2.倾向大体一致、随深度增大倾角逐渐倾向大体一致、随

22、深度增大倾角逐渐减小的一组矢量，叫减小的一组矢量，叫蓝模式蓝模式。与断层、。与断层、不整合等地质构造或大型水流交错层理不整合等地质构造或大型水流交错层理有关。有关。3. 倾向大体一致、随深度增大倾角不变倾向大体一致、随深度增大倾角不变的一组矢量，叫的一组矢量，叫绿模式绿模式。一般反映地层。一般反映地层倾角。倾角。4.还有一类矢量，其倾向和倾角呈杂乱还有一类矢量，其倾向和倾角呈杂乱变化，称为变化，称为乱模式乱模式，它们与岩性组，地，它们与岩性组，地层成层性不好以及测井质量不好等原因层成层性不好以及测井质量不好等原因有关，有时也与断点或不整合面有关。有关，有时也与断点或不整合面有关。A绿模式绿模式

23、 B红模式红模式 C蓝模式蓝模式 D乱模式乱模式水平层理水平层理波状层理波状层理直线斜层理直线斜层理波状斜层理波状斜层理直线交错层理直线交错层理 板状交错层理板状交错层理槽状交错层理槽状交错层理 利用储层沉积倾角矢量，分析沉积时的水动利用储层沉积倾角矢量，分析沉积时的水动力条件，把层理倾角大于力条件，把层理倾角大于20的沉积环境划分为的沉积环境划分为高能沉积环境，在高能沉积环境，在1020之间的沉积环境划分之间的沉积环境划分为中等沉积环境，在为中等沉积环境，在10以下的沉积环境划分为以下的沉积环境划分为低能沉积环境。低能沉积环境。垂直裂缝垂直裂缝高角度裂缝高角度裂缝低角度裂缝低角度裂缝网状裂缝

24、网状裂缝（二）研究褶皱构造（二）研究褶皱构造1.不对称背斜（有斜轴面的背斜）不对称背斜（有斜轴面的背斜） 在地层倾角测井图上可分成四段来研究；在地层倾角测井图上可分成四段来研究； A为上部倾向段，这一段的地层倾角与倾向大致相同；为上部倾向段，这一段的地层倾角与倾向大致相同； B为井孔逐渐接近背斜顶部的情况，倾角随深度的增加而减小，倾向和为井孔逐渐接近背斜顶部的情况，倾角随深度的增加而减小，倾向和A段相同；段相同； C为井孔穿过轴面进入另一翼的情况，这时，倾角随深度的增加而增加，倾向与为井孔穿过轴面进入另一翼的情况，这时，倾角随深度的增加而增加，倾向与A段相反；段相反； D为下部倾向段，井孔离开

25、轴面较远，进入背斜的另一翼倾角比较稳定的部分，为下部倾向段，井孔离开轴面较远，进入背斜的另一翼倾角比较稳定的部分，其倾向与上部倾向段其倾向与上部倾向段A的倾向相反，倾角也较陡。的倾向相反，倾角也较陡。a.不对称背斜不对称背斜b.平卧褶皱平卧褶皱2.平卧褶皱平卧褶皱 图（图（b）是一平卧褶皱，轴面接近水平，两翼都已经倒转，故在地层倾角测井图）是一平卧褶皱，轴面接近水平，两翼都已经倒转，故在地层倾角测井图上表现出上下两翼的倾斜方向相反。上表现出上下两翼的倾斜方向相反。3.倒转背斜倒转背斜 图（图（c）表示倒转背斜。由于两翼向一个方向倾斜，故在地层倾角测井图上表现）表示倒转背斜。由于两翼向一个方向倾

26、斜，故在地层倾角测井图上表现为上下部的倾斜方向相同。同时，下部的倾角比上部的倾角大。为上下部的倾斜方向相同。同时，下部的倾角比上部的倾角大。4.底辟褶皱底辟褶皱 图（图（d）表示一底辟褶皱，为一盐丘构造。它具有塑性内核，由于岩盐或石膏刺）表示一底辟褶皱，为一盐丘构造。它具有塑性内核，由于岩盐或石膏刺穿上覆岩层而发生褶皱，使地层的倾角发生连续变化。在地层倾角测井图上一般具有穿上覆岩层而发生褶皱，使地层的倾角发生连续变化。在地层倾角测井图上一般具有恒定的倾向，倾角较大。恒定的倾向，倾角较大。a.不对称背斜不对称背斜b.平卧褶皱平卧褶皱c.倒转背斜倒转背斜d.底辟褶皱底辟褶皱褶皱构造在地褶皱构造在地层倾角测井图层倾角测井图上的反映上的反映（三）确定断层（三）确定断层1.正断层正断层 图图(a)为正断层的显示，它通常表现为突变。从下降翼接近断层，地层倾角逐渐增为正断层的显示，它通常表现为突变。从下降翼接近断层，地层倾角逐渐增大；在井与断层面相交之前，地层倾角继续增大；在断层面上或在断层面附近，地层大；在井与断层面相交之前，地层倾角继续增大；在断层面上或在断层面附近，地层倾角为最大；井穿过断层面并进入上升翼之后，地层倾角急剧降低。倾角为最大；井穿过断层面并进入上升翼之后，地层倾角急剧降低。2.逆断层逆断层