地层倾角测井

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地层倾角测井,一、地层倾角测井的发展过程,二、地层倾角测井的测量原理,三、地层倾角测井的测井质量控制,四、地层倾角的主要应用,一、地层倾角测井的发展过程,自,1942,年在美国海湾油田使用自然电位式地层倾角以来，该技术发展迅速。,1945,年开始使用电极距为,3,英尺的三电阻率、井斜为点测式的地层倾角。,1952,年撕仑贝谢开始使用微梯度三电阻率、连续测斜式的地层倾角（,CDM-T,）,。,1963,年发展了纵向分辨率（约,0.5,英寸）更高的四臂式地层倾角，随后发展了四臂式,8,条微电阻率式地层倾角,(,SHDT),、,四臂式,48,条微电阻率式地层倾角,(,FMS),和八臂式,192,条微电阻率式地层倾角，后两者目前称为地层微电阻率扫描测井。,我国引进的主要仪器类型有,1016,（,1013,）、,HDT,、,SHDT,，,一般采用磁力计测斜，并辅以加速度计测量。,地层倾角类仪器的设计定位是面向地质应用，这需要测井分析家和地质家共同的重视和推广应用。下面以典型的四臂式地层倾角为例进行讨论,。,二、地层倾角测井的,测量原理,所谓地层倾角的测量原理就是利用测斜数据和微电阻率曲线获得井周地层的倾向和倾角的原理。典型的地层倾角仪器，可记录如下几条曲线：,1）,4条微电阻率曲线；,2） 2,条互成,90,度的井径曲线；,3,）4条倾斜方位曲线，它们是1号极板相对于磁北极方向的方位角、简称1号极板方位角，井斜角，井斜方位角，1号极板相对于井斜方位的相对方位角曲线；,4,）可带测1条自然伽马曲线（限于,HDT/SHDT）；,5,）,1条加速度曲线，可选的电缆张力曲线；,利用上述测量曲线，经过曲线对比、坐标变换和必要的井斜位移校正，即可求得地层的倾角和倾向。具体原理如下：,1、,大地坐标系下应用层面法向矢量,确定倾角和倾向,从数学知道，空间一平面可以用与其相垂直的单位法相矢量来表示它的倾斜情况，如图1-1所示。,n,是地层层面的单位法向矢量，它表示地层层面的倾斜情况。,图1-1 地层面的倾角和倾向在大地坐标系中的表示,n-,法向矢量,H,H,点在,NOE,平面上，也,HOV,平面上,在图,1-1,中，设空间有一北东倾的地层面，大地坐标系,O,ENV,为右手坐标系，其原点是该地层面与井轴的交点。地层面在,O,点的单位法向矢量为,n,，,它在各轴上的投影分别为,n,E,n,N,n,V,即,坐标轴,OE,和,ON,所在的平面为水平面，它与地层面交线的方向为地层面的走向，用它与正北方的夹（顺时针）表示，本例走向南东。,地层面在,O,点上的倾角是它在该点由高到低变化最大的方向，用地层面在该点的倾向线在水平面上的投影与正北方向的夹角（顺时针）表示，称为倾斜方位角，简称倾向，本例倾向北东。因为倾向线在水平面上投影与单位法向矢量在水平面上的投影方向是一致的，故地层面在,O,点的单位法向矢量,n,在水平面上的投影,n,H,与正北方向的夹角即为地层面的倾斜方位，其变化范围是0-360,。因为地层面的走向和倾向互成90,，故地层倾角测井只确定地层面的倾向。地层面在点的倾角是它在该点与水平的夹角，其变化范围是090,。因为地层面的单位法向矢量,n,垂直于地层面，而铅直轴垂直于水平面，而铅直轴,OV,垂直于水平面，故,n,与,OV,的夹角即地层倾角，由,图上的几何关系可得出地层倾角：,(1-1),地层倾斜方位角的计算与其大小有关，即与单位法向矢量 的水平投影所在的象限有关。例如式1-2，,还有两个特例：,(1-2),由此可见，如果能够确定地层面在大地坐标系中的单位矢量 ，那就可以按式（1-1）和式（1-2）计算出地层面的倾角和倾向。,2应用矢量积法确定地层面在仪器坐标系中的单位法向矢量,要确定地层面在空间的位置，至少要确定地层面上的三个点。,早期的三壁地层倾角测井仪就是按此思想设计的。,目前四臂地层倾角测井仪，一般可在地层面上确定四个点，其中每三个点就可以确定一个平面，这 就可以用统计的方法选出最符合地质情况的那个平面，使计算结果更可靠；即使某一臂测量出了问题，另外三个臂仍然可以计算地层倾角和倾向。,平面上任何两点的坐标可确定一个矢量，而该平面任何两个矢,量的矢量积可确定该平面的法向矢量，因此，可采用矢量积法确定地层面在仪器坐标系中的单位法向矢量。,如图1-2，设有一西南倾的地层面，其上下分别是高阻层和低阻层。地层倾角仪探测器的下部是四个臂支持的贴井壁的电极极板系统，相邻两个极板相隔90,，按顺时针方向依次编号为1，2，3，4。每个极板上有一个微聚焦电极系，仪器的机械系统使各极板与井壁接触良好，而且使四个微聚焦电极系的记录点始终在垂直于仪器的平面内，该平面称为仪器平面。地层倾角仪的上部还装有扶正器，它与下部的四,图1-2 测量地层倾角的原理,臂极板系统结合起来，可使整个倾角仪在井内居中。因此，仪器平面也是垂直井轴的。这样，为了确定地层面在空间的位置，我们可建立仪器坐标系,OFDA（,图1-2），也是右手坐标系，,OD,为1号极板记录点方向，,OF,为2号极板记录点方向，,OA,为井轴方向，代表深度。,设,14,极板的记录点穿过地层面的位置依次是,A,B,C,D,。,从对应的微聚焦电导率曲线上容易确定其深度分别是,Z,1,、,Z,2,、,Z,3,、,Z,4,。,但这还不够，为要确定这四点在仪器坐标系中的坐标，还必须知道相对两组极板方向的井径。所以，四臂极板系统还同时测出,1,与,3,方向的井径,C,1,和,2,与,4,方向的井径,C,2,两条井径曲线。这样，可确定地层面上四点的仪器坐标系中的坐标中的坐标,A(0,C,1,/2,Z,1,),B(C,2,/2,O,Z,2,),C(0,-C,1,/2,Z,3,),D(-C,2,/2,0,Z,4,),。,已知地层面的四个点以后，可用两种方法确定地层面的法向矢量。一是两个正交向量的矢量积，要同时用这四个点；二是两个斜交向量的矢量积，用四个点中任意三个点即可确定一个法向矢量，最多有十二种组合方式。如果把这两种组合方式,结合起来，每一地层面最多可有十三种组合方式。究竟哪一种最符合实际情况，只有用统计方法来确定，,CLUSTER,程序就是解决这一问题。,1）,两个正交向量的矢量积法,如图,1,-2，我们把极板,31,方向的矢量,CA,记为,把极板,42,方向的矢量,DB,记为 。假设这四个点都在同一平面，其矢量积,就是地层面的法向矢量。此处矢量 ， ,构成右手系，矢量 是向上的。根据各点的坐标，可把这些矢量表示如下：,式中 、 、 分别是仪器坐标系各轴上的单位向量,若把地层面法向矢量的模记为,S,1,，,则地层面在仪器坐标中的单位法向矢量是：,式中的深度差（,Z,4,Z,2,）、(Z,3,Z,1,),以及任何其他两条曲线在同一地层面上的深度差，我们以后将称为高程差或曲线位移。,2),两个斜交向量的矢量积法,用地层面上,A,B,C,D,四点中任何三个点可构成两个斜交向量，其矢量积也应是地层面的法向矢量。这又可分两种情况：每相邻三点的组合，共有四组；相对两点（对角线上的两点）与另一点组合，共有八组。,相邻三点的组合。例如,A,B,C,三点（图,1,-2），我们把向量,AB,记为 ，把向量,BC,记为 ，则矢量积 是地层面的法向矢量。根据各点的坐标，可把这些矢量,表示如下：,(1-3),若把矢量积 的模记为,S,2,，,则地层面在仪器坐标系,的单位法向矢量是：,相对两点与另一点的组合。例如，相对的,A、C,两点与,B,的组合，把向量,CA,记为 ，把向量,CB,记为 ,则矢量积,是地层面的法向矢量。根据各点坐标，可把这些矢量表示如下：,(1-4),若把矢量积 的模记为,S,3,则地层面在仪器坐标系中的单位法向矢量是:,3,、应用三维坐标变换确定地层面在大地坐标系中的单位法向矢量,当用上述方法求得地层面在仪器坐标系中的单位法向矢量以后，要确定地层面在大地坐标系中的单位法向矢量，实际上只是一个三维坐标的变换问题，即将仪器坐标系变换成大地坐标系。这需要将仪器坐标系作三次旋转。下面将介绍这三次旋转的方法。,(1-5),1,）,第一次旋转,图1-3 仪器坐标系与大地坐标系的关系,图,1,-3中，仪器坐标系,O,FDA,，,大地坐标系,O,ENV,的原点在井轴,OA,与地层面的交点上，两者都是右手系。仪器平面是,FOD,所在的平面，水平面是,EON,所在的平面，两者交线为 。通过,AOV,的平面是一个铅垂面，它与仪器平面的交线是 。因为 是仪器平面与水平面的交线，它垂直于 和 ，即与通过它们的铅垂面垂直，那它应垂直于铅垂面与仪器平面的交线 。,于是仪,井轴,OA,器平面上有：,FOD=,FOU=/2,，,且,FOF=DOU=/2-FOD,。,设,DOU,为,，,则第一次旋转的方法是：将仪器坐标系,OFDA,绕,OA,轴反时针旋转,角，使,OF,轴与,OF,轴重合，而,OD,轴与,OU,重合，仪器平面在空间的位置不变，得到新坐标系,OF,UA,。,地层面单位法向矢量的终点在这两个坐标系中的坐标有如下关系：,第一次旋转的角度在数学上叫进动角，地层倾角测井称为仪器的相对方位，亦称,1,号极板相对方位或井轴相对方位。,2）第二次旋转,因为,OA,和,OV,分别是仪器平面和水平面的法线，仪器平面和水平面的夹角等于,AOV,。,我们把仪器轴,OA,和铅垂线的夹角,AOV,记为,。,前已指出，,OF,垂直于通过仪器轴的铅垂面，且,OA,、,OV,、,OU,均在这一平面内，可使坐标系,O,FUA,绕,O F,轴顺时针旋转,角，使,OA,与,OV,重合，,OU,移到水平面上的,OU,轴，仪器平面与水平面重合，得新坐标系,O,FUV,。,地层面单位法向矢量终点在新旧坐标系中的坐标有如下关系：,此处把旋转的坐标看成,OUA F,（,右手系）、并且绕,O F,顺时针旋转,角，把旋转角取成负值。为了使上式的排列顺序,与前式一致，把上式改写如下：,第二次旋转角,在数学上叫章动角，地层倾角测井称为仪器或井眼的倾斜角，常称井斜角。井斜角,是井轴（仪器轴）与铅垂线的夹角，变化范围是,090,。,3）第三次旋转,经过第二次旋转以后，已经使,OA,与,OV,重合，仪器平面与水平面重合。如果再使新坐标系,OF,UV,绕,OV,轴反时针旋转,UON,，,则,O,U,与,ON,重合，,O F,必然与,OE,重合，仪器坐标系,OFDA,完全与大地坐标系,OENV,重合了。如果把旋转角,UON,记为,，,地层单位法向矢量的终点在新旧坐标系中的坐标有如下关系：,综合三次坐标变换的结果，可得地层面单位法向矢量的终点在大地坐标系和仪器坐标系中的坐标有如下关系：,由以上关系得：,第三次旋转角,数学上叫自动角，地层倾角测井称为井斜方位或井眼方位。井斜方位角是井斜方向在水平面上的投影与正北方向的夹角（顺时针），变化范围是0360,。,以上三次旋转的旋转角，数学上统称欧拉角，这种变换又称欧拉变换。在地层倾角测井中，,相对方位角,和井斜角,都是直接测量的。低角度测斜系统除了测量,和,，,还要测量号极板方位角。号极板方位角是号极板方向的水平投影,与正北方向的夹角（顺时针），变化范围0360。如图1-3，,OD,为号极板方向，其水平投影为,OD。,在水平面上，号极板方位角=,UON，,井斜方位角,=,UON，,号极板相对方位角,在水平面上的投影,DO U,记为,，,其相互关系为：,（1-6）,当井斜角,20,时，,cos,0.94,，,，,-,。,一般井的井斜角很小，完全可以按,=-,计算井斜方位角,或,号极板方位角。定向斜井的井斜角可以很大，应按式,（1-6）计算。,三、地层倾角测井的测井质量控制,测井质量控制主要包括四个方面：1）测井仪器本身的质量可靠性，这主要通过检查仪器是否满足规定的技术指标来实现；2）测井过程的质量控制，这主要通过仪器的、测前刻度（车间刻度）、测前检查、测后刻度、重复测量段、控制测速、做好质量监控曲线记录（如张力、深度曲线等）和测井信息记录（井号、测量段、泥浆性能等）等来实现；3）测井环境条件对测井质量的影响（如仪器不能贴靠井壁、井眼温度压力变化、泥浆性能不符合标准条件等），这主要通过对比分析标准测量条件与仪器所处的实际测量条件的差异，依据校正图版编制软件来消除；4）测井解释与应用过程的质量控制，这主要通过选择合理的解释模型、正确的解释参数和处理方法来实现。,1、仪器的主要技术指标,不同的仪器技术指标是不同的，测井时应根据测量条件和测井用户要求选择适当的仪器类型。阿特拉斯,1016,仪器主要技术指标如下：,阿特拉斯,1016,仪器主要技术指标,主要性能,适应性,可靠性,测量范围,测量精度,最大温度190,o,C,工作4,h,最大压力140,Mpa,最小井径12.7,cm,最大井径53.34,cm,测速610米/分,正常维修,条件下98%,AZ 0360,度,1.5度,DAZ 0360,度,1.5度,RB 0360,度,1.5度,DEV 090,度,0.25度,CAL,1-3,621,英寸,2%,CAL,2-4,621,英寸,2%,PAD 0.21000,欧姆米,177,o,C,条件下误差4%,2,、测前刻度与检查,井径刻度：在8英寸井眼中，地层视倾角为45度的条件下，井径误差1厘米会造成倾角计算1.5度的误差，因此井径刻度十分重要。在井场必须采用6英寸和21英寸的井径环进行2点刻度。,电阻率检查：检查固定负载的条件下，不同电极间测量数值是否正常、符合技术指标。,测斜仪检查：将仪器吊在井口，人为倾斜仪器，检查仪器的井斜角偏转是否正常，再将仪器正转和反转两圈，检查,方位角和相对方位角变化是否灵敏，测量是否正常、符合技术指标。,3、,测后刻度,测后刻度与测前刻度方法相同，对于地层倾角可采用表层套管做测后检查。主要刻度检验指标如下：方位角,360,度,10,度，井斜角,9,0.5,度。,4、,测井质量验收要求（四臂地层倾角验收要求如下）,1,）,测井前检查井斜角、方位角及相对方位角变化是否灵敏，测量数值是否准确。,2,）,微电导率曲线变化正常，不得出现台阶和负值。当出现饱和现象时，一次不得超过,2,m,井段，且累计不超过测量井段的,1%,。,3）方位角无负值，井斜角负值不大于18，,CLS3700,要求不出现负值,4）,井斜角重复测量误差小于30。,5）,井斜方位角重复测量误差，分三种情况：当井斜角12度时，井斜方位角重复测量误差不大于40；2）当井斜角24度时，井斜方位角重复测量误差不大于20；3）当井斜角大于4度时，井斜方位角重复测量误差不大于10。,6）,在15米井段内，1号极板方位角变化不得大于360度。,7）,双井径，每次测井前必须使用井径刻度器对井径仪进行两点刻度，测井后必须用套管内径对仪器进行检查。测井径曲线不允许停车对套管，特殊情况说明原因。进入套管后的测量长度必须超过10米，且井径曲线平直稳定，测量值与套管标称值误差应在1.5,cm,的误差范围内。井径测井值最大与最小范围与仪器技术指标规定值的误差小于10%。同次测井井径曲线应形状相似，测量值相对误差应在10%以内。,四、地层倾角的主要应用,地层倾角应用的基础和核心是微电阻率的曲线对比技术，阿特拉斯发展了基于聚类分析的,CLUSTER,处理程序和专门用于地层对比的,STRATA,处理程序，撕伦贝谢发展了基于模式识别的,GEODIP,处理程序，限于教学目的这里不作介绍，仅讨论地层倾角测井在构造、沉积和裂缝识别等方面的应用。,1、,地层倾角处理结果的主要显示方式（举例）,地层倾角测井数据，经相关对比处理后，计算出地层的倾角与倾向，可以各种直观图形的方式显示出来，以满足不同的研究和应用需求。主要显示图形有：倾角矢量图、方位频率图、杆状图等。,1） 倾角矢量图,倾角矢量图又形象的称为蝌蚪图，纵坐标表示深度、横坐标表示倾角的大小。矢量的方向（蝌蚪的尾巴）表示该点的倾向。倾向坐标按上北下南、左西右东的地图坐标原则标注。,2）方位频率图,在平面直角坐标图上，用北、东、南、西四个方位对应0、90、180、270度，用同心圆表示角度的大小，两个同心圆之间相差为10度。在极坐标系下，倾角对应极轴，倾向对应极角。此时称为施密特图。在施密特图的基础上，将圆中的大圆按每15度划分一个扇形区，统计落在每个扇形区的点子（频数），然后绘出方位频率折线，称为方位频率图。,3）杆状图,杆状图又叫视倾角图，沿垂直剖面线的作出地层视倾角随深度的变化图件。主要用于井间地层对比和绘制地层横剖面图等。,4）圆柱面展开图,圆柱面展开图相当于岩心素描展形图，利用四个极板的高程差绘出。主要用于层理面倾角和观察各种层理。,5）数据表,倾角测井处理结果利用专门的打印程序（,MDUMP,等），把原始数据和处理结果同时打印出来。,2、,主要解释模式,地层倾角测井研究构造和沉积时，在矢量图上可以把地层倾角的矢量与深度关系大致分为四类(图1-4)：,（1）红模式,。倾向大体一致，倾角随深度增加而增大的一组矢量，它可以指示断层、砂坝及河道等。,（2）蓝模式。,倾向大体一致，倾角随深度增加逐渐变小的一组矢量，它一般反映地层水流层理、不整合等。,（3）绿模式。,倾向大体一致，倾角随深度不变的一组矢量。一般反映构造倾斜和水平层理等。,（4）白(杂乱)模式。,倾角变化幅度大，或者矢量很少，可信度差，它批示断层面、风化面或者块状地层等。,每一种模式的代表性仍然是相对简单和存在多解性，尤其是在沉积研究中，目标是岩石内部的微细层面，沉积岩中哪一级层面才能计算出来，并组成模式是至关重要的。显然，只有那些可以切过井筒的中一大型层理沉积构造的变化面才有可能被地层倾角测井四臂电极探测到，并计算出其产状，而在井筒中不成平面或在井筒中弯曲变化剧烈的小型层理是不可能被计算出来的。在建立沉积构造解释模型是值得注意的。,而多种模式的组合关系是判断各级层面相互转换、变化的表征，模式间断往往是特殊地质事件(冲刷面)等。因此，在解释过程中要充分重视模式本身和它们之间的关系。,图1-4 地层倾角模式及地质解释,3、地层倾角构造解释与应用,岩层最初形成时，大都是水平或近于水平。如果发生构造运动(例如褶皱运动)，水平成层的岩层形成褶曲形态，各岩层的褶曲是按同一轴面(还有脊面、转折面)套叠，以后再沉积，新的沉积岩层在新的褶曲运动下形成了新的褶曲，又按新的轴面套叠。,地层倾角测井每个矢量是代表该深度点的地层在井眼面积范围内测到的产状，井内不同深度点的矢量，从套叠关系分析，相当于构造不同部位的矢量，将各部位的矢量通过套叠关系都集中到一个岩层构造面上，就能将该岩层的构造形态恢复出来。,为了描述各地下构造在矢量图上响应的规律，用“绿”、“红”、“蓝”、“乱”、“断”等基本模式的组合来描述正确模型。在组合矢量模式中，为了体现倾斜方位分段变化，在基本模式后跟“反”。对于每一种构造的不同形态都唯一地对应了一种组合矢量模式。但是，反过来不成立，即同一处矢量模式具有多解性，我们可以结合其它资料排除那些不正确的解。在井中经常钻遇多个构造，它们的组合模式将是各单个构造组合矢量模式的再组合。,1）褶皱构造解释,褶皱要素(图1-5)分为：,1)核,又称核部，系指褶皱中心部位的岩层；,2）翼,又称翼部，系指褶皱核部两侧的岩层，在横剖面上，构成两翼同一褶皱面拐点的切线夹角称为“翼间角”；,3）转折端,系指一翼向另一翼过渡的弯曲部分；,4)褶轴,又称轴线或轴，对圆柱状褶皱而言是指褶皱面上一条直线平行其自身移动能描绘出褶皱面的弯曲形态，这条直线叫褶轴；,5)枢纽,在褶皱的各个横剖面上，同一褶皱面的最大弯曲点的连线叫做枢纽。枢纽可以是直线，也可以是弯曲线或者折线；可以是水平线，也可以是倾斜线；,6）轴面,是指由许多相邻褶皱面上的枢纽连成的面，也可称为枢纽面。如果褶皱各层的厚度在两翼基本不变时，可以把轴面看成翼间角的平分面，或者大致平分褶皱两翼的对称面。轴面可以是平面，也可以是曲面。轴面产状和任何构造面产状一样，用其走向、倾向和倾角来确定；,7）轴迹,轴面与地面或任一平面的交线；,8）脊,脊线 背斜和背形的同一褶皱面的各横剖面上的最高点为“脊”，它们的连线称为脊线。,褶皱分类 按轴面产状和两翼地层倾斜情况可分为四种类型(如图1-6所示)：1)对称褶曲。如图1-6,a，,轴面近于铅直，两翼倾角相等，倾向相反。2)不对称褶曲。如图1-6,b，,轴面倾斜，两翼倾角不等，倾向相反。3)倒转褶曲。 如图1-6,c，,轴面倾斜很大，使一翼倒转过来，两翼都向同一个方向倾斜。4)平卧褶曲。如图1-6,d，,轴面水平，一翼地层正常，新地层覆盖在老地层上；一翼倒转，老地层覆盖在新地层上面。两翼向不同方向倾斜。,图1-5 褶皱要素示意图,图1-6,褶曲构造形态分类,对称背斜,当井没有穿过轴面，矢量图为绿模式显示(图1-7)，与单斜构造显示相同。但是，在轴面两侧钻井，两口井的矢量图在同一岩层出现倾向相反的倾角。,如果井钻在背斜的顶部，这时测得的地层倾角就很小，倾斜方位角也就很乱(图1-8)，只有钻在两翼上，才会显示出倾角较,大、方位角一致的绿模式。,不对称背斜,当不对称背斜和轴面重合，井钻遇的不对称背斜次序是缓翼脊面陡翼时，矢量图有下列特征(图1-9)：,图,1-7,对称背斜翼部的绿模式,图,1-8,对称背斜顶部的乱模式,（1）在缓翼地层中，构造倾角与倾斜方位角基本一致，矢量图呈绿模式。,（2）由缓翼地层逐渐接近构造脊面，倾角随深度增加而,减小，矢量图呈蓝模式。在背斜脊面处倾角接近零度。,（3）有背斜脊面向陡翼地层过渡时，倾角随深度增加而增大，倾 向与上翼地层相反，矢量图呈红模式。,（4）在陡翼地层中，倾角稳定，倾角比缓翼地层大，倾向与缓翼地层相反，矢量图呈绿模式。,其颜色模式可写为绿蓝红(反)绿(反、大)。,倒转背斜,倒转背斜的特点是下翼倾角比上翼大，两翼倾向相同。当井穿过倒转背斜轴面时，矢量图有下列特征显示(图1-10)：,（1）在上翼地层中，矢量图呈绿模式、倾向基本不变。,（2）由上翼地层至背斜脊面，矢量图呈蓝模式，倾角随深度增加而减小。,（3）由背斜脊面至背斜轴面，矢量图呈红模式，倾向相反。至倒转背斜转折面，倾角随深度继续增大，一直增加到90直立为止。有的倒转背斜在此部位，由于弯曲太大造成断裂，矢量图不为红模式而以散乱模式显示。,图,1-9,不对称背斜的矢量模式,图1-10,倒转背斜的矢量模式,（4）由转折面进入下翼地层，矢量图呈蓝模式，倾角由最,大值随深度增加而减小，倾向与上翼地层相同。,（5）在下翼地层中，矢量图呈绿模式，倾角比上翼地层大，倾斜方位与上翼地层基本一致。,此种倒转背斜的颜色模式为绿蓝红(反)蓝绿(大)或,绿蓝乱蓝绿(大)。对于其它类型的褶皱构造，可以采用 同样方式确定其倾角矢量模式组合。,2）断裂构造解释,断层要素,包括：,1)断层面,断层面是一个将岩块或岩层断开成两部分，被断开的岩块或岩层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层的交线。,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，按断盘相对于断层的方位描述，如东盘、西盘或南盘、北盘。根据两盘的相对滑动，相对上升的一盘叫上升盘，相对下降的一盘叫下降盘。,4）断距,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。,断层分类,根据断层两盘的相对运动可将断层分为四类(图1-11)：,1）正断层,正断层是断层上盘相对下盘向下滑动的断层，井下的标志为地层缺失。,2）逆断层,逆断层是断层上盘相对于下盘向上滑动的断层，井下标志为地层重复。习惯，将断层面倾角小于45左右的逆断层称为逆掩断层，大于45的逆断层称为冲断层。,3）平移断层,断层两盘沿断层面的走向相对移动的断层。,4）过渡类型的断层,断裂组合有三种类型，如地堑型、地垒型和阶梯型。,断层面没有变形的断层,图1-12为正断层，在井眼中,E,是缺失，由于断层面没有变形，矢量图显示与单斜构造一样，,不能,用地层倾角测井判断、确定这类断裂。同样，地层倾角测井也,不能,确定断层面没有变形的逆断层。,有破碎带的断层,当地层很硬时，岩层沿断层面形成破碎带。由于破碎带中地层倾向没有固定方向，故矢量图为绿乱绿模式(图1-13)。,图1-11断层分类图,有拖曳象的断层,塑性岩层上下盘沿断层面作相对运动时， 由于摩擦力的作用，地层层面在断层面处发生形变，有可能从矢量图上辨认断层。主要分为以下四类：,（1）,断面与层面倾向相同的正断层,图1-14为带有拖曳现象的正断层，断层面与地层面向同一方向倾斜，由于上盘顺断层面下滑，下盘沿断层面上推，使上下盘在拖曳区倾角变大，矢量图上有下列特征：,在上盘岩层中，层面为未受拖曳影响，矢量图呈绿模式。此时的倾角和方位角为上盘岩层的倾角与方位角。,进入上盘拖曳区，,图1-12 断层面没有变形的正断层在矢量图上显示,倾角增大，至断层面，倾角最大，矢量图为红模式显示。此时最,大倾角的深度为断点深度，其倾角及方位角为断层的倾角及方位,角,。,图1-13断层破碎带的矢量表示,图1-14同向牵引正断层的矢量表示,进入下盘拖曳区，倾角减小，矢量图为蓝模式。,进入下盘，未受拖曳影响的岩层倾角稳定，矢量图为绿模式显示。,整个矢量图显示为绿红蓝绿模式，方位始终一致。,（2）断面与层面倾向相反的正断层,图1-15为带拖曳现象的正断层，断层面与地层面倾向相反。由于上盘下滑，在拖曳区出现小向斜；下盘上推，在拖曳区出现小背斜。整个矢量图显示为绿蓝红(反)蓝(反)红绿模式。红(反)模式最大倾角处的深度为断点深度，其矢量点倾角和方位角接近断层面的倾角和方位角。,图,1-15,反向牵引正断层的矢量模式,在拖曳区出现小背斜，下盘带的拖曳现象的逆断层，断层面与地层面倾向相同时，上盘,在拖曳区出现小向斜。整个矢量模式组合为绿蓝红(反)蓝(反)绿模式组合(图1-16)断点处倾角矢量模式组合为红(反)蓝(反)模式组合。红模式倾角最大处对应断点埋深，断层面倾向与红(反)模式矢量方向相反。这种情况下不能确定断层面倾角。,（ 3）断面与地层面倾向相同的逆断层,图,1-16,同向牵引逆断层的矢量模式,（4）断面与层面倾向相反的逆断层,图1-17为带有拖曳现象的逆断层，断层面与地层面倾向相反。由于上盘顺断层面上推，下盘沿断层面下滑，使上下盘在拖曳区倾角变大。矢量图显示为绿红蓝绿模式，倾角最大深度为断点深度。,综合上述分析，拖曳断层显示有两种模式，绿红蓝绿和绿蓝红(反)蓝(反)红绿。但是，怎样判断绿红蓝绿是断面与层面相同的正断层，还是断面与层面相反的逆断层？同理怎样判断绿蓝红(反)蓝(反)红绿是断面与层面倾向相反的正断层，,图,1-17,反向牵引断层的矢量模式,还是层面与断面倾向相同的逆断层？这就需要用地质、测井信息综合判断。如测井在断点附近有地层缺失，可判断为正断层，在断点附近有地层重复或变厚，判断为逆断层。,断层解释实例,图,1-18,为正断层实例,(,塔里木盆地轮南,23,井,),，断层上盘具有拖曳牵引现象，倾角矢量呈红模式。断点埋深,4630,m,，,断层面东倾,(,即与红矢量方向一致,),，断面倾角,40,，断层下盘呈急剧变化的蓝模式。图,3-4-36,为逆断层实例，断层发育在奥陶系内部。主断点在,5425,m,附近，地层倾向反转，断层面倾向南南西。该断层引起地层重复,(,图,1-19),。,图1-18 轮南23井地层倾角测井分析正断层实例,图1-19,JH27,井奥陶系地层倾角测井,分析逆断层实例,图1-20 不整合类型,3）不整合面的解释,不整合面分类 根据不整合面上、下地层产状和所反映的构造运动构造，不整合面分为平行不整合和角度不整合。平行不整合表现为上、下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层之间缺失了一些时代的地层。角度不整合主要表现为不整合面上、下两套地层之间既缺失部分地层，产状也不相同(图1-20)。,平行不整合,(,假整合,),当侵蚀面的倾角与方位角没有变化时，假整合在倾角矢量图上无显示。当侵蚀面有风化带时，倾角图显示为乱倾角，假整合就有可能识别。如果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，倾角图为红模式,(,图,1-21),或蓝模式显示，假整合也有可能识别，特别需要配合其他常规测井。,角度不整合,角度不整合在倾角矢量图上表现为倾角或倾向突变。一般情况下，不整合上部地层倾角较小，下部地层倾角较大(图1-22)。这种突变在区域上可以对比，不同于断层仅引起局部地层产状突变。,实例,塔中4井3724,m,处发育石炭系东河砂岩与下伏志留系之间的角度不整合面，如图1-23。不整合面上覆地层倾角4，地层倾向南西；而不整合面下伏地层倾角24，倾向南西，为明显的角度不整合。该不整合面有岩心资料证实，不整合面上有10,cm,厚的风化壳。石炭系东河砂岩为该区最显著的不整合面，位于塔中4井北部40,km,的塔中10井也可见该角度不整合的存在如图3-4-40所示。,图1-21 假整合(有倾斜层再沉积)的矢量模式,图1-22 角度不整合的矢量模式,图1-23 塔中油田地层倾角测井解释角度不整合实例,4）逆冲带的解释,山前逆冲构造带变形复杂。倾角纵向变化大，有的构造层倾角达7080，而有些构造层地层倾角只有1030，仅根据地震解释这类构造困难很大。采用人机交互处理和解释，能够提供单井的构造面貌。首先将地层倾角测井按所需的比例尺(一般为1:20)显示在计算机屏幕上，再借助于鼠标器对构造层的微电导率曲线进行人工对比，然后计算机在此基础上进行精细对比，并求出各构造层地层产状(图1-24)，最后人机交互解释地质构造。,DQ5,井处于逆冲带，最大倾角达,70,，电导率曲线高程差达,100-200,cm,。,采用人机联作方式进行处理和解释，能准确确定地层产状和构造要素，再与地震、地质信息结合确定构造平面展布。采用同样的办法对塔里木复杂断块型的桑塔木油田进行了综合分析，绘制了精细的剖面图与平面图，获得了令人满意的效果。,图,1-24,DQ5,井复杂逆冲带高陡构造解释,5）水下沙坝的解释,水下沙坝上覆泥岩段由于差异压实作用，在地层倾角测井长相关处理成果图上呈大红模式，沿矢量方向指示砂体加厚方向，沙坝顶部水动力强，底部较弱(可用倾角微细处理成果研究)沙坝主要测井标志如图1-25所示。,图1-25 水下沙坝分析,4、地层倾角沉积解释与应用,1）沉积构造解释模式,岩性单元内部和岩性单元之间的层理几何形态和空间关系是组成盆地充填物的成因地层层序中沉积成因单元的基本特征。在区域和局部这两种规模上描绘“层理形式”和“沉积构造”，能为沉积过程及判断沉积相(沉积环境)提供大量的资料。应用地层倾角微细处理模式可以在沉积构造方面作出解释，但前提是先通过取心井的刻度。,层理按其形成的单元可以从单一细层到层序，大致划分为纹层或细层(指一次水流形成的)、层系(一组纹层)、层系组(几组层系)及层序。地层倾角测井长相关对比的成果矢量图一般反映地层层序之间的层面，精细的地层倾角处理矢量图和电导率成像一般可以反映层系或层系组以下的各种层理面。,一般认为，矢量的红、绿、蓝、白模式及其组合形式是分析微细层理形态、类型的基本方法，同时可以用来分析古水流或沉积物搬运方向、沉积体延伸及加厚方向，这都源于矢量图代表的界面及矢量的趋势模式，是碎屑物质沉积时的水动力能量逐渐变化的真实反映。在实际工作中，首先要对交互处理的成果用岩心资料反复刻度，建立正确的地层倾角矢量模式图，,然后由已知到未知，从解释模型到未知层段，逐层解释沉积构造及其组合关系。,岩心刻度,如图,1-26,所示，把取心段的岩心素描图,(,沉积构造,),的原始产状缩小成,1:10,的比例，用于人机交互处理中，刻度地层倾角处理结果，以特征标志层,(,钙质夹层、泥质夹层,),归位，二者对比说明地层倾角计算结果和电导率成像与岩心匹配关系较好，而且地层倾角矢量清楚地显示出各种层理的模式关系，这是各种沉积构造,(,层理、冲刷面等,),解释模式建立的关键。对照岩心刻度图版可以得出如下结论：,(1),以岩心中特征标志层如钙质夹层、泥质夹层，将岩心归到地层倾角处理成果图上准确无误，无论从成像图，还是从微电导率曲线及矢量图模式转换，或其间断都很清楚。,(2),倾角矢量结果与岩心素描的各级层理、层面的视倾角相比，基本相符或略大。这是因为岩心素描的视倾有略比真倾角要小，而计算结果是正确的。,(3),电导率成像的颜色界线和地层倾角模式转换间断处往往是岩主中岩性界面或者不同沉积构造,(,层理、冲刷面,),的转换位置。,(4),从岩心上每一种层理类型、层系、纹层组系产状的变化可以在矢量图中找到对应的矢量点，这就为层理类型解释图版提供了依据。,图,1-26,塔中,4,井人机交互处理中岩心刻度倾角,沉积构造解释模式实例,根据轮南地区三叠系辫状河三角洲湖泊沉积体系、塔中东河塘地区“东河砂岩”碎屑滨岸沉积体系、塔中地区油组海陆过渡相三角洲沉积体系及英买力下第三系三角洲沉积体系中出现的主要沉积构造（层理和冲刷面等），用实际处理的矢量图建立了相应的解释图版。,(1)冲刷面(再作用面)和斜层理倾角测井解释图版(图1-27)。表现为上、下两种不同倾角矢量模式的间断处。,图1-27 冲刷面和斜层理倾角测井解释模式,(2)槽状交错层理倾角测井解释图版(图1-28)。表现为一组短模式线联接的小红、蓝模式组合，底部往往为模式群间断处显示的冲刷面。,(3)板状交错层理倾角测井解释图版(图1-28)。表现为一组模式线被彼此平行的红、蓝模式组合。,图,1-28,地层倾角矢量模式解释沉积构造,(4)楔状交错层理倾角测井解释图版(图1-28)。表现为一组模式线被彼此交叉的红、蓝模式组合。,(5)水平层理波状层理倾角测井解释图版。这种层理一般表示为小角度绿模式或杂乱模式。在倾角对比处理中难以检测这种小型层理。,(6)小型砂纹交错层理。表现为小红蓝或杂乱模式。,(7)浪成冲洗双向低角度斜层理倾角测井解释图版(图1-29)。表现为低角度的红、蓝模式组合间互，模式的矢量模式方向相反。,(8)高角度斜层理倾角测井解释图版(图1-28)。表现为单一的高角度蓝或红模式。,解释模式图版是大量岩心资料刻度倾角处理成果图的结果，具有在塔里木相应层位的统计适应关系，在交互处理中大量应用于解释构造序列。,图1-29 浪成低角度双向交错层理及高角度斜层理倾角测井解释模式,应用层理角度辅助判别沉积相实例,倾角测井能够连续地给出某段地层的层理倾角和倾向，层理角度是水动力能量强弱的反映。一般来说，同一环境水下动力能量强，有利于形成高,角度斜层理或平行层理，水动力弱时便形成低角度斜层理或水平层理。不同的环境，层理角度总体特征也不同，如一般海相地层层理角度为514，而河流成因，层理角度经常超过25。同一沉积环境下层理角度纵向上变化是水动力能量纵向变化的反映，这种,图1-30层理角度与河口砂坝沉积的关系,变化趋势常常为一种沉积微相与其它沉积微相相区别的特征标志。图1-30为一河口沙坝沉积，其形成时顶部水动力条件较底部水动力条件强，层理倾角顶部较大，达1020，底部较小，只有5左右，清晰地反映了这种水动力纵向上的变化规律。,2）沉积体内部充填结构解释模式,一个沉积体内部可能由若干个砂层组成，这些砂层之间的相互关系如何，是加积形成还是前积形成，亦或是侧积作用形成，这些同样具有环境意义。地层倾角测井长相关处理成果，可以用来确定沉积体内部结构和外部形态。在长相关矢量图上可以识别以下几种充填结构(图1-31)：（1）平行结构，倾角矢量成绿模式。砂岩层序面或者薄砂层、泥岩层相互平行。常见于席状沉积及海相沉积之中。（2）前积构造，倾角矢量成蓝模式。水流向前(盆地)推进过程中，有前积作用形成的结构。常见于三角洲前缘和水道中心部位。（3）发散结构，倾角矢量呈红模式。同一时间单元地层向上倾方向减薄，沿下倾方向加厚，反映不均匀的沉积作用。常见于充填河道边缘。（4）杂乱结构，倾角矢量杂乱，反映块状砂或者测井质量井眼条件不好。,图1-31 沉积体内部结构分类及倾角测井解释模式,图1-32反映的一种三角洲沉积前积和侧向加积作用，形成的长对比反映沉积内部的前积结构和侧积体结构。,3）古水流研究,地质上研究古水流的方法很多，野外测量沉积构造前积纹层的倾角是量直观、最准确的方法。倾角测井能够反映沉积构造信息、准确计算层理倾向、倾角。因此，对于地下地质研究，利用倾角信息分析古水流是最重要的方法。,图,1-32,长对比倾角矢量图识别沉积体概念模式,有两种方式确定古水流：一是利用倾角测井微细处理成果图，统计目的的层段内所有纹层倾向，取其主要方向代表古水流(全方位频率统计法)；或者统计目的层段内所有蓝模式矢量的方向，取其主要方向代表古水流。,利用塔中4井、塔中5井、塔中3井地层倾角测井信息在改进的施密特图上投点，并综合编制倾角玫瑰图，具有以下特征：,(1)塔中4井沉积层主要倾向是,SW3050，NE50(,图1-33)，反映水体运动方向为,NWSE,向，砂体延伸方向,NWSE,向，极少量的,NWSE,向。32003550.0,m,井段倾角一般为614，最大倾角15.5，砂岩中具有12个反韵律；泥岩中大部分倾角为2，部分达到4，因此，地层构造倾有为23。,(2)塔中3井和塔中5井层理倾角绝大部分为,NW,向，极少量为,NE,向和,SW,向，上部地层中，层理倾角低，一般20左右，中部较大，主要是1524，反映主要为单向水流，但也有相反方向作用形成的层理。,图,1-33,塔中,4,井石炭系倾角频率玫瑰图,总之，塔中地区塔中,1,井到塔中,3,井区水流方向由,SE,偏,S,，,向,NW,偏,N,流动，同时也是物源搬运方向。塔中,4,井海洋水流来自两个方向，即主要为,NE,和,NW,方向，推测古代潮汐主要是,NW,向，而波浪传播方向为,NW,方向，因为沉积物主要垂直波浪方向，而中上石炭统砂体为,NW,SE,向垂直海岸展开。,5,、测井识别裂缝及其发育方位,电导率异常检测(,DCA):,电导率异常检测是地层倾角测井专门用来显示高角度裂缝的一种方法。先将相邻极板的电导率曲线相减，求得其差值，并找出大于某一门限的差值；当在一定的对比长度内大于某一门限的连续的差值点数(累积厚度)达到一定数值时，就显示出一个异常，即电导率异常。它是由裂缝引起的泥浆深侵入造成的。利用它可检测出高角度裂缝。同时还可排除地层层理面所引起的假异常。,进行电导率异常显示的关键是对比长度、移动步长和异常幅度阈值的确定。一般先根据实际资料和地区经验等确定异常幅度阈值，然后根据异常幅度阈值调整对比长度和移动步长。它们对软件的运行时间有很大影响，对比长度和移动步长越小，所需时间就越长。,裂缝识别测井(,FIL),：,把地层倾角测得的互成90度的四条微电导率曲线，按极板顺序两两重叠(即1-2、2-3、3-4、4-1号极板曲线重叠），得到4组重叠曲线，利用重叠幅度差可指示裂缝。一般而言，当仪器位于水平裂缝部位时，同深度上测出相近的电导率，重叠曲线上出现高电导率异常井段，但重叠曲线的幅度差较小。当仪器位于高角度裂缝或斜交裂缝时，常有一个或两个极板遇到裂缝，它们相应测出高电导率异常，并在纵向上有一定扩展（即有一定厚度），重叠曲线幅度差明显。,双井径曲线的异常方位频率图（即椭圆井眼方位频率图）,：在裂缝发育的方向易发生钻井过程中的井眼跨塌，因而利用眼径扩径方位可以指示裂缝延伸的方向（即井眼长轴方向），同时也可以看出裂缝发育的主要和次要方向。,电导率异常的方位频率图（和加权的电导率异常方位频率图）：,统计处理井段内各极板测出的所有电导率异常的方位角，用以显示本井段内主要电导率异常和次要电导率异常的方位，也就是显示主要裂缝带和次要裂缝带的方位。,程序中采用了较为通用的定步长搜索与门限对比的方法，进行,DCA,的检测与定量标定，并记录电导率异常(,DCA),的方位和井眼异常的显示，对电导率曲线进行重叠和异常标示。,实例分析：,图1-34是南1-3井处理成果图，从图上可以看出绘出的图件从左到右分为四部分，依次为电导率异常检测(,DCA)、,电导率异常和井径异常随深度和方位变化图、井眼几何形状测井图和裂缝识别测井图(,FIL)。,1）电导率异常检测(,DCA)：,在四极板的方位角曲线的相对应深度上，用涂黑三角的形式表示出所检测到的电导率异常。涂黑区域的大小代表异常的大小。由此部分可解释出裂缝的发育方位和发育程度的大小。,2）电导率异常和井径异常随深度和方位变化图：在深度每隔10米的井段上画出电导率异常和井径异常在此段内的累积情况。由此可以解释出整个处理井段在不同深度的裂缝发育程度和方向，因而可以确定出裂缝发育的主要井段，为寻找主要裂缝发育带提供依据。重叠显示的双井径曲线可以分析井眼几何形状，可定性地判断出裂缝发育部位和裂缝的延伸方向。,3）裂缝识别测井，依次为1和2、3 和4、2和3、1和4电导率曲线重叠。并将两条曲线的差异涂黑（如果前者大于后者，否则涂为红色）显示，凡有明显高电导幅度差异并延续一定厚度者即为裂缝带。由厚度的大小和异常幅度的大小可确定裂缝发育程度。,图1-34 南1-3井地层倾角资料成果图,4）图1-35为方位频率图，处理井段的各极板的电导率异常方位频率图、四极板的电导率异常方位频率图。用这些方位频率图可以对整个处理井段的裂缝发育情况作宏观的解释。,图,1-35 四极板裂缝方位频率图,6、地层倾角双井径曲线确定最大主应力方向,理论和实验表明钻井过程中应力崩塌形成的椭圆井眼通常是由切向正应力作用于井壁形成的，椭圆井眼的长轴方向为最小应力方向，井眼表面上有拉应力，径向拉伸破坏岩石，造成在最大水平主应力方向上形成钻井诱导缝。在实际应用时，需排除高士钧、储昭坦（1997）提出的非地应力因素引起的椭圆井眼：1）溶蚀崩落变形井眼，常发生于盐膏岩层，它是因岩盐、膏盐等岩层被钻井液溶蚀所形成，其基本形状一般为园形,双井径读数均大于钻头直径。2）浸蚀崩落变形井眼，井壁周边岩石在经过长时间钻井液浸泡后，一些较软的岩石因吸收水份而使内部结构发生膨胀，强度降低,以致引起崩落。由于岩石本身具有各向异性,这种崩落在井眼周边是不均匀的，也往往造成椭园形井眼，在双井径曲线上表现为两井径读数不等，但都大于钻头直径。3）键槽形变形井眼，由于钻具偏心对井壁一侧反复碰撞磨损造成，多发生于井斜较大，岩石强度较低的井段，其特征为非对称椭园井眼，在双井径曲线上表现为一条井径读数大于钻头直径，而另一条小于钻头直径。4）岩石弹塑变形井眼，有些柔性地层岩石具有弹塑流变特征，在水平压应力作用下发,生缩径现象，形成对称椭园井眼，两条井径读数均小于钻头直径，长轴指向最大水平主应力方向。5）高角度裂缝崩落变形井眼，一些与壁相交的高角度裂缝，造成井壁邻近地层岩块强度降低，经过泥浆浸泡、冲刷及钻具反复碰撞振动，可能造成沿裂缝走向的井壁岩块崩落，形成椭园井眼，在双井径曲线上表现为一条井径读数大于钻头直径，另一条等于钻头直径。容易与地应力造成的椭园井眼相混。6）井斜大造成的视椭园形井眼：井眼并未变形，只是由于井斜大，地层倾角测量时仪器偏心，从而出现一条井径测量读数等于钻头直径，而另一条小于钻头直径。,利用上述结论，可以用地层倾角的双井径曲线和钻井诱导缝的走向确定现水平主应力的方向。,