利用测井资料研究地质构造面对的主要是井筒内可见的小型规模的地质构造,主要是断层、褶皱和不整合三类。由于现代地层倾角测井技术和井壁成像测井技术能准确确定地层产状和构造要素。因此,研究构造的主要测井资料也是依靠对地层倾角测井和井壁成像测井资料的解释。

一、地层倾角测井构造解释原理

岩层最初形成时,大都是水平的或近于水平的。如果发生构造运动,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)套叠的,以后再沉积,新的沉积岩层在新的褶曲运动下又形成了新的褶曲,又按新的轴面套叠。倾角测井每个矢量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,就能该将岩层的构造形态恢复出来。

为了能够正确的恢复构造形态,首要的问题是怎样利用矢量图来进行构造解释问题。当一口井钻遇一个构造时,随着深度的变化对于每一个构造来说,它在井眼面积范围内地层产状的变化规律是不同的。相应的各种地下构造形态反映在矢量图上的变化规律是不同的。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演模型。在组合矢量模式中。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,但是反过来则不成立,即同一个矢量模式具有多解性,但是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。

二、井璧成像测井构造解释原理

井壁成像测井资料主要是井壁的数字成像图,用色彩及辉度来表现构造现象。由于裂缝和层面处岩性的突变,造成了岩石的电导性或岩石的密度有突然的变化,在成像测井的图像上就会表现为一条明显的暗色条带,追踪这个条带的变化趋势,可以计算出断层的产状及褶皱的要素。

目前,国内外都相继开发出了一批地层倾角和成像测井构造解释的计算机辅助解释系统,推广较好的有江汉石油学院的地层倾角构造解释系统等产品。

1.对称背斜

当井没有穿过轴面,矢量图为绿色模式显示,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,只有钻在两翼上,才会显示出倾角较大、方位角一致的绿色模式。

2.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一脊面一陡翼时,矢量图有下列特征:

(1) 在缓翼地层中,构造倾角与倾斜方位角基本一致,矢量图呈绿色模式。

(2)由缓翼地层逐渐接近构造脊面,倾角随深度增加而减小,矢量图呈蓝色模式。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,矢量图成红色模式。

(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一蓝一红(反)一绿(反、大)

3.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：

(1)在上翼地层中,矢量图呈绿色模式倾角和倾向基本不变。

(2)由上翼地层至背斜脊面,矢量图呈蓝色模式倾角随深度增加而减小。

(3)由背斜脊面至背斜轴面,矢量图呈红色模式,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,矢量图不为红色模式而以散乱模式显示。

(4)由转折面进入下翼地层,矢量图呈蓝色模式,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,矢量图呈绿色模式,但倾角比上翼地层大,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一蓝一红(反)一蓝一绿(大)或绿一蓝一乱一蓝一绿(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。

1.断层面没有变形的断层

图为正断层,在井眼中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,不能用倾角资料判断、确定这类断裂。同样倾角测井也不能确定断层面没有变形的逆断层。

2.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。

3.有拖曳现象的断层

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,就有可能从矢量图上辨认断层。

1)断面与层面倾向相同的正断层

图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:

(1)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。

(2)进入上盘拖曳区,倾角增大,至断层面,倾角最大。矢量图为红色模式显示。此时最大倾角的深度为断点深度,其倾角及方位角为断面的倾角及方位角。

(3)进入下盘拖曳区,倾角减小,矢量图为蓝色模式。

(4)进入下盘,未受拖曳影响的岩层倾角稳定,矢量图为绿色模式显示。整个矢量图显示为绿一红一蓝一绿模式,方位始终一致。

2)断面与层面倾向相反的正断层

图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一蓝一红(反)一蓝(反)一红一绿模式。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。

3)断面与地层面倾向相同的逆断层

带有拖曳现象的逆断层,断层面与地层面倾向相同时,上盘在拖曳区出现小背斜,下盘在拖曳区出现小向斜。整个矢量模式组合为绿一蓝一红(反)一蓝(反)一绿模式组合。断点处倾角矢量模式组合为红(反)一蓝(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。

1.平行不整合(假整合)

当侵蚀面的倾角与方位角没有变化时,假整合在倾角图上就无显示。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,倾角图为红色模式或蓝色模式显示,假整合也有可能识别。

2.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。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。 2100433B

测井相研究随着测井方法和手段的发展（如高分辨率成像测井和地层倾角测井），已逐步向高精度、自动化和智能化方向发展，在岩石学（颗粒、基质和胶结物）、沉积构造（层理、层面）、局部特征分析（团块、结核、虫孔、黄铁矿等）、分层处理、薄层分析等领域的资料提取和分析方面展示了广阔的应用前景。 2100433B

测井地质学的研究建立于地质学和岩石物理学理论基础之上,以地质信息和测井信息的提取为依据,通过地质信息和测井信息间的正演和反演过程,建立测井解释地质模型,以期解决地质问题。

1.测井地质学研究的逻辑步骤

1)钻井岩心和野外露头的观察

露头和岩心观察是地质学及测井地质学研究的基础,通过露头和岩心的观察可获取诸如地层、岩性、岩石物质成分、结构、构造、沉积组合、生、储、盖条件等大量的地质信息和第一性资料。以此为基础,可以建立起地层层序、沉积相和生、储、盖组合等概念模型。

2)地质刻度测井

应用野外露头,钻井岩心和实验室分析化验获取的地质信息和参数,进行各种测井曲线的标定和刻度,通过建立正演和反演模型,建立正确可靠的岩电关系,为提高测井地质的解释精度奠定坚实的基础。

3)测井资料的处理

根据各种地质基础资料和测井系列,进行资料的可行性评价及数据处理,并对测井曲线进行校正和资料处理,是测井地质学研究的重要环节。

4)测井资料的地质解释

在岩石物理研究的基础上,以大量的地质资料所建立的地质模型和测井资料处理结果为依据,完成测井地质解释工作。

2.测井地质学研究的定量及定性分析方法

地球物理测井资料实质上是井剖面岩层各种物理性质(如导电性、放射性、电化学特性等)的二维或三维分析,是一组数据。这些数据仅仅间接地反映了岩石地质特性(如,岩石的成分和结构),而岩石性质的描述信息大量的是不便于数量化的知识信息。为了完成由数据信息到知识信息的转换,测井地质学研究中使用了近年来发展起来的许多数学分析方法,主要有:

(1)模糊统计方法;

(2)小波分析方法;

(3)分形几何方法;

(4)人工神经网络算法;

(5)混沌及随机行走分析方法。

高分辨率地层倾角测井包含有大量的沉积结构和构造方面的信息,在油田构造和沉积学研究中发挥着重要的作用。油气勘探中使用斯伦贝谢公司的阻HDT 和阿特拉斯公司的CLS3700 系列四臂倾角仪,通过计算机处理(TREEDIP 模式识别交互处理)可以得到反映岩石内部界面的倾角和倾向；也可以得到微电阻率环井眼成像,为沉积学研究进一步提供沉积结构、构造、古水流等方面的信息。

通常地层倾角测井经过长相关对比处理得到小比例尺(1:200)的倾角成果图用于地层构造学解释,包括产状、褶皱、断层压实后的砂体形态、裂缝识别等。而应用于沉积学中必须作特殊的处理,即短相关对比或精细模式识别的交互处理,甚至使用最先进的成像手段,并始终贯彻“岩心刻度测井”的指导思想,在工作中通过岩心观察和沉积构造描述,总结测井相和沉积相之间的对应关系,并在塔中、轮南、东河塘、英买力等主要油气田区沉积学研究中得到重视和应用。

1.倾角模式及其地质含义

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：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、沙坝及河道等。

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。

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。

白(杂乱)模式:倾角变化幅度大,或者矢量很少,可信度差,它指示断层面、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,尤其是在沉积学研究中,目标是岩石内部的微细层面,那么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。很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时是值得注意的。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之间的关系。

2.微电导率插值环井眼成像

微电导率环井眼成像是将电导率曲线按相对大小内插,表示环井眼电导率大小分布的值以一系列不同级别颜色表示,可以清楚地看出以下几项特征:

(1)不同电导率大小的电性层和不同的岩性界面很清楚。

(2)电导率逐渐递变,颜色级别逐渐变化,是岩石内部韵律的表现；

(3)电导率异常特征变化段,颜色级别突变是微细层面的反映,以此可参考矢量图模式判断沉积构造中层理的微细层变化及其组合关系；

(4)成像图中明显的颜色变化是检验倾角计算对比的准确性的标志之一。一般成像图中明显的层,应在对比计算中准确无误地计算出来相应的矢量点,否则对比就有问题。

(5)成像图中颜色变化旋回,应与电导率划分的旋回一致,并受到常规曲线层序模型的约束,可以在层序内部或其间有清楚的成像图颜色级别递变或界面。

(6)成像图中颜色变化成有规律的密集层状及正弦波状是层理的发育段,可以结合倾角矢量模式进一步解释层理类型。

3.沉积构造的地层倾角测井解释模型

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。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。

人一机交互式地层倾角沉积学处理程序为研究者提供了方便的工作界面,其中的地层倾角矢量和微电导率环井眼插值成像是用于判断沉积构造及其组成的主要依据,一般认为其矢量的红、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。于是在工作中,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。 2100433B