FMI成像測井在碳酸鹽巖裂縫和斷層研究中的應(yīng)用

黃 葦，馬中遠(yuǎn)，張 黎

（中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊830011）

眾多學(xué)者利用FMI成像測井資料進(jìn)行了大量的地質(zhì)研究工作，F(xiàn)MI成像測井主要是通過圖像特征和幾何形態(tài)的變化來反映電阻率物理參數(shù)的差異，從而揭示地層的不同巖性和沉積構(gòu)造的差異［1－2］。FMI成像測井是進(jìn)行地質(zhì)研究的重要測井手段，它可以對沉積、構(gòu)造現(xiàn)象解釋提供重要的信息，前人在取心資料不足的情況下，利用FMI成像測井在垂向上具有連續(xù)性和直觀性的優(yōu)勢，對碎屑巖和碳酸鹽巖地層中的裂縫、斷層、沉積現(xiàn)象進(jìn)行了十分有效的應(yīng)用，解決了大量地質(zhì)問題［3－5］。本文試圖利用成像測井資料，解剖塔中和巴麥地區(qū)的2口鷹山組碳酸鹽巖地層中探井裂縫和斷層的成像測井特征，探討應(yīng)用FMI成像測井資料進(jìn)行斷裂、裂縫分析的方法技術(shù)。

1 成像測井的裂縫解釋

1.1 裂縫類型

裂縫是在應(yīng)力作用下，巖石發(fā)生破裂且破裂面兩側(cè)未發(fā)生明顯位移的產(chǎn)物。裂縫可分為天然裂縫和誘導(dǎo)縫兩大類，其中天然裂縫又可分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫［6－8］。在碳酸鹽巖地層中，天然裂縫和誘導(dǎo)縫均較為常見，從FMI圖像特征觀察表明，裂縫可大致分為高角度裂縫、中低角度裂縫、共軛裂縫、網(wǎng)狀裂縫、鉆井誘導(dǎo)縫和縫合線。

碳酸鹽巖地層中的高角度裂縫（圖1a）、中低角度裂縫（圖1b）、共軛裂縫（圖1c）和網(wǎng)狀裂縫（圖1d）均為以構(gòu)造作用為主而形成的天然裂縫，它是由于在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場中，巖石受不同方向、不同角度和不同強(qiáng)度的構(gòu)造擠壓、拉伸或剪切走滑等應(yīng)力的相互作用下，進(jìn)而發(fā)生破裂變形，形成了角度高低不等、裂縫與裂縫之間不同接觸類型的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對于碳酸鹽巖致密儲層而言，基質(zhì)孔隙一般不發(fā)育，巖溶縫洞是其重要的儲集空間［9］，因此，構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度直接關(guān)系到碳酸鹽巖儲層質(zhì)量的好與壞，它對碳酸鹽巖儲層的形成和改造具有重要作用。

鉆井誘導(dǎo)縫屬于鉆井過程中所產(chǎn)生的人工縫，是由鉆具震動、應(yīng)力釋放和鉆井液壓裂等因素誘導(dǎo)形成的，圖像上往往表現(xiàn)為兩組羽狀排列或兩條近于直立的暗色線條（圖1e），誘導(dǎo)縫主要是由于工程因素造成的，對儲層原始儲集性能沒有貢獻(xiàn)。

縫合線是非構(gòu)造因素形成的裂縫，它是因巖石體積形變、自身重力、成巖作用等與構(gòu)造應(yīng)力無直接關(guān)系的因素而誘發(fā)的構(gòu)造類型［10］?？p合線在FMI成像測井圖像特征一般表現(xiàn)為縫面不平直，呈齒狀，多數(shù)產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀近于一致的基本特征（圖1f），縫合線一般縫間多為殘留粘土充填，沿部分縫面有時(shí)可見油氣浸染和熒光顯示，可反映縫合線縫在特定時(shí)期可以作為油氣運(yùn)移的通道。

圖1 碳酸鹽巖中不同類型裂縫FMI圖像特征

1.2 裂縫充填特征

碳酸鹽巖裂縫中充填物主要為方解石、泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。對于裂縫充填方解石而言，F(xiàn)MI成像測井圖像往往表現(xiàn)為高阻縫（圖1g）的特征，高阻縫圖像上常為暈圈狀的亮黃－白色正弦曲線，反映裂縫被方解石等高阻礦物充填，此類裂縫由于已被充填，不能作為儲集空間，屬于無效縫。若裂縫中充填泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)或未充填，F(xiàn)MI成像測井表現(xiàn)為高導(dǎo)縫的特征，高導(dǎo)縫圖像上往往表現(xiàn)為褐黑色正弦曲線，一般連續(xù)性較好，裂縫邊緣不平直，有時(shí)沿裂縫邊緣見有溶蝕擴(kuò)大和掉塊現(xiàn)象，圖1h中的圖像上的褐黑色或黑色曲線表明此類裂縫未被方解石等高阻礦物充填，可能為低阻泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)充填，或未被充填，若能結(jié)合巖心上裂縫充填特征，則可準(zhǔn)確確定裂縫的充填情況。

1.3 裂縫產(chǎn)狀

FMI成像測井能夠較為精確的拾取裂縫的產(chǎn)狀，通過走向、傾向和傾角等3個參數(shù)來表征不同類型的裂縫參數(shù)。以X2井為例，統(tǒng)計(jì)表明，該井裂縫傾向總體有兩組方向，分別為北西西和南南東（圖2a）；裂縫走向總體為北東－南西（圖2b）；裂縫傾角的分布范圍較大，20°－50°稍占優(yōu)勢（圖2c），表明裂縫以中、低角度為主。從裂縫走向來看，北東－南西的走向與井旁大斷層走向近于一致，表明裂縫和斷層具有成因上的聯(lián)系，為與之同期構(gòu)造運(yùn)動形成的產(chǎn)物。

圖2 X2井碳酸鹽巖裂縫參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 成像測井的斷層解釋

FMI成像測井的構(gòu)造分析是基于對層面的識別和計(jì)算而進(jìn)行的。一般情況下，較為可靠的、能反映地層產(chǎn)狀的界面是不同巖性分界面（層面）和代表低能環(huán)境的水平層理面，在層面精細(xì)識別的基礎(chǔ)上，利用成像測井資料能夠較好的揭示探井的井旁構(gòu)造特征。

地層重復(fù)出現(xiàn)是判斷斷層存在的重要標(biāo)志。以X1井為例，在深度段 A（5 295～5 360 m）和深度段B（5 385～5 502 m）均出現(xiàn)了含灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r這套地層，電阻率曲線的響應(yīng)特征最為明顯，總體由齒狀向上變?yōu)橄錉?，地層出現(xiàn)明顯的重復(fù)特征，說明X1井鉆遇斷層，斷層性質(zhì)為逆斷層。斷裂帶常由斷層核和破碎帶兩部分組成，斷裂帶內(nèi)部因斷層面兩側(cè)圍巖發(fā)生變形，使得裂縫較為發(fā)育［17］，在X1井的兩個深度段A與B之間，電阻率有所偏小，判斷為斷層破碎帶，斷點(diǎn)位置位于5 360～5 385 m之間（成像測井不能確定斷點(diǎn)位置及斷層產(chǎn)狀），從X1井的巖心特征來看，在斷層破碎帶5 360～5 385 m內(nèi)取心上可見裂縫十分發(fā)育，在巖心剖面上可見擦痕特征，均反映了斷層破碎帶的特征。

在地層巖性相對均一、縱向變化不明顯的情況下，結(jié)合構(gòu)造地震解釋，可大致確定斷層的存在。以X2井為例，該井層面拾取和產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，地層傾向在縱向上變化明顯，具體變化特征為（圖3）：在地層中、上部井段6 255～6 398 m，地層傾向?yàn)槟衔飨?，地層傾角為8°～16°；在地層中、下部井段6 398～6 424 m，地層界面不清，裂縫較為發(fā)育（圖4）；在地層下部井段6 424～6 461 m，地層傾向與上部相反，傾向?yàn)楸睎|向，地層傾角往下有所增大，一般為8°～26°。從縱向上的地層產(chǎn)狀變化特征進(jìn)行井旁構(gòu)造分析后認(rèn)為該井鉆遇斷層，由于斷層的作用，導(dǎo)致上下盤地層產(chǎn)狀不同，推測斷層破碎帶發(fā)育深度段為6 398～6 424 m?？傮w來看，X2井先鉆遇斷層的上升盤，緊接著鉆遇斷層破碎帶，該帶內(nèi)地應(yīng)力集中，裂縫發(fā)育，地層界面不清，為空白帶；最后在6 424 m以下，本井鉆遇了斷層的下盤。由于整個FMI成像測井解釋井段巖性基本相同，因斷層兩盤的圖像特征相似，不能完全判定斷層的存在，但是結(jié)合X2井區(qū)鷹山組頂面的構(gòu)造圖來看（圖5），在X2井旁就存在一條北東－南西走向的斷層，再結(jié)合上述分析后認(rèn)為，該井鉆遇了與該條斷層相伴生的小斷層。

圖3 X2井?dāng)鄬觾A向方位解釋圖

圖4 X2井?dāng)鄬悠扑閹MI圖像特征

圖5 過X2井鷹山組頂面構(gòu)造

3 結(jié)論

（1）在碳酸鹽巖地層中，F(xiàn)MI成像測井是地質(zhì)人員認(rèn)識和描述裂縫和斷層的重要工具，它可識別天然裂縫和誘導(dǎo)縫，其中天然裂縫又包括構(gòu)造成因的高角度裂縫、中低角度裂縫、共軛裂縫、網(wǎng)狀裂縫和非構(gòu)造成因的縫合線；可識別出方解石、泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等裂縫充填物；并可拾取裂縫的走向、傾向和傾角等表征裂縫的參數(shù)。

（2）FMI成像測井也可以通過地層重復(fù)特征、結(jié)合巖心和地震構(gòu)造解釋成果，識別和刻畫斷層的上、下盤和斷層破碎帶的基本特征。

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