第2章 常規(guī)測井方法原理4-地層傾角測井

2、常規(guī)測井方法原理一、巖性測井系列二、孔隙度測井系列三、電法測井系列四、地層傾角測井主要內容第四章地層傾角測井？2、常規(guī)測井方法原理四、地層傾角測井地層傾角測井是一種測井方法的應用，其目的是測量井下地層層面的傾斜情況。它不僅可以補充地質專家在地面上無法得到的井下地層的準確傾斜資料，而且由于測井資料的分布密度很大，測井速度快，可以快速、準確、大量地獲得立體分布的地層傾斜資料。利用地層傾角測井資料可以進行地層對比，研究構造、鑒別斷層等變化，研究沉積環(huán)境以及巖相古地理等。地層傾角測井儀有很多種，從三臂式、四臂式到六臂式，從HDT到SHDT到地層微電阻率掃描測井儀等等。主要內容1、測量原理2、相關對比確定高程差3、處理后輸出的成果圖件4、應用地層傾角測井第一節(jié)測量原理㈠、基本概念1、地層面的走向：地層面與水平面交線的方向，用它與正北方向的夾角（順時針)表示，如圖中的C→D。2、地層面的傾向：地層面由高到低變化最大的方向，用它在水平面上的投影與正北方向的夾角（順時針）表示，如圖中BE與正北方向的夾角。3、地層面的傾角：在傾斜方向上地層面與水平面的夾角。4、視傾向：任意方向的鉛直面與地層面相交，其交線在水平面上的投影與正北方向的夾角，如圖中BD與正北方向夾角。5、視傾角：視傾斜線與視傾向線之間的夾角a。地層傾角測井一、測量原理㈡、儀器結構德萊賽公司的四臂式傾角測井儀HDT低角度傾角測井儀HDT高角度傾角測井儀HDT改進部分SHDT地層傾角測井儀SHDT極板部分地層傾角測井一、測量原理㈢、測量原理1、四條聚焦電阻率曲線每個極板上都裝有一個聚焦電極系，其記錄點始終在垂直于儀器軸的同一平面內，當儀器在井內移動時，可測出四條微聚焦電阻率曲線，通過對比可確定巖層層面上四個點M1、M2、M3、M4沿井軸方向的高度Z1、Z2、Z3、Z4。2、兩條井徑曲線：分別由I、Ⅲ和Ⅱ、Ⅳ極板組成兩套井徑測量裝置，可測兩條井徑曲線d13、d24。這樣，如果以儀器平面建立坐標系，這樣，四點坐標分別為：M1（0，d13/2，Z1）、M2（d24/2，0，Z1）、M3（0，-d13/2，Z1）、M4（-d24/2，0，Z1）。地層傾角測井一、測量原理㈢、測量原理3、I號極板方位角

定義為I號極板方向的水平投影與正北方向的夾角（順時針），變化范圍0～360°。從正北方向開始順時針計量，四個極板順時針排列，且以90°等間隔分布，所以四個點M1、M2、M3、M4在柱極坐標系方向的角度為、+90°、+180°、+270°。地層傾角測井一、測量原理㈢、測量原理4、井斜角

就是井軸或儀器軸與鉛垂線之間的夾角，變化范圍0～90°。地層傾角測井一、測量原理㈢、測量原理5、I號極板相對方位角

又稱儀器的相對方位角、井軸相對方位角，是指儀器平面上I號極板方向與井斜方向的夾角，順時針為正，變化范圍0～360°，也是I號極板與儀器高側邊的夾角。地層傾角測井一、測量原理㈣、測量結果四條聚焦Ra曲線兩條CAL曲線一條一號極板方位曲線一條一號極板與井斜方位角的相對方位角一條井斜角曲線（重擺測得的）一條電纜張力曲線（反映四臂的加壓情況）地層傾角測井輸出的測井曲線地層傾角測井一、測量原理㈤、計算、1、儀器坐標系中的傾角儀、傾斜方位角儀（矢量積法）⑴對四條聚焦Ra曲線進行相關對比，確定地層面四點的高度Z1～Z4；結合兩條井徑曲線確定四點的坐標M1(0,d13/2,Z1)、M2(d24/2,0,Z1)、M3(0,-d13/2,Z1)、M4(-d24/2,0,Z1)；⑵在地層面內確定兩個正交矢量：⑶計算地層面的法向矢量：⑸根據(jù)平面法向矢量與傾角和傾斜方位角的關系，有⑷計算地層面的單位法向矢量：即是說：地層傾角測井一、測量原理㈤、計算、2、大地坐標系中的傾角、傾斜方位角（坐標旋轉法）已知地層面在儀器坐標系中的傾角儀、傾斜方位角儀，井斜角、I號極板方位角、I號極板相對方位角、I號極板水平投影與傾向線的夾角。坐標系旋轉基本轉換關系：寫成矩陣關系：⑴以OA為軸，逆時針旋轉角，使OD與OD’重合，計算新坐標系O-F’D’A中地層面單位法線矢量的分量；⑵以OF’為軸，逆時針旋轉（-）角，使OA與OV重合，OD’與OC’重合，計算新坐標系O-F’C’V中地層面單位法線矢量的分量；⑶以OV為軸，逆時針旋轉（-）角，使OC’與ON重合，OF’與OE重合，計算新坐標系O-NEV中地層面單位法線矢量的分量；⑷計算：在儀器坐標系中取D軸上的單位法向矢量D={0,1,0}，將O-FDA變換到O-F’D’A，再變換到O-F’C’V，則可得：⑸計算大地坐標系中的傾角、傾斜方位角第二節(jié)相關對比確定高程差㈠相關對比的基本原理1、相關對比用數(shù)理統(tǒng)計方法比較兩條曲線的相似性，從而確定出高程差，其中，最重要的概念是相關系數(shù)，一個描述兩個變量線性相關程度的數(shù)值。式中：xi—基本曲線上的曲線段采樣值。yi—對比曲線上的曲線段采樣值。3、相關對比常用的幾個參數(shù)地層傾角測井二、相關對比確定高程差㈠相關對比基本原理基本曲線：一號極板所記錄的曲線；窗長：在基本曲線上，每次對比截取的曲線長度；探索長度：在對比曲線上相關對比上下移動的距離；步長：逐次相關對比的距離。2、相關函數(shù)4、利用相關分析自動求高程差㈡相關對比處理過程地層傾角測井二、相關對比確定高程差1、確定對比井段2、基本曲線3、確定對比時所用的參數(shù)4、計算rxy5、求高程差第三節(jié)處理后輸出的成果圖件㈠計算機處理的步驟1、野外帶處理2、計算相關系數(shù)3、求高程差4、求、5、成果顯示㈡主要的成果圖件地層傾角測井三、成果圖件1、解釋成果表2、矢量圖3、施密特圖及改進的施密特圖㈡主要的成果圖件地層傾角測井三、成果圖件改進施米特圖：區(qū)分沉積傾角和構造傾角勾出等值線是狹長形的則為構造傾角勾出的等值線近似于三角形，頂點指向圓心，底邊接近外圓圓周為傾向4、方位頻率圖：是在一個給定井段內優(yōu)選傾斜方位的極坐標統(tǒng)計圖，優(yōu)選傾斜方向的圖。圓周：方位；徑向：傾角出現(xiàn)的頻率。一般繪在矢量圖的右測，每隔10米一個圖，或者指定深度間隔內或者與施米特圖結合在一起。紅色（交叉線）代表河岸方向；蘭色（直線）代表水流方向；綠色（斜線條）代表構造傾角的傾斜方位。5、桿狀圖tg（視傾角）=tg（真傾角）cos(真傾向-投影方位)，用來進行地層對比。6、圓柱面展開圖是一個直徑不變的標準井筒圓柱面與地層傾角測井確定的地層面相交，把所有交線按S-E-N-W-S順序展開而成的平面圖形（有利于研究沉積現(xiàn)象）第四節(jié)應用㈠確定巖層的真厚度ha=hscoshssintgD=hs[cossintg)tg(-)]90°<(-)<270°,取正號；90°>(-)>270°,取負號ht=hacosht—地層真厚度；ha—垂直井中的地層視厚度；hs—斜井中的地層厚度；D—地層在井中傾斜方向的視傾角；—井斜方位角；—井斜角；—地層傾角；—地層傾斜方位；hshaht

1、矢量圖的顏色模式㈡研究地質構造地層傾角測井四、應用2、單斜構造㈡研究地質構造地層傾角測井四、應用特點（地質）：巖層層面是傾斜的，而且?guī)r層的傾角和傾斜方位在一定區(qū)域范圍內基本是一致的。確定單斜構造傾角：泥巖井段中是綠色模式，綠色模式的傾角是構造傾角。（泥巖為低能量沉積環(huán)境，水流平穩(wěn)、呈水平狀，于原始泥巖層面是平行的，所以采用泥巖井段模式確定構造傾角）如果它的水平層呈塊狀或有方解石脈狀充填，矢量模式為雜亂模式，不反映構造傾角。砂巖層段測得的是層理的傾角，灰?guī)r井段測得的是層內裂縫的傾角，它們都不反映單斜構造的傾角，只對構造傾角的識別起干擾作用。

2、褶鄒構造⑴基本概念：●頂角于翼角頂角：褶曲兩翼的夾角。翼角：褶曲兩翼巖層與水平面的夾角它們是反映褶曲的傾斜程度。頂角小，翼角大，則兩翼陡，否則兩翼緩。●脊點、脊線、脊面脊點：巖層在背斜彎曲最高的一點脊線：同一巖層面上脊點的連線脊面：各脊線構成脊面。特點：在褶曲的脊點上地層傾角為零。㈡研究地質構造地層傾角測井四、應用●軸面是指從頂角把褶曲平分為兩半的假想面，它可以是一個平直的面，其產狀可能是直立的、傾斜的、水平的，其形態(tài)和產狀反映褶曲橫剖面的形態(tài)，軸向代表了褶曲延伸方向、其長度反映規(guī)模的大小。軸點：是巖層在背斜彎曲最大的點。從脊點至軸點傾角逐漸增大，在軸點處傾角增大率為最大?！褶D折點、轉折線、轉折面巖層從背斜褶曲過渡到向斜褶曲的拐點是轉折點。同理可知轉折線、轉折面。從軸點到轉折點，地層傾角隨深度增加而增大，過轉折點隨深度增加而減小?！癖承焙拖蛐卑摧S面產狀和兩翼地層傾斜情況可分為：1)對稱背斜：軸面近于垂直，兩翼傾角相等，傾向相反；2）倒轉背斜：軸面傾斜很大，使一翼倒轉過來，兩翼傾角都向同一個方向傾斜；3）不對稱背斜：軸面傾斜、兩翼傾角不等、傾向相反；4）平臥背斜：軸面水平、一翼地層正常、新地層覆蓋在老地層上，一翼倒轉老在上新在下，兩翼傾向相反。⑵褶皺構造在地層傾角圖上的顯示●對稱背斜井未穿過軸面，矢量圖為綠色模式。如在軸面兩側鉆井，則兩口井的矢量圖是傾角相同，傾向相反。如果井鉆在頂部上，傾角較小，傾斜方位較亂，只有在兩翼上，才會顯示出較大的傾角、方位一致的綠色模式?！癫粚ΨQ背斜當不對稱背斜脊面與軸面重合，井鉆遇的次序是緩翼→脊面→陡翼時：由背斜脊面向陡翼地層過渡時，傾角隨深度的增加而增大，傾向與上翼相反，呈紅色模式。在陡翼地層中，傾角趨于穩(wěn)定，傾向與緩翼地層相反，呈綠色模式。其顏色模式為：綠色→蘭色→紅色（反）→綠色（反、大）緩翼地層中：傾向與傾角都基本一致，呈綠色模式；由緩翼逐漸接近構造脊面，傾角隨深度增加而減小，呈蘭色模式，在背斜脊面處接近零；●倒轉背斜特點：下翼傾角比上翼大，傾向相同，當井穿過其軸面時，矢量圖有兩種情況：▲脊面與軸面重合：綠模式→蘭模式→紅模式→綠模式（傾向相同），與不對稱背斜不同的是：傾向不同，只是下面的傾角大于上面的傾角?！竦罐D背斜▲井鉆遇次序是：上翼→脊面→軸面→轉折面→下翼。顏色模式：綠色模式→蘭色模式→紅色（傾向反）→蘭色模式→綠色（傾向大）模式或綠色→蘭色→雜亂（彎曲太大、造成斷列以散亂模式出現(xiàn)）1）在上翼地層中，顏色模式為綠色模式、基本不變；2）上翼至脊面，呈蘭色模式，隨深度↑而↑；3）由背斜脊面到背斜軸面，呈紅色模式，與上相反直到倒轉背斜轉折面，隨深度↑而↑，直到90°為止，有的在此部位由于彎曲太大造成斷裂，矢量圖不以紅色模式而以散亂模式顯示；4）由轉折面進入下翼地層，矢量圖呈蘭色模式；5）在下翼地層中，呈綠色模式分析：●平臥背斜平臥背斜在SP曲線上，以軸面為中心，向上、向下地層次序重復出現(xiàn)。矢量圖上顏色模式：紅色模式→蘭色（傾向反）模式；或綠色→紅色→蘭色（傾向反）→綠模式（傾向反）傾角最大處的深度為軸面深度，兩翼傾向相反。注意：用矢量圖判斷褶曲有多解性，必須結合地質資料及測井資料進行綜合分析，才能作出正確的判斷。3、斷層構造井下的標志為地層缺失（地層對比）井下的標志為地層重復（地層對比）●正斷層與逆斷層㈡研究地質構造地層傾角測井四、應用●斷層面沒有變形的地層無論哪種斷層，此時矢量圖上都是綠色模式，此時不能用矢量圖來判斷斷層的存在?！裼袛嗔哑扑閹У臄鄬尤绲貙雍苡?，在構造力的作用下，巖層斷裂伴隨著斷裂面處產生破碎帶。破碎帶中地層傾角沒有一定的方向，故在矢量圖上呈綠→雜亂→綠色模式?！裼型弦番F(xiàn)象的斷層塑性巖層上下盤沿斷層面作相對運動時，由于摩擦的作用，地層層面在斷層面處發(fā)生形變，斷層就能在矢量圖上顯示出來，因此斷層在該種條件下可以從矢量圖上加以辨認。特點：上盤下滑，下盤上推，使上下盤在拖曳區(qū)傾角變大。矢量特征：在上盤中，層面為受拖曳的影響，矢量呈綠色模式；進入上盤拖曳區(qū)，傾角增大，斷層面處的傾角最大，傾角最大的深度為斷點的深度，呈紅色模式；進入下盤拖曳區(qū)，傾角減小，呈蘭色模式；進入下盤未受拖曳影響的巖層，呈綠色模式。整個模式為：綠模式→紅模式→蘭模式→綠模式?！鴶嗝媾c層面傾向相同的正斷層特點：由于上盤下滑，在拖曳區(qū)出現(xiàn)小向斜、下盤上推，在拖曳區(qū)出現(xiàn)小背斜。矢量特征：上盤及上盤拖曳區(qū)，顏色模式為綠→蘭→紅（反），在斷點處以紅（反）模式告結束，紅（反）模式最大傾角處的深度為斷點深度；下盤背斜拖曳區(qū)及下盤的顏色模式為蘭（反）→紅→綠模式整個矢量模式：綠→蘭→紅（反）→蘭（反）→紅→綠。▲斷面與層面傾向相反的正斷層特點：上盤在拖曳區(qū)出現(xiàn)小背斜，下盤在拖曳區(qū)出現(xiàn)小向斜。矢量特征：在上盤拖曳區(qū)，由拖曳面轉至斷層面，傾角從零增大，呈紅色模式，傾角最大的深度為斷點的深度；進入下盤拖曳區(qū)，傾角減小，呈蘭色模式，在轉向點處傾角為零。整個模式為：綠模式→藍模式→紅模式（反）→蘭模式（反）→紅模式→綠模式。▲斷面與層面傾向相同的逆斷層特點：上盤順斷層面上推，下盤沿斷層面下滑，使上下盤在拖曳區(qū)傾角變大。矢量特征：在上盤中，層面為受拖曳的影響，矢量呈綠色模式；進入上盤拖曳區(qū)，傾角增大，斷層面處的傾角最大，傾角最大的深度為斷點的深度，呈紅色模式；進入下盤拖曳區(qū)，傾角減小，呈蘭色模式；進入下盤未受拖曳影響的巖層，呈綠色模式。整個模式為：綠模式→紅模式→蘭模式→綠模式?！鴶嗝媾c層面傾向相反的逆斷層特點：斷層面與地層面傾向相反，由于拖曳現(xiàn)象，上下盤在拖曳區(qū)傾角變大，而地層面沒有出現(xiàn)轉向。矢量特征：在上盤中，層面為受拖曳的影響。整個模式為：綠模式→紅模式→蘭模式→綠模式?！嫜跀鄬釉谘杆傩纬傻娜侵蕹练e中，底部有層超高壓泥巖，快速沉積物沉積在泥巖斜坡上，在重力作用下，沉積層斷裂，其上盤沿泥巖層面斜坡向盆地最低方向滑動，同時在斷裂面處出現(xiàn)空隙，兩盤沉積物就向斷層面空隙陷落，像是滾進斷層層面，形成滾動斷層。特點：上盤滾動區(qū)傾角變大；下盤由于沉滾動小背斜，只是下盤滾動區(qū)地層傾角減小。整個模式為：綠模式→紅模式→斷開→紅模式→綠模式。▲滾動斷層4、不整合⑴分類●假整合（平行不整合）：上下地層產狀基本一致。㈡研究地質構造地層傾角測井四、應用●角度不整合：不整合面上下地層產狀以角度相交?！癞斍治g面的、沒有變化時，假整合在傾角圖上就無顯示，即不能從矢量圖上識別不整合。●侵蝕面有風化帶，它有由下部地層侵蝕下來的磨圓的帶棱角的、沒有變化時，假整合在傾角圖上就無顯示，即不能從矢量圖上識別不整合。⑵顯示●侵蝕面侵蝕后產生局部的高點與低點，再沉積時，低洼處填充上傾斜面的沉積，傾角矢量為紅色模式，與上下巖層不一樣，假整合也可能被識別?！窠嵌炔徽显谑噶繄D上表現(xiàn)為傾角和傾向都有突然的改變。地層已造成褶皺5、鹽丘構造⑴鹽丘的形成當?shù)貙訙囟群蛪毫_到一定程度時，地下的巖層就會由高壓區(qū)向低壓區(qū)作塑性流動，使低壓區(qū)的鹽巖層拱起，形成鹽丘構造。若鹽巖層向上運動的力超過上覆巖層的破裂壓力時，鹽巖層就刺穿上覆巖層，形成刺穿巖丘構造。鹽丘構造或刺穿鹽丘構造是油氣聚集的很好場所，因此，研究鹽丘的分布對油氣田的勘探有重要意義。㈡研究地質構造地層傾角測井四、應用⑵鹽丘在矢量圖上的特征鹽丘的侵入使地層發(fā)生顯著的彎曲，當井鉆在鹽丘的一側：1)越靠近鹽丘體，傾角就越大，遠離鹽丘體，傾角變小。2）一般有恒定的傾斜方位，且指向遠離鹽丘方向。㈢砂體研究1、砂壩地層傾角測井四、應用1）砂壩的形成海浪底流攜帶泥砂流回海洋時，與沖向海岸的海浪相遇，流速抵消，泥砂堆積下來形成砂壩，它形成后，如果發(fā)生海侵，而且砂壩處的海水足夠深時，就會在其上部沉積泥巖或砂質泥巖，把砂壩封閉起來，形成砂壩型圈閉，砂壩型圈閉主要形成于濱海地區(qū)。2）砂壩上下的傾角在砂壩上面沉積的泥巖，由于壓實不均，泥巖越接近壩體其傾角越大，進入砂體后，通過砂體傾角便趨于構造傾角。3）在矢量圖上的顯示由于砂壩上部沉積泥巖，把砂壩封閉起來形成砂壩地層圈閉。當堆積在砂壩上部的泥巖壓力越來越大時，橫向壓實不均勻，產生分異壓實現(xiàn)象，使泥巖蓋層在越接近壩體時傾角越大，在矢量圖上，泥巖以紅色模式出現(xiàn)。進入砂體后，傾角隨深度增加而減小，出砂體后又趨于構造傾角。其整個模式：綠→紅→蘭→綠。4）砂壩的增厚和古水流方向泥巖的傾斜方位指示泥巖的加厚方向，其反方向指示砂壩體中沉積最厚的方向，砂巖層理的方位角，指示古水流方向。

分別對上述泥巖及砂巖中所有的矢量進行統(tǒng)計分析，作方位頻率圖，將泥巖為方位頻率圖涂上紅色，砂巖方位頻率圖涂上蘭色，由頻率圖上的蘭色指示古水流方向，紅色的反方向為砂體，加厚的方向，紅色的垂向為砂壩的走向。2、河道充填沉積1）河道充填砂壩的形成河道充填砂壩是在河流入?；蚝Ｋ沽魅牒邮股白映练e在河道中形成的，以后上面覆蓋泥巖，形成河道充填圈閉。2）河道充填沉積的傾角河道砂體沉積在松軟泥巖上，由于上覆沉積物的重使泥巖產生差異壓縮，引起滑動沉陷，使砂體層理面越往下部傾角越大。河道砂體以垂向加積為主，沉積時受河床地形及古水流速度（中間流速大，邊緣小）影響，沉積物頂面形成凹形，造成砂體下部層理面傾角大，上部層理面傾角小。3)河道充填沉積的矢量圖河道充填沉積加厚層理主要是從充填于河道的砂體反映出來，而不是砂巖體上部的蓋層泥巖，河道充填砂體加厚層理從上到小，越接近河道底部傾角越大，在底部出現(xiàn)最大值。4）砂體加厚方向及走向河道沉積的傾角模式是紅模式，砂體的傾向就是砂體的加厚方向，與砂體傾向垂直的方向為砂體的走向。圖上可看出河道中心的傾角要比河道邊緣的傾角小。古水流方向與砂體加厚方向垂直，即以砂體的加厚方向開始逆時針旋轉90度是古水流方向。3、三角洲沉積三角洲是河流入海（或湖泊）時，在河口沉積的各種類型的大沉積體。⑴三角洲的形成在河流入海（湖泊）的河口區(qū)，由于海水或湖泊的阻擋、以及河谷加寬，致使河水流速變慢，河水中夾帶的物質就有一部分堆積下來形成三角洲沉積，在河口地段沉積有三角洲前積層或河口砂壩。⑵三角洲或河口砂壩特點1）具有反韻律的特點，砂巖巖性上粗下細。2）形成斜層理或交錯層理3）交錯層理的層系厚度大，一般為1米左右。⑶在矢量圖上的顯示1）由于斜層理或交錯層理層系厚度較大，故在矢量圖上以明顯的蘭模式出現(xiàn)，其傾向指示古水流方向。2）各層系的蘭色模式的傾角大小也不相同，上部的傾角大，下部的傾角?。ㄒ驇r性上粗下細）。3）三角洲前積層圈閉或河口砂壩在方位頻率圖上呈蘭色單峰，峰所指的方向是古水流方向。4、碳酸鹽巖巖礁淺海區(qū)是最低退潮線200米深度之間的地帶（陸棚區(qū)），寬度可達數(shù)百公里。在淺海區(qū)地層圈閉主要有碳酸鹽巖巖礁圈閉。⑴碳酸鹽巖礁體的形成該礁體是由淺海區(qū)生物死之后軟體部分分解，而堅硬的石灰質硬殼被遺留