测井资料的构造地质研究,主要是褶皱、断层和不整合三类地质现象的地层产状和构造要素的准确确定。研究构造的主要测井资料是地层倾角测井和井壁成像测井资料。
(一)褶皱构造
1.对称背斜
当井没有穿过轴面,矢量图为绿色模式显示(图4-15),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4-16)。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。
图4-15 对称背斜的绿模式
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—脊面—陡翼时,矢量图有下列特征(图4-17)。
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。
其模式组合为绿—蓝—红(反)—绿(反、大)。
图4-16 对称背斜的乱模式
图4-17 非对称背斜井眼穿过轴面的地层倾角矢量图特征
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(图4-18)。
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,倾角随深度增大,一直增加到90°直立为止。有的倒转背斜在此部分,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。
图4-18 倒转背斜的矢量模式
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。
此种倒转背斜的模式组合为绿—蓝—红(反)—蓝—绿(大)或绿—蓝—乱—蓝—绿(大)。
对于其他类型的褶皱构造,可以采用同样方式确定其倾角矢量模式组合。
(二)地层倾角测井的断层研究
1.断层面没有变形的断层
图4-19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。
图4-19 断层面没有变形的正断层在矢量图上显示
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(图4-20)。
图4-20 断裂破碎带断层
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认出断层。
(1)断面与层面倾向相同的正断层
图4-21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。
图4-21 反向牵引正断层
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。
矢量图显示为绿—红—蓝—绿模式组合,方位始终一致。
(2)断面与层面倾向相反的正断层
图4-22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,在拖曳区出小背斜。整个矢量图显示为绿—蓝—红(反)—蓝(反)—红—绿模式组合。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4-22 同向牵引正断层
(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(图4-23)。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。
(4)断面与层面倾向相反的逆断层
图4-24为带有拖曳现象的断层,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,即绿—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,还是层面与断面倾向相同的逆断层?这就需要用地质资料、测井资料综合判断。
图4-23 同向牵引逆断层
图4-24 反向牵引逆断层
(三)地层倾角测井的不整合面研究
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,假整合右倾角图上就无显示。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(图4-25)或蓝色模式显示,假整合也有可能识别。
图4-25 假整合(有倾斜层再沉积)
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,一般情况下整合上部地层倾角较小,下部地层倾角较大(图4-26)。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。
图4-26 角度不整合
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