裂缝储集层评价第二,三章.ppt

第二章 裂缝形成的破裂力学机理构造裂缝特征及破裂力学机理构造裂缝，是指构造活动中由构造应力作用 造成地层破裂而形成的裂缝该大类裂缝可以分 为三亚类和若干的小类，对每类特征及破裂力学 机理论述如下与地层变形作用有关的构造裂缝系统系指地层岩石在受构造应力作用下产生和褶 皱变形过程中形成的各种特征、产状不同的拉张 、扩张和剪切破裂缝纵横张性构造缝 是由于地层弯曲变形后，由派生的局部张应 力使地层破裂而形成 与地层变形作用有关的构造裂缝系统与地层变形有关的构造裂缝，主要有以下类型 ：对于短轴背斜来讲，变形层可以存在两个方 向的变形，长条型背斜的两倾伏端也是如此对 于这类变形可能存在两个方向的派生拉张应力而 形成两组张性裂缝如图中的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三类变形 纵 横 张 性 构 造 缝构造扩张裂缝 在挤压环境下，当挤压应力大于岩石的抗压强 度，可使得岩层发生张破裂，这种破裂称扩张缝 与地层变形作用有关的构造裂缝系统构造剪切裂缝（1） 平面“X”型剪切裂缝变形前对于区域挤压应力环境来讲，形成的剪切缝称 为平面“X”型共轭剪切缝（图中-A），另一种平面剪 切缝是由区域剪切应力作用而形成 （图中-B）与地层变形作用有关的构造裂缝系统平面“X”型剪切裂缝的产状是，剖面上为直 立状，常在岩心上表现为近垂直缝或高度斜交缝 。

该类破裂缝的平直缝面上常见擦痕和阶步，擦 痕方向近于水平 如图2-7为四川盆地川 西大兴场地区大 11井和汉2井上 三叠统香溪群二 段取心裂缝素描 图，在缝面上见 近水平方向的擦 痕2）剖面“X”型剪切裂缝 剖面上同样能形成“X”型剪裂缝 （图）通常情况下挤压环境中形成的剖面“X”型剪裂缝 倾角较低，通常为低角度斜交缝而拉张环境中 形成的剖面“X”型剪裂缝倾角大，为高角度缝构 造 剪 切 破 裂平落2井香二段低角度斜交缝的岩心素描，其 缝面见方解石膜，见沿缝面擦痕剖 面 “X” 型 剪 切 裂 缝与层间滑动有关的 破裂缝 沉积盆地中的成层 岩石弯曲变形后，层间 滑动作用是十分普遍的 一般来讲，变形作 用越剧烈，层间滑动越 强，其形成的破裂可以 由（图）说明与地层变形作用有关的构造裂缝系统与与断层相伴生断层相伴生的构造裂缝系统的构造裂缝系统 与断层共轭的裂缝系统 构造裂缝特征及破裂力学机理 断层带存在两组 剪破裂面，一组裂 缝其走向与断层面 一致，另一组与断 层面斜角，交角为 2ψ断层派生的破裂系统 在断层两盘相对的运 动过程中，可以形成断 裂带附近的剪切应力场 ，从而可以派生出新的 裂缝。

徐开礼（1984年 ）等归纳了这种派生裂 隙的类型（图）与层间相伴生的构造裂缝系统与底劈等作用有关的裂缝系统 沉积盆地中地幔深部的岩浆侵入成层地层 会使地层变形褶皱，同样泥页、岩盐、石膏等 塑性地质体由于受力的不平衡也会向上挤入地 层而造成上覆地层的变形这种与垂向应力有 关的构造在地质学中称底劈构造（或挤入构造 ）. 构造裂缝特征及破裂力学机理 岩石中岩石中力学结构面力学结构面对破裂的影响对破裂的影响 岩石由于力学结构面的存在而降低了其强度，使得 其更易破裂构 造 裂 缝 特 征 及 破 裂 力 学 机 理 天然岩石并非完全 的均质体，其中存在 有纹层面及早期形成 的破裂面等对于这 些岩石中存在的地质 界面，岩石力学家们 称为力学结构面常见的力学结构面（ 图） 区域裂缝特征及破裂力学机理 在一些岩层十分平缓或水平岩层地区 可以广泛发育裂缝很多学者都将此类裂 缝称为区域裂缝尽管学者们就区域裂缝 的成因存在分歧，但有一点认识是共同的 ，即区域性裂缝是由外部力或表力作用而 形成区域裂缝：是指由于区域构造应力场 （不管这个应力场是何种原因诱发的）作 用下形成的分布广泛，产状稳定而不受局 部构造控制的裂缝系统。

裂 缝 形 成 的 破 裂 力 学 机 理 区域裂缝的特征 （1）裂缝发育的 规模大（分布广泛 ）（2）裂缝发育的 组系：一般情况 下以两组正交裂 缝的形式发育 （图） 区 域 裂 缝 特 征 及 破 裂 力 学 机 理（3）裂缝纵向分布区 域 裂 缝 的 特 征（4）裂缝走向与应力方 位关系许多研究表明，系统 的裂缝方向与测定的现 今和/或古区域最大水平 挤压应力之间有明显的 平行性裂缝的取向在可能的 构造应力源前面呈有规 则的排列（图）许多学者认为，区域性裂缝主要发育于近地表附近 近年来的研究表明，在未褶皱的地层中，在相当大的深 度可能存在区域性裂缝区域裂缝形成机理（之一）区 域 裂 缝 特 征 及 破 裂力学机 理（图）表示在砂 体和泥岩的泊松比 分别为0.15和0.3 的情况下对一个 杨氏模量为其周围 泥岩的2倍的砂岩 体施加水平挤压应 力时，砂体内应力 增强的幅度沉积结构引 起的应力增强天然水力破裂缝的破裂机理天然水力破裂缝形成机理G.Mandl等将天然水力破裂 裂缝分为内部破裂及侵入破裂 型（图）内部破裂型裂缝，烃源来自 地层本身 而侵入破裂类型流体来自外部 岩层。

天然水力破裂缝：是指 由盆地地层中流体压力 作用于岩石发生张破裂 而形成的裂缝形成破裂的条件一般来讲，构造水平应力（б H2）在拉张环 境下为负号，挤压环境为正号，如果忽略（б H2） 形成破裂的条件为：天 然 水 力 破 裂 缝 的 破 裂 机 理 Pb—超压烃源岩地层压力；бt—岩层的抗张强度；= б H= бH1，其中： бH1—由垂直应力引 起的水平应力对于侵入破裂类型，烃在盖岩层底部聚集引 起盖岩层底部地层压力升高（图）天 然 水 力 破 裂 缝 的 破 裂 机 理水力压裂缝保持开启的条件 天 然 水 力 破 裂 缝 的 破 裂 机 理裂缝的临界长度 在断裂力学中，材料的抗张强度用临界应力强 度Kc来表征式中： Pc—水、烃之间最大毛细管阻力，Mpa；a---不确定系数（0≤1）其它类型裂缝特征及其形成机理 重力拉张破裂缝特征及其形成机理在一些特殊的地质环境中，由于处于构造变形较弱 地区，其地层中存在与区域构造活动不相符合的拉张破 裂缝其典型的是基底隆起的斜坡地区（图）裂 缝 形 成 的 破 裂 力 学 机 理除隆起斜坡外，其它的地质环境中也可形成 拉张破裂。

其它类型裂缝特征及其形成机理重力拉张破裂缝的形成机理其它类型裂缝特征及其形成机理式中：S—块体下滑拉张应力；ρ –水饱和岩石密度 ；h—块体厚度；ø –坡度角与差异压实作用有关的破裂特征及其 形成机理其它类型裂缝特征及其形成机理破裂发育局限 且受控于破裂层 下伏地层的古地 貌对于不整合 面上的斜坡及陡 坎地带是该类破 裂的发育带（图 ） 破裂的特征及破 裂地质环境形成差异压实的破裂环境很多，主要见于不 整合面以上的相对脆性岩层中（图2-52）破 裂 的 特 征 及 破 裂 地 质 环 境风化破裂缝特征及其成因解释 风化破裂缝特征 其它类型裂缝特征及其形成机理在碳酸盐岩地层中，常因风化溶蚀坍塌等原因，形 成众多类型的破裂角砾岩，其中网缝镶嵌角砾岩则是风 化破裂角砾岩中典型的代表（图2-57）表层风化破裂裂缝主要在表生风化期因物理、机械等风化作用 下形成的破裂 风 化 破 裂 缝 特 征据前苏联学者柯洛门斯基 （1963年）在半干燥平缓 地区的风化破裂探槽调查 结果(图），新井中观察到 的风化破裂带可以分成五 个带（图）一年后风化带 井壁附近发生了明显的变 化陡壁拉张破裂裂缝 风化破裂缝特征主要分布于风化 岩溶形成的地貌陡 坎地带。

破裂是由裂纹尖 端应力集中失稳扩 展而逐渐形成的（ 图2-60） 岩溶坍塌拉 张破裂缝 与卸载有关的破裂缝的成因分析 如图2-63所示，a-a为 原始地面，b-b为剥蚀 后地面由于剥蚀后 ，使得垂直应力б1变 为б3，而由垂直应力 引诱导的水平应力бn 变为б1，当满足下列 条件时，可以形成破 裂（剪裂）其它类型裂缝特征及其形成机理第三章 裂缝形成期次的研究确定裂缝形成期次较成熟的方法和研究实例 裂缝分期配套方法 分期就是区分不同形成 期次的裂缝，配套就是将 同一应力场中形成的各组 裂缝进行组合裂缝的定性分期主要是 根据裂缝组系的相互切割 关系 裂缝的相互切割关系有以 下几种 （图）裂缝充填物的同位素特征及形成期次的确定 裂缝形成的过程为“真空”扩容过程，因 此饱和的地层水进入裂缝空间瞬时，必定或 多或少的有结晶矿物析出并附于缝壁上当 然地层中一条裂缝由于地质历史中多期矿化 水流径，可存在多期胶结物缝壁上第一期 充填矿物的形成期与裂缝形成期最为相当， 因此要讨论裂缝形成期，一定要对第一期充 填次生矿物特征进行分析裂 缝 形 成 期 次 的 研 究裂缝充填物的稳定同位素特征海相碳酸盐岩储层中裂缝充填物同位素特征 （图）四川 盆地川东石 炭系白云岩 储层中各类 矿物同位素 特征图 。

裂 缝 充 填 物 的 稳 定 同 位 素特征海相碳酸盐岩储层中裂缝充填物同位素特征陕甘宁盆 地中部气田 奥陶系马家 沟组马五1 白云岩储层 中裂缝充填 方解石的碳 氧同位素特 征图裂缝充填物的包裹体特征分析及形成期次确定 通过对裂缝充填物 的包裹体特征分析及均 一温度测定，可以得到 充填物形成时的古温度 ，当存在三相包裹体时 ，还可以得到其形成时 的古压力这些结果可 以帮助确定裂缝的形成 期次和研究裂缝的成因 裂缝充填矿物的地球化学特征及形成期次的确定。