岩心裂缝观察与描述

岩心裂缝观察与描述
1、观察内容
本次研究的主要是构造裂缝，构造裂缝指构造应力作用使岩石破裂而产生的裂缝。

它与局部构造事件相伴生、应力超过破裂强度而形成。

岩心的观察和描述是岩心裂缝研究的前提，正确的观察方法，可以供准确统计裂缝参数的第一手资料。

1）天然裂缝与人工诱导裂缝的识别
岩心上观察到的裂缝，有许多是钻井过程中或钻井后由人为因素造成的。

如果岩心裂缝裂面具有以下特征，则认为是人工诱导裂缝。

人工裂缝缝面很不规则或贝壳状，在裂缝处有敲击痕迹，且裂面始终平行于岩心轴，这是由于分析的需要，敲击岩心后造成的裂缝。

在取心过程中，形成的人工裂缝呈螺旋形，这是由取心筒扭动而形成的，并且裂缝长距离内平行于某个划痕。

如果裂缝具有以下特征，则它们为天然裂缝。

缝面上具有擦痕或阶步，指示在天然断裂作用过程中在裂缝表面形成的，擦痕方向可以表示为剪破裂的方向；
裂面上含有次生矿物或胶结物；
裂缝终止于岩心内，而不与岩心边缘相交; 裂缝具有多组平行组系。

2）岩心裂缝观察的内容
岩心的观察和描述是岩心裂缝研究的前提，正确的观察方法，可以供准确统计裂缝参数的第一手资料。

根据裂缝研究需要，此次岩心观察的主要内容有:
裂缝分布与深度的关系——描述裂缝发育位置，即与深度的关系。

裂缝分布与岩性的关系——统计裂缝在不同岩性中的发育情况。

裂缝的倾角——测量裂缝与岩心中轴线垂面的夹角。

裂缝的纵向切深——描述裂缝在岩心上的纵向切深，并观察裂缝端终止情况及穿层现象，即某种岩性中发育的裂缝是层内终止还是穿越岩性界面。

裂面的形态——主要观察与描述裂面的粗糙、光滑、平整程度等裂缝的条数——单位长度内裂缝的数量
裂缝的力学性质——描述裂缝面的擦痕、阶步、镜面发育情况。

并初步判断裂缝的力学性质(张裂缝、剪裂缝、张剪裂缝)。

裂面的充填性——描述充填物的成分(矿物、泥质、沥青类等)、形态、厚度充填程度(完全充填、部分充填)、充填方式、充填期次等。

裂缝中的矿物充填会使裂缝的孔隙体积变小，有效性变差。

根据裂缝中矿物的充填程度，一般可分为全充填、半充填和局部充填三种类型，反映其充填程度由强变弱，有效性由差变好（1）岩心裂缝倾角
裂缝按其产状分垂直缝、倾斜缝、网状缝和水缝。

垂直缝——倾角>80o；
倾斜缝——倾角10o -80 o的裂缝为高角度倾斜缝；
水平缝——倾角<10 o
网状缝——裂缝分布组系较乱，呈蜘蛛网状或放射状。

（2）岩心宏观裂缝线密度
对岩心上宏观裂缝密度的统计，常规的方法是统计单位岩心上的裂缝条数。

（3）裂缝纵向切深
裂缝在纵向上的延伸长度即高度。

裂缝纵向切深往往通过岩心和露头区的双重测量综合推测。

由于岩心的限制，岩心上测量的裂缝纵向切深，不能代表其地下的真实值，但仍能从一定程度上反映裂缝的发育规模。

岩心裂缝测量统计表明，我国低渗透砂岩油田裂缝大多数纵向切深规模不大，多数小于50cm。

（4）岩心宏观裂缝开度
储集层裂缝的地下开度是确定裂缝孔隙度、渗透率和油气储量的关键参数，也是直接评价裂缝对开发效果影响的重要因素之一，但同时也是很难获得的一个参数，目前尚无较好的解决办法。

过去，人们常用在岩心上实侧的裂缝开度值或在岩心上所测量的裂缝中充填脉宽度值来代表裂缝在地下的真实开度值。

事实上，上述两种方法所获得的裂缝开度值均大于其在地下的真实开度，它们不能代表裂缝在地下的真正开启情况。

原因是：
①地表所观测的岩心是减压或膨胀之后的岩心，且裂缝空间的膨胀系数要远远大于岩石孔隙的膨胀系数，故在岩心上实测的裂缝开度是它们在地面减压之后的开度，其值一般要比它们在地下的真实值大许多。

②裂缝中矿物充填脉一般为脉式充填，目前裂缝中所见的充填脉是其成千上万次脉冲式充填的结果，显然其脉宽要远远大于裂缝的原始开度。

储集层中对油气渗流和裂缝中油气储量计算起作用的裂缝宽度应该是它们在目前埋深下的地下开度。

因此，岩心上实测的开度值不能代表地下裂缝的真实开启情况。

目前，通常采用高温、高压岩石物理模拟的方法来求取裂缝的地下开度。

（5）岩心裂缝力学性质
构造裂缝按照其力学性质可以分为张性缝、剪性缝及张剪性缝。

张性缝是张应力作用下形成的裂缝，在岩心中，它的特征如下：
①裂面不整、粗糙，裂缝常常不规则且常不切穿颗粒；
②缝面不规则，且延伸远；
③裂缝表面常有Ca CO3物质充填(通常为方解石)；CaCO3物质的存在往往可以说明张性缝的存在，表明岩石在受到张应力作用后破裂，后期被Ca CO3物质充填。

剪性缝是在剪应力作用下形成的裂缝，可以根据以下特征来判断剪裂缝的存在：
①剪性缝常常具有切穿颗粒现象；
②剪性缝延伸长度大，且常有穿层发育的特征；
③剪性缝缝面平直、光滑、裂缝规则；
④缝面上可见擦痕、阶步等因滑动而造成的痕迹，裂缝两侧的颗粒有时还见到小的错动现象等。

张剪性缝是在张应力和剪应力综合作用下而形成的一种复合裂缝形式，因而兼具张性缝和剪性缝的特征，缝面既可见到矿物质的充填，又可见到沿一定方向发育的擦痕、阶步；前者具有扩张的性质，后者则具有剪切的性质。

（6）岩心裂缝充填性质
天然裂缝形成后，在较长的地质历史时期，可能因地层水中矿物质结晶析出而使其充填，裂缝的充填性往往决定裂缝的有效性。

根据裂缝矿物的充填程度，一般可分为完全充填和不完全充填两类。

充填矿物主要有方解石、石英和泥质等。

裂缝中矿物充填之后，若其介质环境发生变化，局部常产生溶蚀作用。

被充填裂缝在后期构造作用下还可以重新活动张开，甚至再次被矿物充填。

根据构造缝充填物的成分及相互切割特点可以划分出构造裂缝产生期次。

在一般情况下，形成最早的裂缝中充填了泥质、泥质~有机质等，稍晚一些的裂缝有时充填了沥青。

在岩心上裂缝的相互切割关系有下几种：
①错开——晚期裂缝使早期裂缝切断并错开；
②限制——晚期裂缝受限于早期裂缝；
③互切——两组裂缝互切时，表明二者同时形成。

此外，根据裂缝充填矿物的地球化学特征也可以确定出裂缝形成的期次。

观察21 口井岩心，在12 口井岩心中观察到了构造裂缝，9 口井(朝88、长32、朝85、朝65、四5、朝50、朝54、三3、长46 井)岩心中没有观察到构造裂缝，观察到的构造裂缝特征如表 1
表1 岩心裂缝描述
2、裂缝发育特征
1）裂缝密度
在21 口井中，共观察到构造缝84 条，其中，裂缝最为发育的井为朝7、朝902、朝943 和朝58 井（图1）。

裂缝发育密度平均为4.25 条/100m，其中，朝943 井裂缝密度最大，为16.4 条/100m，朝7 井为11.6 条/m，朝58 井为10.7 条/100m(图2)，在朝88、长32、朝85、朝65、四5、朝50、朝54、三3、长46 井中扶杨油层无构造裂缝。

裂缝发育数量和裂缝密度表明，在断层附近的朝943 井、朝7 井、朝58 井和朝902 井裂缝平均密度高于本地区平均密度，本地区构造缝主要发育在构造高部位。

2）裂缝充填
在观察到的84条裂缝中，共有22 条裂缝被充填，充填率为26%，充填物主要为方解石。

除了方解石充填以外，在研究区发育了较多的原油、沥青质及泥质充填物。

如图 3 所示朝943 井1368.23m-1368.83m 井段发育裂缝的裂缝面被原油和方解石不完全充填。

图1 构造裂缝数量图2 构造裂缝密度
图3 被方解石和原油不完全充填的裂缝
3）裂缝有效性
岩芯观察（表1）裂缝中有50%左右缝面有油迹或泥浆浸染痕迹，表明裂缝在地下呈开启状态，其中有35%左右裂缝缝面有油迹，说明在目前地质条件下有近1/3 的裂缝作为有效缝存在，成为油气运移的通道。

还有一些裂缝被部分充填但裂缝表面仍有油迹，说明这些裂缝在地下也是有效裂缝，是油气运移的通道。

4）裂缝角度
岩心观察裂缝主要以高角度裂缝为主，其中，60-90°裂缝占裂缝总数的90%，最为发育的是80-90裂缝，占裂缝总数的55%如图4。

5）裂缝与岩性
裂缝主要发育于粉砂岩中，向上、向下终止于粉砂岩层内，或向上、向下终止于泥岩层（图5）。

裂缝的纵向切深小于1m。

6）裂缝的规模
岩芯观察单条裂缝纵向切深以小50cm为主，占90%,主要发育于粉砂岩中；纵向切深大于1m的直劈裂缝只在朝943井和民69井中观察到3条。

7）裂缝的力学性质
岩芯观察成果（表1）表明扶杨油层显裂缝是以高倾角（＞60）张性、剪切缝为主；油田中张裂缝、张剪性缝在局部构造的高部位较发育。

剪性缝是在剪应力作用下形成的裂缝，在岩心上可以看到剪切缝常呈“X”状共轭裂缝系。

张性缝是张应力作用下形成的裂缝，在岩心中裂缝表面常CaCO3物质充填（通常为方解石）。

图4 构造裂缝角度特征图5 裂缝终止泥岩层。