La acidez en la predicción de fracturas naturales: Los Efectos del diferencial Fractura Susceptibilidad en litologías heterogéneas.

Significativamente diferentes patrones están presentes en las sucesivas de arena a lentes conglomerádicas en la Formación Wasatch basal en Rifle Gap, el noroeste de Colorado. Esta variabilidad se ha producido a pesar de la proximidad estratigráfica de estas lentes sugiere que las tensiones regionales deben haber sido impuesta de manera uniforme sobre ellos. Muchos lentes fracturados con un patrón de fractura temprana, pre - levantamiento que afecta a EW, y mostrar, fracturas transversales ortogonales pequeños cortos. Sin embargo, algunos lentes contienen sólo más tarde, conjunto ENE fractura, algunos lentes contienen varios conjuntos de fracturas, y algunos lentes no están fracturados en absoluto. Estudio petrográfico sugiere que la composición heterogénea de la Formación Wasatch creado variaciones significativas en las propiedades mecánicas dentro de una lente en diferentes etapas geológicas así como entre lente. Episodios de tensión sucesivas eran capaces de fracturar algunos objetivos, pero otros no, dependiendo de la susceptibilidad de fractura de cada lente en el momento de la tensión impuesta. las orientaciones relativas entre los ejes longitudinales de las areniscas lenticulares y la tensiones in situ en el momento de la fractura también pueden haber desempeñado un papel en la determinación de magnitudes de los esfuerzos dentro de los lentes , y por tanto indirectamente en el control de la susceptibilidad de fractura. Heterogeneidad litológica y orientación de la lente se infieren para tener en cuenta la variabilidad de la fractura observada en este afloramiento, pero estos factores de importación serían difíciles de acomodar al tratar de predecir los patrones de fractura del subsuelo de las reconstrucciones de la historia tectónica de la cuenca.

Introducción.

Una de las tareas principales del geólogo del petróleo es caracterizar las fracturas en un sistema de depósito, o incluso para predecir las características de la fractura antes de la perforación, ya que las fracturas influencia o controlar el flujo de fluido dentro de un importante número de yacimientos de hidrocarburos. Predicción de fractura de este tipo se encuentra todavía en su infancia, pero se ha intentado - con mayor o menor éxito - por la cuantificación y la integración de las numerosas fuentes de tensiones típicamente responsables de fracturarse un conjunto de estratos (tensiones tectónicas y térmicas, profundidades de entierro, presiones de poros, etc.; por ejemplo, Warpinski, 1989; Lorenz, 1995).

Las propiedades mecánicas de las rocas son también parámetros críticos son la clave para la capacidad predictiva de los modelos, ya que pueden alterar magnitudes de los esfuerzos dentro de un lecho dado y porque dictan la susceptibilidad de los estratos a la fractura bajo los esfuerzos tectónicos modelados. Tensiones regionales que eran lo suficientemente grandes para roca de la fractura en un momento fueron deslitificando los estratos serían irrelevantes para las predicciones de las características de la fractura. Desafortunadamente, las propiedades mecánicas de las rocas sedimentarias varían a través del tiempo como estratos se someten a sucesivas etapas de entierro, compactación, diagénesis, y cementación. Las tarifas y horarios de estos procesos, y los cambios relacionados en propiedades mecánicas, son poco limitados.

Aunque las propiedades mecánicas de las rocas son parámetros importantes estratos de Wasatch se describe en este artículo no se tomaron muestras o medido. Las actuales, las propiedades de superficie de roca no serían aplicables a los sin- diagénesis, las condiciones del subsuelo de la fracturación que son inferidos aquí. Tampoco fueron los cambios de estos parámetros a través del tiempo calculado o estimado, que está más allá de los límites de este estudio.

Más bien, este documentos en papel variabilidad de las propiedades mecánicas de los estratos indirectamente, mediante el registro de las diferencias en las características mecánicas con la propiedad depende de la fractura que se desarrollaron durante las etapas diagenéticos y tectónicos sucesivos (no ligadas a eventos geológicos específicos en este documento).

Otro factor que puede afectar a las características de fractura dentro de una lente es la magnitud del estrés diferencial. Esto es en parte dependiente de las propiedades mecánicas del sistema, y en parte es una función de la relación entre anchura y espesor de la lente en la dirección paralela a un esfuerzo de compresión. Esta relación cambia con la orientación de la lente dentro del campo de esfuerzos regional. Un lenticular, piedra arenisca fluvial - canal puede de hecho ser variablemente susceptibles a la fractura a lo largo de su longitud, simplemente porque tiene una alta sinuosidad, presentando una relación aparente diferente entre anchura y espesor en diferentes posiciones a lo largo de su longitud.

Este factor no puede evaluarse en el afloramiento de estudio porque los datos que permitan la reconstrucción de los ejes de lentes de arenisca se oscurecen en gran medida. Sólo una de las lentes de Wasatch loca tiene ambos márgenes de los canales expuestos, y esta estratigráficamente más alta en la sección de los afloramientos de estudio. Sin embargo, se documenta un eje de canal de tendencia aproximadamente norte-noroeste con anterioridad a elevar sobre este- moja eje de rotación, y este objetivo se ubica más bien incongruente "de punta" t el otro extremo del campo de prácticas de golf, moja de la autopista 325, donde es muestra características sedimentarias pendientes.

El propósito de este trabajo, sin embargo, es el de describir un ejemplo de la variabilidad en las características de fractura naturales (principalmente la orientación y el espaciamiento) que puede estar presente en diferentes capas de formación litológicamente heterogénea, como resultado de diferencias en la susceptibilidad de fractura en que la formación. Las observaciones presentadas aquí sugieren que una variabilidad inquietante en características de fractura puede formar dentro de una sección limitada de los estratos a pesar de una historia de estrés regional común. Esta variabilidad en las características de fractura también indica que las predicciones de fracturas en la subsuperficie pueden ser extremadamente inexactas donde las condiciones son similares a las descritas aquí.

Geología de la Formación Wasatch en la tapa del Rifle.

Los estratos fracturados descritos en esta ocurren dentro de un extenso afloramiento de la formación de Wasatch en el borde centro-oriental de la cuenca de Piceance, noroeste Colorado. La formación de Wasatch en la cuenca del Piceance es un Paleoceno bajar unidad Eoceno, que cubrían el grupo Mesaverde y subyacente a la formación de Green River (Johnson et al., 1994; Johnson y mayo de 1980). El afloramiento de estudio se encuentra en el lado sureste de la entrada a Rifle Gap, dentro de la basal Atwell Gulch miembro de la formación de Wasatch. El miembro Gulch Atwell es localmente unos 700 metros de espesor (Donnell, 1969) y consta de lodolitas abigarradas intercaladas con medio de conglomerados y areniscas fluviales volcanoclástica de grano grueso. Las unidades de grano grueso son expuestas así como planchas casi vertical hasta 50 metros de altura, sumergiéndose hacia el sur en la cuenca y llamativa aproximadamente de este a oeste en el lugar de estudio.

El grupo Mesaverde y la formación de Wasatch basal en este sitio se rotaban estructuralmente para crear el monoclinal Grand Hogback como el bloque adyacente de río blanco fue empujando

hacia la cuenca a lo largo de fallas inversas en tiempo Laramide (Perry et al., 1988; Gout et al., 1991). Rifle Gap es uno de los pasajes más grandes erosionados a través de este monoclinal.

Una sección gruesa 100 metros cerca de la mitad del miembro Gulch Atwell fue estudiada para este papel. Esta sección consta de siete planchas lenticulares entre 5 y 21 metros de espesor, dentro de una sección que es aproximadamente el 80% mudstone. Las camas lenticulares son fluviales – canal, sandbodies en forma de cinta hasta unos pocos cientos de metros de ancho.

Descripción de las fracturas.

Las planchas wasatch mostrar una variedad de estilos de fractura y orientaciones. Cinco de las siete planchas dentro de esta sección fueron estudiados en detalle. Estas planchas se designan de A a E en las figuras 2 y 3, y contienen los patrones de fractura generalizadas enumerados en la Tabla 1.

Lecho B es no fracturada, pero en general las planchas mostrar dos "principales" tendencias de fractura, aproximadamente EW y ENE cuando las camas se hacen girar de nuevo a , fracturas transversales ortogonales whit horizontales. Los conjuntos de fracturas EW y NE tienen orientaciones aproximadamente parecidas, y las relaciones de edad relativa como se pone el F2 y F3 de fractura descritos por verbeek y lechada (1984) en los estratos post- mesozoico local de la cuenca Piceance. Las tendencias en la Tabla I muestran que las orientaciones y distancias de las principales fracturas son variables y que los patrones de fracturas transversales son aún menos regular.

Lo que sigue es un intento por desgracia seco y difícil de describir y analizar un conjunto notable de las fracturas y las relaciones de fractura. Referencia frecuente a las figuras ayudará al lector.

Tendencias de las Fracturas Principales.

El término "principales" fracturas como se utiliza aquí se aplica a las fracturas más antiguas de cualquier objetivo dado, las fracturas que son pasantes a lo largo de la cama con las fracturas más jóvenes que terminan su contra. Verbeek y nomenclatura F2/F3 formal Grout, aunque probablemente sea aplicable, se creó un lado en favor de términos de la huelga descriptivo generalizadas ya las principales tendencias de fractura varían tanto de la lente para la lente. Las principales fracturas en la mayoría de las planchas trend aproximadamente 100 grados, generalizadas a " EW 'aquí ya que hay una más- o -menos variabilidad de 15 grados en huelga de fractura promedio de cama en cama. Además de esto, la huelga de un fractura individuo también varía comúnmente a lo largo de su longitud por 5-10 grados. las huelgas de los principales fracturas en flatiron D , sin embargo , se orientan constantemente de 30-40 grados en dirección contraria a la tendencia EW y afecta a unos 60-70 grados ( " ENE ") . La mayor parte de la discusión en esta sección intenta explicar por qué algunas lentes y lentes D en particular, tienen grandes orientaciones de fractura anómalos. el , tendencia fractura ENE oblicua es la misma tendencia exhibida por una tendencia más joven fractura pronunciada en e flatiron (discutido más a fondo a continuación) , lo que sugiere que la tendencia de la fractura ENE se superpone a los estratos después de fracturas EW habían formado en areniscas distintos de lente D. Flatiron D es litológicamente diferente de los otros lechos discutidos aquí : es uniformemente conglomerático, con clastos volcánicos 1-2 pulgadas de diámetro que flota en una matriz de grano muy grueso, muy volcaniclástica, claramente rojiza piedra arenisca . Otras planchas se componen típicamente de inmaduros (pero no tan - volcánicos ricos) areniscas de grano grueso, de color gris y morado, y son sólo localmente conglomerático. La matriz de arena gruesa del conglomerado D plancha

también muestra un alto contenido de granos de arenas rotas y agrietadas en sección delgada. Las diferencias litológicas / petrológico de Flatiron D puede dar cuenta de su carácter de fractura diferente. Los granos de arena rotas y agrietadas evidentes en sección delgada sugieren que la lente D fue más pobremente cementada que las lentes adyacentes en el momento en que se hizo hincapié. Al carecer de soporte mecánico de cemento, los contactos de punto a punto grano de arena causa d muchos de los granos de romper y de crack. En lugar de la fractura macroscópica en esta rima, la tensión en esta cama fue acomodada por desplazamiento intergranular microscópica y agrietamiento de granos de arena individuales. Como consecuencia de esta capacidad de deformación a un nivel microscópico, la lente D no poseen propiedades mecánicas que eran susceptibles a fracniring a gran escala cuando se impusieron fracturas EW en las areniscas adyacentes.

Otro factor que limita la fractura también puede haber derivado de esta pobre consolidación. La magnitud del esfuerzo dentro de la arenisca lenticular incrustado en mudstone son amplificaciones de las tensiones regionales que se le imponen. Las magnitudes de los esfuerzos dentro de una lente pueden ser amplificadas por la relación del módulo de elasticidad del material de la lente de arena para el módulo de la arcilla esquistosa que encierra, ambos de los cuales cambian con el tiempo.

Un lente litificado en una matriz dúctil puede estar estresado fácilmente hasta el punto de fractura. Sin embargo, poca o ninguna amplificación se produce si la inclusión del lente esta también pobremente litificado. Es poco probable que la lente se fracture en condiciones de baja tensión, lo que refuerza el bajo potencial de fracturas causadas por la baja susceptibilidad de fractura de las propiedades mecánicas de los estratos no consolidados.

Como el entierro, diagénesis, y los cambios en las propiedades de la roca, sin embargo, la cementación de calcita hizo este lecho mecánicamente frágil. La cama era entonces susceptible a la fractura en la dirección ENE durante imposición de estrés más tarde. Esta tensión también creó fracturas ENE en varias otras planchas, más notablemente como fracturas oblicuas a las principales fracturas en la lente E (discutidos más adelante).

Esta interpretación para el lente D es soportada por:

1) Las secciones delgadas que muestran la ausencia de granos partidos al principio de la calcita diagenética cementada concreciones que se encuentran dispersos dentro de este objetivo (granos de arena dentro de estas concreciones flotan en la matriz y cemento, y fueron protegidos desde el punto de contacto de tensiones concentradas)

2) Las observaciones de las relaciones de fractura dentro de un conglomerado de cantos rodados de cuarcita en una plancha estratigráficamente justo debajo de la lente E. El 5-10 pulgadas, adoquines mecánicamente frágiles en esta cama son en algunos aspectos equivalentes a gran escala a los granos de arena agrietados en la lente D. En las pocas localidades donde los clastos de cuarcita se tocan entre sí en sus bordes este y oeste, muestran fracturas irregulares que irradian desde el punto de contacto, similar a los granos de arena. Donde flotan en la matriz de arena gruesa, sin embargo, los clastos contienen poco espaciado (fracciones de pulgada), golpe paralelo (E-W) fracturas que no se extienden dentro de la matriz de arenisca circundante (Fig. 4). El lente de arenisca en sí mismo, por otro lado, contiene sólo el más joven, golpe oblicuo, conjunto fractura ENE.

La observación en este conglomerado de uno de los primeros, esfuerzo de golpe paralelo que no fracturo la arenisca (sino que fracturo los adoquines incluidos), y un esfuerzo oblicuo después que fracturo la arenisca (pero no los adoquines), es compatible tanto con el modelo propuesto estrés de dos fases, así como el cambio inferido en las propiedades mecánicas de estos lentes a través del tiempo.

Cama sin fracturas (B).

Lente b es no fracturada, a pesar de que se compone de una piedra arenisca de grano grueso similar a los afloramientos de cama fracturada adyacentes de esta lente han sido más redondeada intemperie que otros todavía la roca está muy endurecida y extremadamente resistente a los golpes de martillo. La cama no forma una inflación alta como lo hacen la mayoría de las lentes adyacentes, por tanto, una separación de fractura en exceso de alrededor de 15 pies puede ser oscurecida, pero no hay fracturas presentes en la exposición disponible. Ninguno de las otras planchas tiene separaciones de fractura de más de 12 m, lo que sugiere que la ausencia de fracturamiento en esta lente es real.

Esta cama se distingue de las otras areniscas en sección delgada por un contenido muy alto porcentaje de cuarzo agrietado y granos de feldespato (Fig. 5), similares a los observados en Plancha D pero más penetrantemente agrietada. Como antes, las grietas comúnmente se originan en los contactos puntuales entre los granos. Fragmentos de rocas volcánicas, muchos de los cuales han sido convertidos a la arcilla autentica también son más abundantes en esta roca que en camas adyacentes

Granos de arena rotos y la ausencia de fracturar sugieren de nuevo que esta cama no estaba bien cementada durante el caso de fractura EW y era, por tanto, no susceptible a la fractura, similar a la Plancha D. Sin embargo, esta cama aparentemente permaneció mal cimentado durante el evento de tensión de fractura ENE. La diagénesis de los componentes volcánicos de la roca y la cementación penetrante de esta piedra por arcillas autigénicos finalmente creó una unidad indurada fuerte, pero sólo después de la fractura de la historia de la formación estaba completa. Estas arcillas cementación son higroscópico, sin embargo, lo que representa para los pobres la resistencia de esta cama a la actual a la intemperie a pesar de su dureza.

Fracturas oblicuas en el ente E

La mayoría de las fracturas cruzadas en las areniscas y conglomerados de la sección de estudio son cortas fracturas irregulares, ilimitadas en longitud a la distancia entre el paso de las fracturas, y orientadas aproximadamente normas a ellas. Tales fracturas son probablemente causadas por un alivio de esfuerzos durante la exposición y la descarga.

Las fracturas de esfuerzo aliviado están bien desarrolladas en el plano E como el conjunto mas joven de fracturas, y orientados a las principales fracturas E-W. Sin embargo un tercer y predominante de edad intermedia, tendiendo ENE, fracturas cruzadas oblicuas son desarrolladas en estos lentes. Estas fracturas oblicuas tienden paralelamente a lo previamente descrito en las fracturas ENE encontradas como las fracturas principales en el adyacente y conglomerado plano D y por lo tanto lo identificado como parte de este conjunto.

A través de la discusión en esta sección enfocada en las fracturas oblicuas en el lente E, es interesante notar que las fracturas de esfuerzo liberado mas jóvenes en este lente se parecen a las mas viejas, las fracturas E-W mejor que las de edad intermedia fracturas ENE; los esfuerzos

controlaban el fracturamiento de esfuerzos liberados aparentemente bloqueados durante los eventos de viejos esfuerzos y no fueron significantes para los eventos de edad intermedia.

El desarrollo delas fracturas oblicuas ENE como fracturas cruzadas en el lente E pero no en otros lentes pueden ser un resultado directo delos efectos de estratificación. En el plano E es considerablemente mas delgado que los otros lentes (tabla 1) y reciente, las fracturas E-W dentro están relativamente separadas. Bajo las condiciones de esfuerzo oblicuo, estas aparentemente permiten fracturas oblicuas ENE para formarse dentro de los largos bloques de roca intacta entre las fracturas E-W. Esta misma tensión fue fácilmente acomodada para la reactivación de cizalla de las fracturas E-W donde las fracturas E-W tienen un espaciado mas cerrado en los estratos delgados de areniscas. Este modelo es apoyado 1) la ausencia de fracturas oblicuas en presencia de espacios mas cerrados en las fracturas E-W en las delgadas areniscas y en el borde del mismo lente E, 2) un poco de la superficie de la fractura E-W (estratos paralelos o en sentido de movimiento) y 3) varias zonas notadas en otros estratos en la sección de estudio (carca del lente c), y donde quiera en este afloramiento las fracturas secundarias se han desarrollado como el resultado de una cizalla menor entre varias de las fracturas E-W, indicando consistentes movimientos laterales con un esfuerzo oblicuo súper impuesto finalmente la mayor parte de la evidencia definitiva para una cizalla insipiente asociada con la superposición y un esfuerzo oblicuo dispuesto previo para la geometría delas relaciones de fractura en el plano E. las terminaciones de muchas fracturas curvas ENE llegan a ser cercanamente normales a las viejas fracturas E-W, sugiriendo que los planos en las fracturas viejas fueron superficies libres locales esencialmente en el tiempo de la propagación de las fracturas jóvenes. Las terminaciones finales opuestas de muchas de estas mismas fracturas curvas ENE en la otra dirección, sin embargo, llegan a ser paralelas a las fracturas E-W y sugieren un esfuerzo local compresible paralelo a la superficie de viejas fracturas.

Esto imita un patrón trazado por Andersson (1942) para un esfuerzo orientado oblicuo para una discontinuidad planar. Los campos viejos con esfuerzo oblicuo súper impuesto en la discontinuidad (una fractura o falla) están reflejados paralela o perpendicularmente a la continuidad en la proximidad a esto, especialmente cerca o lejano a través de ella.

Por último, tal vez la más definitiva para cizalla incipiente asociada con la superposición de una serie estrés oblicua es proporcionada por la geometría de las relaciones de fractura colindantes en plancha E. Las terminaciones de muchos ENE fracturas curva para convertirse en casi normal a las fracturas mayores EW, lo que sugiere que los planos de las fracturas eran mayores, localmente, superficies esencialmente libres en el momento de propagación más joven-fractura. Las terminaciones-extremo opuesto de muchos de estos mismos ENE fracturas curva en la otra dirección, sin embargo, convirtiéndose en paralelo a la E - W y fracturas que sugiere una tensión paralelo a la compresión local de la superficie de fractura mayor.

Fractura espaciado.

RESUMEN

Los patrones de fractura dentro de los siete éxito ive de arena a conglomeratie planchas en la Formación Wasatch basal sugieren que muchas de las camas fracturados temprano con patrón EW pasante, y contienen, ortogonal, fracturas transversales de relajación de esfuerzos cortos más jóvenes. Sin embargo, algunas planchas contienen sólo una más tarde, oblicua, conjunto fractura ENE, y al menos una lente en esta secuencia no es: fracturado en absoluto. Otra lente contiene los tres conjuntos de fracturas: una sct más antigua de las fracturas principales EW, set de edad intermedia de fracturas oblicuas ENE, y un conjunto más joven de fracturas cortas que son normales para el conjunto más antiguo, pero que terminan en contra de todas las demás fracturas. Esfuerzos de corte locales crearon un patrón distintivo de las intersecciones de fracturas ortogonales y sub-paralelas combinadas donde fracturas ENE se superponen a las fracturas ET. Estos patrones de fractura diferentes deben todos se han formado en condiciones de estrés regionales similares, porque los estratos se encuentran dentro de un afloramiento. Por esta razón, diferentes susceptibilidades de fractura de las diversas lentes deben tener en cuenta los cambios en los patrones de fractura. Estudio petrográfico sugiere que la naturaleza heterogénea de las litologías Wasatch volcaniclásticas, y las diferencias relativas en el de la naturaleza y de la cementación aming creado significativamente diferentes propiedades mecánicas de las lentes sucesivas. La susceptibilidad diferencial resultante de la fractura a través del tiempo y de la lente a la lente, probablemente

Cuentas para la capacidad de fractura observada en formaciones heterogéneas, orientación de la lente dentro del campo stess también pueden desempeñar un papel en la determinación del grado de amplificación Seress y por lo tanto la fractura. dentro de las lentes. Esta amplificación se deriva de las diferentes propiedades mecánicas, principalmente el módulo elastie, de diferentes litologías. Por lo tanto propiedades mecánicas dictan tanto la susceptibilidad de fractura de una cama dado y whe: la magnitud de la tensión dentro de la cama es suficiente para crear fracturas. Litológica heterogeneis: la fracción diferencial: susceptibilidad Ure que causa, y la variabilidad de las magnitudes de los esfuerzos causados por tanto las diferencias de módulo y por los cambios en la orientación lenticular cama en relación a las tensiones, debe tenerse en cuenta a la hora de intentar predecir patrones de fractura en el subsuelo de reconstrucciones de la historia de esfuerzos tectónicos de una cuenca. Una reconstrucción completa y precisa de la historia tectónica de la cuenca (dificil de por sí no es suficiente para predicción: orientaciones de fractura.