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层状地层在几种岩石物理相关形式中,特别是在电阻率和流体流动渗透率中显示出各向异性.在泥岩和层状地层中电阻率各向异性的现象被定性认识已很长时间.从20世纪90年代早期钻定向井起,用2MHz传播电阻率仪器可定量测出电阻率各向异性.
各向异性测量为层状地层提供了水平和垂直方向不同的电阻率,也被称为水平电阻率Rv和垂直电阻率Rh.麦克斯韦方程要求的是,在各个层状组分中,纵向电阻率是电阻率的平均体积特性部分,而水平电阻率是电导率平均体积特性的倒数.这种平均特性说明纵向电阻率总是大于水平电阻率.
许多电阻率测量利用的是电磁波的传播.这种波能传播只归因于地层的介电特性.在地层中,介电常数与电导率结合成一复数值的介电常数.在层状地层中,各向异性特性是根据这些复介电常数的体积平均值来确定的.
对层状各向异性层传播电阻率测量值的评价,通过复数的运算规则得出了一些令人吃惊的见识.在一些实际地层模型中,水平电导率小于纵向电导率--或者纵向电阻率小于水平电阻率.类似几个例子中,与对纯的层状介电特性的认识相反,水平介电常数小于纵向介电常数.1Ω·m砂岩和1Ω·m泥岩有不同的介电常数值,即使它们的电阻率值相同,显示出电阻率各向异性是可能的.
把介电常数和介电电导率结合成一个复数的介电常数,成为一个取决于频率的函数.对1GHz、2MHz和400kHz传播电阻率仪以及约20kHz感应测井仪,各向异性平均程序将给出不同的水平和纵向电阻率.由于电阻率频散,已经可能观测到这样的频率.这种影响在低频时是普通的,但在频率增加到GHz范围时变得很重要.
这种传播电阻率测量的反直观各向异性特性,使得电阻率的饱和度解释更加具有挑战性.仅仅利用可容易得到的纵向和水平电阻率是不可能的,还必须根据它们的体积组分对层状地层加以分析.