武軍鋒，王 濤

(陜西省一三九煤田地質(zhì)水文地質(zhì)有限公司，陜西 渭南 714000)

0 引言

在水文測(cè)井中，通常采用普通電極系裝置的視電阻率法[1-3]。通過(guò)測(cè)井外業(yè)數(shù)據(jù)采集一般可獲得視電阻率與自然電位2條測(cè)井曲線(xiàn)，若要測(cè)得高質(zhì)量的測(cè)井曲線(xiàn)并非易事，電極系、電阻率的刻度、測(cè)速等參數(shù)尤為關(guān)鍵，地面電極的布置條件亦影響測(cè)井曲線(xiàn)的質(zhì)量[4-6]。若要采集到高質(zhì)量的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，必須嚴(yán)格按照規(guī)范并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。此外，運(yùn)用測(cè)井曲線(xiàn)劃分地層巖性，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)確定含水層，構(gòu)建涌水量預(yù)測(cè)回歸模型預(yù)測(cè)水量，則需要一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與測(cè)井經(jīng)驗(yàn)積累。因此，為提高水文測(cè)井的工作質(zhì)量，本文對(duì)普通視電阻率測(cè)井的生產(chǎn)實(shí)踐與應(yīng)用展開(kāi)探討。

1 測(cè)井方法

水文測(cè)井中通常采用以普通視電阻率測(cè)井為主、自然電位測(cè)井為輔的工作方法。視電阻率曲線(xiàn)反映了地層的巖性特征，可作為劃分地層的主導(dǎo)曲線(xiàn)，自然電位曲線(xiàn)可作為劃分滲透性與非滲透性地層的重要依據(jù)[7-9]。在咸水地區(qū)自然電位測(cè)井可彌補(bǔ)視電阻率測(cè)井的不足，2種測(cè)井方法分別獨(dú)立又互為補(bǔ)充。

1.1 視電阻率測(cè)井

在實(shí)際工作中，根據(jù)電極系裝置形式不同而出現(xiàn)不同的視電阻率測(cè)井方法。在水文測(cè)井中最常用到的有普通電極系的視電阻率測(cè)井(簡(jiǎn)稱(chēng)普通視電阻率測(cè)井)、微電極系測(cè)井以及井液電阻率測(cè)井等方法，這些方法從不同角度反映巖層的特性，各有其適用性。其中以普通視電阻率測(cè)井方法應(yīng)用最為廣泛，同時(shí)也是最基本的一種測(cè)井方法。

1.1.1 電極系的技術(shù)要求

視電阻率測(cè)井使用普通電極系，由于其成本小、適用性強(qiáng)及易維修的優(yōu)點(diǎn)而得到普遍應(yīng)用。普通電極系下井電極由3個(gè)電極組成，有2種組合方式，1個(gè)供電電極與2個(gè)測(cè)量電極，第4個(gè)電極作為供電電極接在井口套管上；2個(gè)供電電極與1個(gè)測(cè)量電極，第4個(gè)電極作為測(cè)量電極放在與井液相同的泥漿槽中。這里重點(diǎn)介紹實(shí)際工作中常用的理想梯度電極系與理想電位電極系，制作電極系通常選用穩(wěn)定性較好的鉛作為原材料，電極直徑不大于3 cm，電極長(zhǎng)度不大于3～5 cm。理想梯度電極系要求成對(duì)電極間距小于電極距的0.2～0.4倍。倒裝梯度電極系能明顯地以極大值反映出高阻巖層的頂界面，正裝梯度電極系能明顯地以極大值劃分出高阻巖層的底界面。理想電位電極系要求成對(duì)電極間距不小于電極距的9倍，實(shí)際工作中通常將成對(duì)電極中距離不成對(duì)電極較遠(yuǎn)的1個(gè)電極布置在地面上，下井電極系上只有1個(gè)供電電極與1個(gè)測(cè)量電極。電極距的選擇在下文詳細(xì)介紹。

1.1.2 視電阻率曲線(xiàn)的影響因素

了解視電阻率曲線(xiàn)的影響因素有利于對(duì)測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行解釋。視電阻率測(cè)井是沿井深縱向采取參數(shù)樣點(diǎn)，儀器記錄的視電阻率值與電極系周?chē)貙訋r石電阻率有關(guān)外，還與地層厚度、井徑、泥漿電阻率、泥漿滲透程度以及電極系結(jié)構(gòu)和類(lèi)型等因素有關(guān)。隨泥漿與巖層電阻率差異增大，亦隨井徑變大而影響增大，因此對(duì)于大口徑鉆孔采用普通視電阻率測(cè)井一般效果不理想。當(dāng)巖層厚度較小時(shí)，在電極系探測(cè)范圍內(nèi)的幾個(gè)地層對(duì)測(cè)量結(jié)果均有影響，尤其是薄層影響更為明顯，使曲線(xiàn)變得復(fù)雜，增加了曲線(xiàn)解釋的難度，因此運(yùn)用普通視電阻率測(cè)井不利于劃分薄層。此外，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)并結(jié)合測(cè)區(qū)條件選擇最佳電極距，視電阻率曲線(xiàn)能夠清晰反映井剖面上的目的層與含水層等，是對(duì)最佳電極距的基本要求；在同一地區(qū)為了進(jìn)行井剖面的對(duì)比，最好選擇統(tǒng)一的電極距。在水文測(cè)井中，平原地區(qū)一般使用電極距為0.25～0.75 m的電位電極系，2～4 m電極距的梯度電極系較適宜。

1.1.3 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)要求

為了定量解釋視電阻率測(cè)井曲線(xiàn)，在測(cè)井前應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行刻度?？潭鹊馁|(zhì)量直接影響視電阻率曲線(xiàn)定量解釋的精度，首先要正確連接刻度的線(xiàn)路，一般選擇刻度電阻100 Ω檔，根據(jù)當(dāng)?shù)仉娮杪实拇笾路秶?，調(diào)節(jié)撥碼開(kāi)關(guān)，使得輸出既不溢出，又有較高的靈敏度，反映巖性的最大幅度應(yīng)為滿(mǎn)測(cè)程的4/5左右為佳。“供電量程”用于調(diào)節(jié)供電電壓。電極系供電模式為交流恒流，大的供電電流需要較高的供電電壓來(lái)保證其恒流特性，一般調(diào)在25、50即可滿(mǎn)足技術(shù)要求?！肮╇娢⒄{(diào)”用于調(diào)節(jié)供電電流。供電電流越大，抗干擾能力越強(qiáng)。一般供電電流大于10 mA即可滿(mǎn)足技術(shù)要求。通過(guò)上列各項(xiàng)調(diào)節(jié)旋鈕的配合使用完成電阻率刻度，此時(shí)應(yīng)保持“撥碼開(kāi)關(guān)”“供電量程”和“供電微調(diào)”三者在測(cè)井過(guò)程中的穩(wěn)定。

1.2 自然電位測(cè)井

自然電位測(cè)井是利用鉆孔中自然電場(chǎng)的變化來(lái)研究鉆孔剖面中巖性的變化，進(jìn)一步判斷含水層位置與含水性，解決與自然電位相關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題(例如結(jié)合視電阻率測(cè)井劃分咸淡水界面)。自然電位測(cè)井必須重視測(cè)量技術(shù)條件，壓制干擾，要求在循環(huán)井液后優(yōu)先測(cè)量，以防基線(xiàn)偏移。地面電極應(yīng)放在參考電位穩(wěn)定的地方，游散電流干擾大時(shí)，可將N極接套管上，亦可將鎧裝電纜外皮作N極。在巖性較純的黏土、泥巖或頁(yè)巖上選取基線(xiàn)，并保持正負(fù)極正確。

水文鉆孔中以砂泥巖巖性結(jié)構(gòu)為主的地質(zhì)剖面，擴(kuò)散-吸附作用占主導(dǎo)地位。因此擴(kuò)散-吸附電位成為研究重點(diǎn)。通常情況下，泥巖與黏土具有穩(wěn)定的自然電位值而作為自然電位的基線(xiàn)，當(dāng)?shù)貙铀牡V化度大于泥漿的礦化度時(shí)，砂巖層的自然電位呈現(xiàn)負(fù)異常。相反，若當(dāng)?shù)貙铀牡V化度小于泥漿的礦化度時(shí)，砂巖層的自然電位呈現(xiàn)正異常。自然電位曲線(xiàn)的幅值與地層厚度成正比關(guān)系，而與井徑和巖層電阻率成反比關(guān)系。在定量解釋時(shí)必須考慮以上各種因素對(duì)自然電位幅值的影響，并進(jìn)行校正。

2 測(cè)井曲線(xiàn)解釋及應(yīng)用

實(shí)際測(cè)井工作中，視電阻率曲線(xiàn)反映了地層的巖性特征，可作為劃分地層的主導(dǎo)曲線(xiàn)，自然電位曲線(xiàn)則可以作為劃分滲透性與非滲透性地層的依據(jù)[10-12]。巖層的滲透性決定了其含水性，具有滲透性的砂層相對(duì)于泥巖層，其自然電位呈現(xiàn)高異常。具體有2種情況，當(dāng)?shù)貙铀V化度低于泥漿礦化度時(shí)，滲透性砂層在自然電位曲線(xiàn)上為正異常，這種情況一般為淡水層；反之則為負(fù)異常，這就是咸水層的自然電位曲線(xiàn)特征。首先要了解測(cè)井技術(shù)條件及說(shuō)明，一般水文測(cè)井選擇深度比例尺為1∶200，詳細(xì)研究井段采用比例尺為1∶50，橫向比例尺以電阻率刻度值為準(zhǔn)。采用測(cè)井解釋軟件進(jìn)行測(cè)井外采數(shù)據(jù)處理，消除測(cè)井的影響因素，達(dá)到去偽存真的目的，排除多解性，確定解釋模型，最終通過(guò)科學(xué)合理的測(cè)井曲線(xiàn)解釋?zhuān)垣@取水文地質(zhì)信息。

2.1 劃分鉆孔地質(zhì)剖面

采用視電阻率測(cè)井曲線(xiàn)按照巖石電阻率差異來(lái)劃分井剖面。在第四系松散層或砂泥巖地層中，由于膠結(jié)性較差的砂層巖芯采取率一般較低，薄層更易丟失，測(cè)井建立的井剖面可以彌補(bǔ)鉆探之不足，測(cè)井與鉆探在判層方面又可相互檢驗(yàn)。在地層比較穩(wěn)定、電性差異明顯且有標(biāo)志層時(shí)，應(yīng)用視電阻率曲線(xiàn)亦可進(jìn)行剖面對(duì)比。測(cè)井曲線(xiàn)解釋時(shí)應(yīng)充分考慮井徑、泥漿性質(zhì)、巖層厚度及鄰層影響等因素，使所測(cè)視電阻率更接近巖石真電阻率。

2.2 確定含水層位置與厚度

含淡水的砂層相對(duì)于鄰層的黏土或泥巖為高阻。含咸水的砂層為低阻，這種情況可運(yùn)用自然電位測(cè)井曲線(xiàn)劃分含水層。在石灰?guī)r較大裂隙或溶洞中充水時(shí)視電阻率曲線(xiàn)通常為低阻特征，此時(shí)確定含水層應(yīng)在高阻層里尋低阻段。在采用理想電極系時(shí)，以高阻含水層為例介紹運(yùn)用視電阻率曲線(xiàn)分層方法。采用視電阻率梯度曲線(xiàn)分層，巖層厚度(h)大于電極距(AO)時(shí)，分層界面明顯，極大值與極小值對(duì)應(yīng)位置即為分層位置。如圖1所示，h

圖1 h

圖2 5AO劃分巖層厚度方法Fig.2 The method of dividing the thickness of rock layers with h>5AO

圖3 AM

2.3 確定巖石真電阻率

在水文測(cè)井中通常使用近似法確定巖石真電阻率值，當(dāng)?shù)貙雍穸冗h(yuǎn)大于井徑時(shí)，視電阻率值受?chē)鷰r和泥漿影響較小，此時(shí)電位視電阻率曲線(xiàn)的極大值或梯度視電阻率曲線(xiàn)的平均值可作為巖石真電阻率值。如圖4所示，以梯度曲線(xiàn)為例，真電阻率值可用面積求補(bǔ)法獲得。依據(jù)極值點(diǎn)確定巖層界面，在曲線(xiàn)異常1/2位置做橫軸的垂線(xiàn)，調(diào)整垂線(xiàn)位置使圖中面積S=S1，垂線(xiàn)對(duì)應(yīng)的視電阻率值(40 Ω·M)即為巖石真電阻率。

圖4 利用面積求補(bǔ)法確定巖石真電阻率示意Fig.4 Determination of true resistivity of rock by area complement method

2.4 預(yù)測(cè)水量

基巖井水量預(yù)測(cè)受地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響而變得復(fù)雜，本文只涉及第四系松散層鉆孔涌水量預(yù)測(cè)。通過(guò)同一水文地質(zhì)單元在測(cè)水井與已建成水井的對(duì)比分析進(jìn)行水量預(yù)測(cè)，具體為運(yùn)用測(cè)井所得含水層巖性、厚度、滲透性等參數(shù)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)區(qū)內(nèi)水井的水量和視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立了該地區(qū)水井的水量預(yù)測(cè)回歸模型。選用一眼水井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)回歸模型進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)際涌水量與模擬值進(jìn)行比較，進(jìn)而采用該回歸模型對(duì)其他供水井的水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，在第四系松散層的水井施工中，所建立的涌水量預(yù)測(cè)回歸模型可在成井與抽水前預(yù)先估算鉆孔涌水量，可為地質(zhì)與鉆探?jīng)Q策提供一定科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

普通視電阻率法在水文測(cè)井方面適用性強(qiáng)，技術(shù)上已趨于成熟。測(cè)井曲線(xiàn)一般應(yīng)用于劃分巖層、確定含水層與巖石真電阻率等，也可采用視電阻率曲線(xiàn)進(jìn)行巖相沉積環(huán)境分析，建立“水量預(yù)測(cè)回歸模型”預(yù)測(cè)擬建井水量等。通過(guò)長(zhǎng)期的水文測(cè)井生產(chǎn)實(shí)踐，系統(tǒng)性地總結(jié)該測(cè)井方法，運(yùn)用測(cè)井規(guī)范嚴(yán)格控制工作過(guò)程，獲得高質(zhì)量的測(cè)井成果。同時(shí)，堅(jiān)持在生產(chǎn)實(shí)踐與理論研究中不斷創(chuàng)新，便可運(yùn)用普通視電阻率測(cè)井解譯更為廣泛的地質(zhì)信息。