試析水文地質(zhì)測(cè)井中自然電位的應(yīng)用

■劉國(guó)平

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì)甘肅平?jīng)?44000）

試析水文地質(zhì)測(cè)井中自然電位的應(yīng)用

■劉國(guó)平

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì)甘肅平?jīng)?44000）

本文以水文地質(zhì)測(cè)井為主題，探討測(cè)井中自然電位的應(yīng)用問題。首先從劃分滲透層、確定地層水電阻率、估算泥層含量方面對(duì)自然電位曲線在水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用進(jìn)行了說明；主要從地層水和泥漿中含鹽濃度比值（Cw/Cmf）、地層厚度、井徑大小、侵入半徑、目的層電阻率(Rt)、侵入帶電阻率(Rxo)方面，對(duì)自然電位的影響因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹；重點(diǎn)論述了自然電位的外界干擾原因、排除方法。

水文地質(zhì)測(cè)井自然電位應(yīng)用

甘肅地區(qū)是我國(guó)煤礦資源比較豐富的地區(qū)之一，近年來，由于經(jīng)濟(jì)增速，人們對(duì)電力供應(yīng)、煤炭供應(yīng)的需求不斷增加，所以煤礦產(chǎn)業(yè)受到了越來越多的關(guān)注，與此同時(shí)，我國(guó)的煤礦事故也不斷頻發(fā)，這說明在開采過程中，依然存在諸多隱患與問題，需要加強(qiáng)探析；比如早期電阻率洞里中就存在供電電極不工作時(shí)，電極仍然會(huì)在井內(nèi)移動(dòng)，因而能夠測(cè)量到電位變化，通常將其稱作自然電位；以下就對(duì)自然電位在水文地質(zhì)測(cè)井中自然電位的相關(guān)應(yīng)用問題展開具體說明。

1 概述

自然電位曲線在水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用包括劃分滲透層、確定地層水電阻率、估算泥層含量三個(gè)主要方面；具體來看，在滲透性較好的砂巖中，若地層水礦化度與泥漿液礦化度差異較大，并且地層水礦化度占優(yōu)勢(shì)，則自然電位會(huì)表現(xiàn)出較大負(fù)異常；如果情況相反，則表現(xiàn)為較小的負(fù)異常；以此原理推斷，自然電位曲線可以作為巖層滲透性的評(píng)估手段。經(jīng)研究表明，即使砂巖層中存在泥質(zhì)夾層，此方法的應(yīng)用依然有效，因此，可以用它來確定儲(chǔ)集層的有效厚度；另一方面，若砂巖層的特征表明含水量飽、地層厚度大、泥質(zhì)含量較低，則在地層水電阻率的計(jì)算方面，以本地區(qū)校正圖版好可完成精準(zhǔn)確定；另外，以近幾年的實(shí)驗(yàn)、研究成果來看，判斷巖層泥質(zhì)含量的主要依據(jù)在于建立自然電位（經(jīng)厚度、巖層電阻率校正）——泥質(zhì)含量關(guān)系，或者建立含泥質(zhì)地層/純砂巖地層的自然電位——泥質(zhì)含量的關(guān)系。

2 影響自然電位的諸因素

首先，自然電位會(huì)受到地層水、泥漿中的含鹽濃度比值（Cw/Cmf）的影響，因?yàn)?，兩者中的含鹽濃度存在差異，會(huì)導(dǎo)致生成擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)、薄膜電動(dòng)勢(shì)；其關(guān)系可以通過設(shè)置基線來說明，比如，若將泥巖作為基線，則Rw（CmfCw）>Rmf時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自然電位的正異常。

其次，在地層厚度越傾向于薄，自然電位幅度SP會(huì)不斷降低，同時(shí)，曲線表現(xiàn)為平緩狀；井徑越大，自然電位幅度越??；侵入半徑越深，自然電位就越低；當(dāng)目的層電阻率/泥漿電阻率（Rt/Rm）的值越大時(shí)，SP越低，相反則越高，原因在流經(jīng)電流大，自然電位幅度SP降低幅度也會(huì)增大；在侵入帶電阻率（Rxo）方面的值越高，則SP越低，此時(shí)的響應(yīng)曲線表現(xiàn)為平緩狀；若相反則曲線的分層能力越強(qiáng)。

3 對(duì)自然電位的干擾因素的分析及排除

首先，在水文地質(zhì)測(cè)井過程中，存在與地層自然電位無關(guān)的干擾因素，這些因素主要對(duì)電位曲線形狀造成干擾；從工業(yè)彌散電流干擾方面分析，主要特征為不規(guī)則鋸齒狀變化（大小不等），隨著測(cè)井深度的增加而減少，相反則增加，通常可以帶離N電極，從而消除干擾，實(shí)驗(yàn)距離一般在80m開外，即可達(dá)到效果；但需注意對(duì)電力設(shè)備的工作的暫停，并以電纜纜皮作N電極，如此效果極佳。

其次，會(huì)受到絞車磁化的干擾，呈現(xiàn)為周期性正弦波變化（滾筒轉(zhuǎn)速快，干擾越強(qiáng)烈）；通常情況下，可以采取應(yīng)急措施，帶離N電極、盡量避免纜芯通過大直流電；若出現(xiàn)車部件的磁化現(xiàn)象，可及時(shí)更換部件，一般選擇不銹鋼滾筒，可以起到防磁化的作用。

第三，是來自方波供電電流的干擾，從平時(shí)的實(shí)踐工作來看，視電阻率曲線、自然電位的測(cè)量通常同時(shí)進(jìn)行，并測(cè)時(shí)的主要干擾就來自于方波供電電流，表現(xiàn)在某層段的自然電位曲線中，以模糊狀為呈現(xiàn)方式；其原因可能來自于矩形波交流電，因?yàn)樵谝曤娮杪蕼y(cè)井中，下井電流即屬此類，而且，電場(chǎng)會(huì)在M電極中以交變信號(hào)對(duì)自然電位測(cè)量線路進(jìn)行干擾；可以選擇單測(cè)、提升下井方波頻率、增加高扼流圈達(dá)到消除干擾的目的。

第四，在自然電位測(cè)量過程之中，金屬電極一般設(shè)置在泥漿中，從上面的分析可知，泥漿中存在鹽溶液，而且含鹽濃度較高，也會(huì)造成對(duì)金屬的溶解或者發(fā)生物理反應(yīng)，從而導(dǎo)致金屬顆粒，采用正離子的方式，與泥漿混合，其電極表面殘留的是自由電子，所以泥漿會(huì)帶正電，而電極則帶負(fù)電。此時(shí)會(huì)生成擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)、薄膜電動(dòng)勢(shì)，受到電場(chǎng)作用的影響，正離子會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移沉淀，一旦達(dá)到所需的動(dòng)態(tài)平衡，會(huì)形成穩(wěn)定狀態(tài)，因此，通常情況下的電極電位較為穩(wěn)定，可以推斷出自然電位曲線質(zhì)量不會(huì)受到某一基值的影響，然而N電極表面電位的不斷變化，卻會(huì)給電極電位帶來明顯干擾，也就是所謂的電極極化干擾；從表現(xiàn)形式上來看，會(huì)呈現(xiàn)為漂移狀；在電極M方面，由于井內(nèi)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成測(cè)速的突變，也會(huì)造成對(duì)電極電位的干擾，也屬于電極極化干擾；由此可見，消除干擾的主要辦法在于對(duì)電極環(huán)的控制，所以，可以選擇活潑性羅差的金屬，以N電極在泥漿中的測(cè)速均勻?yàn)橐恕?/p>

4 結(jié)束語

總之，自然電位在水文地質(zhì)測(cè)井中起著關(guān)鍵性作用；所以，對(duì)工業(yè)彌散電流、絞車磁化、電極極化、方波供電電流等干擾因素應(yīng)該及時(shí)解決；需要注意的事項(xiàng)集中體現(xiàn)在具體的實(shí)踐應(yīng)用中，因而，應(yīng)該先對(duì)自然電位的各種影響因素、阻礙因素、干擾因素進(jìn)行仔細(xì)區(qū)分，找出這些負(fù)面因素的影響源，然后，根據(jù)原因分析，找到具有針對(duì)性的解決措施，從而精準(zhǔn)的把握自然電位曲線，提高其在水文地質(zhì)工作方面的應(yīng)用水平，進(jìn)一步為煤礦開采業(yè)提供強(qiáng)勁的動(dòng)力。希望通過本文初步論述，可以引起更多的關(guān)注與交流，為該方面的理論研究工作、應(yīng)用實(shí)踐工作，提供一些有價(jià)值的信息，以供參考。

[1]水壓致裂試驗(yàn)過程中自然電位測(cè)量研究 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014(7).

[2]孫乃泉,劉永華,楊詠梅等.基于虛擬儀器技術(shù)的自然電位測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].儀器儀表學(xué)報(bào),2015(z3).

[3]楊瑞明,王良書,徐正順等.大慶油田高含水期自然電位的變異和校正 [J].石油勘探與開發(fā),2013(1).)

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-285-1

劉國(guó)平（），畢業(yè)于陜西煤校地球物理勘探專業(yè)，研究方向?yàn)槲锾?、測(cè)井。