地球物理測(cè)井在南通地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

朱首峰，盛 君，何泰健

（1. 國(guó)土資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇·南京 210049；2. 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇·南京 210018）

地球物理測(cè)井在南通地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

朱首峰1，2，盛 君1，2，何泰健2

（1. 國(guó)土資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇·南京 210049；2. 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇·南京 210018）

南通地區(qū)地處長(zhǎng)江三角洲前緣，水質(zhì)優(yōu)良的深層地下水是本區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。根據(jù)該區(qū)的地質(zhì)情況及地層巖性的物性特征，通過(guò)合理選擇自然伽馬、視電阻率及自然電位等物探測(cè)井參數(shù)來(lái)確定地層中含水層的賦存情況，并確定咸淡水層界面。

地球物理測(cè)井；水文地質(zhì)調(diào)查；含水層；咸淡水界面

地球物理測(cè)井主要是應(yīng)用地球物理方法來(lái)研究鉆孔地質(zhì)剖面，可用于鉆孔地質(zhì)剖面的分層、判斷含水層的位置和厚度、提供水文地質(zhì)參數(shù)以及進(jìn)行區(qū)域性的地層對(duì)比等，當(dāng)采用無(wú)芯鉆進(jìn)或取芯不足時(shí)，測(cè)井更是不可缺少的探測(cè)手段［1］。

1　研究區(qū)地質(zhì)條件及地球物理特征

南通位于江蘇省東南部，長(zhǎng)江入?？诒币恚瑬|瀕黃海，南倚長(zhǎng)江，屬揚(yáng)子地層區(qū)，大部分為第四系松散層厚覆蓋區(qū)［2］。覆蓋層厚度一般在200～360m，垂向上多層含水砂層相互疊置，賦存有豐富的地下水。自上而下可劃分為淺層含水系統(tǒng)、中層含水系統(tǒng)（第I、Ⅱ承壓含水層）和深層含水系統(tǒng)（第Ⅲ、Ⅳ承壓含水層）。其中淺層、中層含水系統(tǒng)埋藏于地下180m以淺，多為咸水；深層含水系統(tǒng)埋藏于180m以深，多為淡水，少數(shù)為微咸水［3，4］。

勘查區(qū)范圍主要分布在南通市東部，包括海門市和啟東市的周邊地區(qū)。勘探區(qū)內(nèi)共施工水文孔、第四系孔29口，大部分鉆孔終孔于Q2、Q1，少數(shù)終孔于N。鉆孔位置分布見(jiàn)圖1。

圖1　南通地區(qū)鉆孔位置分布Fig.1　Distribution of drilling position in Nantong

區(qū)內(nèi)勘察地層為第四系松散堆積層，巖性一般為砂類和黏土類地層。其中砂類地層為含水層，它透水性能好空隙大，由石英、云母等高阻礦物組成；黏土類地層由于孔隙細(xì)小、飽含結(jié)合水、不能透水與給水，起隔水層作用，由風(fēng)化長(zhǎng)石類低阻礦物組成。由于含水層與隔水層組成的礦物成分以及含水層之間礦化度不同，因此在物性上存在較大差異。通過(guò)搜集前人資料和對(duì)本區(qū)鉆孔測(cè)井資料的統(tǒng)計(jì)，其物性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　南通市水文地質(zhì)測(cè)井物性統(tǒng)計(jì)表Table 1　Statistical table of hydrogeological well logging physical properties in Nantong

2　測(cè)井曲線特征

南通地區(qū)水文地質(zhì)勘探區(qū)鉆孔測(cè)井采用多種參數(shù)曲線，由于自然伽馬曲線、視電阻率梯度曲線以及自然電位曲線在滲透性地層和隔水層均有明顯異常特征，且對(duì)地層水礦化度變化有明顯的異常反映，故文中主要采用這三種參數(shù)進(jìn)行比對(duì)分析，最后再結(jié)合鉆孔地層取芯資料進(jìn)行剖面地層劃分，確定含（隔）水層和咸（淡）水層，并進(jìn)一步進(jìn)行區(qū)域性的地層對(duì)比。

2.1隔水層和含水層的劃分

自然伽馬曲線在滲透性砂層上有明顯的低值異常，因含水砂層相對(duì)其他地層的放射性含量低。黏土層含長(zhǎng)石類礦物，自然伽馬含量高，曲線在黏土層上反映為高值異常。

自然電位曲線在滲透性好的地層表現(xiàn)為負(fù)異常，在滲透性差的地層表現(xiàn)為正異常。

視電阻率值的大小，一般取決于其鉆孔地層的導(dǎo)電性。由于砂層由石英、云母等高阻礦物組成，故砂類地層的視電阻率值一般較高，曲線在砂層反映為高值異常；相反黏土類地層在視電阻率曲線上為低值異常［5，6］。但是在咸水區(qū)，視電阻率曲線不能反映地層的導(dǎo)電性，需借助其他參數(shù)判斷含水層。

圖2為南通地區(qū)較為典型的劃分含水層和隔水層的測(cè)井曲線特征。

圖2　含（隔）水層在測(cè)井曲線上的特征Fig.2　Characteristics of the aquifer （aquifuge） in the geophysical well logging curves in the fresh water area （a） and salt water area （b）

2.2咸淡水界面的劃分

咸水層和淡水層的地層水得以獨(dú)立存在，是由于咸淡水層之間存在的隔水層的作用，劃分咸淡水界面，也就是劃分出咸淡水層之間的隔水層。

地層水礦化度的變化對(duì)自然伽馬參數(shù)沒(méi)有影響，但是對(duì)視電阻率和自然電位這些電性參數(shù)影響很大。視電阻率曲線在地層水礦化度較高的咸水區(qū)完全不能反映地層的電阻率特征，表現(xiàn)為一條直線。而自然電位曲線取決于井內(nèi)泥漿和地層水的礦化度對(duì)比：當(dāng)?shù)貙铀V化度大于泥漿礦化度時(shí)，自然電位在滲透性地層呈現(xiàn)較大負(fù)異常，在非滲透性地層呈現(xiàn)負(fù)異常區(qū)段中的正異常；當(dāng)?shù)貙铀V化度小于泥漿礦化度時(shí)，自然電位呈現(xiàn)正異常［1］。

通過(guò)以上分析，結(jié)合各測(cè)井曲線特征，能較為準(zhǔn)確的劃分出咸淡水界面。圖3為咸淡水界面在測(cè)井曲線上的特征。由圖可見(jiàn)，深度184.7m以淺段，自然伽馬、視電阻率和自然電位值均較低，曲線表現(xiàn)為負(fù)異常特征，是咸水賦存的典型反映；在深度221.65m以深段，表現(xiàn)出自然伽馬低值，自然電位和視電阻率高值，且視電阻率曲線形態(tài)變化幅度大，是地下淡水賦存的表現(xiàn)；在184.7～221.65m深度段，自然電位和自然伽馬高值，視電阻率曲線呈現(xiàn)小幅升高形態(tài)，為咸淡水層之間的隔水層。故該孔的咸淡水界面（定義為咸水含水層底界）在深度184.7m處。

圖3　咸淡水界面在測(cè)井曲線上的特征Fig.3　The characteristics of the interface of salt and fresh water in log curves

3　結(jié)果與討論

通過(guò)對(duì)勘查區(qū)范圍內(nèi)29個(gè)孔地球物理測(cè)井資料的分析，較為精細(xì)準(zhǔn)確地劃分了各孔的含水層和隔水層，然后將區(qū)內(nèi)鉆孔的各個(gè)含水層通過(guò)比對(duì)鉆孔巖芯的地層年代，合并為I、II和III承壓水層。最后把區(qū)內(nèi)每個(gè)孔的各承壓水層連起來(lái)，就可以大致勾勒出勘查區(qū)內(nèi)各個(gè)承壓水層的頂?shù)捉缑妗D4為南通東部地區(qū)I、II和III承壓水的底界面空間展布。同樣，通過(guò)對(duì)每個(gè)孔測(cè)井資料的分析，劃分出個(gè)各孔的咸淡水界面，然后把各個(gè)孔的咸淡水界面連起來(lái)，也可以大致勾勒出勘查區(qū)內(nèi)區(qū)域上的咸淡水界面（圖5）。由圖可以直觀地看出咸淡水界面在區(qū)域內(nèi)地下三維空間上的起伏情況［7］：區(qū)內(nèi)咸淡水界面在120～200m深度范圍內(nèi)變化，整體呈現(xiàn)東深西淺、東北深西南淺的趨勢(shì)，與到海岸線的距離成反比關(guān)系，即越接近海岸線，咸淡水界面越深，受海水咸化越嚴(yán)重。

圖4　南通東部地區(qū)III和III承壓水的底界面空間展布Fig.4　The spatial distribution of the bottom interface of I， II and III confined water aquifers in the eastern part of Nantong

圖5　南通東部地區(qū)咸淡水界面空間展布Fig.5　The spatial distribution of salt and fresh water interface in the eastern part of Nantong

測(cè)井成果經(jīng)鉆孔取芯和抽水試驗(yàn)驗(yàn)證，確定通過(guò)用物探測(cè)井參數(shù)劃分含（隔）水層和咸淡水層，是一種準(zhǔn)確有效的手段。

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The application of geophysical well logging in a hydrogeological survey in the Nantong area

ZHU Shou-Feng1,2, SHENG Jun1,2, HE Tai-Jian2
（1. Key Laboratory of Earth Fissures Geological Disaster， Ministry of Land and Resources of China， Jiangsu Nanfing210049， China；
2. Geological Survey of Jiangsu Province， Jiangsu Nanjing210018， China ）

Nantong is located in the Yangtze River delta， where deep groundwater is an important pillar of economic development. According to the geological conditions and the characteristics of the stratigraphic lithology， the occurrence of water-bearing strata in the formation can be determined based on natural gamma radiation， apparent resistivity and natural potential.

geophysical well logging； hydrogeological survey； aquifer； salty fresh water interface

P631

A

2095-1329（2016）03-0089-03

10.3969/j.issn.2095-1329.2016.03.021

2015-11-26

2016-03-12

朱首峰（1982-），男，碩士，工程師，主要從事地球物理勘探研究.

電子郵箱: roger8211@163.com

聯(lián)系電話: 025-84368733