利用測(cè)井曲線特征劃分咸淡水界面的探討

李立亮，陳海波

（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津300250）

利用測(cè)井曲線特征劃分咸淡水界面的探討

李立亮，陳海波

（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津300250）

作者闡述測(cè)井在地質(zhì)勘探中的作用，論述了視電阻率和自然電位測(cè)井方法的基本原理、曲線形態(tài)及其性質(zhì)，并對(duì)視電阻率測(cè)井和自然電位測(cè)井在地層水礦化度與井液礦化度不同時(shí)的異常特征進(jìn)行了詳細(xì)描述，并舉例分析利用測(cè)井曲線異常特征有效地劃分咸淡水界面。

測(cè)井曲線；曲線特征；礦化度；咸淡水界面

0 前言

在第四系水文地質(zhì)勘探中，通過鉆探取心獲取地下地質(zhì)情況無疑是最有效和最直接的手段，但鉆探取心只能對(duì)所揭露地層在空間上的分布進(jìn)行劃分，并不能有效的對(duì)地下含水層的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。而利用不同測(cè)井方法的曲線電性反應(yīng)特征，不僅能準(zhǔn)確劃分所揭露的地層巖性界限，更能通過曲線對(duì)比分析來確定地下水流體的性質(zhì)及界面位置，進(jìn)而指導(dǎo)鉆探成井，以開采符合飲用及工農(nóng)生產(chǎn)可用的地下淡水資源。

2 測(cè)井曲線的特征分析

2.1 視電阻率測(cè)井

視電阻率測(cè)井是以研究巖石電阻率的差異為基礎(chǔ)，通過電極系沿井身移動(dòng)逐點(diǎn)采集不同深度地層視電阻率變化的一種方法。在實(shí)際測(cè)量中，由于鉆井內(nèi)會(huì)充滿泥漿（或水），并且泥漿會(huì)通過井壁侵入地層構(gòu)成一定厚度的泥漿侵入帶，所以，我們采集到的地層電阻率值并非地層的真電阻率，而是除了受電極系所在位置的地層真電阻率影響以外，還會(huì)受到井徑的大小、泥漿電阻率的高低、侵入帶的薄厚以及電極系的結(jié)構(gòu)和類型等諸多因素影響的視電阻率。

一般情況下，視電阻率曲線會(huì)在砂礫石層上呈現(xiàn)高阻反應(yīng)，而在粘土層上ρs會(huì)呈現(xiàn)低阻反應(yīng)特征。另外，地層ρs幅值及形態(tài)，很大程度也受控于地層水礦化度的高低影響，對(duì)于含淡水的砂層ρs幅值相對(duì)于鄰近的粘土層或泥巖為高阻，并隨著電極距探測(cè)范圍增加而增大。反之若砂層中含咸水則ρs幅值呈低阻反應(yīng)，當(dāng)?shù)貙铀V化度超高，則ρs值接近粘土層的視電阻率值，且隨著電極距探測(cè)范圍的增大而減小。表1為天津地區(qū)第四系松散地層視電阻率值與礦化度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 地層電阻率與地層水礦化度的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)

2.2 自然電位測(cè)井

自然電位測(cè)井就是在無須人工供電的情況下，利用兩個(gè)不極化電極（M、N），將一個(gè)電極通過測(cè)井電纜放到井下，另一個(gè)電極通過地面引線放到井場(chǎng)的泥漿池里。在測(cè)井過程中，通過沿井身移動(dòng)的M電極，來獲取可動(dòng)電極M相對(duì)于地面參考電極N間的電位差變化，并利用獲取的地層自然電位來研究鉆孔剖面中地層巖性的變化，以此判斷含水層位置和含水性以及解決其他各種地質(zhì)問題。

在水文鉆井中自然電場(chǎng)的形成較復(fù)雜，主要與巖石的巖性、鉆孔中泥漿的性質(zhì)以及含水層本身的礦化度大小有關(guān)。鉆井時(shí)，當(dāng)遇到泥漿的礦化度與地層水礦化度不同時(shí)，由于擴(kuò)散—吸附作用，所采集到的自然電位曲線有如下特征[1]：

（1）當(dāng)?shù)貙铀V化度（C2）＞井液礦化度（Cc）時(shí)，由于擴(kuò)散—吸附作用結(jié)果，含水砂層的自然電位曲線顯示出負(fù)異常，如圖1（a）；

（2）當(dāng)?shù)貙铀V化度（C2）＜井液礦化度（Cc）時(shí)，由于擴(kuò)散—吸附作用結(jié)果，含水砂層的自然電位曲線顯示出正異常，如圖1（b）。

圖1 地層水礦化度（C2）、井液礦化度（Cc）比值關(guān)系

3 地層咸淡水界面的確定

在水文地質(zhì)勘探中，一般可用自然電位曲線，配合視電阻率曲線進(jìn)行地質(zhì)剖面的分層以及咸淡水界面的劃分。圖2為天津某地一鉆孔實(shí)例，從測(cè)井成果圖上可很清楚看到，該孔視電阻率及自然電位曲線均以62為界呈現(xiàn)出上下截然不同的電性特征層，在62 m以上,視電阻率曲線反映平緩，地層電阻率值均在15 Ωm左右變化,沒有明顯的起伏特征，地層界面無法準(zhǔn)確劃分；在62 m以下,視電阻率曲線在含水層和隔水層上的電阻率異常幅度均明顯高于同為沖湖積相的上部地層，且曲線反映特征明顯，曲線形態(tài)起伏大，地層界面特征明顯。對(duì)在同為沖湖積相的第四系含水地層中，若上下形成如此大的電性差異，只有一種可能，就是在62 m以上的地層中，地層水礦化度很高，ρs幅值及曲線形態(tài)，很大程度受控于地層水礦化度的影響[2]。

在自然電位曲線上，曲線異常特征主要決定于地層水礦化度和井液礦化度的差異：

（1）當(dāng)?shù)貙铀V化度＜井液礦化度時(shí)，相對(duì)含水砂層曲線反應(yīng)為正異常；

（2）當(dāng)?shù)貙铀V化度＞井液礦化度時(shí)，在含水砂層上曲線反應(yīng)為負(fù)異常。

從圖2中不難看出，在62 m以上井段，自然電位曲線相對(duì)于視電阻率電位曲線在含水砂層上的高阻特征反應(yīng)為負(fù)異常，在視電阻率電位曲線上為低阻反應(yīng)的粘土層則為正異常反應(yīng)。而62 m以下井段中，自然電位曲線與視電阻率曲線在含水砂層和粘土層上的反應(yīng)異常特征一致。這種利用自然電位曲線在含水砂層上反應(yīng)出的正、負(fù)異常特征與視電阻率方法對(duì)照分析是利用該兩種曲線進(jìn)行劃分咸淡水界面的關(guān)鍵所在。

當(dāng)在同一鉆孔利用視電阻率和自然電位曲線進(jìn)行分層判斷時(shí)，若出現(xiàn)上下兩種截然不同的電性及曲線特征時(shí)，可依據(jù)視電阻率梯度曲線在咸水層上ρs值呈現(xiàn)低于15 Ωm且曲線平緩的特性以及上述自然電位曲線的反應(yīng)特征，來判斷地下含水層流體性質(zhì)，確定地層咸淡水界面位置。該孔通過對(duì)三條曲線的異常特征相互驗(yàn)證，確定的咸淡水界面位置基本一致，說明該孔62 m以上為咸水地層，62 m以下為可開發(fā)的淡水地層。

4 曲線影響因素及建議

（1）自然電位曲線常常會(huì)受到諸如工業(yè)游散電流、電極極化、絞車磁化等干擾，會(huì)導(dǎo)致測(cè)井曲線發(fā)生畸變，因此在測(cè)量過程中一定要提前做好準(zhǔn)備。

（2）為避免因井徑過大造成電阻率幅值降低，測(cè)井工作應(yīng)盡量選擇井徑最小時(shí)進(jìn)行。

（3）在同一地區(qū)，為了進(jìn)行井剖面的對(duì)比，應(yīng)選擇統(tǒng)一的電極距。多年實(shí)踐認(rèn)為，在平原地區(qū)一般使用電極距為0.25 m～0.75 m的電位電極系，2 m～4 m的梯度電極系比較適合。

5 結(jié)論

在區(qū)域水文地質(zhì)勘查中，我們可以充分利用電測(cè)井曲線特征結(jié)合地質(zhì)資料，對(duì)所揭露的鉆孔進(jìn)行縱向地質(zhì)巖性分層，確定優(yōu)質(zhì)的含水層位置，針對(duì)水質(zhì)差的含水層位進(jìn)行封閉。如果，區(qū)域地層巖層是穩(wěn)定的，而測(cè)井工作者又基本上掌握了各地層的物性和特征，則可通過測(cè)井、鉆探、地質(zhì)三方面的緊密配合開展局部或全部的無巖心鉆探，無疑這對(duì)加快勘探速度、降低勘探成本具有非常大的經(jīng)濟(jì)意義。

[1]長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院.水文地質(zhì)工程地質(zhì)物探教程[J].北京：地質(zhì)出版社，1980.

[2]張彥林，張德全權(quán)，付東林.利用電測(cè)井方法劃分咸淡水含水層[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2007（1):62-64.

P641.7

B

1673-9000（2017）04-0151-02

2017-05-25

陜西省水利科技基金（2014slkj-03）。

章新川（1964-）53歲，男，四川南充人，高級(jí)工程師，主要從事水利信息化工作。