地球物理測井在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用綜述

劉海泉 李敏 王奇

摘要：全世界的水資源日益匱乏使各個國家都不斷地加大水文地質(zhì)勘察力度，以便對地下水資源進(jìn)行合理的開發(fā)、評價和保護(hù)。地球物理測井可在水文鉆孔中獲得豐富的物性和位場信息，所以它已成為一種十分重要的水文地質(zhì)勘察手段。本文重點論述了地球物理測井在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用綜述。

關(guān)鍵詞：地球物理測井;水文地質(zhì)勘察;應(yīng)用

作為地質(zhì)勘查一項有效手段，地球物理綜合測井技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程勘查的各個領(lǐng)域。這種勘探途徑的原理是通過測井獲得鉆孔內(nèi)豐富的地層物理信息，記錄鉆孔內(nèi)巖石等地質(zhì)條件的物理性質(zhì)，將地球物理信息進(jìn)行有效采集、整理與再轉(zhuǎn)換，進(jìn)而形成有效的地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境等信息。目前，這項技術(shù)手段對解決水文地質(zhì)勘探等問題發(fā)揮著重要的作用。

一、地球物理測井技術(shù)發(fā)展歷程

1927年斯侖貝謝兄弟在法國佩徹布朗油田測出了世界上第一條測井曲線，測井技術(shù)由此誕生，并得到推廣應(yīng)用。30年代初到50年代依次出現(xiàn)了自然電位測井、自然伽馬測井、感應(yīng)測井、密度測井、側(cè)向測井、放射性測井等模擬測井技術(shù)，并開始使用單一巖性測井解釋模型和簡單的數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行測井解釋，對巖石物理參數(shù)計算多為半定量或定量解釋。而泥質(zhì)砂巖、碳酸鹽巖和其他復(fù)雜巖性儲層，尚很難解釋。

60年代后期，開始出現(xiàn)了巖性、電測井系列（感應(yīng)測井，深、淺側(cè)向測井、微側(cè)向測井），孔隙度測井系列（密度測井、聲波測井、中子測井等）和地層傾角測井技術(shù)，在定量解釋的方面可以實現(xiàn)單一的復(fù)雜巖性和地層巖性、油（氣）、物理性質(zhì)的解釋，同時可以實現(xiàn)傾角測井地質(zhì)分析為核心。在20世紀(jì)70年代，現(xiàn)代電子計算機記錄和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用，進(jìn)入CNC時代。研制了電磁測井、剪切波波測井和改進(jìn)的核磁共振測井技術(shù)，極大地提高了測量精度。自20世紀(jì)90年代以來，在陣列、系列化和數(shù)字化的方向發(fā)展了地下儀器，并開發(fā)了地面測井系統(tǒng)。發(fā)射了成像測井地面采集系統(tǒng)，測量了從一個日志到一個二維或三維圖像的結(jié)果。

有四種主要的成像測井儀器：電成像、聲學(xué)成像、核磁共振成像和地下光學(xué)攝影。經(jīng)過多年的發(fā)展，地球物理測井技術(shù)已從簡單單電極測量逐步演化為集成測井系列，測井方法理論、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法和應(yīng)用范圍等都取得了很大進(jìn)展。根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點，將測井技術(shù)的發(fā)展分為四個時代：模擬測井、數(shù)字測井、數(shù)控測井和成像測井，這些都進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)日志記錄的時代。

二、地球物理測井在水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用原理

在水文地質(zhì)勘查中，地球物理測井是一種行之有效的測量手段，在分析地層構(gòu)造、探測巖溶、評價地下水質(zhì)量、分析地下水分布及尋找含水層等工作中發(fā)揮重要作用。

1、含水層與隔水層的劃分。正確的劃分出隔水層與含水層是水文地質(zhì)勘察工作首先應(yīng)做的一步工作，并且應(yīng)對隔水層與含水層的厚度進(jìn)行仔細(xì)的分析，同時還應(yīng)進(jìn)一步對二者之間的聯(lián)系進(jìn)行詳細(xì)的研究。進(jìn)行隔水層與含水層劃分的主要測井方式包含：伽瑪-伽瑪測井、聲波測井、井液電阻率測井以及中子測井等，其中的某些測井技術(shù)同樣也能夠用于對隔水層以及含水層的厚度的測量。這是因為含水層的電阻率在一般的情況下要比圍巖的電阻率要小，并且含水層的密度以及孔隙度都相對較小，因此在進(jìn)行隔水層與含水層的劃分時就可以充分的利用二者之間存在的差異進(jìn)行精確的劃分。

2、地下水礦化度的測量。當(dāng)前在地下水礦化度測量中，主要采用自然電位測井進(jìn)行測量。在應(yīng)用自然電位測井方法時，主要通過自然電位測井曲線異常值求取地層水電阻率，并以兩者的反比例關(guān)系確定礦化度。但在實際應(yīng)用中要注意的是，地層電阻率值與地層水礦化度之間呈反比例關(guān)系，因此也可以根據(jù)石油測井方法進(jìn)行測量。

3、對裂隙以及泥質(zhì)含量測定。在勘察過程中，裂隙會體現(xiàn)出密度偏低、電阻率較小和聲波時差較大等不同的性質(zhì)。同時，自然伽馬測井值越大，說明裂隙中泥質(zhì)含量越大，可利用這些特性的存在，通過自然伽馬測井值判定裂隙是否存在，并可以對其泥質(zhì)含量進(jìn)行測定。

4、鉆孔地層的巖性分析。在地質(zhì)勘探過程中，可以依靠地層巖性的不同對其進(jìn)行鉆孔的巖性剖面的劃分。在地質(zhì)中，不同的巖石種類其電阻率，波阻抗和密度是不同的，可以根據(jù)這些不同對不同的巖石進(jìn)行劃分，進(jìn)一步對不同的鉆孔巖性剖面進(jìn)行劃分。通過對地層巖性的劃分，有利于確定鉆孔的剖面，有利于鉆孔工作的進(jìn)一步進(jìn)行。

5、勘察巖溶水。聲波的曲線可以對裂隙的層位進(jìn)行直接的反映，如果溶洞中含有水，那么伽瑪曲線的幅值便會降低，這樣就可以根據(jù)曲線的變化情況進(jìn)一步的得出其富水性，同時由于巖溶以及裂隙的發(fā)育部分很可能出現(xiàn)井陘擴大的現(xiàn)象，因此利用井陘曲線也能對巖溶裂隙的發(fā)育情況進(jìn)行判斷。

三、物探方法的主要種類

1、高密度電阻率法。利用高密度電阻率法進(jìn)行含水量的測量是一種間接地尋找地下水資源的方法。在水文地質(zhì)勘探過程中，由于地下巖石的電阻率不同，對其進(jìn)行測量就能大致發(fā)現(xiàn)地下水的位置。在地下巖石的水含量中，不同位置的巖石水含量是不同的。當(dāng)然，巖石的電阻率影響因素除了含水量之外還有其他一些物質(zhì)，例如顆粒結(jié)構(gòu)等。但含水量是影響一塊巖石電阻率的主要因素，所以通過對巖石電阻率的測量能夠判斷出巖石所處的地理位置是否含有水分。這種方法雖然在使用過程中具有一定的便捷性，但其精確性不高，不利于精確性測量的進(jìn)行，在使用過程中，可以將這種方法同其他方法相互結(jié)合使用，這樣不僅能夠提高測量的速度也能夠提高測量的精確性。

2、激光極化法。激發(fā)極化效應(yīng)是根據(jù)巖石、礦石激發(fā)極化效應(yīng)時候的反映解決尋找金屬、解決工程及水文地質(zhì)等問題的電法勘查方法。其分為兩種方法，分別為直流和交流激發(fā)極化法，不同種類的固態(tài)介質(zhì)和液態(tài)介質(zhì)中都有不同的激發(fā)極化效應(yīng)，主要表現(xiàn)為二次場大小隨著時間的變化，也就是二次場衰減曲線包括激發(fā)極化特性的信息。人們通過這個特定尋找地下水源并且研究地質(zhì)的構(gòu)造，這種電法勘探的方式就是激發(fā)極化法。電法勘探承擔(dān)了傳統(tǒng)物探找水一大半的工作量，也是水文地質(zhì)工作中的重要手段。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)不去，高精度激發(fā)找水儀被成功研制，能有效促進(jìn)在找水方面的應(yīng)用。

四、我國水文地質(zhì)測井存在的不足

1、我國的水文地質(zhì)測井情況相比較發(fā)達(dá)國家以及國內(nèi)石油測井來說還有一定的差距。主要表現(xiàn)在兩方面：①成像測井和核磁共振測井等石油測井方法在水文地質(zhì)勘查中應(yīng)用還較少，為更好地解決水文地質(zhì)問題，以后應(yīng)加大這些方法在水文測井工作中的應(yīng)用程度;②在精細(xì)解釋方面，相比石油領(lǐng)域，水文領(lǐng)域則相對落后，很多地方還在使用普通電阻率測井;有時為了保護(hù)含水層，也不進(jìn)行密度、中子之類的放射性測井。

2、水文地質(zhì)測井資料的解釋多采用定性解釋，定量解釋尚處于探索階段;缺乏完善的專業(yè)解釋軟件;針對水文地質(zhì)測井資料的處理解釋方法較少，而采用石油測井解釋方法雖可解決一些水文工程問題，但仍有些問題不能被解決，如單位涌水量，地層富水性、導(dǎo)水系數(shù)等參數(shù)的確定。

五、結(jié)語

地球物理測井是一種主要的水文地質(zhì)物探方法，其主要配合地質(zhì)鉆探，精確的探測鉆孔內(nèi)的水文地質(zhì)情況，其具有高于其他底面物探方法的精度，能夠?qū)︺@孔中的出水裂隙段位置和巖層分界面的位置進(jìn)行精度的確定。

參考文獻(xiàn)

[1]茹婷.地球物理測井在水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用綜述[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（01）.

[2]趙長福，劉連，孫曉濤.地球物理測井在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用綜述[J].地球，2015（01）.

[3]冀衛(wèi)平，宋雪，袁慧敏等.分析地球物理測井在水文地質(zhì)勘察中韻應(yīng)用[J].門窗，2013（06）.

（作者單位：內(nèi)蒙古國土資源勘查開發(fā)院）