水文測井在礦山水資源勘查中的應(yīng)用

張 健，韓埃洋

（甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

水文測井是礦山水文、礦產(chǎn)資源、地質(zhì)工程和環(huán)境地質(zhì)勘查工作中的一個(gè)重要組成部分，也是鉆孔以及整個(gè)工程監(jiān)理工作的重要手段，對提高礦山勘查質(zhì)量及加快勘查速度、降低地質(zhì)勘查成本起著重要作用。目前測井資料的地質(zhì)解釋成果已成為礦山修井、供水和編制其他地質(zhì)資料的重要依據(jù)。因此所有礦山水文地質(zhì)項(xiàng)目所施工的鉆孔，尤其是無巖芯鉆孔，都需要進(jìn)行水文測井，可判別巖體、編錄、校正鉆孔地質(zhì)剖面、確定含水層位置和厚度等。

本文主要探討了自然電位測井、三側(cè)向電阻率測井、自然伽瑪測、井下電阻率和井溫五個(gè)參數(shù)的測井工作，在礦山水資源勘查巖性分層中的應(yīng)用并取得了較好的效果。

1 方法技術(shù)

（1）自然電位測井。自然電位測井線路將一個(gè)穩(wěn)定電極M放到井中，另一個(gè)電極N放到地面上接地，在不存在任何人工電場的情況下，用地面儀器測量M電極相對于地面N電極之間的電位差。當(dāng)M在礦井中移動時(shí)所測得M與N之間的電位差的變化所繪制的曲線即為自然電位曲線。在循環(huán)井液后優(yōu)先測量自然電位，以防基線偏移；電極下井前擦洗干凈，離重錘距離2米；礦上地質(zhì)表面電極使用鉛電極并放在參考電位穩(wěn)定的地方(本次測量地面電極放在泥漿池中)；在純泥巖層上選取基線。自然電位測井曲線采樣間隔0.05米；電纜提升速度1000米/小時(shí)，速度變化不大于5%。

（3）自然伽瑪測井。自然伽瑪計(jì)數(shù)率單位是脈沖/秒，經(jīng)過校正單位為自然伽馬測井單位API；儀器下井前用刻度環(huán)進(jìn)行檢查，其響應(yīng)值與基地讀數(shù)比較，誤差未超過5%；自然伽瑪測井采樣間隔0.05米，測井速度500米/小時(shí)，速度變化小于5%。

（4）井溫測井。熱敏電阻在測量橋的一臂，其阻值隨溫度變化，電橋失去平衡，輸出與溫度成線性的電壓信號。電橋供電為經(jīng)精密穩(wěn)壓產(chǎn)生的DC2.5V，RPW1為調(diào)零電位器，RPW2為高端調(diào)節(jié)電位器。井溫測井采樣間隔0.05米，測井速度500米/小時(shí)，速度變化小于5%。

（5）礦井液電阻率測井。可以流過泥漿礦井液的絕緣筒內(nèi)，裝有3只環(huán)形電極A、M、N，絕緣筒外的不銹鋼防護(hù)管作另一電極B。A、B間供交流恒流電，電流0.2mA，頻率244Hz。電極系規(guī)格A0.50M0.20N，A、M間距遠(yuǎn)大于M、N間距，這樣通過M、N測量電極的電流線接近均勻分布。M、N電極間電位差反應(yīng)了泥漿礦井液的電阻率。該電壓經(jīng)相敏整流、放大后，輸出與泥漿井液電阻率成線性關(guān)系的直流電壓信號，經(jīng)后級A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。RPL2為調(diào)零電位器，RPL1為高端調(diào)節(jié)電位器。井液電阻率測井采樣間隔0.05米，測井速度500米/小時(shí)，速度變化小于5%。

（6）測礦井質(zhì)量檢查。全孔測礦井原始數(shù)據(jù)齊全，無丟失、錯(cuò)碼、漏記、斷記、畸變現(xiàn)象，曲線回放完整，界面反映清晰。對145.00m～170.00m做檢查測量，原始曲線與檢查曲線形態(tài)一致，經(jīng)計(jì)算異常幅值的平均相對誤差未超過5%。

2 應(yīng)用實(shí)例

（1）測區(qū)礦山水文地質(zhì)及地球物理概況?，F(xiàn)以甘肅省徽縣伏家鎮(zhèn)礦山水文地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用為例。測區(qū)主要分布地層為第四系、上第三系。其中第四系主要巖體有黃土、粉土和砂礫層，砂礫層為可能含水層；上第三系主要巖性有泥巖和砂質(zhì)泥巖。巖體的電性差異特征是開展電阻率測井的地球物理基礎(chǔ)和依據(jù)，據(jù)以往區(qū)內(nèi)大量電測深資料統(tǒng)計(jì)，各巖體具有明顯的電性、放射性差異。

通過測礦井的礦層物性分析全孔礦層巖體，孔深181m，其中地表以下17.01m為第四系粉土和砂礫卵石層，17.01m～181.00m為第三系砂巖、泥巖和砂礫巖。

（2）應(yīng)用效果。礦山水文測井主要目的在于準(zhǔn)確劃分測區(qū)可能含水層砂礫層的位置與厚度，為下一步礦山水文地質(zhì)工作提供依據(jù)。測區(qū)內(nèi)礦層物性差異明顯，故礦層物性反映良好，層次分明，界面清晰。

該孔井溫測井和井液電阻率測井差異較小，主要對三測井電阻率測井、自然伽馬和自然電位測井做分析。

測井資料顯示電阻率最小值28Ω·m，最大值115Ω·m；自然電位最小值-137mV，最大值115mV；自然伽瑪最小值16API，最大值130API。

礦層的電阻率主要取決于碎屑顆粒的大小，電阻率隨著碎屑顆粒的增高電阻率增高；影響電阻率的第二因素為泥質(zhì)含量的多少，隨著泥質(zhì)含量的增加電阻率降低。總之該孔滲透性砂巖、砂礫卵石層都具有較高的電阻率；隔水的泥巖、粉礦層電阻率較低。該孔以側(cè)向電阻率曲線的急速變化點(diǎn)劃分礦層界限。

自然伽馬測井曲線值主要取決于礦層的泥質(zhì)含量，隨著泥質(zhì)含量的減少自然伽馬射線值減少，該孔放射性強(qiáng)度依砂礫巖-砂巖-泥巖的順序，隨著滲透性程度的減小遞增。該孔以自然伽馬曲線的半幅值劃分地層。

該孔泥巖基線的自然電位較穩(wěn)定，隨著泥質(zhì)含量的減少自然電位曲線幅度減??；該孔滲透性礦層自然電位曲線相對于泥巖基線負(fù)異常明顯，反應(yīng)了礦層礦化度高于泥漿礦化度的特性，該孔以自然電位半幅值劃分礦層。

經(jīng)過三側(cè)向電阻率、自然電位和自然伽瑪三個(gè)參數(shù)的相互參考驗(yàn)證，推測該孔主要礦層如表1。

表1

3 結(jié)論

隨著地質(zhì)勘探水平的不斷提高，礦山水資源勘查的方法也越來越多，技術(shù)也越發(fā)成熟，但水文測井在礦山水資源勘查中的地位和作用仍是不可忽視的。水文測井對于礦山水資源勘查中很多問題的解決是非常有幫助的，如準(zhǔn)確劃分礦層界線、對鉆孔深度的控制、對鉆孔止水效果和漏水情況的檢查等。只有在礦山水資源勘查中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以求最大化發(fā)揮礦山水文測井的作用和優(yōu)勢，從而不斷提高地質(zhì)勘探水平。