地球物理實驗井建設與教學實踐

馬火林，祁明松，潘和平，李永濤

（中國地質大學（武漢）地球物理與空間信息學院，湖北武漢 430074）

地球物理實驗井建設與教學實踐

馬火林，祁明松，潘和平，李永濤

（中國地質大學（武漢）地球物理與空間信息學院，湖北武漢 430074）

根據測井和井中物探、工程物探等的教學和科研的需要，建設了地球物理實驗井3口，進行了全井段取芯并保存了巖芯，利用幾種測井裝備取得了實驗井的測井資料及井中視頻資料，選取了8個典型井段的視頻截圖和井壁的平面展布圖進行分析。利用該實驗平臺進行了大量教學實踐，使學生建立了理論與地質特征的直接聯系，相關的實驗工作和成果可為地學類學科的教學實踐和科研工作提供參考和借鑒。

地球物理測井；實驗井；教學實踐

在國家修購專項的資助下，中國地質大學（武漢）地球物理與空間信息學院完成了3口地球物理實驗井的建設，并且在實踐教學和科研工作中投入了應用。在地質礦產與油氣資源勘探開發過程中，地球物理測井、井中物探及工程物探等方法技術發揮了重要作用，地球物理學、勘查技術與工程、資源勘查工程、煤與煤層氣工程、石油工程等專業均開設了相關的專業必修課程。實驗井的建設和應用是為了更好地開展相關課程的實驗教學和基礎科研工作，滿足測井和井中物探、工程物探等專業的教學和科研需要，特別是用于測井探管實驗及井間電磁波和聲波、工程物探實驗等［1－3］。

1 地球物理實驗井的建設

實驗井井段地層地質特點：巖層為志留系泥巖，屬極軟巖—軟巖，而井位正好位于喻家山和南望山之間的小型斷裂帶西側，裂隙發育［4－5］。上部10m以內為第四系殘坡積層，下部以泥巖為主，淺灰到深灰色，主要由泥質組成，含少量鈣質和方解石細脈，塊狀、厚層狀構造，局部細粒結構。

實驗井結構設計為：井深200m（中、深孔），井段設計根據地層地質特點。在上部20m以內松散地層井段安裝聚氯乙烯（PVC）塑料管加固井壁；20m以下基巖段為裸露井壁（實際施工中根據井的地層巖性所鉆的3口井分別確定為29m、52m、82m），并安裝井口水泥基座和金屬保護蓋，以利于井孔保護和測井絞車等設備的放置。施工隊伍根據設計要求和計劃安排完成了鉆孔工作，進行了全井段取芯，按照要求進行了巖芯收錄和資料編錄等工作［1］。實驗井施工和取芯鉆頭、鉆桿及取出的一段巖芯等見圖1。

圖1 實驗井鉆井施工現場及鉆桿、取芯鉆頭和一段巖芯

2 實驗井教學實踐情況

實驗井完成驗收后即在教學實踐和科研實驗中投入了應用，這些工作主要有地球物理測井儀器的數據采集和儀器操作、地球物理測井原理課程的實踐教學和認知、地下地層地質特征的識別和巖芯特征認知、相關井中儀器如常規測井儀器的曲線采集、井下視頻測井儀器的數據采集和分析、井中微地震及檢波器實驗等［6］。實踐教學環節每學期有4～5個班級的學生使用這個平臺，我們還結合教學實踐完成了實驗教學錄像。這些工作也是進行課程建設的重要組成部分。在實驗井使用的相關實驗裝置、進行實驗教學和數據采集環節見圖2。通過這些實踐實習環節可以加深學生對各種測井方法原理的理解，了解測井現場作業的整個流程，熟悉儀器的操作規程，并容易建立相應的直觀認識。

圖2 相關的實驗裝置、實驗教學和數據采集環節

3 實驗井井中視頻實驗特征

實驗井測井實驗情況：我們利用實驗室現有的重慶地質儀器廠測井儀、美國Mount Sopris公司測井儀以及岳陽奧成公司的井下視頻測井儀進行了測井實驗，測量的參數有自然電位、自然伽馬、井徑、井溫和流體電阻率、三側向電阻率、聲波速度、井斜、電位電極系電阻率、梯度電極系電阻率等測井曲線及井中視頻錄像和相應的井壁平面展布圖。

重慶地質儀器廠JGS綜合數字測井系統由測井主機、絞車、各種類型探管及連接線組成，具有多功能、多參數測量特點，可根據用戶的不同測井目的和要求有多種選擇，中文數據采集和資料處理軟件，適用于煤田、水文、工程地質、金屬礦、非金屬礦測井勘探［7］。美國Mount Sopris公司的Matrix便攜式數字測井系統包括采集控制面板、MSI井下探頭和配件，采用USB2．0接口，能與許多探頭兼容。MSI井下探頭包括電阻率、自然伽馬、自然伽馬能譜、自然電位、聲波全波列、磁化率、激發極化、超聲成像、光學成像、井徑、井斜、流量等。應用于工程地質、金屬礦、煤田、核工業地質勘探、工程物探等領域［8］。岳陽奧成公司的井下視頻測井儀采用地面采集控制面板、井中視頻探頭、視頻電纜和絞車等，井中視頻探頭采用360°開放式高清超低照CCD攝像頭，無色彩失真，配合可調組合光源和特殊的防水設計，實時處理圖像速度高達每秒120幀。可以用來劃分巖性，查明地質構造，確定夾層，檢測斷層、裂隙、破碎帶，觀察地下水活動狀況等［9］。

實驗井的測井曲線資料已在文獻［1］中介紹了，本文只展示井中視頻測井的圖件（見圖3），共選取了8個典型井段，每個井段圖例中，左圖為這一井段視頻圖像經過處理后井筒的360°平面展開圖，方位指示為：從左到右對應北－東－南－西－北；右圖為這一井段的一幀視頻截圖，為從上向下的視角，這樣通過視頻就可以直觀地觀察到井中的地層狀況，也可通過軟件處理得到井壁地層的平面展布圖，再進一步可以由此展布圖計算地層的產狀等參數［2，10－11］。

圖3 實驗井的視頻測井系列圖

通過對收錄的實驗井的巖芯、測井曲線、井中視頻圖像等資料進行認真對比分析和研究，表明各種資料準確有效，實驗井的地層具有一定的特征性，可以為相關地球物理實驗提供支撐，也可為相關地球物理儀器裝備的驗證提供參考。在教學中應用這些資料可以使學生直觀地認識到井壁垮塌、井眼擴徑、高角度裂縫、低角度裂縫等特征［2，10－12］，從而容易建立理論原理和地質特征之間的聯系。

4 結束語

由國家修購專項資助建設的地球物理實驗井經過了設計、施工、教學實踐和科研實驗等環節，相關工作的完成表明實驗井可以滿足測井、井中物探和工程物探等的教學和科研的需要，對于今后的教學、科研等具有很大意義。同時這些工作及相關成果也為地學類學科的教學實踐和相關科研工作提供了重要參考。

在教學實踐和科研實驗工作中也發現配套的實驗設施，如工作臺、配電箱、遮雨棚、相關工具等還不完善，還由于實驗室室內場地較小，實驗井的典型巖芯還沒有展開陳列，這些還需要在后續的實驗室建設過程中去進一步完成。另外，由于井間工程物探的相關儀器裝備還配備不齊全，井間電磁波、井間聲波測量等的實驗和研究工作還有待于后續開展。

（References）

［1］馬火林，潘和平，祁明松，等．地下地球物理實驗井設計與建設［J］．實驗技術與管理，2010，27（11）：58－60．

［2］潘和平，馬火林，蔡柏林，等．地球物理測井與井中物探［M］．北京：科學出版社，2009．

［3］潘和平，馬火林，祁明松．井中物探教學內容探討與改革［J］．中國地質教育，2009（2）：83－87．

［4］中國地質大學（武漢）地質系綜合地質教研室．武漢地區地質認識實習指導書［M］．武漢：中國地質大學（武漢）校內膠印教材，1994．

［5］曾佐勛，劉強，易順華，等．《構造地質學》課間實習指導書［Z］．武漢：中國地質大學（武漢），2005．

［6］駱淼，潘和平，馬火林．基于專業需求的“地球物理測井”課程設計［J］．中國地質教育，2011（2）：65－68．

［7］重慶地質儀器廠．綜合數字測井系統［EB／OL］．（2014）．http：／／www．cgif．com．cn／t1．aspx？type＝159．

［8］Mount Sopris．Data Acquisition Systems［EB／OL］．（2014）．http：／／mountsopris．com／products／data－acquisition－systems／．

［9］岳陽奧成公司．智能鉆孔電視成像［EB／OL］．（2014）．http：／／www．aocheng．com．cn／ProductShow．asp？id＝40．

［10］戴家才，王向公，郭海敏．測井方法原理與資料解釋［M］．北京：石油工業出版社，2006．

［11］王貴文，郭榮坤．測井地質學［M］．北京：石油工業出版社，2000．

［12］宋紅偉，張占松．《地球物理測井》實驗教學改革探討［J］．長江大學學報：自科版，2013，10（22）：138－139．

Construction of experimental well of borehole geophysics and teaching practice

Ma Huolin，Qi Mingsong，Pan Heping，Li Yongtao
（Institute of Geophysics and Geomatics，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

Based on the requirement of teaching and scientific research with well logging，borehole geophysics and engineering geophysics，three experimental wells of boreholes geophysics are designed and constructed．The rock core of full borehole section is drilled and saved．The logging data and borehole video for borehole are recorded by several logging tools．And the eight typical video screenshot and the borehole wall distribution map are analyzed．The experimental platform is used for a lot of teaching practices；it enables students to establish a direct link between the theoretical principles and geological characteristics．The related experimental work and the results can provide references for teaching practice and research work of geosciences disciplines．

geophysical well logging；experimental well；teaching practice

G642．0

A

1002－4956（2015）3－0187－03

2014－08－19 修改日期：2014－10－08

馬火林（1970—），男，湖北漢川，博士，副教授，從事地球物理測井和巖石物理的教學和科研工作．

E－mail：mhl70＠163．com