地球物理測井在水文地質(zhì)勘察中的應用

文/許愛萍、吳永存　浙江中赫工程檢測有限公司　浙江杭州　310021

中國水資源短缺的問題由來已久，從某種層面來說，水資源短缺的問題已經(jīng)影響到了國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展。雖說水資源開采中用到的地質(zhì)勘察方法有很多，但地球物理測井確有其獨有的優(yōu)勢，它的精度要高于其他物探手段。

1、地球物理測井技術的基本分類

1.1　高密度電阻率法

高密度電阻率法是間接尋找地下水資源的重要方法，該方法的原理如下：巖石性質(zhì)不同，其電阻率也會存在一定的區(qū)別?；谶@一特性，在探測地下電阻率的過程中就有可能發(fā)現(xiàn)地下水，且確定地下水的大致位置。在這里需要強調(diào)的是，含水量的多少會隨著巖石種類的變化而變化，這一變化將最終體現(xiàn)在地下巖石的電阻率上。此外巖石的成分以及顆粒結(jié)構(gòu)也能夠影響地下巖石的電阻率。所以電阻率是水文地質(zhì)勘察中所必須要重視的參數(shù)，但該方法的精度非常有限，單憑這一方法很容易出現(xiàn)誤差，后期往往需要大量的認證工作才能最終確定地下水的位置。實際操作中，為了確?？辈鞙y量的精度，該方法通常與其他物探手段配合使用。

1.2　激發(fā)極化法

該方法的原理如下：首先將脈沖電流通過一定的技術手段接入到地質(zhì)層中，之后輸入電流，并確保電流輸入的大小以及頻率不會發(fā)生變化。在地面電極測量值達到飽和狀態(tài)時斷開電流。此時會觀察到斷開電流的瞬間電位差發(fā)生了較為明顯的變化，隨著時間的推移，其變化速度會逐漸減慢且最終歸零。實際操作中，借助于電位差的變化情況并且綜合相關數(shù)據(jù)進行分析就能夠探明地下水的具體位置。激發(fā)極化法的準確度較高，因此應用范圍非常廣。應用激發(fā)極化法，有效的節(jié)省了水資源開發(fā)的成本支出，提高了開發(fā)效率。正因為如此，該類技術將成為未來水資源開發(fā)或是水文地質(zhì)勘察的發(fā)展趨勢，這同樣也代表了國內(nèi)能源開采利用的新方向——“可持續(xù)發(fā)展”。作為地球物理測井的代表，此類技術在以水資源開發(fā)為背景的水文地質(zhì)勘察中有著廣泛的應用范圍。

1.3　水文地質(zhì)測繪技術

水文地質(zhì)測繪技術是地球物理測井技術中非常重要的一部分內(nèi)容，將其應用到日常勘察工作之中有著非常重要的意義。該技術能夠通過特定區(qū)域內(nèi)作用于地表的地質(zhì)現(xiàn)象來判定本區(qū)域內(nèi)地下水的含量。實際勘察中，首先進行的是信息的收集匯總。將搜集到的信息進行分析匯總之后，從水文地質(zhì)學的角度將分析匯總之后的信息呈現(xiàn)出來，進而指導后續(xù)的勘察研究。在這里需要強調(diào)的是，利用這一技術進行水文地質(zhì)勘察之前應該對勘察區(qū)域內(nèi)原有的資料進行分析，這能夠有效減少實際勘察環(huán)節(jié)的工作量，進而提高勘察工作的效率，保證其成功率。

2、地球物理測井在水文地質(zhì)勘察中的應用

對水文地質(zhì)勘察而言，在其中應用地球物理測井技術有著非常重要的意義，以下是具體的應用舉例。

2.1　地下水礦化度的測量

綜合相關數(shù)據(jù)分析，地下水的礦化度與地質(zhì)層的電阻率呈反比，所以我們可以結(jié)合石油測井的數(shù)據(jù)，對地下水的礦化程度進行測算。實際勘察中，相關工作人員會借助自然電位測井曲線來勘測地下水層電阻率的異常波動，將其與石油測井得到的數(shù)據(jù)進行比較，就能夠準確測定地下水的礦化度。該方法在水文地質(zhì)勘察中的應用，有效的提高了勘察效率。

測量地下水礦化度的同時，基于GPRS網(wǎng)絡構(gòu)建起的地下水動態(tài)監(jiān)測平臺也能夠?qū)崿F(xiàn)對地下水的動態(tài)監(jiān)測。這一環(huán)節(jié)中使用的地下水動態(tài)監(jiān)測技術能夠?qū)μ囟▍^(qū)域內(nèi)的地下水進行分析觀察，進而完成測量并記錄下測量數(shù)據(jù)。監(jiān)測的同時還需要借由相關技術將資料導入專門的數(shù)據(jù)庫，之后利用計算機技術將數(shù)據(jù)制成圖表，將更便于觀察。該類技術的應用極大的提高了水文地質(zhì)勘察的工作效率。未來我們一定要強化對于地下水動態(tài)監(jiān)測技術的創(chuàng)新，在現(xiàn)有基礎上不斷完善這類技術，確保它能夠更好的作用于水文地質(zhì)勘察。

2.2　含水層與隔水層的劃分

劃分含水層與隔水層是水文地質(zhì)勘察中非常重要的一部分工作，經(jīng)過劃分之后，才能夠確定含水層的層間位置及實際厚度。從性質(zhì)層面分析，含水層的電阻率比較小，加之縫隙較大，其密度要小于隔水層，所以區(qū)分過程并不存在難度。目前常用的地球物理測井法都能夠達到將兩者劃分的效果，也能夠準確測定其厚度以及位置。

2.3　裂縫以及泥質(zhì)含量的判斷

實際勘察工作中，經(jīng)常會遇到裂縫的問題，對此相關工作人員應該給予足夠的重視。通常情況下，裂縫時常會伴隨著密度較低、電阻率較小及聲波時差大的特性。如果出現(xiàn)裂縫，那么利用自然伽馬測井值就能夠準確判定地質(zhì)中的泥質(zhì)含量，數(shù)值越大，則泥質(zhì)越多，泥質(zhì)過高的地下水在開采時則需要進行必要的處理。

2.4　鉆孔地層巖性，勘察巖溶水的劃分

結(jié)合實際勘察工作發(fā)現(xiàn)，不同種類的巖石在電阻率、密度及孔隙率等參數(shù)之上有著較為明顯的差異。地質(zhì)層巖層的判分便是基于該類差異而完成的，由此能夠明確鉆孔的巖層剖面。聲波的曲線往往能夠較為準確的反映出裂縫的層位，如果曲線的幅值較低，則代表溶洞中含有大量的水分，此時便可有針對性的進行開發(fā)。此外借助于使用井徑曲線能夠判定巖溶裂縫的發(fā)育狀況，這是因為地質(zhì)作用下巖溶發(fā)育位置的井徑會驟然增大。貴州是國內(nèi)的水資源大省，以下是貴州省內(nèi)白云巖的分布情況表。

2.5　水位計、井溫井流量測井

實際測井中，借助于水位計也能夠準確測定地下水的分布狀況。它主要利用的是靜水的壓力，通過靜水壓力來計算水位的高程。眼下國內(nèi)很多地區(qū)都已經(jīng)依托于水位計構(gòu)建起了水位自動化檢測系統(tǒng)，借助于水位計上的碼盤便能夠讀出軸角編碼器上的浮子式水位。使用方便、便于維修是該類設備的優(yōu)點，而且它在維修成本上也有著較為明顯的優(yōu)勢。此外該方法的準確度不會受到環(huán)境因素的影響，可靠性較高。

井溫、井流量測井也是地球物理測井中非常具有代表性的方法。具體來說，相關工作人員能夠通過井溫測井技術準確測定地溫的階梯變化，這一過程是基于井液與地下水的綜合作用來實現(xiàn)的。眾所周知，巖石的導熱性較差，而地下水的導熱性較好，因此含水量較為豐富的地層中，地溫會在地下水的影響下產(chǎn)生不同程度的變化。有時井溫曲線也會出現(xiàn)突然變陡的狀況。工作人員根據(jù)井溫曲線就能夠了解含水層與隔水層的位置，進而通過總結(jié)井溫的變動狀況而判斷地下水的徑流情況。含水層與上下圍巖之間的溫度也會存在一定的差異，其溫差一般在1℃到10℃之間。在多層混合井中使用井流量測井法將橫向井徑和垂向流速換算成流量，就能夠判斷含水層的實際厚度。

如今的測井作業(yè)中，已經(jīng)開始使用了模糊識別、分形以及模擬退火等方法。相關工作人員也分析了很多參數(shù)解釋模型，并據(jù)此對水文地質(zhì)的勘察條件進行了修改，從而提高了水文地質(zhì)勘察的針對性。

3、案例概述

經(jīng)過不斷發(fā)展，地球物理測井技術已經(jīng)發(fā)展到了相對成熟的階段，也有了較長的發(fā)展歷史。近些年在相關技術的作用之下，該類技術已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。西方國家在水文地質(zhì)勘察中應用地球物理測井技術的步伐要領先于中國，美國早在上個世紀末便對其本土的水資源分布狀況進行了大范圍的統(tǒng)計評價。隨著開發(fā)的不斷深入，為了在田納西州完成30余口水井的鉆取，相關單位借由“伽馬—伽馬測井技術”對該區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)特征進行了詳細的勘察，得到了以下結(jié)論：0—1.68m為粘土；1.68—3.96m為粉質(zhì)粘土；3.96—5.03m為含礫石的粉砂巖。其從上到下的分布情況為：砂巖、細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。后續(xù)的開采挖掘證明：實際分布狀況與勘察結(jié)論相一致。也因為有了這次勘察，才為本區(qū)域內(nèi)水資源的開發(fā)指明了方向。綜上，在水文地質(zhì)勘察中應用地球物理測井技術，既能夠滿足勘察過程中質(zhì)量控制的要求，又能提高水文地質(zhì)勘察的準確度。當前該類技術已經(jīng)被廣泛應用到了國內(nèi)各類水文地質(zhì)勘察工程之中，已經(jīng)在其中扮演了不可或缺的角色。

總結(jié)：

由上文可知，地球物理測井物探技術在水文地質(zhì)勘察中的應用有著非常重要的意義，它能夠提高勘察效率，解決好其中暴露出的問題。當然實際操作中仍有諸多問題需要注意，上文是筆者對此進行的總結(jié)。

參考文獻：

[1]朱首峰,盛君,何泰健.地球物理測井在南通地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查中的應用[J].上海國土資源,2016,37(03):89-91.

[2]王廷文.淺析測井在水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)工作中的應用[J].低碳世界,2017(19):34-35.