地球物理測井在水文地質勘察中的應用綜述

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勘察力度，以便對地下水資源進行合理的開發、評價和保護。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勘察手段。本文重點論述了地球物理測井在水文地質勘察中的應用綜述。

關鍵詞：地球物理測井;水文地質勘察;應用

作為地質勘查一項有效手段，地球物理綜合測井技術已廣泛應用于工程勘查的各個領域。這種勘探途徑的原理是通過測井獲得鉆孔內豐富的地層物理信息，記錄鉆孔內巖石等地質條件的物理性質，將地球物理信息進行有效采集、整理與再轉換，進而形成有效的地質、生態環境等信息。目前，這項技術手段對解決水文地質勘探等問題發揮著重要的作用。

一、地球物理測井技術發展歷程

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，測井技術由此誕生，并得到推廣應用。30年代初到50年代依次出現了自然電位測井、自然伽馬測井、感應測井、密度測井、側向測井、放射性測井等模擬測井技術，并開始使用單一巖性測井解釋模型和簡單的數理統計方法進行測井解釋，對巖石物理參數計算多為半定量或定量解釋。而泥質砂巖、碳酸鹽巖和其他復雜巖性儲層，尚很難解釋。

60年代后期，開始出現了巖性、電測井系列（感應測井，深、淺側向測井、微側向測井），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，在定量解釋的方面可以實現單一的復雜巖性和地層巖性、油（氣）、物理性質的解釋，同時可以實現傾角測井地質分析為核心。在20世紀70年代，現代電子計算機記錄和處理數據的應用，進入CNC時代。研制了電磁測井、剪切波波測井和改進的核磁共振測井技術，極大地提高了測量精度。自20世紀90年代以來，在陣列、系列化和數字化的方向發展了地下儀器，并開發了地面測井系統。發射了成像測井地面采集系統，測量了從一個日志到一個二維或三維圖像的結果。

有四種主要的成像測井儀器：電成像、聲學成像、核磁共振成像和地下光學攝影。經過多年的發展，地球物理測井技術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、數據采集技術、數據處理方法和應用范圍等都取得了很大進展。根據數據采集系統的特點，將測井技術的發展分為四個時代：模擬測井、數字測井、數控測井和成像測井，這些都進入了網絡日志記錄的時代。

二、地球物理測井在水文地質勘查中的應用原理

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

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勘察工作首先應做的一步工作，并且應對隔水層與含水層的厚度進行仔細的分析，同時還應進一步對二者之間的聯系進行詳細的研究。進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行精確的劃分。

2、地下水礦化度的測量。當前在地下水礦化度測量中，主要采用自然電位測井進行測量。在應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系確定礦化度。但在實際應用中要注意的是，地層電阻率值與地層水礦化度之間呈反比例關系，因此也可以根據石油測井方法進行測量。

3、對裂隙以及泥質含量測定。在勘察過程中，裂隙會體現出密度偏低、電阻率較小和聲波時差較大等不同的性質。同時，自然伽馬測井值越大，說明裂隙中泥質含量越大，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，并可以對其泥質含量進行測定。

4、鉆孔地層的巖性分析。在地質勘探過程中，可以依靠地層巖性的不同對其進行鉆孔的巖性剖面的劃分。在地質中，不同的巖石種類其電阻率，波阻抗和密度是不同的，可以根據這些不同對不同的巖石進行劃分，進一步對不同的鉆孔巖性剖面進行劃分。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一步進行。

5、勘察巖溶水。聲波的曲線可以對裂隙的層位進行直接的反映，如果溶洞中含有水，那么伽瑪曲線的幅值便會降低，這樣就可以根據曲線的變化情況進一步的得出其富水性，同時由于巖溶以及裂隙的發育部分很可能出現井陘擴大的現象，因此利用井陘曲線也能對巖溶裂隙的發育情況進行判斷。

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。在水文地質勘探過程中，由于地下巖石的電阻率不同，對其進行測量就能大致發現地下水的位置。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，例如顆粒結構等。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行，在使用過程中，可以將這種方法同其他方法相互結合使用，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。激發極化效應是根據巖石、礦石激發極化效應時候的反映解決尋找金屬、解決工程及水文地質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極化法，不同種類的固態介質和液態介質中都有不同的激發極化效應，主要表現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的構造，這種電法勘探的方式就是激發極化法。電法勘探承擔了傳統物探找水一大半的工作量，也是水文地質工作中的重要手段。隨著社會的發展和進不去，高精度激發找水儀被成功研制，能有效促進在找水方面的應用。

四、我國水文地質測井存在的不足

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

2、水文地質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;缺乏完善的專業解釋軟件;針對水文地質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、導水系數等參數的確定。

五、結語

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

參考文獻

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（作者單位：內蒙古國土資源勘查開發院）