水文測井在礦山水資源勘查中的應用

張 健，韓埃洋

（甘肅省地礦局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020）

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

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

1 方法技術

（1）自然電位測井。自然電位測井線路將一個穩定電極M放到井中，另一個電極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M在礦井中移動時所測得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。在循環井液后優先測量自然電位，以防基線偏移；電極下井前擦洗干凈，離重錘距離2米；礦上地質表面電極使用鉛電極并放在參考電位穩定的地方(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，速度變化不大于5%。

（3）自然伽瑪測井。自然伽瑪計數率單位是脈沖/秒，經過校正單位為自然伽馬測井單位API；儀器下井前用刻度環進行檢查，其響應值與基地讀數比較，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，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。電橋供電為經精密穩壓產生的DC2.5V，RPW1為調零電位器，RPW2為高端調節電位器。井溫測井采樣間隔0.05米，測井速度500米/小時，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，裝有3只環形電極A、M、N，絕緣筒外的不銹鋼防護管作另一電極B。A、B間供交流恒流電，電流0.2mA，頻率244Hz。電極系規格A0.50M0.20N，A、M間距遠大于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電極間電位差反應了泥漿礦井液的電阻率。該電壓經相敏整流、放大后，輸出與泥漿井液電阻率成線性關系的直流電壓信號，經后級A/D轉換為數字信號輸出。RPL2為調零電位器，RPL1為高端調節電位器。井液電阻率測井采樣間隔0.05米，測井速度500米/小時，速度變化小于5%。

（6）測礦井質量檢查。全孔測礦井原始數據齊全，無丟失、錯碼、漏記、斷記、畸變現象，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一致，經計算異常幅值的平均相對誤差未超過5%。

2 應用實例

（1）測區礦山水文地質及地球物理概況。現以甘肅省徽縣伏家鎮礦山水文地質調查應用為例。測區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和依據，據以往區內大量電測深資料統計，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）應用效果。礦山水文測井主要目的在于準確劃分測區可能含水層砂礫層的位置與厚度，為下一步礦山水文地質工作提供依據。測區內礦層物性差異明顯，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含量的多少，隨著泥質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。該孔以側向電阻率曲線的急速變化點劃分礦層界限。

自然伽馬測井曲線值主要取決于礦層的泥質含量，隨著泥質含量的減少自然伽馬射線值減少，該孔放射性強度依砂礫巖-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定，隨著泥質含量的減少自然電位曲線幅度減小；該孔滲透性礦層自然電位曲線相對于泥巖基線負異常明顯，反應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。

經過三側向電阻率、自然電位和自然伽瑪三個參數的相互參考驗證，推測該孔主要礦層如表1。

表1

3 結論

隨著地質勘探水平的不斷提高，礦山水資源勘查的方法也越來越多，技術也越發成熟，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不斷總結經驗，以求最大化發揮礦山水文測井的作用和優勢，從而不斷提高地質勘探水平。