地球物理测井在水文地质勘察中的应用综述

地球物理测井在水文地质勘察中的应用综述

王文乾

山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队 271000

摘要：地球物理测井是一种主要的水文地质物探方法，其主要配合地质钻探，精确的探测钻孔内的水文地质情况，其具有高于其他底面物探方法的精度，能够对钻孔中的出水裂隙段位置和岩层分界面的位置进行精度的确定。地球物理测井技术是以严密的物理数学原理为理论基础的，有很多健全、完整的材料可供参考。本文综述了地球物理测井在水文地质勘探中的应用。

关键词：地球物理测井；水文地质勘察；应用综述

前言

地球物理测井在水文地质勘探作业中的应用，不仅提高了探测的精确性，而且在寻找含水层，分析地下水分布，探测熔岩等方面也有极其重要的作用。地球物理测井技术推动了水文地质勘探作业的进一步应用。地球物理测井在水文地质勘探作业中应用的原理除了依靠严密的物理数学原理之外，还依靠了其他的很多原理。

1、水文地质测井方法种类

测井方法可以解决水文地质问题:(1):自然电位测井可分为地层岩性剖面、砂岩和泥岩厚度、含水层厚度、地下水盐度和海水界面的评价。(2)完井液电阻率测井:含水层的比较，可以定性地确定含水层的部分，特别是底层含水层，可以获得地下水渗流速度，并间接计算渗透率系数。(3)视电阻率测井:地层剖面可划分为获得矿化程度、岩石电阻率参数、孔隙度、含水层位置和厚度。该方法在水文地质勘查中应用广泛。(4)放射性同位素测井:可用于确定渗透系数、地下水流量、水流速度、水质色散系数、水库渗流通道、水井的出水位置和套管破裂。(5)中子测井:用于识别含水层，划分岩性，确定含水量和孔隙度。该方法对含水层的检测是有效的。(6)自然伽马测井:可分为含水层和含水层，以确定岩性，并指出地层的含沙量。该方法易于测量和有效。(7)伽马-伽马测井:可分类岩性，划分剖面，获得孔隙度，间接计算砂岩的晶粒尺寸。(8)声波测井:可划分岩性和含水裂隙区域，确定岩石孔隙度和地层对比。(9)井温测井:用于测量井的温度梯度和进水位置，确定含水层的顶部或底部，但可能会遗漏当地含水层。(10)钻孔声波测井:较直观地了解井壁的裂缝、溶蚀、岩洞、层理和倾斜度，纵向连续性较好。

2、地球物理测井在水文地质勘查中的应用原理

在水文地质勘查中，地球物理测井是一种行之有效的测量手段，在分析地层构造、探测岩溶、评价地下水质量、分析地下水分布及寻找含水层等工作中发挥重要作用。

2.1地球物理测井的应用原理

2.1.1划分隔水层和含水层

在水文地质勘探中，必须首先正确划分含水层，确定含水层的厚度和层位，并对其关系进行研究。对含水层和隔水层进行划分的方法主要有声波测井、中子测井、伽马—伽马测井、井液电阻率测井、视电阻率测井，这些方法还能确定含水层的位置和厚度。与一般围岩相比，含水层的电阻率较小、空隙较大、密度较小，更容易区分。

2.1.2测量地下水矿化度

地层电阻率值与地层水的矿化度呈反比，因此有人提出可以通过石油测井的数据来计算地层水的矿化度。以自然电位测井曲线的异常值来对地层水的电阻率进行求取，再根据二者的反比关系确定地层水的矿化度。这样，就可以在水文地质中应用石油测井技术。

2.1.3对裂隙以及泥质含量进行判断

在测井中，裂隙通常会表现出特殊的响应，例如密度偏低、电阻率较小和声波时差较大等。如果有裂隙存在，则通过自然伽马测井值就可以对其泥质含量进行判断，这是由于自然伽马测井值越大，说明裂隙中填充了越多的泥质。

2.1.4勘查岩溶水

裂隙的层位能够直接通过声波曲线来反映。如果自然伽马曲线的幅值出现略低的情况，说明溶洞中含水，从而可以对其富水性进行判断。可以使用井径曲线，对岩溶裂隙的发育程度进行判断，这是由于在裂隙和岩溶的发育处，井径会扩大。

2.1.5划分钻孔地层的岩性

在地质勘探过程中，可以依靠地层岩性的不同对其进行钻孔的岩性剖面的划分。在地质中，不同的岩石种类其电阻率，波阻抗和密度是不同的，可以根据这些不同对不同的岩石进行划分，进一步对不同的钻孔岩性剖面进行划分。通过对地层岩性的划分，有利于确定钻孔的剖面，有利于钻孔工作的进一步进行。

2.1.6其他测井资料的应用

（1）水位计测井。水位计测井的基本原理是充分利用静水压力，对水位的高程进行计算。当前我国大部分水位自动化监测系统使用的都是码盘，也就是轴角编码器的浮子式水位传感器。该设备的优点在于维修便利、使用方便、价格低廉、受气候环境和水质的影响较小，且无掉电记忆和温漂时漂。

（2）井温测井。地下水具有比岩石更大的导热性能，地下水的温度通常会随着低温梯度的变化而变小，这样就会使得井温的曲线不断变得陡峭。井温资料可以反映出低温梯度的变化，也能够反映出地下水和井液在钻孔中所产生的综合影响。通过井温测井技术，有利于确定地下水的位置，进一步有利于对含水层和隔水层位置的确定。这样就有利于下一步钻探工作的进行。

（3）流量测井。流量测井技术的理论基础是将多层混合井留理论。具体而言，在前期确定某些含水层之后，用钻孔将含水层揭穿之后，由于含水层水量的不同，高含水层部位的水量会流向地含水层，这样一来就形成了一个混合静水位，通过这样方式就能够判定出汗水位的高低变化。与此同时，通过这种方式也能够将各个阶段的含水层的吸水量和含水量计算出来，通过对数据的分析，最终确定含水层的厚度和位置。

2.2资料解释

当前对水文地质测井的资料解释多为定性解释，只有较少的定量解释，专业软件的数量较少。尽管一些水温工程问题可以用石油测井的解释方法解决，但是导水系数、地层富水性和单位涌水量等参数仍难以解决。在测井中涉及到很多物性参数，因此在测井解释中多使用非线性反演的方法，效果较好。当前的测井，已普遍使用了模糊识别、分形、模拟退火、神经网络等。有学者提出了很多参数的解释模型，例如粒度中值解释模型、单位涌水量解释模型、泥质含量解释模、孔隙度解释模、渗透系数解释模型、导水系数解释模型、矿化度解释模型等，在使用时要结合地质条件进行适当的修改，使之符合当地的地质情况。

3、物探方法的主要种类

3.1高密度电阻率法

决定岩石的电阻率的因素有很多，其中孔隙度、水的矿化度、含水量、矿物成分以及颗粒结构是最为主要的影响因素，其中岩石的含水量在很大的程度上决定了电阻率的数值。利用电阻率的物探方式进行水文地质情况的勘查，就是通过对岩石的空间分布规律以及电阻率进一步的分析和发现含水层在空间上的具体分布，同时还能对含水层的储水条件进行进一步的研究与确定，从而达到进行水文地质勘查的效果。高密度的电阻率方法是一种间接的找水手段。

3.2激光极化法

用一直流脉冲△Ｖｌ供入地下地质体时，在确保电流稳定的情况下，我们可以观测到一下的现象：随着时间的推移，地面上使用的测量电极的地位差会逐渐的趋向于稳定值，但是在断开电源的一瞬间，电极间的电位差迅速的进行衰减，并且会逐渐的减到零，这种现象被称之为激光极化效应。激光极化效应主要是根据岩石以及矿石的激发极化效益时的具体反映对水文地质勘察工作中的问题进行解决。激光极化法又分为直流激光极化法以及交流激光极化法。人们通过利用激光极化法可以进行地下水源的寻找、地质结构的研究，同时伴随着高精度的激发找水仪器的研制成功，利用激光极化法进行水资源的探寻得到了广泛的应用。

4、结语

综上所述，面对复杂的地质结构，应该根据环境以及地质条件的不同，将不同的勘查方法进行有效的组合，进而才能够有效的提高水文地质勘察工作的效率与质量。

参考文献

[1]周正义，赵鹏飞，张阳.关于地质勘察中水文地质问题分析与探讨[J].科技致富向导，2013(03)

[2]王海周.地球物理勘探方法在水文地质工作中的应用[J].河南科技，2012(17)