地球物理測井在水文地質勘察中的應用綜述

牛艷東　白婷婷

[摘 要]隨著水資源匱乏情況的不斷加劇，各國都非常重視水文地質的勘查工作，以更好地開發、保護和評價地下水資源。在水文地質勘查中應用地球物理測井技術，能夠取得更多的水文鉆孔位場信息和物性信息。當前的地球物理測井技術包含了很多分支技術，本文對地球物理測井在水文地質勘查中的應用進行了綜述。

[關鍵詞]地球物理測井；水文地質勘查；應用綜述

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.10.079

[中圖分類號]P631 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2015）10-00-01

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。本文對水文地質勘查中應用地球物理測井的情況進行了綜述。

1 當前我國常用的水文地質測井方法

當前我國常用的水文地質測井方法主要有井溫測井、聲波測井、速度流量測井、放射性測井、電法測井、井徑測井、水位計測井等。其中放射性測井包括放射性同位素測井、中子測井、伽馬—伽馬測井、自然伽馬測井，電法測井包括自然電位測井、井液電阻率測井、視電阻率法。這些測井法都可以對巖石、對工程力學性質和含水層、對水文地質參數進行測定，從而解決井斜、井徑等水井工程的特殊問題。

2 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。

2.1 地球物理測井的應用原理

2.1.1 劃分隔水層和含水層

在水文地質勘探中，必須首先正確劃分含水層，確定含水層的厚度和層位，并對其關系進行研究。對含水層和隔水層進行劃分的方法主要有聲波測井、中子測井、伽馬—伽馬測井、井液電阻率測井、視電阻率測井，這些方法還能確定含水層的位置和厚度。與一般圍巖相比，含水層的電阻率較小、空隙較大、密度較小，更容易區分。

2.1.2 測量地下水礦化度

地層電阻率值與地層水的礦化度呈反比，因此有人提出可以通過石油測井的數據來計算地層水的礦化度。以自然電位測井曲線的異常值來對地層水的電阻率進行求取，再根據二者的反比關系確定地層水的礦化度。這樣，就可以在水文地質中應用石油測井技術。

2.1.3 對裂隙以及泥質含量進行判斷

在測井中，裂隙通常會表現出特殊的響應，例如密度偏低、電阻率較小和聲波時差較大等。如果有裂隙存在，則通過自然伽馬測井值就可以對其泥質含量進行判斷，這是由于自然伽馬測井值越大，說明裂隙中填充了越多的泥質。

2.1.4 勘查巖溶水

裂隙的層位能夠直接通過聲波曲線來反映。如果自然伽馬曲線的幅值出現略低的情況，說明溶洞中含水，從而可以對其富水性進行判斷。可以使用井徑曲線，對巖溶裂隙的發育程度進行判斷，這是由于在裂隙和巖溶的發育處，井徑會擴大。

2.1.5 劃分鉆孔地層的巖性

不同的巖石在孔隙度、波阻抗、電阻率和密度等參數方面都有一定的差異。因此可以以這些物性差異為根據，結合中子孔隙度、密度測井、聲波測井、電阻率測井等資料劃分鉆孔的巖性剖面。

2.1.6 其他測井資料的應用

（1）水位計測井。水位計測井的基本原理是充分利用靜水壓力，對水位的高程進行計算。當前我國大部分水位自動化監測系統使用的都是碼盤，也就是軸角編碼器的浮子式水位傳感器。該設備的優點在于維修便利、使用方便、價格低廉、受氣候環境和水質的影響較小，且無掉電記憶和溫漂時漂。

（2）井溫測井。井溫測井資料能夠實時反映地溫梯度的變化，總結鉆孔中井液與地下水的綜合影響。

巖石的導熱性小于水的導熱性，因此地溫梯度受到地下水溫度的影響而變小，井溫曲線會出現變陡的情況。所以可以通過分析井溫曲線的變化來了解隔水層和含水層的位置，并總結多孔井溫資料的平面變化規律，判斷地下水的徑流方向。不同含水層往往具有不同的水溫，上下圍巖的巖溫和含水層的水溫也有著一定的差異，其溫差普遍為1℃～℃，最高的能超過10℃。

（3）流量測井。在多層混合井流理論中多使用流量測井，要對橫向井徑和垂向流速進行換算，將其換成流量，從而得出每個含水層的吸水量和吹水量，確定含水層的厚度和位置。

2.2 資料解釋

當前對水文地質測井的資料解釋多為定性解釋，只有較少的定量解釋，專業軟件的數量較少。盡管一些水溫工程問題可以用石油測井的解釋方法解決，但是導水系數、地層富水性和單位涌水量等參數仍難以解決。在測井中涉及到很多物性參數，因此在測井解釋中多使用非線性反演的方法，效果較好。當前的測井，已普遍使用了模糊識別、分形、模擬退火、神經網絡等。有學者提出了很多參數的解釋模型，例如粒度中值解釋模型、單位涌水量解釋模型、泥質含量解釋模、孔隙度解釋模、滲透系數解釋模型、導水系數解釋模型、礦化度解釋模型等，在使用時要結合地質條件進行適當的修改，使之符合當地的地質情況。

主要參考文獻

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