試析水文地質(zhì)測井中自然電位的應(yīng)用

■劉國平

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊甘肅平?jīng)?44000）

試析水文地質(zhì)測井中自然電位的應(yīng)用

■劉國平

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊甘肅平?jīng)?44000）

本文以水文地質(zhì)測井為主題，探討測井中自然電位的應(yīng)用問題。首先從劃分滲透層、確定地層水電阻率、估算泥層含量方面對自然電位曲線在水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用進行了說明；主要從地層水和泥漿中含鹽濃度比值（Cw/Cmf）、地層厚度、井徑大小、侵入半徑、目的層電阻率(Rt)、侵入帶電阻率(Rxo)方面，對自然電位的影響因素進行了簡單介紹；重點論述了自然電位的外界干擾原因、排除方法。

水文地質(zhì)測井自然電位應(yīng)用

甘肅地區(qū)是我國煤礦資源比較豐富的地區(qū)之一，近年來，由于經(jīng)濟增速，人們對電力供應(yīng)、煤炭供應(yīng)的需求不斷增加，所以煤礦產(chǎn)業(yè)受到了越來越多的關(guān)注，與此同時，我國的煤礦事故也不斷頻發(fā)，這說明在開采過程中，依然存在諸多隱患與問題，需要加強探析；比如早期電阻率洞里中就存在供電電極不工作時，電極仍然會在井內(nèi)移動，因而能夠測量到電位變化，通常將其稱作自然電位；以下就對自然電位在水文地質(zhì)測井中自然電位的相關(guān)應(yīng)用問題展開具體說明。

1 概述

自然電位曲線在水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用包括劃分滲透層、確定地層水電阻率、估算泥層含量三個主要方面；具體來看，在滲透性較好的砂巖中，若地層水礦化度與泥漿液礦化度差異較大，并且地層水礦化度占優(yōu)勢，則自然電位會表現(xiàn)出較大負異常；如果情況相反，則表現(xiàn)為較小的負異常；以此原理推斷，自然電位曲線可以作為巖層滲透性的評估手段。經(jīng)研究表明，即使砂巖層中存在泥質(zhì)夾層，此方法的應(yīng)用依然有效，因此，可以用它來確定儲集層的有效厚度；另一方面，若砂巖層的特征表明含水量飽、地層厚度大、泥質(zhì)含量較低，則在地層水電阻率的計算方面，以本地區(qū)校正圖版好可完成精準確定；另外，以近幾年的實驗、研究成果來看，判斷巖層泥質(zhì)含量的主要依據(jù)在于建立自然電位（經(jīng)厚度、巖層電阻率校正）——泥質(zhì)含量關(guān)系，或者建立含泥質(zhì)地層/純砂巖地層的自然電位——泥質(zhì)含量的關(guān)系。

2 影響自然電位的諸因素

首先，自然電位會受到地層水、泥漿中的含鹽濃度比值（Cw/Cmf）的影響，因為，兩者中的含鹽濃度存在差異，會導(dǎo)致生成擴散電動勢、薄膜電動勢；其關(guān)系可以通過設(shè)置基線來說明，比如，若將泥巖作為基線，則Rw（CmfCw）>Rmf時，會產(chǎn)生自然電位的正異常。

其次，在地層厚度越傾向于薄，自然電位幅度SP會不斷降低，同時，曲線表現(xiàn)為平緩狀；井徑越大，自然電位幅度越小；侵入半徑越深，自然電位就越低；當目的層電阻率/泥漿電阻率（Rt/Rm）的值越大時，SP越低，相反則越高，原因在流經(jīng)電流大，自然電位幅度SP降低幅度也會增大；在侵入帶電阻率（Rxo）方面的值越高，則SP越低，此時的響應(yīng)曲線表現(xiàn)為平緩狀；若相反則曲線的分層能力越強。

3 對自然電位的干擾因素的分析及排除

首先，在水文地質(zhì)測井過程中，存在與地層自然電位無關(guān)的干擾因素，這些因素主要對電位曲線形狀造成干擾；從工業(yè)彌散電流干擾方面分析，主要特征為不規(guī)則鋸齒狀變化（大小不等），隨著測井深度的增加而減少，相反則增加，通常可以帶離N電極，從而消除干擾，實驗距離一般在80m開外，即可達到效果；但需注意對電力設(shè)備的工作的暫停，并以電纜纜皮作N電極，如此效果極佳。

其次，會受到絞車磁化的干擾，呈現(xiàn)為周期性正弦波變化（滾筒轉(zhuǎn)速快，干擾越強烈）；通常情況下，可以采取應(yīng)急措施，帶離N電極、盡量避免纜芯通過大直流電；若出現(xiàn)車部件的磁化現(xiàn)象，可及時更換部件，一般選擇不銹鋼滾筒，可以起到防磁化的作用。

第三，是來自方波供電電流的干擾，從平時的實踐工作來看，視電阻率曲線、自然電位的測量通常同時進行，并測時的主要干擾就來自于方波供電電流，表現(xiàn)在某層段的自然電位曲線中，以模糊狀為呈現(xiàn)方式；其原因可能來自于矩形波交流電，因為在視電阻率測井中，下井電流即屬此類，而且，電場會在M電極中以交變信號對自然電位測量線路進行干擾；可以選擇單測、提升下井方波頻率、增加高扼流圈達到消除干擾的目的。

第四，在自然電位測量過程之中，金屬電極一般設(shè)置在泥漿中，從上面的分析可知，泥漿中存在鹽溶液，而且含鹽濃度較高，也會造成對金屬的溶解或者發(fā)生物理反應(yīng)，從而導(dǎo)致金屬顆粒，采用正離子的方式，與泥漿混合，其電極表面殘留的是自由電子，所以泥漿會帶正電，而電極則帶負電。此時會生成擴散電動勢、薄膜電動勢，受到電場作用的影響，正離子會發(fā)生轉(zhuǎn)移沉淀，一旦達到所需的動態(tài)平衡，會形成穩(wěn)定狀態(tài)，因此，通常情況下的電極電位較為穩(wěn)定，可以推斷出自然電位曲線質(zhì)量不會受到某一基值的影響，然而N電極表面電位的不斷變化，卻會給電極電位帶來明顯干擾，也就是所謂的電極極化干擾；從表現(xiàn)形式上來看，會呈現(xiàn)為漂移狀；在電極M方面，由于井內(nèi)運動會造成測速的突變，也會造成對電極電位的干擾，也屬于電極極化干擾；由此可見，消除干擾的主要辦法在于對電極環(huán)的控制，所以，可以選擇活潑性羅差的金屬，以N電極在泥漿中的測速均勻為宜。

4 結(jié)束語

總之，自然電位在水文地質(zhì)測井中起著關(guān)鍵性作用；所以，對工業(yè)彌散電流、絞車磁化、電極極化、方波供電電流等干擾因素應(yīng)該及時解決；需要注意的事項集中體現(xiàn)在具體的實踐應(yīng)用中，因而，應(yīng)該先對自然電位的各種影響因素、阻礙因素、干擾因素進行仔細區(qū)分，找出這些負面因素的影響源，然后，根據(jù)原因分析，找到具有針對性的解決措施，從而精準的把握自然電位曲線，提高其在水文地質(zhì)工作方面的應(yīng)用水平，進一步為煤礦開采業(yè)提供強勁的動力。希望通過本文初步論述，可以引起更多的關(guān)注與交流，為該方面的理論研究工作、應(yīng)用實踐工作，提供一些有價值的信息，以供參考。

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F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-285-1

劉國平（），畢業(yè)于陜西煤校地球物理勘探專業(yè)，研究方向為物探、測井。