地球物理实验井建设与教学实践

马火林，祁明松，潘和平，李永涛

（中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院，湖北武汉 430074）

地球物理实验井建设与教学实践

马火林，祁明松，潘和平，李永涛

（中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院，湖北武汉 430074）

根据测井和井中物探、工程物探等的教学和科研的需要，建设了地球物理实验井3口，进行了全井段取芯并保存了岩芯，利用几种测井装备取得了实验井的测井资料及井中视频资料，选取了8个典型井段的视频截图和井壁的平面展布图进行分析。利用该实验平台进行了大量教学实践，使学生建立了理论与地质特征的直接联系，相关的实验工作和成果可为地学类学科的教学实践和科研工作提供参考和借鉴。

地球物理测井；实验井；教学实践

在国家修购专项的资助下，中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院完成了3口地球物理实验井的建设，并且在实践教学和科研工作中投入了应用。在地质矿产与油气资源勘探开发过程中，地球物理测井、井中物探及工程物探等方法技术发挥了重要作用，地球物理学、勘查技术与工程、资源勘查工程、煤与煤层气工程、石油工程等专业均开设了相关的专业必修课程。实验井的建设和应用是为了更好地开展相关课程的实验教学和基础科研工作，满足测井和井中物探、工程物探等专业的教学和科研需要，特别是用于测井探管实验及井间电磁波和声波、工程物探实验等［1－3］。

1 地球物理实验井的建设

实验井井段地层地质特点：岩层为志留系泥岩，属极软岩—软岩，而井位正好位于喻家山和南望山之间的小型断裂带西侧，裂隙发育［4－5］。上部10m以内为第四系残坡积层，下部以泥岩为主，浅灰到深灰色，主要由泥质组成，含少量钙质和方解石细脉，块状、厚层状构造，局部细粒结构。

实验井结构设计为：井深200m（中、深孔），井段设计根据地层地质特点。在上部20m以内松散地层井段安装聚氯乙烯（PVC）塑料管加固井壁；20m以下基岩段为裸露井壁（实际施工中根据井的地层岩性所钻的3口井分别确定为29m、52m、82m），并安装井口水泥基座和金属保护盖，以利于井孔保护和测井绞车等设备的放置。施工队伍根据设计要求和计划安排完成了钻孔工作，进行了全井段取芯，按照要求进行了岩芯收录和资料编录等工作［1］。实验井施工和取芯钻头、钻杆及取出的一段岩芯等见图1。

图1 实验井钻井施工现场及钻杆、取芯钻头和一段岩芯

2 实验井教学实践情况

实验井完成验收后即在教学实践和科研实验中投入了应用，这些工作主要有地球物理测井仪器的数据采集和仪器操作、地球物理测井原理课程的实践教学和认知、地下地层地质特征的识别和岩芯特征认知、相关井中仪器如常规测井仪器的曲线采集、井下视频测井仪器的数据采集和分析、井中微地震及检波器实验等［6］。实践教学环节每学期有4～5个班级的学生使用这个平台，我们还结合教学实践完成了实验教学录像。这些工作也是进行课程建设的重要组成部分。在实验井使用的相关实验装置、进行实验教学和数据采集环节见图2。通过这些实践实习环节可以加深学生对各种测井方法原理的理解，了解测井现场作业的整个流程，熟悉仪器的操作规程，并容易建立相应的直观认识。

图2 相关的实验装置、实验教学和数据采集环节

3 实验井井中视频实验特征

实验井测井实验情况：我们利用实验室现有的重庆地质仪器厂测井仪、美国Mount Sopris公司测井仪以及岳阳奥成公司的井下视频测井仪进行了测井实验，测量的参数有自然电位、自然伽马、井径、井温和流体电阻率、三侧向电阻率、声波速度、井斜、电位电极系电阻率、梯度电极系电阻率等测井曲线及井中视频录像和相应的井壁平面展布图。

重庆地质仪器厂JGS综合数字测井系统由测井主机、绞车、各种类型探管及连接线组成，具有多功能、多参数测量特点，可根据用户的不同测井目的和要求有多种选择，中文数据采集和资料处理软件，适用于煤田、水文、工程地质、金属矿、非金属矿测井勘探［7］。美国Mount Sopris公司的Matrix便携式数字测井系统包括采集控制面板、MSI井下探头和配件，采用USB2．0接口，能与许多探头兼容。MSI井下探头包括电阻率、自然伽马、自然伽马能谱、自然电位、声波全波列、磁化率、激发极化、超声成像、光学成像、井径、井斜、流量等。应用于工程地质、金属矿、煤田、核工业地质勘探、工程物探等领域［8］。岳阳奥成公司的井下视频测井仪采用地面采集控制面板、井中视频探头、视频电缆和绞车等，井中视频探头采用360°开放式高清超低照CCD摄像头，无色彩失真，配合可调组合光源和特殊的防水设计，实时处理图像速度高达每秒120帧。可以用来划分岩性，查明地质构造，确定夹层，检测断层、裂隙、破碎带，观察地下水活动状况等［9］。

实验井的测井曲线资料已在文献［1］中介绍了，本文只展示井中视频测井的图件（见图3），共选取了8个典型井段，每个井段图例中，左图为这一井段视频图像经过处理后井筒的360°平面展开图，方位指示为：从左到右对应北－东－南－西－北；右图为这一井段的一帧视频截图，为从上向下的视角，这样通过视频就可以直观地观察到井中的地层状况，也可通过软件处理得到井壁地层的平面展布图，再进一步可以由此展布图计算地层的产状等参数［2，10－11］。

图3 实验井的视频测井系列图

通过对收录的实验井的岩芯、测井曲线、井中视频图像等资料进行认真对比分析和研究，表明各种资料准确有效，实验井的地层具有一定的特征性，可以为相关地球物理实验提供支撑，也可为相关地球物理仪器装备的验证提供参考。在教学中应用这些资料可以使学生直观地认识到井壁垮塌、井眼扩径、高角度裂缝、低角度裂缝等特征［2，10－12］，从而容易建立理论原理和地质特征之间的联系。

4 结束语

由国家修购专项资助建设的地球物理实验井经过了设计、施工、教学实践和科研实验等环节，相关工作的完成表明实验井可以满足测井、井中物探和工程物探等的教学和科研的需要，对于今后的教学、科研等具有很大意义。同时这些工作及相关成果也为地学类学科的教学实践和相关科研工作提供了重要参考。

在教学实践和科研实验工作中也发现配套的实验设施，如工作台、配电箱、遮雨棚、相关工具等还不完善，还由于实验室室内场地较小，实验井的典型岩芯还没有展开陈列，这些还需要在后续的实验室建设过程中去进一步完成。另外，由于井间工程物探的相关仪器装备还配备不齐全，井间电磁波、井间声波测量等的实验和研究工作还有待于后续开展。

（References）

［1］马火林，潘和平，祁明松，等．地下地球物理实验井设计与建设［J］．实验技术与管理，2010，27（11）：58－60．

［2］潘和平，马火林，蔡柏林，等．地球物理测井与井中物探［M］．北京：科学出版社，2009．

［3］潘和平，马火林，祁明松．井中物探教学内容探讨与改革［J］．中国地质教育，2009（2）：83－87．

［4］中国地质大学（武汉）地质系综合地质教研室．武汉地区地质认识实习指导书［M］．武汉：中国地质大学（武汉）校内胶印教材，1994．

［5］曾佐勋，刘强，易顺华，等．《构造地质学》课间实习指导书［Z］．武汉：中国地质大学（武汉），2005．

［6］骆淼，潘和平，马火林．基于专业需求的“地球物理测井”课程设计［J］．中国地质教育，2011（2）：65－68．

［7］重庆地质仪器厂．综合数字测井系统［EB／OL］．（2014）．http：／／www．cgif．com．cn／t1．aspx？type＝159．

［8］Mount Sopris．Data Acquisition Systems［EB／OL］．（2014）．http：／／mountsopris．com／products／data－acquisition－systems／．

［9］岳阳奥成公司．智能钻孔电视成像［EB／OL］．（2014）．http：／／www．aocheng．com．cn／ProductShow．asp？id＝40．

［10］戴家才，王向公，郭海敏．测井方法原理与资料解释［M］．北京：石油工业出版社，2006．

［11］王贵文，郭荣坤．测井地质学［M］．北京：石油工业出版社，2000．

［12］宋红伟，张占松．《地球物理测井》实验教学改革探讨［J］．长江大学学报：自科版，2013，10（22）：138－139．

Construction of experimental well of borehole geophysics and teaching practice

Ma Huolin，Qi Mingsong，Pan Heping，Li Yongtao
（Institute of Geophysics and Geomatics，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

Based on the requirement of teaching and scientific research with well logging，borehole geophysics and engineering geophysics，three experimental wells of boreholes geophysics are designed and constructed．The rock core of full borehole section is drilled and saved．The logging data and borehole video for borehole are recorded by several logging tools．And the eight typical video screenshot and the borehole wall distribution map are analyzed．The experimental platform is used for a lot of teaching practices；it enables students to establish a direct link between the theoretical principles and geological characteristics．The related experimental work and the results can provide references for teaching practice and research work of geosciences disciplines．

geophysical well logging；experimental well；teaching practice

G642．0

A

1002－4956（2015）3－0187－03

2014－08－19 修改日期：2014－10－08

马火林（1970—），男，湖北汉川，博士，副教授，从事地球物理测井和岩石物理的教学和科研工作．

E－mail：mhl70＠163．com