试析水文地质测井中自然电位的应用

■刘国平

（甘肃煤田地质局一四六队甘肃平凉744000）

试析水文地质测井中自然电位的应用

■刘国平

（甘肃煤田地质局一四六队甘肃平凉744000）

本文以水文地质测井为主题，探讨测井中自然电位的应用问题。首先从划分渗透层、确定地层水电阻率、估算泥层含量方面对自然电位曲线在水文地质勘探中的应用进行了说明；主要从地层水和泥浆中含盐浓度比值（Cw/Cmf）、地层厚度、井径大小、侵入半径、目的层电阻率(Rt)、侵入带电阻率(Rxo)方面，对自然电位的影响因素进行了简单介绍；重点论述了自然电位的外界干扰原因、排除方法。

水文地质测井自然电位应用

甘肃地区是我国煤矿资源比较丰富的地区之一，近年来，由于经济增速，人们对电力供应、煤炭供应的需求不断增加，所以煤矿产业受到了越来越多的关注，与此同时，我国的煤矿事故也不断频发，这说明在开采过程中，依然存在诸多隐患与问题，需要加强探析；比如早期电阻率洞里中就存在供电电极不工作时，电极仍然会在井内移动，因而能够测量到电位变化，通常将其称作自然电位；以下就对自然电位在水文地质测井中自然电位的相关应用问题展开具体说明。

1 概述

自然电位曲线在水文地质勘探中的应用包括划分渗透层、确定地层水电阻率、估算泥层含量三个主要方面；具体来看，在渗透性较好的砂岩中，若地层水矿化度与泥浆液矿化度差异较大，并且地层水矿化度占优势，则自然电位会表现出较大负异常；如果情况相反，则表现为较小的负异常；以此原理推断，自然电位曲线可以作为岩层渗透性的评估手段。经研究表明，即使砂岩层中存在泥质夹层，此方法的应用依然有效，因此，可以用它来确定储集层的有效厚度；另一方面，若砂岩层的特征表明含水量饱、地层厚度大、泥质含量较低，则在地层水电阻率的计算方面，以本地区校正图版好可完成精准确定；另外，以近几年的实验、研究成果来看，判断岩层泥质含量的主要依据在于建立自然电位（经厚度、岩层电阻率校正）——泥质含量关系，或者建立含泥质地层/纯砂岩地层的自然电位——泥质含量的关系。

2 影响自然电位的诸因素

首先，自然电位会受到地层水、泥浆中的含盐浓度比值（Cw/Cmf）的影响，因为，两者中的含盐浓度存在差异，会导致生成扩散电动势、薄膜电动势；其关系可以通过设置基线来说明，比如，若将泥岩作为基线，则Rw（CmfCw）>Rmf时，会产生自然电位的正异常。

其次，在地层厚度越倾向于薄，自然电位幅度SP会不断降低，同时，曲线表现为平缓状；井径越大，自然电位幅度越小；侵入半径越深，自然电位就越低；当目的层电阻率/泥浆电阻率（Rt/Rm）的值越大时，SP越低，相反则越高，原因在流经电流大，自然电位幅度SP降低幅度也会增大；在侵入带电阻率（Rxo）方面的值越高，则SP越低，此时的响应曲线表现为平缓状；若相反则曲线的分层能力越强。

3 对自然电位的干扰因素的分析及排除

首先，在水文地质测井过程中，存在与地层自然电位无关的干扰因素，这些因素主要对电位曲线形状造成干扰；从工业弥散电流干扰方面分析，主要特征为不规则锯齿状变化（大小不等），随着测井深度的增加而减少，相反则增加，通常可以带离N电极，从而消除干扰，实验距离一般在80m开外，即可达到效果；但需注意对电力设备的工作的暂停，并以电缆缆皮作N电极，如此效果极佳。

其次，会受到绞车磁化的干扰，呈现为周期性正弦波变化（滚筒转速快，干扰越强烈）；通常情况下，可以采取应急措施，带离N电极、尽量避免缆芯通过大直流电；若出现车部件的磁化现象，可及时更换部件，一般选择不锈钢滚筒，可以起到防磁化的作用。

第三，是来自方波供电电流的干扰，从平时的实践工作来看，视电阻率曲线、自然电位的测量通常同时进行，并测时的主要干扰就来自于方波供电电流，表现在某层段的自然电位曲线中，以模糊状为呈现方式；其原因可能来自于矩形波交流电，因为在视电阻率测井中，下井电流即属此类，而且，电场会在M电极中以交变信号对自然电位测量线路进行干扰；可以选择单测、提升下井方波频率、增加高扼流圈达到消除干扰的目的。

第四，在自然电位测量过程之中，金属电极一般设置在泥浆中，从上面的分析可知，泥浆中存在盐溶液，而且含盐浓度较高，也会造成对金属的溶解或者发生物理反应，从而导致金属颗粒，采用正离子的方式，与泥浆混合，其电极表面残留的是自由电子，所以泥浆会带正电，而电极则带负电。此时会生成扩散电动势、薄膜电动势，受到电场作用的影响，正离子会发生转移沉淀，一旦达到所需的动态平衡，会形成稳定状态，因此，通常情况下的电极电位较为稳定，可以推断出自然电位曲线质量不会受到某一基值的影响，然而N电极表面电位的不断变化，却会给电极电位带来明显干扰，也就是所谓的电极极化干扰；从表现形式上来看，会呈现为漂移状；在电极M方面，由于井内运动会造成测速的突变，也会造成对电极电位的干扰，也属于电极极化干扰；由此可见，消除干扰的主要办法在于对电极环的控制，所以，可以选择活泼性罗差的金属，以N电极在泥浆中的测速均匀为宜。

4 结束语

总之，自然电位在水文地质测井中起着关键性作用；所以，对工业弥散电流、绞车磁化、电极极化、方波供电电流等干扰因素应该及时解决；需要注意的事项集中体现在具体的实践应用中，因而，应该先对自然电位的各种影响因素、阻碍因素、干扰因素进行仔细区分，找出这些负面因素的影响源，然后，根据原因分析，找到具有针对性的解决措施，从而精准的把握自然电位曲线，提高其在水文地质工作方面的应用水平，进一步为煤矿开采业提供强劲的动力。希望通过本文初步论述，可以引起更多的关注与交流，为该方面的理论研究工作、应用实践工作，提供一些有价值的信息，以供参考。

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F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-6-285-1

刘国平（），毕业于陕西煤校地球物理勘探专业，研究方向为物探、测井。