地球物理测井在水文地质勘察中的应用

文/许爱萍、吴永存　浙江中赫工程检测有限公司　浙江杭州　310021

中国水资源短缺的问题由来已久，从某种层面来说，水资源短缺的问题已经影响到了国内经济的发展。虽说水资源开采中用到的地质勘察方法有很多，但地球物理测井确有其独有的优势，它的精度要高于其他物探手段。

1、地球物理测井技术的基本分类

1.1　高密度电阻率法

高密度电阻率法是间接寻找地下水资源的重要方法，该方法的原理如下：岩石性质不同，其电阻率也会存在一定的区别。基于这一特性，在探测地下电阻率的过程中就有可能发现地下水，且确定地下水的大致位置。在这里需要强调的是，含水量的多少会随着岩石种类的变化而变化，这一变化将最终体现在地下岩石的电阻率上。此外岩石的成分以及颗粒结构也能够影响地下岩石的电阻率。所以电阻率是水文地质勘察中所必须要重视的参数，但该方法的精度非常有限，单凭这一方法很容易出现误差，后期往往需要大量的认证工作才能最终确定地下水的位置。实际操作中，为了确保勘察测量的精度，该方法通常与其他物探手段配合使用。

1.2　激发极化法

该方法的原理如下：首先将脉冲电流通过一定的技术手段接入到地质层中，之后输入电流，并确保电流输入的大小以及频率不会发生变化。在地面电极测量值达到饱和状态时断开电流。此时会观察到断开电流的瞬间电位差发生了较为明显的变化，随着时间的推移，其变化速度会逐渐减慢且最终归零。实际操作中，借助于电位差的变化情况并且综合相关数据进行分析就能够探明地下水的具体位置。激发极化法的准确度较高，因此应用范围非常广。应用激发极化法，有效的节省了水资源开发的成本支出，提高了开发效率。正因为如此，该类技术将成为未来水资源开发或是水文地质勘察的发展趋势，这同样也代表了国内能源开采利用的新方向——“可持续发展”。作为地球物理测井的代表，此类技术在以水资源开发为背景的水文地质勘察中有着广泛的应用范围。

1.3　水文地质测绘技术

水文地质测绘技术是地球物理测井技术中非常重要的一部分内容，将其应用到日常勘察工作之中有着非常重要的意义。该技术能够通过特定区域内作用于地表的地质现象来判定本区域内地下水的含量。实际勘察中，首先进行的是信息的收集汇总。将搜集到的信息进行分析汇总之后，从水文地质学的角度将分析汇总之后的信息呈现出来，进而指导后续的勘察研究。在这里需要强调的是，利用这一技术进行水文地质勘察之前应该对勘察区域内原有的资料进行分析，这能够有效减少实际勘察环节的工作量，进而提高勘察工作的效率，保证其成功率。

2、地球物理测井在水文地质勘察中的应用

对水文地质勘察而言，在其中应用地球物理测井技术有着非常重要的意义，以下是具体的应用举例。

2.1　地下水矿化度的测量

综合相关数据分析，地下水的矿化度与地质层的电阻率呈反比，所以我们可以结合石油测井的数据，对地下水的矿化程度进行测算。实际勘察中，相关工作人员会借助自然电位测井曲线来勘测地下水层电阻率的异常波动，将其与石油测井得到的数据进行比较，就能够准确测定地下水的矿化度。该方法在水文地质勘察中的应用，有效的提高了勘察效率。

测量地下水矿化度的同时，基于GPRS网络构建起的地下水动态监测平台也能够实现对地下水的动态监测。这一环节中使用的地下水动态监测技术能够对特定区域内的地下水进行分析观察，进而完成测量并记录下测量数据。监测的同时还需要借由相关技术将资料导入专门的数据库，之后利用计算机技术将数据制成图表，将更便于观察。该类技术的应用极大的提高了水文地质勘察的工作效率。未来我们一定要强化对于地下水动态监测技术的创新，在现有基础上不断完善这类技术，确保它能够更好的作用于水文地质勘察。

2.2　含水层与隔水层的划分

划分含水层与隔水层是水文地质勘察中非常重要的一部分工作，经过划分之后，才能够确定含水层的层间位置及实际厚度。从性质层面分析，含水层的电阻率比较小，加之缝隙较大，其密度要小于隔水层，所以区分过程并不存在难度。目前常用的地球物理测井法都能够达到将两者划分的效果，也能够准确测定其厚度以及位置。

2.3　裂缝以及泥质含量的判断

实际勘察工作中，经常会遇到裂缝的问题，对此相关工作人员应该给予足够的重视。通常情况下，裂缝时常会伴随着密度较低、电阻率较小及声波时差大的特性。如果出现裂缝，那么利用自然伽马测井值就能够准确判定地质中的泥质含量，数值越大，则泥质越多，泥质过高的地下水在开采时则需要进行必要的处理。

2.4　钻孔地层岩性，勘察岩溶水的划分

结合实际勘察工作发现，不同种类的岩石在电阻率、密度及孔隙率等参数之上有着较为明显的差异。地质层岩层的判分便是基于该类差异而完成的，由此能够明确钻孔的岩层剖面。声波的曲线往往能够较为准确的反映出裂缝的层位，如果曲线的幅值较低，则代表溶洞中含有大量的水分，此时便可有针对性的进行开发。此外借助于使用井径曲线能够判定岩溶裂缝的发育状况，这是因为地质作用下岩溶发育位置的井径会骤然增大。贵州是国内的水资源大省，以下是贵州省内白云岩的分布情况表。

2.5　水位计、井温井流量测井

实际测井中，借助于水位计也能够准确测定地下水的分布状况。它主要利用的是静水的压力，通过静水压力来计算水位的高程。眼下国内很多地区都已经依托于水位计构建起了水位自动化检测系统，借助于水位计上的码盘便能够读出轴角编码器上的浮子式水位。使用方便、便于维修是该类设备的优点，而且它在维修成本上也有着较为明显的优势。此外该方法的准确度不会受到环境因素的影响，可靠性较高。

井温、井流量测井也是地球物理测井中非常具有代表性的方法。具体来说，相关工作人员能够通过井温测井技术准确测定地温的阶梯变化，这一过程是基于井液与地下水的综合作用来实现的。众所周知，岩石的导热性较差，而地下水的导热性较好，因此含水量较为丰富的地层中，地温会在地下水的影响下产生不同程度的变化。有时井温曲线也会出现突然变陡的状况。工作人员根据井温曲线就能够了解含水层与隔水层的位置，进而通过总结井温的变动状况而判断地下水的径流情况。含水层与上下围岩之间的温度也会存在一定的差异，其温差一般在1℃到10℃之间。在多层混合井中使用井流量测井法将横向井径和垂向流速换算成流量，就能够判断含水层的实际厚度。

如今的测井作业中，已经开始使用了模糊识别、分形以及模拟退火等方法。相关工作人员也分析了很多参数解释模型，并据此对水文地质的勘察条件进行了修改，从而提高了水文地质勘察的针对性。

3、案例概述

经过不断发展，地球物理测井技术已经发展到了相对成熟的阶段，也有了较长的发展历史。近些年在相关技术的作用之下，该类技术已经在世界范围内得到了广泛的应用。西方国家在水文地质勘察中应用地球物理测井技术的步伐要领先于中国，美国早在上个世纪末便对其本土的水资源分布状况进行了大范围的统计评价。随着开发的不断深入，为了在田纳西州完成30余口水井的钻取，相关单位借由“伽马—伽马测井技术”对该区域内的水文地质特征进行了详细的勘察，得到了以下结论：0—1.68m为粘土；1.68—3.96m为粉质粘土；3.96—5.03m为含砾石的粉砂岩。其从上到下的分布情况为：砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩。后续的开采挖掘证明：实际分布状况与勘察结论相一致。也因为有了这次勘察，才为本区域内水资源的开发指明了方向。综上，在水文地质勘察中应用地球物理测井技术，既能够满足勘察过程中质量控制的要求，又能提高水文地质勘察的准确度。当前该类技术已经被广泛应用到了国内各类水文地质勘察工程之中，已经在其中扮演了不可或缺的角色。

总结：

由上文可知，地球物理测井物探技术在水文地质勘察中的应用有着非常重要的意义，它能够提高勘察效率，解决好其中暴露出的问题。当然实际操作中仍有诸多问题需要注意，上文是笔者对此进行的总结。

参考文献：

[1]朱首峰,盛君,何泰健.地球物理测井在南通地区水文地质调查中的应用[J].上海国土资源,2016,37(03):89-91.

[2]王廷文.浅析测井在水文地质工程地质环境地质工作中的应用[J].低碳世界,2017(19):34-35.