地球物理测井在水文地质勘察中的应用综述

刘海泉 李敏 王奇

摘要：全世界的水资源日益匮乏使各个国家都不断地加大水文地质勘察力度，以便对地下水资源进行合理的开发、评价和保护。地球物理测井可在水文钻孔中获得丰富的物性和位场信息，所以它已成为一种十分重要的水文地质勘察手段。本文重点论述了地球物理测井在水文地质勘察中的应用综述。

关键词：地球物理测井;水文地质勘察;应用

作为地质勘查一项有效手段，地球物理综合测井技术已广泛应用于工程勘查的各个领域。这种勘探途径的原理是通过测井获得钻孔内丰富的地层物理信息，记录钻孔内岩石等地质条件的物理性质，将地球物理信息进行有效采集、整理与再转换，进而形成有效的地质、生态环境等信息。目前，这项技术手段对解决水文地质勘探等问题发挥着重要的作用。

一、地球物理测井技术发展历程

1927年斯仑贝谢兄弟在法国佩彻布朗油田测出了世界上第一条测井曲线，测井技术由此诞生，并得到推广应用。30年代初到50年代依次出现了自然电位测井、自然伽马测井、感应测井、密度测井、侧向测井、放射性测井等模拟测井技术，并开始使用单一岩性测井解释模型和简单的数理统计方法进行测井解释，对岩石物理参数计算多为半定量或定量解释。而泥质砂岩、碳酸盐岩和其他复杂岩性储层，尚很难解释。

60年代后期，开始出现了岩性、电测井系列（感应测井，深、浅侧向测井、微侧向测井），孔隙度测井系列（密度测井、声波测井、中子测井等）和地层倾角测井技术，在定量解释的方面可以实现单一的复杂岩性和地层岩性、油（气）、物理性质的解释，同时可以实现倾角测井地质分析为核心。在20世纪70年代，现代电子计算机记录和处理数据的应用，进入CNC时代。研制了电磁测井、剪切波波测井和改进的核磁共振测井技术，极大地提高了测量精度。自20世纪90年代以来，在阵列、系列化和数字化的方向发展了地下仪器，并开发了地面测井系统。发射了成像测井地面采集系统，测量了从一个日志到一个二维或三维图像的结果。

有四种主要的成像测井仪器：电成像、声学成像、核磁共振成像和地下光学摄影。经过多年的发展，地球物理测井技术已从简单单电极测量逐步演化为集成测井系列，测井方法理论、数据采集技术、数据处理方法和应用范围等都取得了很大进展。根据数据采集系统的特点，将测井技术的发展分为四个时代：模拟测井、数字测井、数控测井和成像测井，这些都进入了网络日志记录的时代。

二、地球物理测井在水文地质勘查中的应用原理

在水文地质勘查中，地球物理测井是一种行之有效的测量手段，在分析地层构造、探测岩溶、评价地下水质量、分析地下水分布及寻找含水层等工作中发挥重要作用。

1、含水层与隔水层的划分。正确的划分出隔水层与含水层是水文地质勘察工作首先应做的一步工作，并且应对隔水层与含水层的厚度进行仔细的分析，同时还应进一步对二者之间的联系进行详细的研究。进行隔水层与含水层划分的主要测井方式包含：伽玛-伽玛测井、声波测井、井液电阻率测井以及中子测井等，其中的某些测井技术同樣也能够用于对隔水层以及含水层的厚度的测量。这是因为含水层的电阻率在一般的情况下要比围岩的电阻率要小，并且含水层的密度以及孔隙度都相对较小，因此在进行隔水层与含水层的划分时就可以充分的利用二者之间存在的差异进行精确的划分。

2、地下水矿化度的测量。当前在地下水矿化度测量中，主要采用自然电位测井进行测量。在应用自然电位测井方法时，主要通过自然电位测井曲线异常值求取地层水电阻率，并以两者的反比例关系确定矿化度。但在实际应用中要注意的是，地层电阻率值与地层水矿化度之间呈反比例关系，因此也可以根据石油测井方法进行测量。

3、对裂隙以及泥质含量测定。在勘察过程中，裂隙会体现出密度偏低、电阻率较小和声波时差较大等不同的性质。同时，自然伽马测井值越大，说明裂隙中泥质含量越大，可利用这些特性的存在，通过自然伽马测井值判定裂隙是否存在，并可以对其泥质含量进行测定。

4、钻孔地层的岩性分析。在地质勘探过程中，可以依靠地层岩性的不同对其进行钻孔的岩性剖面的划分。在地质中，不同的岩石种类其电阻率，波阻抗和密度是不同的，可以根据这些不同对不同的岩石进行划分，进一步对不同的钻孔岩性剖面进行划分。通过对地层岩性的划分，有利于确定钻孔的剖面，有利于钻孔工作的进一步进行。

5、勘察岩溶水。声波的曲线可以对裂隙的层位进行直接的反映，如果溶洞中含有水，那么伽玛曲线的幅值便会降低，这样就可以根据曲线的变化情况进一步的得出其富水性，同时由于岩溶以及裂隙的发育部分很可能出现井陉扩大的现象，因此利用井陉曲线也能对岩溶裂隙的发育情况进行判断。

三、物探方法的主要种类

1、高密度电阻率法。利用高密度电阻率法进行含水量的测量是一种间接地寻找地下水资源的方法。在水文地质勘探过程中，由于地下岩石的电阻率不同，对其进行测量就能大致发现地下水的位置。在地下岩石的水含量中，不同位置的岩石水含量是不同的。当然，岩石的电阻率影响因素除了含水量之外还有其他一些物质，例如颗粒结构等。但含水量是影响一块岩石电阻率的主要因素，所以通过对岩石电阻率的测量能够判断出岩石所处的地理位置是否含有水分。这种方法虽然在使用过程中具有一定的便捷性，但其精确性不高，不利于精确性测量的进行，在使用过程中，可以将这种方法同其他方法相互结合使用，这样不仅能够提高测量的速度也能够提高测量的精确性。

2、激光极化法。激发极化效应是根据岩石、矿石激发极化效应时候的反映解决寻找金属、解决工程及水文地质等问题的电法勘查方法。其分为两种方法，分别为直流和交流激发极化法，不同种类的固态介质和液态介质中都有不同的激发极化效应，主要表现为二次场大小随着时间的变化，也就是二次场衰减曲线包括激发极化特性的信息。人们通过这个特定寻找地下水源并且研究地质的构造，这种电法勘探的方式就是激发极化法。电法勘探承担了传统物探找水一大半的工作量，也是水文地质工作中的重要手段。随着社会的发展和进不去，高精度激发找水仪被成功研制，能有效促进在找水方面的应用。

四、我国水文地质测井存在的不足

1、我国的水文地质测井情况相比较发达国家以及国内石油测井来说还有一定的差距。主要表现在两方面：①成像测井和核磁共振测井等石油测井方法在水文地质勘查中应用还较少，为更好地解决水文地质问题，以后应加大这些方法在水文测井工作中的应用程度;②在精细解释方面，相比石油领域，水文领域则相对落后，很多地方还在使用普通电阻率测井;有时为了保护含水层，也不进行密度、中子之类的放射性测井。

2、水文地质测井资料的解释多采用定性解释，定量解释尚处于探索阶段;缺乏完善的专业解释软件;针对水文地质测井资料的处理解释方法较少，而采用石油测井解释方法虽可解决一些水文工程问题，但仍有些问题不能被解决，如单位涌水量，地层富水性、导水系数等参数的确定。

五、结语

地球物理测井是一种主要的水文地质物探方法，其主要配合地质钻探，精确的探测钻孔内的水文地质情况，其具有高于其他底面物探方法的精度，能够对钻孔中的出水裂隙段位置和岩层分界面的位置进行精度的确定。

参考文献

[1]茹婷.地球物理测井在水文地质勘查中的应用综述[J].内蒙古煤炭经济，2017（01）.

[2]赵长福，刘连，孙晓涛.地球物理测井在水文地质勘察中的应用综述[J].地球，2015（01）.

[3]冀卫平，宋雪，袁慧敏等.分析地球物理测井在水文地质勘察中韵应用[J].门窗，2013（06）.

（作者单位：内蒙古国土资源勘查开发院）