浅谈流速流量测井在水文地质勘探中的实用性

郭 涛，党 静

(陕西省一八五煤田地质有限公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

地质勘探中，尤其是煤田地质勘探，需要对勘探区内水文地质进行探明，除了对地表水文、水系、河流、湖泊进行填图外，还必须探明目的层(煤层)上覆地层和下伏岩层的含、隔水层，富水性和涌水量等。为了更好地研究勘探区水文地质类型、特征、富水性，解决后期矿井建设和生产中水的问题，防治水害和合理利用保护地下水资源，分析矿井充水规律。

1 地层岩性、含隔水层应具条件

地球表面下伏地层由大小不等、颗粒粗细不一、胶结物质相异的非均匀块状物质所组成，由于颗粒间的空隙即岩石孔隙，这些孔隙有的含水有的不含水，也有虽然含水却难以透水，通常指既能透水又饱含水的多孔介质称为含水介质，这是地下水存在的基本条件。

煤层产于沉积岩类，是地表风化物经过风或水的搬运后在新的地方沉积而形成的岩石，有砾岩、砂岩、泥岩、页岩、石灰岩等。砾岩颗粒粗大，孔隙度较高；砂岩是由像沙滩上的沙子大小颗粒组成的岩石，分为粗粒砂岩(粒径0.5～1 mm)，中粒砂岩(0.25～0.5 mm)，细粒砂岩(0.10～0.25 mm)，粉砂岩(0.01～0.10 mm)，泥岩(小于0.01 mm)。粉砂岩、泥岩由于粒度小、致密，在未发生裂变的情况下是不含水的，中、粗粒砂岩，砾岩由于孔隙度较大，有充水空间，一般认为含水，但到底有无水要看其层位在潜水位上还是下，上无下有。

2 布设水文钻孔的任务与目的

2.1 布设水文钻孔的任务

地面水文地质填图，标明勘探区内及附近已有的泉眼、河流、湖泊(海子)水井的基础上，为能进一步查明地下含水层的岩性、层数、厚度、深度及出水量、水质、水温等水文地质条件、特征和水文参数解决地面工作中难以解决的水文地质问题，评价矿井水患和合理开发利用地下水资源，并提供可靠的水文地质资料和完善的基础数据，需要布设一定数量水文钻孔。

2.2 布设水文钻孔的具体目的

①揭露地下地层中含水层、隔水层分布情况，探明含水层的埋藏深度、厚度，含水层的岩性，各含水层之间的水力联系；②进行各种水文地质试验，以确定含水层富水性好坏，各种水文地质参数、渗透系数(K)、导水系数(T)等；③采集水样，确定含水层的水质、水温、水理性质；④监测地下水动态变化和规律、地下水流向。

3 水文地质参数的获取

依据前期水文地质调查和布设的水文地质钻孔按规范施工成孔，进行钻孔常规测井，施测的方法有：视电阻率、电位电阻率、自然电位、自然伽玛、人工放射性(长、短源距伽玛)、声波时差，有条件还可以中子-中子测井，利用获取测井各参数，作全孔剖面岩性解释，初步提供含水层深度、厚度岩性。地质技术人员根据测井提供的剖面岩性资料，结合钻探提取的岩芯资料，钻孔的水文地质任务和要求做出扩孔位置，下放套管、过滤管的深度。水文钻孔施工中，依据水文抽水要求分正法抽水和回填法抽水，正法抽水试验即钻孔揭露目的层段后便进行抽水试验，回填则是钻孔钻至勘探区所有必须揭露的地层之下，由底部开始分层抽试，抽试一段回填一段。

抽水试验：使水位出现最大降深，达到稳定，即3个小时水位不变或4个小时水位上下变化不大于10 m，利用降深、时间、出水量等实测资料，制作降深-时间，降深-水量等曲线图，依据裘布依公式结合常用换标方法如：配线法、直线图法等确定地质参数。

水文测井：这里所指的水文测井是指专门的水文测井，能较准确地获得地层各含水层的出水量、渗透系数等水文地质参数，还能了解各含水层之间的相互关系。

近年应用在煤层勘探中的水文测井方法有扩散法测井、示踪剂法测井、光电测井、流速流量测井等方法。

扩散法测井：是测量井液电阻率的简称，即测量孔液电阻率。水文钻孔施工到目的层后，下放筛注管做抽水试验，钻孔孔内的液体大多为清水，除高矿化度地层外均为淡水，电阻率值一般在30～70 Ω·m，人为的放入适量的食用盐或其他离子，电阻率值就会降低。扩散法测井的方法和步骤便是在清水的钻孔内先测量一条在原始条件下孔内液体电阻率沿井轴方向的变化曲线，随后下入食盐或离子，并使其在孔内均匀，一般情况应保证下入食盐后的电阻率小于未下食盐阻值的一半以下，开始测量孔内的液体电阻率，随后每间隔一定时间测量一条井液电阻率曲线，间隔时间与地层水流动快慢、渗透系数等息息相关，快，时间间隔的短；慢，反之。图1、图2为实测的扩散法测井曲线。

图1 扩散法测井曲线Fig.1 Diffusion logging curve

图2 扩散法测井曲线Fig.2 Diffusion logging curve

在测得的曲线上可以得知不同深度、不同时间的井液电阻率，依据科切林-科尔公式即可求得各深度地层的渗透速度。

示踪剂测井：在钻孔内放入试剂，测量试剂在孔内不同深度360°方位的吸收量，量大的方位即为流向，量的大小取决于地层渗透速度，由于施测繁琐，煤田上没有开展。

光电测井：即探测井液透明程度和变化情况的不同来了解含水层及其相互间的补给关系，方法与扩散法基本相似，因没有成熟的仪器设备尚未施测。

流速流量测井：流量测井也称为流速测井，即测量钻孔不同深度横截面的水流速度。在不人为改变水位的条件下，以相同的速度下放或上提各测一条流速曲线，钻孔内各含水层间无补给关系则为一条微动的近似直线，有补给关系的则在漏水层处出现正斜线，吸水层处出现负斜线，隔水层不变，斜率的大小表明出水量和吸水量的大小。分别改变综合水位2个不同降深，以相同的提升下放速度，各测2条流速曲线，通过实测得流速曲线，钻孔孔径，流速流量仪在不同管径，不同流量条件下的刻度资料，即可详细得知钻孔各深度处的出水量、渗透系数等水文地质参数。

不同的含水层有着不同的静止水位，钻孔向下钻进，揭露了不同介质即不同岩性的岩层，这些岩层有的含水有的不含水，有的涌水有的吸收水。钻孔内测得的水位面为综合水位面，凡是静止水位高于综合水位的含水层都是向孔内涌水，反之吸水，涌水、吸水的大小取决于各含水层的静止水位与综合水位的差和含水层的导水系数、渗透速度的大小。如图3～6所示。

图3 流速流量测井曲线Fig.3 Velocity and flow logging curve

图4 流速流量测井曲线Fig.4 Velocity and flow logging curve

4 方法对比

抽水法试验：是在钻孔内的一个地层段内进行，这个地层段由于岩性的不同，颗粒的不均匀，胶结物的差异，会是涌水层、吸水层和隔水层，其计算出一个降深的水文参数是这一段的平均值，水量是综合水量，无法精确计算深度水量大小、是否出水，加之钻孔在抽水时孔壁岩块掉落沉积也可使抽水层段变短、水量减小而导致计算值比实际值小，严重影响矿井井下水的排泄和井筒施工。

扩散法：能计算出水文地质参数、渗透系数等，但因离子的自身扩散和移动，加大了计算的系数值，并且对含水层、隔水层界面划分不是很精准，水力坡度小的含水层施测时间较长，抽水或注水也影响含水层界面的解释，遇到高矿化度的地层也不好施测，几个距离相近的含水层容易划分为一层。图2为2个含水层扩散法测井曲线图。

流量测井：既可以点测也可以连续测量，连续测量在静止水位条件下，上下各测量一条曲线，便可分清钻孔内各含水层间有无补给关系，有无涌水层，抽水降低水位测得的曲线可较准确的分出含水层、隔水层，并且对含水层的强弱也可以区分开来。图3中解释了3个含水层，中间的那层出水量相对上下两层要大且下部强；图5上部含水层含水性强，下部含水层含水性弱；图6的3个含水层含水性为上两层强下层弱。各含水层具体出水量因与水位降深相关，因此未作标注。

图5 流速流量测井曲线Fig.5 Velocity and flow logging curve

图6 流速流量测井曲线Fig.6 Velocity and flow logging curve

5 结论

(1)通过对获取水文地质数据的方法、步骤、精准度进行具体分析、对比研判，进行流量测井，施测较简，效果相应较好，能准确地评述地下水文地质特征，精准划分含水层、隔水层，较准确地计算出各含水层的出水量、渗透速度。不仅能清楚地计算和区分开来含水层间的补给关系，还可以一次成井，减少了钻探分段施工带来的各项重复工作，降低了测井次数，以及抽水层段，并能取全取准水文孔所要完成的地质设计任务，节约各项成本和施工时间。

(2)流量测井是目前准确确定地下含水层位置、厚度、层数及分层流量，各含水层之间相互关系，含水层渗透性能的最有效方法之一，实施流量测井能够获准地下水文地质参数，精准指导井筒施工过程中所遇水患问题，优化矿井水排泄设计方案，指导施工时水的排泄。一次成孔，全井施测井，减少分段施工，分段抽水试验带来的经济支出，准确获取水文数据。