测井部分

第N节水文地质测井中子孔隙度、密度孔隙度(沙泥水)、声波孔隙度

水文地质测井是水文、地热以及矿产资产资源、工程、环境地质勘查工作中的一个重要组成部分，它是在水文地质勘查工作中逐步发展起来的，对提高勘查质量、加快勘查速度、降低勘查成本起着很大的作用。水文测井可解决的地质任务主要如下：

1 判别岩性、编录和校正钻孔地质剖面。

2 确定含（隔）水层位置和厚度，判定为孔隙含水、裂隙含水或溶洞含水，含咸水或淡水，含冷水或热水。

3 计算含水层的孔隙率，渗透率，含水砂岩的砂、泥、水含量和岩、土层的力学参数。

4 确定各涌、漏水部位。查明钻孔中含水层之间的补给关系。

5 测量静止水位，检查钻孔的止水质量和堵孔质量。

6 研究钻孔技术状况。包括井径、井斜的变化，套管完好情况，井内故障位置和原因等。为定向孔、灌注桩、老井修复等工程项目提供精确资料。

7 进行区域性的地层对比。了解含水层在地下空间的分布范围和特征。

一、水文地质测井一般可分为常规煤田参数、方法测井和专门水文地质测井两部分。

一）常规煤田参数和方法测井包括自然电位、人工电阻率系列、天然伽马、人工放射性、声速测井以及工程测井。

二）水文地质测井是在上述测井的前提下进行的示踪测井、流量测井等测量，

二、各参数方法分别论述如下：

1、自然电位测井：是测井最早兴起的测井参数，是以岩石的电化学性质为基础的测井方法。主要用于划分地层、含水层和区分含水层的咸、淡水。

自然电位的形成较为复杂，一般有扩散电位、扩散吸附电位和过滤电位

1）扩散电位：涅耳斯特公式

E d=K d lg(C1/C2)

E d—扩散电动势；

K d—扩散电位系数；

C1、C2—两种溶液的浓度。

2)扩散吸附电位：

E da=k da lg(C1/C2)

E da—扩散吸附电位；

k da—扩散吸附系数。

3）过滤电位

与地层水和泥浆之间的压力差及过滤溶液的电阻率成正比，与过滤溶液的黏度成反比。

解释方法：淡水呈负电位，咸水呈正电位。分层点为曲线根部拐点

2、人工电场电测：是以测量岩石的导电性为基础的一组方法，如：视电阻率电位、视电阻率梯度、侧向电阻率、微电极、激发极化、感应测井等。主要用于划分地层和确定含水层的深度、厚度。

解释方法：岩石的电阻率随岩石颗粒的增加而增大；随泥质含量的增加而减小。视电阻率、侧向电阻率曲线根部拐点分层，梯度曲线尖部分层。

3、天然伽马：是以测量岩石的天然放射性为基础的参数，用以估算岩石的泥质含量。

解释方法：岩石的天然伽马随泥质含量的增加而增大，一般呈线性关系。分层点一般选用曲线的中部分层，薄层时分层点由曲线的1/2向2/3处移动。

4、人工放射性：一般可分为低能伽玛、散射伽玛、中子伽玛、中子—中子测井。

1）低能伽马是以伽玛射线与物质的光电效应为基础的方法，主要与物质的原子序数有关。放射源一般选用Am241，原子平均光电吸收截面P E与介质原子序数的3.6次方呈正比，原子序数越高的围岩对其吸收越强烈，即低能伽马的测量值随原子序数的增大而减小。分层点选用曲线的中部分层。

2）散射伽玛是以伽玛射线与物质的康普顿效应为基础的方法，主要与物质的密度有关。主要用于划分地层和确定含水层的深度、厚度。该方法对于密度较低的煤层和含水层反应尤为明显。在碎屑岩地层中，求解密度孔隙度。

ρ=ClgN+D

ρ—岩石的电子密度；

C—小于零的系数；

D—常数。

当接收为双源距时为补偿密度，可通过实验求出脊肋线方程，消除井壁泥饼的影响。放射源一般选用C S137。

解释方法：由上面公式可以看出，散射伽玛的计数率的对数与围岩的密度呈正比，即随围岩密度的减小，计数率指数增大。其分层点一般选用曲线的中部分层，薄层时分层点由曲线的1/2向2/3处移动。

3）中子—伽马是以测量中子被俘获后产生的次生伽玛射线的测井方法，主要与地层中的含氢、氯有关。放射源一般测井采用镅—铍中子源，石油测井也有采用中子发生器的。

测量值随岩石含氢、氯的增加而减小。从而解释煤层、含水层或油、气层。在碎屑岩地层中，求解中子孔隙度。

4）中子—中子是测量热中子的测井方法，主要与地层中的氢、氯和源距有关。

5、声速测井分为纵波测量、横波测量和声幅、全波列测量四种。

1）纵波测井：是以测量岩石的纵波传播速度的测井方法。

一般测量的是纵波时差—单位长度（米）纵波传播的时间，即岩石的纵波传播速度越快，纵波时差越小。

2）横波测井：是以测量岩石的横波传播速度的测井方法。

一般测量的是横波时差—单位长度（米）横波传播的时间，即岩石的横波传播速度越快，横波时差越小。

3）声幅、全波列测井：主要用于检查固井质量的测井方法。

6、工程测井：主要以测量钻孔的顶角、方位、井径和井温等的测井方法。

三、水文地质测井

一）示踪测井

示踪测井是水文地质测井中常用的有效方法，一般选择溶于水且无毒、无污染的NaCl，荧光素、磁化物以及同位素为示踪剂。

1、扩散法（含提捞法、注入法）测井

扩散法（含提捞法、注入法）及井段盐化，是以测量不同时间井液中示踪剂浓度（通常使用NaCl）及深度变化的方法，通过测量可分析出钻孔中井液纵向补给或横向扩散，纵向补给时可定性解释出水段和吸水段位置，结合常规测井方法确定含水层的深度和厚度。

做扩散法时应同时记录盐化时间和每条井液电阻率的测量时间；提捞法或注入法应在不自然扩散的钻孔中进行，同时记录提水量或注水量，提捞法开始的提水量不宜过大，防止淹没上部含水层。

解释方法：扩散法（含提捞法、注入法）测井主要用于含水层的定性解释。

1）扩散法：当钻孔井液有纵向补给，示踪剂浓度界面会存在纵向移动，纵向移动方向即为钻孔井液有纵向补给方向，根据示踪剂开始浓度降低的位置即为含水层的出水点位置，根据示踪剂浓度界面下移速度向小变化（消除井径影响后）的位置即为吸水点的位置。当钻孔井液没有纵向补给，仅存在横向水流时，示踪剂浓度将会在固定深度上下降。此位置即可定性为含水层的位置，横向扩散的扩散曲线可以用半幅值点进行含水层的深度、厚度解释。

2）注入法：注入法解释主要依据示踪剂浓度界面下移速度的变化定性解释含水层位置的，当单位注水量示踪剂浓度界面下移速度变小（消除井径影响后）的位置为含水层的位置。

3）提捞法：当钻孔上部提水时含水层出将出水补给钻孔中的水量变化，在含水层出示踪剂的浓度降低，示踪剂的浓度降低降低的初始位置即可定为含水层的位置。

2、同位素示踪法

一般选用I131、Ba131、In113为示踪剂，均具有半衰期短的特点，可以进行单孔和群空测量。考虑到环保手续复杂，且保存时间短、存放危害等因素，目前开展较少。

二）流量测井：流量测井仪器主要分为叶轮式和电磁感应式两种。叶轮式又分为磁感应和光电式，磁感应优点抗水浑浊能力强。缺点是初始推动能量大，抗铁磁性物质能力差。光电式则抗铁物能力强，而抗水浑浊能力差。电磁感应可分为内磁式和外磁式两种，其优点为抗水浑浊能力强，而且能区分水流与仪器的相对上或下运动。为近几年刚研制的仪器。

流量测井主要通过测量钻孔内水的流速，换算为不同井段的流量，如果水文地质条件允许，通过静止和三次不同降深的测量，可求得每单一含水层的静水位和不同降低条件下出水量（Q），进而求解每单一含水层的q及渗透系数和影响半径。通过流量测井可大幅度的减少抽水次数。

一般静态流量测量时间选择在试抽水位稳定后进行，三次不同降深的测量时间选择在每个降深抽水稳定时进行，且分别记录下测和上测曲线。一般测井的测量速度不宜大于10米/秒。

基础概念：

1、叶轮与水的相对流速为线性关系。

2、井径与流量的关系为非线性关系，需提前进行仪器刻度或进行井中三级刻度。

3、下测－上测＝2倍流速。

4、Q抽=ΣQ出-ΣQ吸

解释方法：

1、对现场资料进行分析整理。作出L=f(h)曲线。

2、利用标定资料，作出标定曲线。将各深度上的幅值L转换成流量Q值，进行综合分析，作出Q= f(h)曲线。

3、利用Q= f(h)曲线确定各含水层的位置和通过含水层顶板的流量。

4、以水位埋深为纵坐标，以流量为横坐标，把各个含水层顶板的Q i=f(s0)曲线都作在相同比例尺的同一张Q=f(s0)上。由上而下求解各含水层的静止水位

5、计算各个含水层的水位地质参数渗透系数和影响半径。

三）双侧向测井

双侧向测井为深、浅侧向测井，通过两种条曲线的拟合成果可划分含水层的位置和划分咸、淡水。

基础概念：浅侧向测井主要测量钻孔侵入晕的电阻率，深侧向测井主要测量钻孔原生晕的电阻率。在非含水层井段，没有侵入晕或很小，深、浅侧向测井的测量值相同，深、浅侧电阻率曲线重合。而在含水层位置，钻探时会产生侵入晕，其电阻率会发生变化，浅侧向测井的测量值受其影响也会变化，造成深、浅侧向测井的测量值不同。深、浅侧电阻率曲线分离。当钻探循环液电阻率小于地下水电阻率时，浅侧向测井的测量值变小，当钻探循环液电阻率大于地下水电阻率时，浅侧向测井的测量值变大。

解释方法：两条双侧向电阻率曲线的分离处，即为含水层的位置。当浅侧向测井的测量值变小时，含水层的水质较好，当浅侧向测井的测量值变大时，含水层的水质较差。

同理，通过测量不同极距的视电阻率电位或梯度曲线也可获得同样效果。解释方法相同。