自然电位判断
自然电位法
自然电位法自然电位法是一种用于地下水资源调查和环境地球化学研究的常用方法。
它通过测量地表上的电位差，来推测地下水体的性质和分布情况。
本文将从原理、仪器设备、实施步骤和应用案例等方面介绍自然电位法。
一、原理自然电位法是基于电场理论的地球物理勘探方法之一。
地球上的电场是由地球与大气之间的电荷分布差异所形成的。
地下水体中的溶解物质和岩石中的矿物质都会影响地下水的导电性，从而改变地下水体的电位分布。
自然电位法利用这种电位差来推测地下水体的性质和分布情况。
二、仪器设备自然电位法的主要仪器设备包括电位计、电极和电缆等。
电位计用于测量地表上的电位差，电极则用于感应地下水体的电位分布，电缆用于连接电位计和电极。
在实际应用中，还需要辅助设备如地面支架、测量绳索等。
三、实施步骤1. 预备工作：选择合适的测区，清理测区的杂物和植被，确保测区表面光滑平整。
2. 布设电极：根据具体情况，选择合适的电极间距和布设方式。
一般情况下，电极间距越大，测量深度越深。
3. 连接仪器：将电位计与电极通过电缆连接起来，并确保连接良好。
4. 测量数据：根据测区的要求，选择合适的测量方式和时间。
通常情况下，需要连续测量一段时间，以获取准确的数据。
5. 数据处理：将测量得到的电位差数据进行分析和处理，得到地下水体的电位分布图或剖面图。
四、应用案例自然电位法在地下水资源调查和环境地球化学研究中有着广泛的应用。
以下是一些典型的应用案例：1. 地下水资源调查：自然电位法可以用于判断地下水体的供水潜力和水质状况，为地下水资源的开发和利用提供科学依据。
2. 环境地球化学研究：自然电位法可以用于监测地下水体中的污染物扩散情况，评估污染源的范围和影响程度，为环境保护和污染治理提供参考。
3. 工程地质勘察：自然电位法可以用于勘察地下水位、水流方向和地下水体的分层情况，为工程设计和施工提供依据。
4. 地热资源勘探：自然电位法可以用于探测地下热水体的分布和性质，为地热资源的开发和利用提供技术支持。
自然电位
自然电位测井中国石油新闻中心[ 2007-04-24 15:43 ]早期的测井是将电极系放到井下，在供电电极供给电流时，地面用电位计观察测量电极间电位差的变化。
然而，在供电电极停止供电后，当提升电极跨过地层界面时，仍然观察到电位计指针的变化。
于是，发现了自然电位测井。
生活中，当我们信步在绿草花丛中，会闻到阵阵花香；当我们穿行于茶市酒楼间，会飘来茶香酒香，这都是气体分子在空气中的扩散。
同样，液体中也会发生扩散，把墨水滴入水中，颜色范围就会逐渐扩大，即使同一种液体，由于浓度不同也会发生高浓度向低浓度的扩散。
从化学实验中知道，当浓度不同的氯化钠盐水用渗透性膜隔开时，会发生扩散，即高浓度盐水的离子穿过渗透膜移向低浓度。
然而，钠离子和氯离子的迁移率是不同的，氯离子的迁移率大于钠离子。
于是，在渗透膜的低浓度一侧负离子增多，呈现负电荷；而高浓度一侧正离子增多，呈现正电荷。
此时，若把连接电位计的两个电极分别放到高浓度和低浓度溶液中，则可观察到电位计指针的变化，这种由于扩散作用产生的自然电位称扩散电动势。
油气井中，砂岩地层孔隙中通常饱含盐水，其氯化钠浓度常常高于井内钻井液的盐浓度，因此，在正对砂岩地层处，井壁钻井液一侧呈现负电荷，而砂岩地层呈现正电荷。
由于离子扩散而引起自然电位只是产生自然电位的一种原因，由于吸附、压差、氧化还原等原因也会引起自然电位。
在石油勘探中，主要是扩散、吸附产生的自然电位。
在上述诸多原因的作用下，井内自然电位的分布如图所示。
泥岩层的自然电位为“正”，砂岩层的自然电位为“负”。
如果以泥岩的自然电位为基线，则砂岩的自然电位向负偏，且砂岩的渗透性愈好，其自然电位相对泥岩愈“负”。
由于油、气、水都是贮藏在孔隙性好、渗透性好的砂岩中，因此用自然电位测井曲线找出渗透性地层，然后再配合其他测井曲线分辨油、气、水层。
视电阻率apparent resistivity 是电阻率法用来反映岩石和矿石导电性变化的参数。
自然电位原理1综述
通过砂岩至井壁直接扩散
扩散：扩散有两条路径
通过围岩向泥浆扩散
1 纯砂岩的扩散电动势
u v RT Cw Ed 2.3 lg u v F Cmf
F：法拉第常数
R：摩尔气体常数
自然电位测井
SELF-POTENTIAL LOG
自然电位: 自然电场产生的电位.
测量装置很简单,一个M电极,一个N电极在地面, VN为定值,M随井深而变化,VMN也如此。
SP +
一
自然电位的成因
由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，井 壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过程，
结果产生电动势造成自然电场，在石油井中的自然
E
A
Rm f
P
一 总的电化学电动势 据自然电位的成因可得井内自然电场的分布： 纯砂岩的扩散电动势Ed 纯泥岩的扩散吸附电动势Eda
自 然 电 流
根据KIRCHHOFF 定律得： E总 = Ed + Eda （代数和）
静自然电位：纯砂岩与纯泥岩交界面处的总电化学电动势用SSP来
表示。
Rmf SSP K lg Rw
二 划分渗透层及层界面 如果是砂泥岩剖面:
Cw / Cmf > 1
△Vsp有负异常 Cw / Cmf < 1 △Vsp有正异常 Cw / Cmf = 1 △Vsp无异常
渗透层 渗透层 渗透层
无论是正、负、无异常都是指的△Vsp的幅度，层界面在半 幅点，碳酸岩盐的渗透层常夹在厚层致密灰岩之间，离泥岩 较远，在Cw / Cmf > 1 下仍有负异常，但I 要经过大段的致密 灰岩串后才能形成回路。因此层界面不清，幅度小。通常情 况下不用SP来分层。 膏盐地层不含地层水且很致密，不能产生Es。
自然电位、自然伽马测井基本原理
⾃然电位、⾃然伽马测井基本原理⾃然电位测井⽅法原理在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。
这个电位是⾃然产⽣的，故称为⾃然电位。
使⽤图1所⽰电路，沿井提升M电极，地⾯仪器即可同时测出⼀条⾃然电位变化曲线。
⾃然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显⽰出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。
⾃然电位测井⽅法简单，实⽤价值⾼，是划分岩性和研究储集层性质的基本⽅法之⼀。
图 1⾃然电位测井原理⼀、井内⾃然电位产⽣的原因井内⾃然电位产⽣的原因是复杂的，但对于油井，主要有以下两个原因：地层⽔的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压⼒和泥浆柱压⼒不同，在井壁附近产⽣了⾃然电动势，形成了⾃然电场。
1．扩散电动势(Ed)的产⽣如图2所⽰，在⼀个玻璃容器中，⽤⼀个渗透性的半透膜将其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液，并且在两边分别放⼈⼀只电极，此时表头指针发⽣偏转。
此现象可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达到平衡的⾃然趋势，即⾼浓度溶液中的离⼦受渗透压的作⽤要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这⼀现象称为离⼦扩散。
在扩散过程中，由于Cl-的迁移率⼤于Na+的迁移率，扩散结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，⾼浓度溶图2扩散电动势产⽣⽰意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。
这就在两种不同浓度的溶液间产⽣了电动势，所以可测到电位差。
离⼦在继续扩散，⾼浓度溶液中的Cl-，由于受⾼浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；⽽⾼浓度溶液中的Na+，由于受⾼浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。
当接触⾯附近的电荷聚集使正、负离⼦的迁移速度相等时，电荷聚集就停⽌了，但离⼦还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持⼀定值：这个电动势是由离⼦扩散作⽤产⽣的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可⽤下式表⽰：EE dd=KK dd lg cc1cc2式中EE dd为扩散电位系数，mv；cc1，cc2为溶液盐类的浓度，g/L。
阴极保护主要参数及准则
阴极保护主要参数与阴极保护准则内容：1、自然电位自然电位是金属埋入土壤后，在无外部电流影响时的对地电位。
自然电位随着金属结构的材质、表面状况和土质状况，含水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自然电位在-0.4～0.7VCSE之间，在雨季土壤湿润时，自然电位会偏负，一般取平均值-0.55V。
2、最小保护电位金属达到完全保护所需要的最低电位值。
一般认为，金属在电解质溶液中，极化电位达到阳极区的开路电位时，就达到了完全保护。
3、最大保护电位如前所述，保护电位不是愈低愈好，是有限度的，过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气，造成涂层与管道脱离，即，阴极剥离，不仅使防腐层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆进而发生氢脆断裂，所以必须将电位控制在比析氢电位稍高的电位值，此电位称为最大保护电位，超过最大保护电位时称为"过保护"。
4、最小保护电流密度使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度，称作最小保护电流密度，其常用单位为mA/m2表示。
处于土壤中的裸露金属，最小保护电流密度一般取10mA/m2。
5、瞬时断电电位在断掉被保护结构的外加电源或牺牲阳极0.2—0.5秒中之内读取得结构对地电位。
由于此时没有外加电流从介质中流向被保护结构，所以，所测电位为结构的实际极化电位，不含IR降（介质中的电压降）。
由于在断开被保护结构阴极保护系统时，结构对地电位受电感影响，会有一个正向脉冲，所以，应选取0.2—0.5秒之内的电位读数。
为了便于实际应用，通过多年的实践与研究，得出了以下几个判断结构是否得到充分保护得判断准则。
1、NACERP0169建议“在通电的情况下，埋地钢铁结构最小保护电位为-0.85VCSE或更负，在有硫酸盐还原菌存在的情况下，最小保护电位为-0.95VCSE，该电位不含土壤中电压降（IR降）”。
实际测量时，应根据瞬时断电电位进行判断。
目前流行的通电电位测量方法简便易行，但对测量中IR降的含量没有给予足够重视。
自然电位 确定地层水电阻率的方法
自然电位确定地层水电阻率的方法自然电位法是一种通过测量地表上的自然电位差来确定地层水电阻率的方法。
以下是关于自然电位法的50条描述：1. 自然电位法是一种无需人为干扰的地球物理勘探方法，可以用于确定地下水位和地层水电阻率。
2. 自然电位差是由地下水体的电导率差异所引起的。
3. 自然电位法的测量基于地下水体中的离子浓度差异，因而对地下水体中的溶质扩散和电解质浓度进行了考虑。
4. 自然电位差是地下水体离子浓度分布和电导率分布的结果。
5. 自然电位差可以通过在地表上安装电极并进行测量来确定。
6. 自然电位差的大小和方向与地下水流动状况有关。
7. 自然电位法可用于确定区域地下水体的水流路径和水流速度。
8. 自然电位法可以区分不同地质结构和不同类型的地下水体。
9. 自然电位法可用于测量地下水渗流方向和坡度。
10. 自然电位差是地下水体中电导率异质性的表现。
11. 自然电位法可用于评估地下水体的储集性能和水文地质特征。
12. 自然电位法还可用于监测地下水体的变化和污染现象。
13. 自然电位法的测量精度受到地壳电场、杂散电流和地震干扰的影响。
14. 自然电位法需要进行长时间的连续测量以获得准确的结果。
15. 自然电位法适用于均匀和块状地下水体。
16. 自然电位法对于研究地下水体的深部流动具有较好的应用性。
17. 自然电位法可以用于监测地下水资源的利用和管理。
18. 自然电位法可用于研究地下水体的动力特性和物理特性。
19. 自然电位法在地下水勘探和水文地质调查中具有重要的应用价值。
20. 自然电位法的测量结果可以与其他地球物理方法相结合，增强分析的准确性和可靠性。
21. 自然电位差的测量可通过使用高灵敏度的自然电位仪器来实现。
22. 自然电位法的测量结果通常以电位差的大小和方向表示。
23. 自然电位法可以用于评估地下水体的潜水面形态和深度。
24. 自然电位法可用于研究地下水体与地表水体的相互作用。
25. 自然电位法可用于监测地下水位的变化和趋势。
辨析异常自然电位曲线分析
自然电位测井的影响因素主要有：
1.Rw/Rmf的影响，地层水电阻率和泥浆滤 液电阻率的比值越大，自然电位的总电动 势越大，曲线异常幅度ΔUsp越大，反之则 越小。
• 5.井径及侵入带：目的层有钻井液侵入时， 钻井滤液与地层水的分界面移向地层内部， 使自然电流流经的目的层和围岩的路径增 大，使R增大，ΔUsp随之减小。
自然电位曲线形状与地层关系示意图：
Fresh Water
Salt Water
120 100
80 60 40 20
0 一月
二月
三月
亚洲区 欧洲区 北美区
四月
Salt Water
Salt Water
Shale Clean SS Shale Clean SS Shale Clean SS Shale
Shaly SS
根据自然电位的成因及曲线的规律，自然电 位曲线的应用如下： • 1.划分渗透层：
• 淡水泥浆钻井时，在砂岩渗透层处，SP曲线 出现负异常，对厚度较大（h>4d)的地层，可用曲 线半幅点确定地层界面。含泥质的砂岩，随泥质 含量的增加SP异常幅度减小。一般，含水砂岩的 自然电位异常幅度略大于含油砂岩的ΔUsp。对厚 度较大的地层，曲线半幅点间的距离接近地层厚 度，厚度越大，精度越高。
• 油井中的自然电位主要是由于钻井滤液与 地层水之间产生的扩散电动势和扩散吸附 电动势产生的，由于钻井液柱的压力只是 略高于地层压力，因此过滤电位常忽略不 计。通常，自然电位曲线需符合以下规律：
自然电位的概念
自然电位的概念自然电位（Resting membrane potential）是细胞膜在静息状态下的电位差，通常指神经元或肌肉细胞的电位。
它是细胞内外离子浓度和通透性的结果，是神经元和肌肉细胞的重要生理指标。
神经元和肌肉细胞的自然电位是维持其正常功能的重要基础，对于神经传导、兴奋传递和肌肉收缩等生理过程起着至关重要的作用。
在细胞膜的生物电学性质中，自然电位是一个极为重要的参数。
自然电位的产生与细胞膜上的离子通道、静息离子内外浓度差异以及细胞膜的电容性质等密切相关。
这些因素共同导致了细胞膜内外的电位差，维持了细胞在静息状态下的电位稳定性。
自然电位的维持是靠离子泵和离子通道的共同作用。
在细胞膜上，存在着多种离子泵和离子通道，它们对细胞内的离子浓度和电位稳定起着关键作用。
其中，Na+/K+泵、Ca2+泵等离子泵通过主动转运维持了细胞膜内外的Na+、K+、Ca2+等离子浓度差异，而离子通道如Na+通道、K+通道、Cl-通道等则可以让离子在膜上自由扩散，从而调节细胞内外的电位。
在静息状态下，细胞内外离子浓度差异导致了自然电位的形成。
在神经元和肌肉细胞中，自然电位的值通常为-70mV左右。
这是由于在细胞膜上Na+/K+泵的作用下，细胞内外Na+、K+离子浓度产生了梯度，在添加上细胞质中还有蛋白质负电荷和其他阴离子的存在，导致在细胞膜上形成了负电位，细胞膜内外离子浓度不同也使得不同离子的渗透性也不同，K+离子内外渗透能力高，进一步增强了细胞膜上的负电位。
细胞静息状态的自然电位是细胞正常生理功能的基础。
首先，它是神经元和肌肉细胞的兴奋传导的基础。
在神经元兴奋传导的过程中，细胞外的刺激能够改变细胞膜上的离子通道的状态，导致离子通道的开放和关闭，从而改变了细胞膜的电位。
而对于神经元来说，只有当细胞膜上的电位达到一定的阈值时，才能够引发动作电位的产生，从而实现神经信号的传导。
而这一系列的兴奋传导，正是依赖于细胞膜上的自然电位的稳定性。
地球物理讲义第二章 自然电位1
如：
Rwe=0.016 T=95o
Rw=0.2
2、 (1)根椐厚度和Ri/Rm确定SSP校正系数
(2)根椐校正系数确定SSP
SP
3、确定Rmf
根据Rm和泥 浆比重确定
Rmf
4、高阻岩石自然电位曲线
高阻岩层迫使电流 在井内流动，使得 自然电位曲线从砂 岩往泥岩过渡时， 灰岩处是斜线 注：SP=I* rm
Ed=KdLg(Ct/Cm)=Kd=-11.6mv 值得注意的是: Ed取决于Kd和Ct/Cm二种条件缺一不可,
例如KCl,由于UkUcl (K和Cl的迁移速度几乎相等),即使Ct/Cm再 大,Kd很小,反个来如果U≠V，但Ct/Cm1,则Kd也为0。
二 、吸附作用以及吸附电动势 1、吸附作用 泥质颗粒选择性地吸附溶液中的负离子,不让它通过泥质 薄膜，只让正离子通过泥质薄膜,这种作用称为吸附作用。
第二章自然电位测井
Spontaneous Potential Logging
引入:自然电位现象和自然电位测井 在早期的电阻率测井过程中,常常发现供电电极不 供电时,仍然可在井内测量到电位的变化。 这个电位是自然存在的。使用图所示的电路,提 升M电极测量,可得到一条电位变化曲线, 这种测量 称为自然电位测井。 自然电位曲线的变化与岩性有密切关系，特别 是能用明显的异常显示出渗透层,这是非常有意义的. 基线: 在实测曲线上,泥岩井段的自然电位曲线比 较平直,解释中就以泥岩井段的自然电位曲线值作为 基线。 正负异常:解释中就以泥岩井段的自然电位曲线值作 为基线(相对零线),来计算渗透层的自然电位异常幅值 (mv),大于基线的异常为正异常，小于基线的异常为 负异常。
Vsh=
SPsh－SPsd 式中,SPsd,SPsh 分别为纯砂岩,纯泥岩的自然电位值;SP为待研 究地层上实测的自然电位值;Vsh为泥质含量。
自然电位
自然电位测井
自然电位测井是在裸眼井中测量井轴上 自然产生的电位变化，以研究井剖面地层 性质的一种测井方法。它是世界上最早使 用的测井方法之一，是一种最简便而实用 意义很大的测井方法，至今仍然是砂泥岩 剖面淡水泥浆裸眼井必测的项目之一。只 要在井内电缆底端装一个不极化电极M， 在地面泥浆池内放入另一个电极N，将它 们与地面记录仪相连，当匀速上提M电极 时，记录的电位差变化便是井轴上自然产 生的自然变化。自然电位曲线，各个泥岩 层的曲线大体上在右边形成一条直线，称 为泥岩基线，而各个砂岩储集层则以泥岩 基线为背景形成大小不同的曲线异常，称 为自然电位异常。明显的自然电位异常是 砂岩储集层最明显的特征。
NCla-ClN+NNN-NaaaaClNaClClNCl-+Cl--++Cl+-+-a-a+C+井筒Na+w+>NClClClN--C--Na+aClClCl--am-N++NNClNN+Cl-Naaf-aClNaa-++a+Cl纯 砂 岩++a泥 岩-泥 岩+-+Cl-
当泥岩厚度较大时，测量电极离泥岩与
储集层自然电位异常的影响因素
1、地层水与泥浆的性质 2、储集层与泥质含量 3、地层温度 4、储集层厚度 5、储集层的含油性和电阻率 6、储集层侵入带直径 7、泥浆电阻率和井径（不能在盐水泥浆中测井） 8、岩性剖面（适用于砂泥岩剖面，不适应巨厚的碳酸岩剖面）
储集层自然电位异常的影响因素
❖地层水与泥浆的
储集层自然电位异常的影响因素
岩性剖面：用于储集层与泥岩交替出现的岩性剖 面。裂缝较发育的储集层以致密碳酸盐岩为围岩， 许多储层要通过远处的泥岩才能形成回路，因而 在相邻泥岩间形成巨厚的大片SP异常，不能用来 划分和研究储层。
自然电位
储集层自然电位异常的影响因素
❖储集层含油性和电阻率 ：含油气饱和度比较高的储集层，其电阻率比它完全含水时要高3-5倍以上，这使rt明显升高，使SP 略有减小。故在测井图上，油气层的SP略小于邻近的水层，而厚度较大的油水同层，当其向下Sw增加时，SP异常逐渐增大
储集层自然电位异常的影响因素
❖储集层厚度 ：储集层厚度是影响SP幅度的常见因素，一般4m以下的地层，SP随其厚度的减小而减小
（2）多层曲线形态反映一个沉积 单位的纵向沉积序列，可作为划分沉积 亚相的标志之一。
（3）SP曲线形态简单，又很有地 质特征，因而便于井间对比，研究砂体 空间形态。后者是研究沉积相的重要依 据之一。
（4）SP曲线分层简单，便于计算 砂泥岩厚度、一个沉积体总厚度、沉积 体内砂岩总厚度、沉积体的砂泥岩比等 参数，按一个沉积体画出，也是研究沉 积环境和沉积相的重要资料。如沉积体 最厚的地方指示盆地中心，泥岩最厚的 地方指出沉降中心，砂岩厚度和砂地比 最高的地方指出物源方向。沉积体的平 面分布则则指出沉积环境。
.
估计粘土含量
Vsh=1－SP/SSP=(SSPSP)/SSP
Vsh地层泥质含量(小数), SP解释层的SP幅度, SSP解释井段的最大静自然电位.
.
确定地层水矿化度变化
SP异常主要决定于Cw和 Cmf,而泥浆性质较稳定， Cmf变化不大，Cw与地质 层位有关，不同层位差别较 大，故SP异常将指示地层 水矿化度变化。一般来说， 地层水矿化度随其埋藏深度 增加而增加，如在浅部淡水 层看到SP正异常，随深度 增加，正异常减小，而后开 始出现负异常，且负异常有 增大的趋势。但也有矿化度 反转现象,即在浅部发现高 矿化度地层水或深部发现低 矿化度地层水.在存在超压 地层的地区,在超压层正上 方或其它地层中,常有地层 水矿化度减小.
自然电位法的观测尺度
自然电位法的观测尺度自然电位法是一种地球物理勘探方法，用于研究地下的电性性质。
它通过测量地表上的自然电位分布来推断地下岩石和土壤的电性特征。
自然电位法观测尺度涉及到以下几个方面：观测深度、空间分辨率和时间尺度。
一、观测深度自然电位法可以用来研究不同深度范围内的地下物质。
观测深度主要受到以下因素影响：1. 电荷扩散：自然电位信号是由地下介质中的离子迁移引起的，而离子迁移受到扩散效应的限制。
随着深度增加，离子扩散变慢，导致信号强度减弱。
观测深度通常受到离子扩散速率的限制。
2. 地下介质导电率：地下介质的导电率对自然电位信号传播起着重要作用。
高导电率的介质能够更好地传播自然电位信号，因此观测深度可以更大。
3. 仪器灵敏度：仪器灵敏度也会影响观测深度。
高灵敏度的仪器可以检测到较弱的自然电位信号，从而实现更深的观测。
总体而言，自然电位法的观测深度通常在几十米到几百米之间。
但是，对于特定问题和地质条件，也可以通过采用不同的电极布置和数据处理方法来增加观测深度。
二、空间分辨率自然电位法可以提供有关地下介质电性特征的空间分布信息。
空间分辨率取决于以下因素：1. 电极布置：合理选择电极布置方案可以提高空间分辨率。
常见的布置方式包括直线型、网格型和环形等。
2. 观测点密度：观测点密度越高，所得到的数据越多，从而提高了空间分辨率。
3. 地下介质导电率变化：如果地下介质导电率变化剧烈，那么自然电位法能够提供更好的空间分辨率。
总体而言，自然电位法的空间分辨率通常在几米到几十米之间。
在实际应用中，为了获得更好的空间分辨率，通常需要在目标区域内布设大量观测点。
三、时间尺度自然电位法的观测时间尺度主要涉及到两个方面：观测时间段和数据采集频率。
1. 观测时间段：自然电位信号的变化受到多种因素的影响，例如地下水流动、地震活动和气象变化等。
不同的现象和过程具有不同的时间尺度。
选择合适的观测时间段可以更好地研究特定现象或过程。
2. 数据采集频率：数据采集频率决定了自然电位信号变化的细节能否被捕捉到。
阴极保护自然电位测试方法
阴极保护自然电位测试方法摘要：一、引言二、阴极保护自然电位测试方法的原理1.阴极保护的概念2.自然电位的定义3.测试方法的作用三、测试步骤1.设备准备2.电极安装3.测量自然电位4.数据记录与分析四、影响因素及注意事项1.环境因素2.设备因素3.操作注意事项五、应用领域六、总结与展望正文：一、引言阴极保护是金属防腐的重要措施之一，通过对金属结构施加外加电流，使其处于阴极状态，从而减缓金属的腐蚀速度。
自然电位测试方法是评估阴极保护效果的关键手段。
本文将详细介绍阴极保护自然电位测试方法，包括测试原理、步骤、影响因素及注意事项等，以期为相关领域提供参考。
二、阴极保护自然电位测试方法的原理1.阴极保护的概念阴极保护是一种通过外加电流，使金属结构表面产生阴极极化，从而降低金属腐蚀速率的防护方法。
其基本原理是使金属结构成为电解质中的阴极，从而减缓金属的腐蚀。
2.自然电位的定义自然电位是指金属结构在未施加外加电流的情况下，由于腐蚀作用而在金属表面产生的电位。
自然电位能够反映金属结构的腐蚀倾向，是评估阴极保护效果的重要参数。
3.测试方法的作用阴极保护自然电位测试方法主要用于评估阴极保护系统的运行状态和防护效果。
通过对金属结构施加外加电流，测量其自然电位变化，可以判断阴极保护系统的工作原理是否正确，以及防护效果是否达到预期。
三、测试步骤1.设备准备进行阴极保护自然电位测试前，需要准备相应的测试设备，如恒电位仪、参比电极、测量仪表等。
2.电极安装在金属结构表面安装测试电极，包括工作电极和参比电极。
工作电极与金属结构表面紧密接触，参比电极则置于远离金属结构的电解质中。
3.测量自然电位将恒电位仪的正极连接到工作电极，负极连接到参比电极，给金属结构施加外加电流。
在稳定状态下，测量工作电极与参比电极之间的电位差，即为自然电位。
4.数据记录与分析记录测量得到的自然电位值，并与金属结构的腐蚀速率、环境因素等相结合，进行分析。
通过对比不同条件下的自然电位变化，评估阴极保护效果。
第四章 自然电位
第四章 自然电位斯仑贝谢在1928年发现了这样的现象：井中电极与放在远处的地面参考电极之间有电位差，该电位差随地层变化，通常相对于泥岩的电平有几十到几百毫伏(图4—1)。
研究过该现象的科学家有：道尔(1948和1950)，威利(1949和1951)，贡多尼(GO-ndouinndouin)等(1957，1962)，贡多尼(Gon-douin)和斯卡拉(Scala)(1958)，希尔(Hill)和安德森(Anderson)(1959)。
下文简要说明他们的论述和结论。
对着一种地层的自然电位能够由有关离子运移的两个过程引起：1)动电(电过滤或流动)电位(符号为{EK)是在电解质穿过多孔的非金属介质时产生的；2)电化学电位(符号为Ec ．)是在两种不同矿化度的流体直接接触，或由半渗透膜(与泥岩相当)将它们隔开的条件下出现的。
4．1． 动电电位的起因 动电电位是在钻井液柱和地层之间存在压差，钻井液滤液被迫流入地层时出现的。
滤液通过以下地层流动，就产生动电电位：1．)渗透层的泥饼；2)正在受到侵入的渗透性地层；3)泥岩层。
希尔和安德森(1959)研究了通过泥饼的流动电势(图4—2)，而在此几年以前(1951)威利提出了通过泥饼的如下的电势E 的关系式：()][1mV p K E ykm c ∆=其中y 值在0.57到0.900之间。
通过泥岩存在的过滤电位已在实验室中由贡多尼和斯卡拉(1958)，希尔和安德森(1959)得到了验证(图4—3．)。
安德森等发表的现场资料也证实了泥岩动电电位的存在。
贡多尼和斯卡拉给出了泥岩的电动势：()][1mV p K E yksh ∆=其中的K 2=-0.018(R mf )1/3。
流动电位的大小取决于几个因素： 1） 过介质的压差△p ；2） 移动滤液的有效电阻率R mf ； 3） 滤液的介电常数D 1 4） 仄塔电位ξ。
5）滤液粘度μ。
因为泥饼的渗透率很低(10-2～10-4毫达西)，所以钻井液柱和地层之间的压差大部分都降落在泥饼处。
自然电位测井及应用
自然电位测井及应用一、自然电位的产生井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井来说，主要有以下两个原因：①地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸附电动势。
②地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。
实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和吸附电动势占绝对优势。
二、自然电位的曲线特征由于泥岩（或页岩层）岩性稳定，在一个井段内邻近的泥岩自然电位测井曲线显示为一条电位不变的直线，将它作为自然电位的基线，这就是所谓的泥岩基线。
在渗透性砂岩地层处，自然电位曲线偏离泥岩基线。
在足够厚度的地层中，曲线达到固定的偏移程度，后者定为砂岩线。
自然电位曲线的异常幅度就是地层中点的自然电位与基线的差值。
渗透性地层的自然电位可以偏向泥岩基线的左边（负异常），或右边（正异常），它主要取决于地层水和泥浆滤液的对比矿化度，当地层水矿化度大于泥浆滤液矿化度时，自然电位显示为负异常。
当地层水矿化度小于泥浆滤液矿化度时，自然电位显示为正异常。
如果泥浆滤液的矿化度与地层水矿化度大致相等时，自然电位偏转幅度很小，曲线无显著异常。
综上所述，自然电位曲线具有如下特点：（1）当地层、泥浆是均匀的，上下围岩岩性相同时，自然电位曲线对地层中心对称；（2）在地层顶底界面处，自然电位变化最大，当地层较厚（大于四倍井径）时，可用曲线“半幅点”确定地层界面；（3）测量的自然电位幅度，为自然电流在井内产生的电位降，它永远小于自然电流回路总的电动势；（4）渗透性砂岩的自然电位，对泥岩基线而言，可向左（“负”）或向右（“正”）偏转，它主要取决于地层水和泥浆滤液的相对矿化度。
自然电位曲线的影响因素：A、地层温度的影响：同样的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，也就造成K d（扩散电位系数）和K da（扩散吸附电位系数）值有差别，这就导致了同样岩性的岩层，由于埋藏深度不同，产生的自然电位曲线幅度有差异。
B、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响：∆U sp主要取决于自然电场的总电动势SSP，而SSP的大小取决于岩性和C w，因此，在一定的范围内，C w和C mf差别大，造成自然C mf电场的电动势高，曲线变化明显。
【精品】自然电位原理和应用
【关键字】精品1.自然电位测井自然电位测井是在裸眼井中测量井轴上自然产生的电位变化，以研究井剖面地层性质的一种测井方法。
它是世界上最早使用的测井方法之一，是一种最简便而实用意义很大的测井方法，至今仍然是砂泥岩剖面淡水泥浆裸眼井必测的项目之一。
对于区分岩石性质，尤其是在区分泥质和非泥质地层方面，更有其突出的优点。
1.1自然电场的产生井内有自然存在的电位变化，说明井内有自然电流流动，井内必然有自然产生的电动势。
实践研究表明，能够引起井内自然电流，进而产生一定电位值的自然电动势有多种，包括扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势、氧化还原电动势等。
在堆积岩地区的油气钻井中，主要遇到的是前三种，而且常常以前两种占绝对优势。
砂岩孔隙中的地层水与井内泥浆之间，相当于不同浓度的两种NaCl溶液呈直接接触。
溶液中的Cl－和Na＋将从高浓度的岩层一方朝着井内直接扩散（图a）。
由于两种离子的移动速度（在电化学中称迁移率）不同，Cl－的移动速度比Na＋大，于是扩散之后，在低浓度的泥浆一方将出现过多的移动速度快的Cl－，带负电；而在高浓度的岩层一方，则将出现移动速度慢的Na+离子，带正电。
正负离子在不同浓度的溶液两方相对集中的结果，便产生了电位差——地层一方的电位高于泥浆一方的电位。
但是，随着扩散过程的继续进行，所形成的电场反过来会影响离子进一步的扩散。
也就是使原来移动速度快的Cl－离子减慢，而使移动速度慢的Na+加快。
当溶液两方电荷积累到一定程度，使不同符号的离子以相等的速度继续扩散，达到所谓动态平衡时，电荷的积累便停止。
于是在不同浓度的两种溶液之间形成一固定的电动势。
这种由于溶液直接接触，并通过离子的自由扩散所形成的电动势，称为扩散电动势，如图b中砂岩与泥浆接触处的情况。
可以看出，扩散电动势的极性是，低浓度溶液一方为负，高浓度溶液一方为正。
扩散电动势的大小，与两种溶液之间的浓度差有关，还与溶液中盐离子的类型和溶液温度有关。
辨析异常自然电位曲线
Shale Clean SS Shale
Salt Water
Shaly SS
根据自然电位的成因及曲线的规律，自然电 位曲线的应用如下： ? 1.划分渗透层：
? 淡水泥浆钻井时，在砂岩渗透层处， SP曲线 出现负异常，对厚度较大（ h>4d)的地层，可用曲 线半幅点确定地层界面。含泥质的砂岩，随泥质 含量的增加 SP异常幅度减小。一般，含水砂岩的 自然电位异常幅度略大于含油砂岩的 ΔUsp。对厚 度较大的地层，曲线半幅点间的距离接近地层厚 度，厚度越大，精度越高。
? 但是 ,其电性 特征自然电位 正异常幅度却 很大 ,电阻率 也较高 ,声波 差较小与较大 间互 ,较大声
波时差与微电 极较小值对应
? 分析认为 ,这种自然电位异常是非渗透 性高电阻率致密灰质砂岩与具渗透性的较 疏松含砾砂岩交互所致 ,不能完全反映地层 渗透性 。
? 例2：沙一段底部生物灰岩多出现在凹陷的斜坡地 带 ,在垦利 、河滩 、孤北 、桩西等地区都可见到 。 有的生物灰岩碎屑以塔螺为主 ,砂质 、灰质胶结 , 胶结物较少 ,较疏松 ,储集物性较好 ,录井见油气显 示 。虽然自然电位异常幅度不大 ,电阻率也不太 高 ,却形成了良好油气层 。如 ZH 893 井生物灰 岩 1 层 2 . 5 m试油获日产约 40 t 的工业油流 。 有的生物灰岩碎屑 (如 K 98 井) 以介形虫为主 ,局 部塔螺较多 ,灰质胶结 ,胶结物含量高 ,较致密 ,储 集物性差 ,录井无油气显示 。
为：
? 在实际工作中，我们发现某些高电阻率地 层中所测自然电位曲线按照常规方式进行 解释的结果与现实发生明显冲突。通常认 为高电阻率和自然电位明显异常是油气储 集层的特征 ,可是录井却没见油气显示 ,就 是见了油气显示也会出现岩电矛盾 ，因此 ,
二、自然电位的测量
（a ）（b ）图2-4 自然电位测量原理 图4-1-4 自然电位测量原理二、自然电位的测量1）测量仪器和方法自然电位测井技术在所有测井方法中算是最简单的了。
如图4-1-4a 所示，将一个稳定电极M放入井中，另一个电极N 放在地面上接地，在不存在任何人工电场的情况下，用测量电位差的仪器测量M 电极相对于N 电极之间的电位差，便可以进行自然电位测井。
而在实际测井中，常常是在进行普通视电阻率测井的同时，利用图4-1-4b 所示的原理线路，当电极在井内连续移动时，即可测得井内自然电位沿井剖面的变化曲线，即自然电位曲线。
由于固定在地面上的N 电极的电位是一个恒定值，因此，当M 电极在井内移动时，所测得的M 、N 之间的电位差的变化，即自然电位曲线，就反映了井内某种电位值沿井身的变化情况。
显然，自然电位测井测的是相对电位值，即井内不同深度上的自然电位与地面上某一点的固定电位值之差，而不是井中自然电位的绝对数值。
实际上，这一数值也是不可能测得的。
因此，自然电位测井曲线图上，只用每单位格偏转所代表的毫伏数和正负方向来表示井内自然电位数值的相对高低，而无绝对的零线。
2）常用的自然电位测井仪器（1） 电极（组合仪器）（2） 感应在感应线圈系深感应记录点上有一不闭和的铅环，直接连接7#缆心（3） 侧向测井仪器的加长电极的8#环（4） 1515 线圈系上部不锈钢环三、自然电位测井仪器的缆心分配1）系统内部缆心 7#2）井下仪器（1）普通电极测井可使用任意井下电极接到任意缆心（通常使用2.5米N ）（2）电极组合测井仪(2.5米M(19心)短接7#缆心(3)感应 7#缆心(4)侧向7#缆心接8#环(5)1515HDIL7#心四、测量信号流程井下仪器测量环-电缆-综合控制箱-继电器卡-电极卡SP 测量通道地面电极--------------------------------电极卡SP 测量通道五、测井操作拨码正确曲线延迟无误SP 算法：六、测井曲线特征（1）自然电位曲线的形成要了解自然电位曲线的形成，就要了解自然电流。
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实例一：油层： 图1中1、2号小层均是油层：微电极曲线幅度差均匀,说明渗透性变异 不大，地层中点是自然电位曲线的最大值，以中点为轴线对称分布， 而感应曲线呈明显的低电导(高电阻)，底部无下滑。4米电阻率曲呈现 高阻特征。
应用自然测井电位 判断油水层
23118
主要用途：储层
分层地层对比；划
分水淹层；相对
34
地判断油水层。
自然电位曲线应用
划分渗透层（砂泥岩剖面）
•Rw<Rmf，以泥岩为基线，渗 透层出现负异常，岩性越纯， 负异常幅度越大 •含泥质砂岩层，负异常幅度 较低，随泥质含量增多，异常 幅度下降； •含水砂岩的异常幅度比含油 砂岩的要高。 •用“半幅点”法确定渗透层 的上、下界面位置。（地层厚 度越厚，精度越高）
图6 高水淹层测井图
图7显示该层微电极曲线幅度差偏高，并且呈锯齿状，说明灰质影响；而感 应曲线幅度差较高，但明显下滑，分析底部水淹严重，与微电极曲线对比，顶 部高值主要受灰质影响；4米电阻率较高，但分析主要由于灰质影响，该层水 淹程度较高。
微电极
4米电阻
感应电导
自然电位
图7 高水淹层测井图
实例六：中水淹层： 图8显示微电极曲线幅度差均匀,说明岩性变化部明显；由于底部水淹，自然电位 曲线底部幅度差较顶部大；而感应曲线呈明显的低电导，但底部明显下滑，4米 电阻率较弱水淹层低
22n22井测井曲线
生物灰岩：微电极分开，有正差异，自然电位
曲线明显负异常，但声波时差明显低于砂岩。
微电
1780
极 0 1 2 3 4 5 6
自然电位 感应 声波时差
30 40 50 60 70 1000 800 600 400 200 0 500 400 300 200 100
1790
1800
1810
0 1740
微电
2
4
6
极
自然电位 感应 声波时差
井径
8 20 30 40 50 60 70 700 600 500 400 300 200 100 450 400 350 300 250 200 20 22 24 26 28
1750
1760
1770
1780
致密灰岩：微电极无差异，多呈刺刀状尖峰。电阻率高或
2009-1
GR SP
测井知识讲座测井图源自电阻率 分析含油饱和度23118
34
电阻=电阻率*L/S
电阻率=电阻*S/L
石油是几乎不导 电的,电阻率很高
地层水含盐量高,氯 化钠氯化钾硫酸钠 等均呈离子状态,导 电性强,电阻率低
依据电阻率的差异定性的 判断岩层含油饱和度
岩石电阻率的概念（Rt）：
反映岩石阻止电流通过的能力，是表征 岩石导电性能的物理量，单位为欧姆米。岩 石电阻率越高，导电能力越差，反之越高。 用于判断油水层的原理：
微电极
4米电阻
感应电导
自然电位
声波时差(μ s/ft)
160
60
图3 气层测井图
实例三：油水同层： 图4显示2号层是典型的油层：从是微电极曲线看，下部幅度差较小，说明下 部岩性较差；而感应曲线呈明显的低电导(高电阻)，4米电阻率曲呈现高阻特征， 并且随着岩性变化感应曲线明显下滑，电阻率值降低，除岩性影响外，感应曲 线呈明显的低电导、电阻率曲线呈高阻特征。
特高，自然电位平直或低值，声波时差小于250微秒／米。
0 1740
微电
极 2
4
6
自然电位 感应
8 20 30 40 50 60 70 700 600 500 400 300 200 100
声波时差
450 400 350 300 250 200 20
井径
22 24 26 28
1750
1760
1770
1780
1820
22n22井测井曲线
电测曲线的应用 应用测井曲线分析判断油、气、水及油水同层。
1、油层：微电极曲线幅度中等，具有明显的正幅度差，并随渗 透性变差幅度差减小。自然电位曲线显示正异常或负异常 ，随泥质含量
的增加异常幅度变小。长、短电极视电阻率曲线均为高阻特征。感应曲 线呈明显的低电导(高电阻)。声波时差值中等，曲线平缓呈平台状。井 径常小于钻头直径。
1号层是典型的油水同层：与2号层相对比微电极和自然电位特征基本一致， 但感应曲线较2号层普遍偏高一些、电阻率曲线较2号层普遍偏低一些。
图4 油水同层测井图
实例四：水层： 图5显示微电极曲线幅度差均匀,说明岩性变化不明显；感应曲线呈明显 的高电导（低电阻），4米电阻率非常低。
实例五：高水淹层： 图6该层微电极曲线幅度差均匀,说明岩性变化部明显；由于底部水淹，自然电 位曲线底部幅度差较顶部大；而感应曲线呈明显的低电导，但底部明显下滑，4 米电阻率较低。
2、气层：在微电极、自然电位、井径、视电阻率曲线及感应电 导曲线上气层特征与油层相同，所不同的是在声波时差曲线上明显的数 值增大或周波跳跃现象，中子伽玛曲线幅度比油层高。
3、油水同层：在微电极、声波时差、井径曲线上，油水同层与油 层相同，不同的是自然电位曲线比油层大一点，而视电阻率曲线比油层 小一点，感应电导率比油层大一点。
图8 中水淹层测井图
实例七：弱水淹层： 图9显示1、2号层微电极曲线幅度差均匀,说明岩性变化不明显；由于底部水 淹，自然电位曲线底部幅度差较顶部大（2号层尤其明显）；感应曲线呈明显 的低电导，但底部略有下滑（1号层底部下滑明显）；4米电阻率较高。
图9 弱水淹层测井图
气层：电性为明显的高阻层，声波时差明显增大或
出现“周波跳跃”现象，中子伽马曲线值明显增高。
微电极
自然电位
感应
声波时差
0 2 4 6 8 10 70
80
90 100 110 400 300 200 100
0 700 600 500 400 300 200
1070
1080
1090
1100
1110
泥岩：微电极曲线为低值，无幅度差或很少幅度差，自然电 位曲线平直，自然伽马高值。声波时差在400－500之间，井径一 般大于钻头直径。
大小反映了岩层导电
34
性的强弱,也是判断油
水层的依据之一.
双侧向、主要用于划分地层剖面，判断油、水层，求地层电阻率。
储集层受泥浆侵入以后发生了变化，特别是冲洗带与原状地层的 差别，称为储集层的侵入特性。双感应-八侧向（双侧向）组合测井 能够分别反映不同探测深度的电阻率。深感应（深侧向）测井主要 受原状地层影响，具有深探测特性。八侧向测井主要受冲洗带影响， 具有浅探测特性。中感应（浅侧向）测井能够反映侵入带直径的变 化，具有中等深度探测特性。
沉积岩中矿物本身并不导电，其导电作 用是由孔隙中的地层水完成的，当孔隙中充 满水时，电阻率就低，充满油气时，电阻率 就高，这就使岩石电阻率成为划分油水层的 根据。
2．典型油层 与典型水层的最大差别是深探测电阻率明显升高，一 般是水层的3-5倍以上.
测井图
感应电导率
分析含油饱和度
23118
岩层的感应电导率的
0 1740
微电
2
4
6
极
自然电位 感应 声波时差
井径
8 20 30 40 50 60 70 700 600 500 400 300 200 100 450 400 350 300 250 200 20 22 24 26 28
1750
1760
1770
1780
砂岩：微电极幅度中等，明显正幅度差，幅度和幅度差随粒度变 粗而增加，自然电位明显异常。自然伽马低值，声波时差值在300-400 之间。井径一般小于钻头直径。
1 2
图1 油层测井图
图2中微电极曲线顶部幅度差较小，说明顶部岩性较差；由于岩性影响，自 然电位曲线底部幅度差较顶部大；而感应曲线呈明显的低电导(高电阻)，底部 无明显下滑；4米电阻率曲呈为高阻特征，底部无明显下滑，是典型的油层。
图2 油层测井图
实例二：气层： 图3显示：在微电极、自然电位、电阻率曲线及感应电导曲线上与油层特征 相同，所不同的是在声波时差曲线上明显的数值增大或周波跳跃现象。