利用地球物理测井技术划分台格庙地区含水层

2018-08-20赵云伟

陕西煤炭 2018年4期

赵云伟

(陕西省煤田地质局一八五队，陕西榆林 719000)

0 引言

水文地质勘探通常运用多种手段来划分含水层的位置，其中包括地球物理测井技术。随着该技术的不断进步和识别含水层位置的准确度和精确度越来越高，正在被广泛应用于各种水文地质勘探工作中。水文勘探项目中，通常通过钻探取芯来判断含水层的位置及岩性，但由于各种原因施工过程常常采取率不足，仅仅通过岩芯岩性的判断，对划分含水层造成很大不便。文中确定了台格庙地区使用测井技术来准确划分含水层。该方法不但可以弥补钻探岩芯采取率低下造成的资料缺失，也可以有效降低勘探项目的施工费用。

1 含水层地质特性及其确定依据

1.1 含水层地质特性

该区域地处鄂尔多斯盆地中部，地层主要为沉积岩地层，矿区含水层一般划分为新生界松散层孔隙潜水含水层和中生界碎屑岩裂隙承压水含水层2大类，含水层总体为松散岩类孔隙水与碎屑岩类孔隙、裂隙水，因此孔隙、裂隙大的岩层为含水层；无裂隙的泥岩、粉沙岩、沙质泥岩等为隔水层。由于该区域裂隙较少，因而含水层主要为粗、中、细粒砂岩。

1.2 理论依据

测井是通过测量钻孔井壁岩石物理参数和钻孔参数状况来解决地质问题的一种物探方法。在水文地质工作中可解决的问题是判断岩性，划分钻孔地质剖面；判定含水层位置和厚度，识别含水层性质等[1]。水文测井中将共性的物理参数测井统称为常规测井，将能反映地下水活动特征的参数测井称为专门水文测井[2]。本次将视电阻率、自然电位、自然伽玛、声波时差、密度等参数视为常规水文测井，扩散法测井视为专门水文测井。

视电阻率曲线：砂岩的颗粒从粗到细，即由粗粒砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩到粉砂岩，其电阻率是逐渐降低的，这是由于颗粒越粗，就越不能同时沉淀泥质矿物，电阻率就变大；而颗粒越细，就容易同时沉淀泥质物质，电阻率就较低，所以含水层视电阻率通常为高阻反映。

自然电位曲线：自然电位由于孔内过滤电动势和扩散电动势的存在，沙层或砂岩在自然电位曲线上相对泥岩基线而言，具有较高的异常反映。当地层矿化度大于泥浆的矿化度时为负异常，当地层矿化度小于泥浆矿化度时为正异常。

自然伽玛曲线：岩层在沉积时由于岩层颗粒越细其比表面积越大，吸附放射性矿物的能力就越强，所以放射性含量随颗粒增加而减小，因而含水层为低放射性反映。

声波时差曲线：一般来说岩石的成岩性越好、越致密，声波时差值就越小。由于沙层和砂岩孔隙度高于周围的粘土和泥岩，所以含水层为高值反映。

密度曲线：由于组成砂岩的颗粒比重较大，故密度相应较大，相对于煤层为高值反映。随着砂岩颗粒由细变粗，以及致密和胶结的程度降低，砂岩的孔隙度将提高，从而使砂岩的密度减小，相对于粉砂岩和泥岩，具有含水性的砂岩层密度为低值反映。

扩散法测井：扩散法测井曲线随时间变化由于地下水的运动，逐渐出现淡化或浓化接近自然状态的异常变化。

含水层确定：含水层反映在测井参数曲线上则电阻率中高异常、自然伽玛、密度、声波时差低异常，自然电位曲线幅值负异常，扩散法曲线较大异常变化[3]。

2 实施方法

2.1 常规测井施测方法

常规测井所有探管在严格标定后，均以电缆上提进行测量，现场监测曲线以1∶200的深度比例尺进行连续记录，采样间隔0.05 m，测速8 m/min，探管下井时在井口进行对零，上测到井口时观察测量回程差，回程差不允许出现正值，当回程差大于测井深度的0.1%时应查明原因，必要时须重新测量，确保采集过程数据准确无误。

2.2 扩散法测井施测方法

扩散法测井是将食盐氯化钠投入钻孔中进行人工盐化井液，或在地层矿化度较高时向钻孔中注入清水，使井液与含水层中的地下水之间有明显的电阻率差异。在地下水自然渗透作用下，盐化后或淡化后的井液或盐水柱将随时间发生变化和移动，其变化和移动幅度的大小主要取决于地下水的渗透速度。用井液电阻率仪记录井液在不同深度和时间的电阻率变化情况，可大体确定含水层。

表1 含水层测井参数响应值对照表

3 成果解释

3.1 常规测井解释成果

对所测参数比照钻孔取芯进行综合分析，确定各地层含水层的物性参数数据范围，见表1。按照划分含水层的理论依据，若3种以上物性参数数据符合表中岩性的数据范围就可对含水层进行定性，并在2种不同岩性测井曲线的界面上，以自然伽玛1/2幅值、电阻率拐点为定厚原则对所测钻孔作含水层解释与划分。划分成果如图1、图2、图3所示。

图1 志丹群含水层测井曲线形态图

图2 安定组、直罗组含水层测井曲线形态图

3.2 扩散法测井解释成果

本次测量变化形态上志丹群含水层扩散法测井曲线变化明显，幅值较高，界面清晰；安定组、直罗组含水层以及2-2至6-2煤间含水层矿化度较高，不管是盐化法还是淡化法其大部分钻孔曲线反映微弱，幅值较低，用于分析则利用程度较差，该区域划分含水层为扩散法曲线结合自然电位、自然伽玛，密度、三侧向电阻率等常规曲线综合完成，而且扩散法测井曲线仅作为参考，而常规曲线为最终划分依据。扩散法测井曲线变化形态如图4、图5、图6所示。

图3 2-2至6-2煤间含水层测井曲线形态图

图4 志丹群扩散法测井曲线形态图

图5 安定组、直罗组含水层扩散法测井曲线形态图

图6 2-2至6-2煤间含水层扩散法测井曲线形态图

3.3 存在问题

常规测井曲线在该地区划分含水层反映非常清晰明显，在其他区域未必有这样显著的物性特征。若要在新区域或不同的地质环境下采取这种方法准确划分含水层，需根据该地区的具体的情况结合岩芯岩性，确定出该地区特有的测井物性参数数据范围以及曲线组合，才能准确划分含水层。

扩散法测井在实际工作中很难做到准确划分含水层。影响因素有以下几个方面：①矿化度过高。矿化度过高后只能用向钻孔中注入清水的淡化法进行，大大增加施工难度；②钻孔过深。在深孔中投盐，很难做到盐化均匀，有时甚至未到目的层位，盐袋或盐罐中的盐化物已经化完，不能有效产生钻孔井液与地层含水层的浓度差；③含水层曲线反映微弱，地下水活动活跃的情况下，盐化曲线才有明显变化，但有些含水层水力坡度很小，仅依靠自然扩散反映过于微弱，即使在超过一星期不发生变化的情况也存在，虽增加施工工期，却不能解决实际问题；④出现难以区分隔水层现象，各个含水层之间存在压力差时，在钻孔中会出现上下流动现象，此时2层或多层含水层间隔水层位置的测井曲线因串流覆盖现象难以区分；⑤盐化曲线界面误差过大，在反映异常明显，界面清晰的曲线上划分含水层，界面误差甚至出现超过2～3 m的情况。