普通视电阻率测井在水源井工程中的应用

武军锋，王 涛

(陕西省一三九煤田地质水文地质有限公司，陕西 渭南 714000)

0 引言

在水文测井中，通常采用普通电极系装置的视电阻率法[1-3]。通过测井外业数据采集一般可获得视电阻率与自然电位2条测井曲线，若要测得高质量的测井曲线并非易事，电极系、电阻率的刻度、测速等参数尤为关键，地面电极的布置条件亦影响测井曲线的质量[4-6]。若要采集到高质量的测井数据，必须严格按照规范并结合生产实践经验。此外，运用测井曲线划分地层岩性，结合区域水文地质确定含水层，构建涌水量预测回归模型预测水量，则需要一定的专业知识与测井经验积累。因此，为提高水文测井的工作质量，本文对普通视电阻率测井的生产实践与应用展开探讨。

1 测井方法

水文测井中通常采用以普通视电阻率测井为主、自然电位测井为辅的工作方法。视电阻率曲线反映了地层的岩性特征，可作为划分地层的主导曲线，自然电位曲线可作为划分渗透性与非渗透性地层的重要依据[7-9]。在咸水地区自然电位测井可弥补视电阻率测井的不足，2种测井方法分别独立又互为补充。

1.1 视电阻率测井

在实际工作中，根据电极系装置形式不同而出现不同的视电阻率测井方法。在水文测井中最常用到的有普通电极系的视电阻率测井(简称普通视电阻率测井)、微电极系测井以及井液电阻率测井等方法，这些方法从不同角度反映岩层的特性，各有其适用性。其中以普通视电阻率测井方法应用最为广泛，同时也是最基本的一种测井方法。

1.1.1 电极系的技术要求

视电阻率测井使用普通电极系，由于其成本小、适用性强及易维修的优点而得到普遍应用。普通电极系下井电极由3个电极组成，有2种组合方式，1个供电电极与2个测量电极，第4个电极作为供电电极接在井口套管上；2个供电电极与1个测量电极，第4个电极作为测量电极放在与井液相同的泥浆槽中。这里重点介绍实际工作中常用的理想梯度电极系与理想电位电极系，制作电极系通常选用稳定性较好的铅作为原材料，电极直径不大于3 cm，电极长度不大于3～5 cm。理想梯度电极系要求成对电极间距小于电极距的0.2～0.4倍。倒装梯度电极系能明显地以极大值反映出高阻岩层的顶界面，正装梯度电极系能明显地以极大值划分出高阻岩层的底界面。理想电位电极系要求成对电极间距不小于电极距的9倍，实际工作中通常将成对电极中距离不成对电极较远的1个电极布置在地面上，下井电极系上只有1个供电电极与1个测量电极。电极距的选择在下文详细介绍。

1.1.2 视电阻率曲线的影响因素

了解视电阻率曲线的影响因素有利于对测井曲线进行解释。视电阻率测井是沿井深纵向采取参数样点，仪器记录的视电阻率值与电极系周围地层岩石电阻率有关外，还与地层厚度、井径、泥浆电阻率、泥浆渗透程度以及电极系结构和类型等因素有关。随泥浆与岩层电阻率差异增大，亦随井径变大而影响增大，因此对于大口径钻孔采用普通视电阻率测井一般效果不理想。当岩层厚度较小时，在电极系探测范围内的几个地层对测量结果均有影响，尤其是薄层影响更为明显，使曲线变得复杂，增加了曲线解释的难度，因此运用普通视电阻率测井不利于划分薄层。此外，应根据地质任务并结合测区条件选择最佳电极距，视电阻率曲线能够清晰反映井剖面上的目的层与含水层等，是对最佳电极距的基本要求；在同一地区为了进行井剖面的对比，最好选择统一的电极距。在水文测井中，平原地区一般使用电极距为0.25～0.75 m的电位电极系，2～4 m电极距的梯度电极系较适宜。

1.1.3 测井数据采集技术要求

为了定量解释视电阻率测井曲线，在测井前应对仪器进行刻度。刻度的质量直接影响视电阻率曲线定量解释的精度，首先要正确连接刻度的线路，一般选择刻度电阻100 Ω档，根据当地电阻率的大致范围，调节拨码开关，使得输出既不溢出，又有较高的灵敏度，反映岩性的最大幅度应为满测程的4/5左右为佳。“供电量程”用于调节供电电压。电极系供电模式为交流恒流，大的供电电流需要较高的供电电压来保证其恒流特性，一般调在25、50即可满足技术要求。“供电微调”用于调节供电电流。供电电流越大，抗干扰能力越强。一般供电电流大于10 mA即可满足技术要求。通过上列各项调节旋钮的配合使用完成电阻率刻度，此时应保持“拨码开关”“供电量程”和“供电微调”三者在测井过程中的稳定。

1.2 自然电位测井

自然电位测井是利用钻孔中自然电场的变化来研究钻孔剖面中岩性的变化，进一步判断含水层位置与含水性，解决与自然电位相关的地质问题(例如结合视电阻率测井划分咸淡水界面)。自然电位测井必须重视测量技术条件，压制干扰，要求在循环井液后优先测量，以防基线偏移。地面电极应放在参考电位稳定的地方，游散电流干扰大时，可将N极接套管上，亦可将铠装电缆外皮作N极。在岩性较纯的黏土、泥岩或页岩上选取基线，并保持正负极正确。

水文钻孔中以砂泥岩岩性结构为主的地质剖面，扩散-吸附作用占主导地位。因此扩散-吸附电位成为研究重点。通常情况下，泥岩与黏土具有稳定的自然电位值而作为自然电位的基线，当地层水的矿化度大于泥浆的矿化度时，砂岩层的自然电位呈现负异常。相反，若当地层水的矿化度小于泥浆的矿化度时，砂岩层的自然电位呈现正异常。自然电位曲线的幅值与地层厚度成正比关系，而与井径和岩层电阻率成反比关系。在定量解释时必须考虑以上各种因素对自然电位幅值的影响，并进行校正。

2 测井曲线解释及应用

实际测井工作中，视电阻率曲线反映了地层的岩性特征，可作为划分地层的主导曲线，自然电位曲线则可以作为划分渗透性与非渗透性地层的依据[10-12]。岩层的渗透性决定了其含水性，具有渗透性的砂层相对于泥岩层，其自然电位呈现高异常。具体有2种情况，当地层水矿化度低于泥浆矿化度时，渗透性砂层在自然电位曲线上为正异常，这种情况一般为淡水层；反之则为负异常，这就是咸水层的自然电位曲线特征。首先要了解测井技术条件及说明，一般水文测井选择深度比例尺为1∶200，详细研究井段采用比例尺为1∶50，横向比例尺以电阻率刻度值为准。采用测井解释软件进行测井外采数据处理，消除测井的影响因素，达到去伪存真的目的，排除多解性，确定解释模型，最终通过科学合理的测井曲线解释，以获取水文地质信息。

2.1 划分钻孔地质剖面

采用视电阻率测井曲线按照岩石电阻率差异来划分井剖面。在第四系松散层或砂泥岩地层中，由于胶结性较差的砂层岩芯采取率一般较低，薄层更易丢失，测井建立的井剖面可以弥补钻探之不足，测井与钻探在判层方面又可相互检验。在地层比较稳定、电性差异明显且有标志层时，应用视电阻率曲线亦可进行剖面对比。测井曲线解释时应充分考虑井径、泥浆性质、岩层厚度及邻层影响等因素，使所测视电阻率更接近岩石真电阻率。

2.2 确定含水层位置与厚度

含淡水的砂层相对于邻层的黏土或泥岩为高阻。含咸水的砂层为低阻，这种情况可运用自然电位测井曲线划分含水层。在石灰岩较大裂隙或溶洞中充水时视电阻率曲线通常为低阻特征，此时确定含水层应在高阻层里寻低阻段。在采用理想电极系时，以高阻含水层为例介绍运用视电阻率曲线分层方法。采用视电阻率梯度曲线分层，岩层厚度(h)大于电极距(AO)时，分层界面明显，极大值与极小值对应位置即为分层位置。如图1所示，h

图1 h

图2 5AO划分岩层厚度方法Fig.2 The method of dividing the thickness of rock layers with h>5AO

图3 AM

2.3 确定岩石真电阻率

在水文测井中通常使用近似法确定岩石真电阻率值，当地层厚度远大于井径时，视电阻率值受围岩和泥浆影响较小，此时电位视电阻率曲线的极大值或梯度视电阻率曲线的平均值可作为岩石真电阻率值。如图4所示，以梯度曲线为例，真电阻率值可用面积求补法获得。依据极值点确定岩层界面，在曲线异常1/2位置做横轴的垂线，调整垂线位置使图中面积S=S1，垂线对应的视电阻率值(40 Ω·M)即为岩石真电阻率。

图4 利用面积求补法确定岩石真电阻率示意Fig.4 Determination of true resistivity of rock by area complement method

2.4 预测水量

基岩井水量预测受地质构造等因素的影响而变得复杂，本文只涉及第四系松散层钻孔涌水量预测。通过同一水文地质单元在测水井与已建成水井的对比分析进行水量预测，具体为运用测井所得含水层岩性、厚度、渗透性等参数，采用数理统计方法对区内水井的水量和视电阻率数据进行分析，建立了该地区水井的水量预测回归模型。选用一眼水井实测数据对预测回归模型进行检验，实际涌水量与模拟值进行比较，进而采用该回归模型对其他供水井的水量进行了预测。结果表明，在第四系松散层的水井施工中，所建立的涌水量预测回归模型可在成井与抽水前预先估算钻孔涌水量，可为地质与钻探决策提供一定科学依据。

3 结语

普通视电阻率法在水文测井方面适用性强，技术上已趋于成熟。测井曲线一般应用于划分岩层、确定含水层与岩石真电阻率等，也可采用视电阻率曲线进行岩相沉积环境分析，建立“水量预测回归模型”预测拟建井水量等。通过长期的水文测井生产实践，系统性地总结该测井方法，运用测井规范严格控制工作过程，获得高质量的测井成果。同时，坚持在生产实践与理论研究中不断创新，便可运用普通视电阻率测井解译更为广泛的地质信息。