地球物理测井在水文地质勘察中的应用（研究生毕业论文）

地球物理测井在水文地质勘察中的应用（研究生毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ） （2009 — 2010 学年第 2 学期） 36 2 注意事项： 1、 以上各项由研究生本人认真填写； 2、 研究生课程论文应符合一般学术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，具 有一定学术价值，严禁抄袭或应付；凡学 校检查或抽查不合格者，一律取消该门课 程成绩和学分，并按有关规定追究相关人 员 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 ； 3、 论文得分由批阅人填写，并签字确认；批 阅人应根据作业质量客观、公正的签写批 阅意见（原则上不少于50字）； 4、 原则上要求所有课程论文均须用A4纸打 印，加装本封面，左侧装订； 5、 课程论文由学生所在学院（系）统一保存， 以备查用。 摘要：物探—地球物理勘探的简称，它之所以能够解决或查明有关地质和 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 问题，是 因为所要探测的地质对象与周围介质间存在某种物性差异，而这种物性差异可影响被寻 找地质体周围某种天然或人工物理场的分布特征，物探技术就是利用先进的物探仪器来 摄取这些物理场的分布并与均质条件下的物理场相比较，找出差异的部分来研究与勘探 对象之间的关系，达到解决地质问题或工程问题之目的。地球物理测井简称测井，是在 钻孔中使用测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以辨别地下岩石和流体性质的 方法，是勘探和开发油气田的重要手段。地球物理测井可以在水文钻孔中获得丰富的物 性和位场信息，所以它已经成为一种十分重要的水文地质勘察手段。现在地球物理测井 包含有几十种不同物理原理的井下测量方法，而且各种方法每年都在不断地发展改进并 不断有新的方法出现。通过对国内外这些年水文测井研究与应用工作的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 总结，可以 充分了解应用于水文地质勘察的各种测井仪器与方法的发展过程，进而对各种水文测井 方法的应用原理进行分类总结，然后根据国内外水文测井工作的实例分析不同地质环境 中水文地质单元的测井响应特征，同时总结各水文测井方法适用于解决哪些具体问题。 这样就可以为我国今后的水文测井研究和水文地质勘察工作提供一些有用的参考和帮 助。 关键词：物探原理；水文地质；勘察；测井；应用 物探技术方法门类众多，但其依据的原理和使用的仪器设备也各有不同。随着科学 技术的进步，物探技术的发展日趋成熟，新的方法技术不断涌现。几年前还认为无法解 决的问题，现在由于某种新方法、新技术、新仪器的出现，这些问题都迎刃而解的实例 是常见的。物探技术是地质科学中一门新兴的、活跃的、发展很快的学科，它又是工程 勘察的重要方法之一，在某种程度上讲，它的应用与发展已成为衡量地质勘察现代化水 平的重要标志。 1 物探技术分类 根据生产实践经验和技术水平，按其研究及服务对象的不同，物探技术的应用基本 上可分为5 个方面。 1.1 水文地质工程地质勘察 通过物探测试，可以查明一定的地质单元的空间结构、性质和状态。如工程区覆盖 层探测、基岩风化层探测、地质构造探测、软弱夹层探测等。物探工作的先行，不仅对 指导合理布置勘探工程、减少勘探工作量、加速地质调查速度、降低勘探成本、提高地 质勘探质量等作用，而且其成果已为很多工程实例所证实。 1.2 灾害及环境地质调查 灾害及环境地质调查包括：评价工程场区初始地震危险性的地震影响参数的测定； 边坡蠕变特性的监测；滑坡体探测以及隧道、涵洞和地下洞室开挖的超前预报和监测等。 1 1.3 考古研究与地下管线探测考古研究与地下管线探测包括：古文化遗址的研究与发掘， 文物表面腐蚀程度评价以及古代人文活动规律的评定等；地下管线探测应包括埋藏的通 讯、电力电缆，各种金属和非金属管道的走向、埋深、位置等参数的确定。 1.4 工程质量检测 工程质量检测包括：查明施工基础剥掘参数，确定开挖界线；隧道洞室高压喷浆质 量和衬砌厚度测定；检测灌浆质量；查明混凝土浇筑和桩基质量等。 1.5 工程运行动态监测 研究建筑物和水库在施工及运行期间岩体的动态及隐患，测定大坝自振频率和坝体 的振动、位移以及谐振的可能；进行动力机械与冲击荷载下振动测量以监视坝体和其它 水工建筑物的稳定性。另外，还可以研究堤坝、库岸的各种隐患，如堤坝裂缝、集中渗 漏、管涌通道等。 目前，我国拥有的淡水资源总量居世界第六位，人均淡水资源为世界人均量的四分 之一，居世界第一百零九位，属全世界十三个严重缺水国家之一。尤其是我国西部大部 分地区水资源本身就少且储藏较深不太容易勘探和开发，西南地区水文地质条件非常复 杂也很难勘探开发。所以，我国今后还有大量的水文地质勘察工作需要进行。 目前，水文地质勘察中常用的勘探方法有：钻探、坑探、槽探和物探等。其中物探 方法包括：地面物探方法和地球物理测井两大类。地面物探方法又包括电法、磁法、人 工地震和重力勘探，重力和磁法多用于区域性水文地质调查，人工地震和电法勘探多用 于对地下目标体的性质和位置进行大体判断的专门性水文地质调查，其中应用最广泛的 是电法勘探。地球物理测井主要是配合地质钻探对钻孔内的水文地质状况进行精确探 测。目前，许多测井方法(如：电阻率测井、自然电位测井、放射性测井、声波测井、 热测井等) 都可以配合钻探取心和水文地质资料，用于钻孔剖面的分层，判断含水层 (带) ，岩溶发育带和咸淡水分界面位置(深度) 以及确定水文地质参数等。当采用无心钻进或取心不足时，测井更是不可缺少的探测手段。地球物理测井的地质、水文地质解 释精度，远比其他地面物探方法要高。对于确定钻孔中的岩层分界面和出水裂隙段位置 [1 ] 的可靠性和精度，有时甚至比钻探取心还高。 国外水文地质勘察起步比较早，美国19 世纪50 年代就逐步把各种石油测井方法引 [2 ]入地下水勘察工作中 。国内从19 世纪80 年代到现在也发展起来一套水文测井方法和设备。 1 水文地质测井方法及仪器设备情况 目前，国内水文地质勘探中常用的测井方法有：电法测井(包括视电阻率法、井液电阻率测井、自然电位测井) ：放射性测井(包括自然伽马测井，伽马- 伽马测井，中子 测井，和放射性同位素测井) ：声波测井：井温测井。还有速度流量测井、水位计测井、 [1 ]井径测井等 。 2 上述物探测井方法，除可以完成钻孔地质剖面的测量任务外，还可以测出(或粗略的测定) 含水层的水文地质参数和岩石的工程力学性质，也可以解决某些水井工程的特 殊问题(如井径、井斜等) 。主要测井方法及其所能解决的水文地质问题列于表1。 表一 水文勘查中常用的测井方法 测井方法 主要作用 备注 自然电位 可以确定地下水的矿化度和咸淡水分界所得矿化度的数值存在一定的误 面，估计地层的泥质含量。 差，但能够满足一般勘察要求 视电阻率测井 除划分钻孔地层剖面外，主要用于确定含用途广泛，很常用 水层的位置及厚度，测定岩石电阻率参 数，计算矿化度 井液电阻率测确定钻孔中含水层的位置和厚度，比较含能够定性确定部分含水层，特别是 井 水层的富水性，求地下水的渗透速度和间最下面的含水层 接计算渗透系数 自然伽马测井 可以确定地层的泥质含量，划分含水层和测量简单，比较有效，很常用 隔水层 伽马-伽马测井 可按密度区分岩性，划分剖面，确定含水课间接计算砂岩的粒度中值 层和岩性的孔隙度 中子测井 用于划分岩性，查明含水层，确定孔隙度对含水层的探测很有效 和测定含水量 放射性同位素同位素示踪法是目前测定地下水流向，流还可以确定井内出水和套管破裂位 测井 速，渗透系数，和水质弥散系数的主要方置，寻找水库渗漏通道 法 声波测井 主要用于测定岩石的孔隙度，也用于划分分辨率高 岩性，作地层对比，划分含水破裂带 侧地温梯度，测定井内进（漏）水位置 一定能够确定含水层的顶或底某一 温度测井 界面，可能会漏掉局部含水层 能测算出钻孔中各个含水层的厚度，流难于定量解释，往往会漏掉弱含水 速度流量测井 速，流量以及渗透系数、导水系数等水文层 地质参数 水位计测井法 可以进行河流水位的观测 水文观测站的重要观测手段 井径测井 探测井壁的垮塌和套管的损坏情况 能指示破坏带的位置 超声成像 可以提供全井壁的图示，指示裂缝构造 纵向连续性好 另外，国内现在有些石油测井方法，如成像测井，核磁共振测井在水文地质勘察中 使用还较少。以后这些方法必将逐渐投入到水文测井工作中，为更好地解决各种水文地 3 质问题服务。 国内比较先进的仪器有重庆地质仪器厂生产的JBS21 型数字测井系统，还有与之配套的 [3 ]一系列软件，能够进行各种工程和水文钻孔的测井项目 。煤炭部煤田地质总局于1982 年研制成功MDS21 型流速流量测井仪，并广泛应用于煤田和水文地质勘探中。1998 年后水利部长江勘测技术研究所研制出适用于水文工程地质勘察一体化的XSC2II 型小口径声波全波列测井系统(探头外径50mm) 和一套钻孔彩色电视全孔壁成像系统，其应用 [4 ]效果可与国外同类产品相媲美 。 从20 世纪50 年代到90 年代，我国煤田系统先后研制出一系列测井仪器(从电阻率测井仪到声波扫描成像测井仪) ，这些仪器在水文地质勘察中起了非常大的作用。20 世纪90 年代初， 水电系统引进了日本OYO 公司生产的3000 系列综合测井仪代替了使用 多年的国产JBT22 型测井仪。3000 系列综合测井仪采用了较多先进的集成电路，因此 更轻便、精确，自动化程度也较高。这种仪器采用的是二极法测井， 与国产的三极法 [3 ]测井有所区别 。后来日本推出的3400 型综合测井仪测量精度和结构更加标准，能够 进行自然伽马、声波时差，井径，井温，流量等测井。国外在水文地质勘察中除了使用 上述测井方法外，近年来还投入电磁感应测井，高精度流量测井，井下雷达测量和各种 成像测井方法。美国还专门针对水文勘察类浅井测井的需要研制了一种便携式测井系 统。 2 应用原理及资料解释 地球物理测井为水文地质勘察提供了一种有效的测量手段。它在寻找含水层，分析 地下水分布，评价地下水质量，探测岩溶，分析地层构造等水文地质勘察工作中发挥着 极其重要的作用，而且有许多优点。这是因为测井技术有严密的物理数学原理作为理论 基础，并有许多完善的资料处理方法可供使用。 2.1 应用原理 1) 划分含水层和隔水层： 正确地划分含水层，确定层位及厚度，以及研究它们之间的 相互关系，这是无论哪种水文地质勘探工作都必须先要解决的问题。视电阻率测井，井 液电阻率测井，伽马—伽马测井，中子测井，声波测井等方法都可以用于划分含水层和 隔水层，有些方法还可以确定含水层的厚度和位置。因为含水层通常比围岩的电阻率要 小一些，孔隙度要大一些，密度要小一些，这些物性差异使得划分含水层变得较容易。 2) 进行地下水矿化度测量： 当地层水的矿化度越高时，地层电阻率值越低。2002 年赵发展等人提出了一种利用石油测井数据(主要为自然电位曲线) 计算地层水矿化度的 方法，因为可以根据自然电位测井曲线的异常值求取地层水的电阻率，然后根据地层水 电阻率与矿化度的反比关系计算出地层水的矿化度。从而开发了石油测井数据在水文地 [5]质中的应用，降低了单纯利用水文取样，由于样点少，矿化度预测精度低的缺点 。 3) 判断裂隙及其泥质含量： 裂隙在测井响应上通常表现为声波时差较大，电阻率较小， 密度也偏低。如果裂隙存在，那么裂隙中填充的泥质越多自然伽马测井值就越大。 4) 岩溶水勘察： 声波曲线能直接反映裂隙层位：当溶洞中含水时，自然伽马曲线幅值 4 略低，进而可判断其富水性：在岩溶、裂隙发育处，会出现井径扩大的现象，所以，利 用井径曲线也可以判断岩溶裂隙发育程度。 5) 划分钻孔地层岩性：不同岩石的密度，电阻率，波阻抗，孔隙度等参数都会存在着 一定的差异。根据这些物性差异，通常综合电阻率测井、声波测井、密度测井、中子孔 隙度测井等资料就可以划分钻孔的岩性剖面。 6) 其他几种测井资料的应用原理 流量测井： 该方法基于多层混合井流理论(当钻孔揭穿多个含水层后，由于含水层的水位不等，富水性强弱不均，高水位含水层补给低水位含水层，然后就形成一个混合 静水位，凡单层静水位高于混合静水位的含水层都出水，反之则吸水，这样钻孔中就存 在有垂向运动) ，测量垂向流速和横向井径并换算成流量，就可得到各段含水层的出水 [9 ] 量和吸水量、进而确定含水层的位置、厚度等参数。 井温测井：井温资料反映的不仅是地温梯度的变化，而且是地下水以及井液在钻孔 中的综合影响。 由于水的导热性较岩石的导热性大，地下水的温度往往使地温梯度变小、井温曲线 变陡，因而从井温曲线的变化，可分析出含、隔水层的位置，而通过多孔井温资料在平 面上的变化规律，可进一步判断地下水的径流方向：各含水层的水温不完全相同，含水 [3 ] 层的水温与其上下围岩岩温有差异，一般相差1～2?C ，最大相差高达10?C 之多。 水位计测井：基本原理通常是由静水压力来计算水位的高程。目前在水位自动化监测系 统中多采用轴角编码器的浮子式水位传感器(俗称“码盘”) ，该设备虽然具有受水质与 气候环境影响小、价格低廉、稳定可靠、使用维修方便、无温漂时漂和掉电记忆等特点 [6 ] 。 2. 2 资料解释 现在水文地质测井资料的解释更多局限于定性的解释，定量解释尚处于探索阶段， 因此目前针对水文地质测井资料的处理解释方法还不太多，完善的专业软件也比较缺 乏。石油测井解释方法虽然可以解决一些水文工程问题，但仍有些问题不能直接被解决， 如单位涌水量，地层富水性、导水系数等参数的确定。 当然也有许多人做了一些尝试性的工作。1997 年周延奎提出了几种参数的解释模型：矿化度解释模型，导水系数解释模型，渗透系数解释模型，孔隙度解释模型，泥质 含量解释模型，单位涌水量解释模型和粒度中值解释模型。这些模型多从石油测井理论 中发展而来，虽然能够解决许多问题，但需要根据不同地区的地质条件进行适当修改， [7 ]决不能简单地套用 。1998 年张建荣通过对多年积累的水文物探资料的分析研究，发 现含水层的电性特征与地下水矿化度之间存在着幂函数的变化规律，并给出经验公式 [8 ] 。 由于测井得到的物性参数比较多，所以现在许多非线性的反演方法在测井解释中都 取得较好的效果，例如：神经网络、模拟退火、分形、模糊识别等方法已经用于测井解 [9 ]释 。 5 三、 随着我国西部大开发脚步的不断加快，西部地区的水资源开发就变得十分重要。在 这些地区开展水文地质勘察工作有较大的难度，而地球物理测井技术具有遥测和透视功 能，且自动化程度高，效率高，成本低，在以后的水文地质勘察和地下水评价和监测中 是一种非常理想的探测手段。 应该提倡将多种水文测井方法结合，水文测井与地面地球物理方法结合，使勘探的 横向和纵向分辨能力都得到加强。这样不仅可以验证单一方法的可靠性，而且能够弥补 单一方法的不足，使得水文地质勘察的精度不断提高。 6 参考文献： [1 ] 房佩贤，卫中鼎，廖资生. 专门水文地质学. 北京:地质出版社，1996. 29～30. [2 ] Eric W. Strom. Hydrologic Interpretations of Natural Gam2ma Logs for Memphis ， Tennessee Area. U. S. GeologicalSurvey - Water - Resources Investigations Report ， Ten2nessee ， USA ，1998. 43. [3] 方华. 二极法测井曲线的测试和解释方法. 电力勘测，1994 ，8 (4) :33～37. [4 ] 范中原，许刚林. 综合物探技术研究及其应用. 水力发电，2001 ，10 (8) :30～31. [5 ] 赵发展，戚洪彬，王赞. 地层水矿化度检测的地球物理测井方法. 水文地质工程地质，2002 ，17 (3) :551～558. [6 ] 陈玉. 浮锤分管式水位测井制作与安装. 江苏水利，2003 ，3 (7) :25～26. [7 ] 周延奎. 水文物探测井解释模型研究. 水文地质工程地质，1997 ，24(3) :47～50. ZHOU Yankui. Research on interpretation mode of hydro2logical well logging. Hydrogeology and Engineering Geology ， 1997 ， 24 (3) : 47～50. [8 ] 张建荣. 电测深及水文测井在塔里木盆地寻找地下淡水体的研究. 水文地质工程地质，1998 ，25 (6) :54～58. [9 ] 刘全稳. 测井神经网络技术综述. 石油地球物理勘探，1996 ，31 (增刊1) :64～69. 7