普通電阻率測井在水利工程中的應用

李吉艷

摘 要：文章簡述電阻率測井的基本工作原理及工作方法，結合某工程應用實例，實例分析證明電阻率測井能正確地劃分地下水、含水層和隔水層的深度和厚度，有利于工程的順利施工，可供參考。

關鍵詞：電阻率測井 野外數(shù)據(jù)采集 資料解釋

1.基本原理

地球物理測井有多種方法，其中電阻率測井是最常見、最普通的方法之一，其使用也是最廣泛的。地層電阻率無法直接呈現(xiàn)或直接測量得到的物理量，當人為地、有意識地向井內(nèi)供入直流電流，經(jīng)過電法儀的記錄，才能了解到井內(nèi)不同深度的電阻率情況，從而繪制出電阻率曲線，進行劃分地層。電阻率測井是把1個供電電極、2個測量電極放入井內(nèi)，另外一個供電電極放入泥漿池內(nèi)，測量井內(nèi)不同深度地層電阻率的曲線變化。測量電極系的結構、供電電流以及測量電位差的影響，都能影響均一介質中的電阻率，如果供電電流和電極系結構為固定量時，均一介質的電阻率與測量電位差就成正比；實際工作中介質肯定不是均一的，地層不同，由于孔內(nèi)井徑的大小不同、泥漿電阻率不同、上下圍巖及電極距等綜合因素的影響，測試時獲取的參數(shù)并不等于地層的真電阻率，因此稱其為視電阻率；測試所得電阻率并不代表某個地層的真電阻率，也不是電極周邊介質電阻率的平均值，而是在一定的范圍內(nèi)地層電阻率受綜合因素影響的電阻率值。視電阻率是反映巖石和礦石電性變化的重要參數(shù)之一，通常用ρs表示，單位為Ω·m。

視電阻率計算公式如式（1）所示。

雖然視電阻率Ra受到許多因素的影響而不等于真電阻率R，但視電阻Ra卻與真電阻率R有一定的關系，如式（2）。

式（2）中：Rm-井內(nèi)的泥漿電阻率；d-水井井徑；Ri-井內(nèi)泥漿侵入帶的電阻率；D-侵入帶直徑；L-電極距；h-地層層厚；Rs-圍巖的電阻率；Rt-目的層電阻率。測試過程中自孔底往上做連續(xù)測試，連續(xù)記錄電阻率的變化情況，將得到一條井內(nèi)不同深度的地層電阻率曲線。

電極分供電電極、和測量電極，習慣把A、B叫供電電極，M、N稱為測量電極，測試中點為O。測量時將供電電極A或B，測量電極M 、N放入井內(nèi)（也稱電極系），地面井內(nèi)的泥漿池中把另一個供電電極A 或B 放入，就能形成一個完整的接收回路電極，電纜電極系放入井內(nèi)的底部、電纜上部和地面上的電源和直流電法儀相連接。電極系在井內(nèi)不同深度測試時，供電電極A、B提供電流I 。地面直流電法儀測量時將完整的記錄測量電極 M、N電極間的電壓U、電流I、視電阻率R。

2.野外數(shù)據(jù)采集及資料解釋

2.1野外數(shù)據(jù)采集

本次工作使用的儀器設備為1臺DZD-6A多功能直流電法儀，外部供電使用電池箱組、1根電阻率測井電纜。電纜底部加上重錘，確保電纜能完全下入井底，無窮遠極放入井邊泥漿池內(nèi)，設置好儀器參數(shù)，測試時自孔底向上連續(xù)測試，測試點距0.5m～1.0m。測試過程中每測試一次記錄好電壓、電流、電阻率及相應的井深，觀察測試數(shù)據(jù)是否正常，發(fā)現(xiàn)異常則進行復測。

電位電極系的供電電極A、B，測量電極M、N，測試中點為O：當供電電極在測量電極兩端時稱之為頂部梯度裝置；當供電電極在測量電極一端時稱之為底部梯度裝置。兩種裝置排列方式見圖1，本次測試工作中MN=0.15m，OA=1.5m的三極裝置，B極為無窮遠極。首先用頂部梯度裝置，頂部梯度裝置測試完成后用底部梯度裝置再測試1次。頂部梯度裝置可測試出水位頂板，底部梯度裝置可測試出水位底板。

2.2資料解釋

首先根據(jù)儀器采集的電阻率數(shù)據(jù)，把井深、電阻率填入word表格內(nèi)，表格處理后繪制到CAD，電阻率曲線在CAD中以曲線的形式呈現(xiàn)，繪制出頂部、底部梯度兩種裝置的電阻率曲線，然后根據(jù)電阻率曲線的變化、地質前期資料及水井情況，綜合分析劃分出地層界線，頂部梯度可分析出水位的頂板位置、底部裝置可分析出水位的底板位置，圖中標上地層情況、給出隔水層、含水層的深度和厚度。

3.工程實例

某引水工程采用隧洞引水，全程430km，各個工程段工程用水采用附近區(qū)域就地打水井，通過泵站逐級引水供應本工程用水。收集到一區(qū)為低山丘陵區(qū)、地形平坦，地表植被覆蓋；局部有基巖出露（花崗巖），附近低洼處植被茂盛、個別可見地下水。前期進行地下水位地質調查、周邊牧民水井情況、物探剖面測試等綜合分析，確定水井位置。水井口徑大，取芯困難，只能大概了解地層情況。分析水井資料及前期電法資料，表層為沖積物砂礫石層，電阻率在100～300Ω·m；中部為Q2泥質膠結砂礫石，電阻率在50～130Ω·m；底部基巖（花崗巖）電阻率在150～400Ω·m。由于電法資料只能定性解釋，無法定量解釋，具體位置需要通過對水井測試分析得出。對電阻率數(shù)據(jù)的采集并繪制出電阻率曲線（見圖2），水井深100m，對電阻率曲線的分析不難得出，頂部梯度裝置分析出含水層的頂板在70m，底部梯度裝置分析出含水層的底板在89m?？傻贸鼋Y論：表層隔水層砂礫石層厚度70m，Q2泥質膠結砂礫石 70～89m為相對含水層、厚度19m，花崗巖埋深89m為相對隔水層。

二區(qū)位于沖溝低洼處、地形平坦，地表植被茂盛，基巖埋深較深（>200m），對覆蓋層內(nèi)查找含水層位置。前期物探剖面測試表明：表層為沖積含土砂礫石層，中部地層為砂礫石層，底部為中細砂層。前期電法資料顯示表層含土砂礫石層電阻率在200～300Ω·m；中部砂礫石層電阻率在80～160Ω·m；底部中細砂層電阻率在60～100Ω·m。水井深，80m，測井曲線見圖3，對測井曲線進行分析，頂部梯度裝置確定含水層頂部位置在44m，底部梯度裝置為能測試出含水層底板位置，主要是水井深度不夠或含水層厚度較厚。結論：隔水層厚度在44m，44m以下為含水層（中部砂礫石層、底部中細砂層）、厚度>36m。

兩區(qū)通過物探電阻率測試劃分的隔水層、含水層深度和厚度劃分，根據(jù)劃分情況井內(nèi)放入不同的實管和花管。實管放入隔水層，周邊完全密封，避免有土塊、砂礫等掉入井底；花管放入含水層，周邊網(wǎng)格狀，方便地下水的滲入。抽水試驗得出的數(shù)據(jù)，證明電阻率測井劃分含水層、隔水層的深度和厚度應用效果較好，能滿足本工程用水。

4.結束語

綜上所述，通過上述工程實例可看出：普通電阻率測井可較好地劃分含水層、隔水層的界線，但需充分了解當?shù)氐貙与娮杪是闆r，若地層情況不明、則需進行周邊剖面測試了解地層電阻率；頂部梯度裝置可測試出水位頂板，底部梯度裝置可測試出水位底板，兩種裝置相互結合能準確劃分含水層的深度和厚度。

參考文獻：

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