利用地球物理測(cè)井技術(shù)劃分臺(tái)格廟地區(qū)含水層

趙云偉

(陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊(duì)，陜西 榆林 719000)

0 引言

水文地質(zhì)勘探通常運(yùn)用多種手段來(lái)劃分含水層的位置，其中包括地球物理測(cè)井技術(shù)。隨著該技術(shù)的不斷進(jìn)步和識(shí)別含水層位置的準(zhǔn)確度和精確度越來(lái)越高，正在被廣泛應(yīng)用于各種水文地質(zhì)勘探工作中。水文勘探項(xiàng)目中，通常通過(guò)鉆探取芯來(lái)判斷含水層的位置及巖性，但由于各種原因施工過(guò)程常常采取率不足，僅僅通過(guò)巖芯巖性的判斷，對(duì)劃分含水層造成很大不便。文中確定了臺(tái)格廟地區(qū)使用測(cè)井技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確劃分含水層。該方法不但可以彌補(bǔ)鉆探巖芯采取率低下造成的資料缺失，也可以有效降低勘探項(xiàng)目的施工費(fèi)用。

1 含水層地質(zhì)特性及其確定依據(jù)

1.1 含水層地質(zhì)特性

該區(qū)域地處鄂爾多斯盆地中部，地層主要為沉積巖地層，礦區(qū)含水層一般劃分為新生界松散層孔隙潛水含水層和中生界碎屑巖裂隙承壓水含水層2大類，含水層總體為松散巖類孔隙水與碎屑巖類孔隙、裂隙水，因此孔隙、裂隙大的巖層為含水層；無(wú)裂隙的泥巖、粉沙巖、沙質(zhì)泥巖等為隔水層。由于該區(qū)域裂隙較少，因而含水層主要為粗、中、細(xì)粒砂巖。

1.2 理論依據(jù)

測(cè)井是通過(guò)測(cè)量鉆孔井壁巖石物理參數(shù)和鉆孔參數(shù)狀況來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題的一種物探方法。在水文地質(zhì)工作中可解決的問(wèn)題是判斷巖性，劃分鉆孔地質(zhì)剖面；判定含水層位置和厚度，識(shí)別含水層性質(zhì)等[1]。水文測(cè)井中將共性的物理參數(shù)測(cè)井統(tǒng)稱為常規(guī)測(cè)井，將能反映地下水活動(dòng)特征的參數(shù)測(cè)井稱為專門水文測(cè)井[2]。本次將視電阻率、自然電位、自然伽瑪、聲波時(shí)差、密度等參數(shù)視為常規(guī)水文測(cè)井，擴(kuò)散法測(cè)井視為專門水文測(cè)井。

視電阻率曲線：砂巖的顆粒從粗到細(xì)，即由粗粒砂巖、中粒砂巖、細(xì)粒砂巖到粉砂巖，其電阻率是逐漸降低的，這是由于顆粒越粗，就越不能同時(shí)沉淀泥質(zhì)礦物，電阻率就變大；而顆粒越細(xì)，就容易同時(shí)沉淀泥質(zhì)物質(zhì)，電阻率就較低，所以含水層視電阻率通常為高阻反映。

自然電位曲線：自然電位由于孔內(nèi)過(guò)濾電動(dòng)勢(shì)和擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)的存在，沙層或砂巖在自然電位曲線上相對(duì)泥巖基線而言，具有較高的異常反映。當(dāng)?shù)貙拥V化度大于泥漿的礦化度時(shí)為負(fù)異常，當(dāng)?shù)貙拥V化度小于泥漿礦化度時(shí)為正異常。

自然伽瑪曲線：巖層在沉積時(shí)由于巖層顆粒越細(xì)其比表面積越大，吸附放射性礦物的能力就越強(qiáng)，所以放射性含量隨顆粒增加而減小，因而含水層為低放射性反映。

聲波時(shí)差曲線：一般來(lái)說(shuō)巖石的成巖性越好、越致密，聲波時(shí)差值就越小。由于沙層和砂巖孔隙度高于周圍的粘土和泥巖，所以含水層為高值反映。

密度曲線：由于組成砂巖的顆粒比重較大，故密度相應(yīng)較大，相對(duì)于煤層為高值反映。隨著砂巖顆粒由細(xì)變粗，以及致密和膠結(jié)的程度降低，砂巖的孔隙度將提高，從而使砂巖的密度減小，相對(duì)于粉砂巖和泥巖，具有含水性的砂巖層密度為低值反映。

擴(kuò)散法測(cè)井：擴(kuò)散法測(cè)井曲線隨時(shí)間變化由于地下水的運(yùn)動(dòng)，逐漸出現(xiàn)淡化或濃化接近自然狀態(tài)的異常變化。

含水層確定：含水層反映在測(cè)井參數(shù)曲線上則電阻率中高異常、自然伽瑪、密度、聲波時(shí)差低異常，自然電位曲線幅值負(fù)異常，擴(kuò)散法曲線較大異常變化[3]。

2 實(shí)施方法

2.1 常規(guī)測(cè)井施測(cè)方法

常規(guī)測(cè)井所有探管在嚴(yán)格標(biāo)定后，均以電纜上提進(jìn)行測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)曲線以1∶200的深度比例尺進(jìn)行連續(xù)記錄，采樣間隔0.05 m，測(cè)速8 m/min，探管下井時(shí)在井口進(jìn)行對(duì)零，上測(cè)到井口時(shí)觀察測(cè)量回程差，回程差不允許出現(xiàn)正值，當(dāng)回程差大于測(cè)井深度的0.1%時(shí)應(yīng)查明原因，必要時(shí)須重新測(cè)量，確保采集過(guò)程數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。

2.2 擴(kuò)散法測(cè)井施測(cè)方法

擴(kuò)散法測(cè)井是將食鹽氯化鈉投入鉆孔中進(jìn)行人工鹽化井液，或在地層礦化度較高時(shí)向鉆孔中注入清水，使井液與含水層中的地下水之間有明顯的電阻率差異。在地下水自然滲透作用下，鹽化后或淡化后的井液或鹽水柱將隨時(shí)間發(fā)生變化和移動(dòng)，其變化和移動(dòng)幅度的大小主要取決于地下水的滲透速度。用井液電阻率儀記錄井液在不同深度和時(shí)間的電阻率變化情況，可大體確定含水層。

表1 含水層測(cè)井參數(shù)響應(yīng)值對(duì)照表

3 成果解釋

3.1 常規(guī)測(cè)井解釋成果

對(duì)所測(cè)參數(shù)比照鉆孔取芯進(jìn)行綜合分析，確定各地層含水層的物性參數(shù)數(shù)據(jù)范圍，見(jiàn)表1。按照劃分含水層的理論依據(jù)，若3種以上物性參數(shù)數(shù)據(jù)符合表中巖性的數(shù)據(jù)范圍就可對(duì)含水層進(jìn)行定性，并在2種不同巖性測(cè)井曲線的界面上，以自然伽瑪1/2幅值、電阻率拐點(diǎn)為定厚原則對(duì)所測(cè)鉆孔作含水層解釋與劃分。劃分成果如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 志丹群含水層測(cè)井曲線形態(tài)圖

圖2 安定組、直羅組含水層測(cè)井曲線形態(tài)圖

3.2 擴(kuò)散法測(cè)井解釋成果

本次測(cè)量變化形態(tài)上志丹群含水層擴(kuò)散法測(cè)井曲線變化明顯，幅值較高，界面清晰；安定組、直羅組含水層以及2-2至6-2煤間含水層礦化度較高，不管是鹽化法還是淡化法其大部分鉆孔曲線反映微弱，幅值較低，用于分析則利用程度較差，該區(qū)域劃分含水層為擴(kuò)散法曲線結(jié)合自然電位、自然伽瑪，密度、三側(cè)向電阻率等常規(guī)曲線綜合完成，而且擴(kuò)散法測(cè)井曲線僅作為參考，而常規(guī)曲線為最終劃分依據(jù)。擴(kuò)散法測(cè)井曲線變化形態(tài)如圖4、圖5、圖6所示。

圖3 2-2至6-2煤間含水層測(cè)井曲線形態(tài)圖

圖4 志丹群擴(kuò)散法測(cè)井曲線形態(tài)圖

圖5 安定組、直羅組含水層擴(kuò)散法測(cè)井曲線形態(tài)圖

圖6 2-2至6-2煤間含水層擴(kuò)散法測(cè)井曲線形態(tài)圖

3.3 存在問(wèn)題

常規(guī)測(cè)井曲線在該地區(qū)劃分含水層反映非常清晰明顯，在其他區(qū)域未必有這樣顯著的物性特征。若要在新區(qū)域或不同的地質(zhì)環(huán)境下采取這種方法準(zhǔn)確劃分含水層，需根據(jù)該地區(qū)的具體的情況結(jié)合巖芯巖性，確定出該地區(qū)特有的測(cè)井物性參數(shù)數(shù)據(jù)范圍以及曲線組合，才能準(zhǔn)確劃分含水層。

擴(kuò)散法測(cè)井在實(shí)際工作中很難做到準(zhǔn)確劃分含水層。影響因素有以下幾個(gè)方面：①礦化度過(guò)高。礦化度過(guò)高后只能用向鉆孔中注入清水的淡化法進(jìn)行，大大增加施工難度；②鉆孔過(guò)深。在深孔中投鹽，很難做到鹽化均勻，有時(shí)甚至未到目的層位，鹽袋或鹽罐中的鹽化物已經(jīng)化完，不能有效產(chǎn)生鉆孔井液與地層含水層的濃度差；③含水層曲線反映微弱，地下水活動(dòng)活躍的情況下，鹽化曲線才有明顯變化，但有些含水層水力坡度很小，僅依靠自然擴(kuò)散反映過(guò)于微弱，即使在超過(guò)一星期不發(fā)生變化的情況也存在，雖增加施工工期，卻不能解決實(shí)際問(wèn)題；④出現(xiàn)難以區(qū)分隔水層現(xiàn)象，各個(gè)含水層之間存在壓力差時(shí)，在鉆孔中會(huì)出現(xiàn)上下流動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)2層或多層含水層間隔水層位置的測(cè)井曲線因串流覆蓋現(xiàn)象難以區(qū)分；⑤鹽化曲線界面誤差過(guò)大，在反映異常明顯，界面清晰的曲線上劃分含水層，界面誤差甚至出現(xiàn)超過(guò)2～3 m的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

在鄂爾多斯臺(tái)格廟以及周邊地區(qū)的水文勘探工作中劃分含水層方面，采用地球物理測(cè)井和地質(zhì)資料相結(jié)合，按照以常規(guī)測(cè)井為主以擴(kuò)散法測(cè)井為輔，根據(jù)以上介紹的方法，可以對(duì)該區(qū)域的含水層進(jìn)行準(zhǔn)確劃分。