論述水文測(cè)井在水文地質(zhì)勘探中的作用

趙慶鋼，曾國(guó)龍*

（貴州省地礦局一一三地質(zhì)大隊(duì)，貴州 六盤水 553000）

礦區(qū)水文地質(zhì)條件為以巖溶含水層充水為主、溶洞為主、水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶充水礦床，工程地質(zhì)條件及環(huán)境地質(zhì)條件中等。水文測(cè)井可以更好地了解勘查區(qū)水層的結(jié)構(gòu)和特征，通過對(duì)各地層及含水層測(cè)井特征的簡(jiǎn)要描述及分析，結(jié)合地質(zhì)資料，厘清地層之間的序列關(guān)系之后，根據(jù)測(cè)井參數(shù)的響應(yīng)值、測(cè)井曲線單一特征、測(cè)井組合特征，通過各鉆孔之間測(cè)井特征對(duì)比，可以解釋完成鉆孔地質(zhì)剖面，同時(shí)，擴(kuò)散電阻率隨時(shí)間延長(zhǎng)而幅度隨之變化的特征，加上孔隙度、滲透率異常及解釋完成的鉆孔地質(zhì)剖面結(jié)果，基本可以劃分含水層。

1 水文測(cè)井技術(shù)的概述

水文測(cè)井技術(shù)自1925 年問世。這項(xiàng)技術(shù)主要通過觀測(cè)電阻率、自然伽瑪、聲波時(shí)差、擴(kuò)散電阻率等參數(shù)反映來解決水文地質(zhì)調(diào)查過程中遇到的問題。在探測(cè)技術(shù)方面水文測(cè)井的應(yīng)用上相對(duì)來說還是相當(dāng)廣泛的，其能夠?qū)Φ氐紫碌暮畬优c隔水層給予明確的劃分，同樣也能夠測(cè)量含水層流量及方向。在工程建設(shè)、礦產(chǎn)開采方案設(shè)計(jì)、巖溶調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害防治等工作中也有應(yīng)用。

2 水文測(cè)井技術(shù)方法、儀器簡(jiǎn)介

電極系測(cè)井法，該方法同時(shí)測(cè)量電阻率和自然電位曲線?？筛鶕?jù)各巖層的電阻率差異來劃分鉆孔剖面的。

雙井徑測(cè)井法，該方法是根據(jù)孔徑變換情況，輔助劃分鉆孔剖面。

擴(kuò)散法，該方法是根據(jù)界面擴(kuò)散位移及幅度變化情況劃分含水層位置，分?jǐn)U散前測(cè)量和擴(kuò)散后測(cè)量。采用食鹽為示蹤劑，擴(kuò)散組合曲線下凹或凸起形成的異常特征是解釋含水層的主要依據(jù)。

自然伽馬測(cè)井法，根據(jù)各巖層含放射性元素多與少的差異劃分地層界線，劃分灰?guī)r與砂巖、泥巖界線。

聲波時(shí)差測(cè)井法，根據(jù)各巖石的彈性差異劃分地層，該方法在含水層上有較好的反映，同時(shí)可以計(jì)算巖石孔隙度。

測(cè)井儀器設(shè)備為北京中地英捷公司生產(chǎn)的PSJ-2A 型數(shù)字測(cè)井儀。數(shù)據(jù)采集由電腦連續(xù)記錄，全部信息數(shù)字化。各性能指標(biāo)滿足測(cè)井技術(shù)要求。記錄測(cè)量?jī)x器每12 個(gè)月測(cè)試一次穩(wěn)定性，分別用測(cè)井記錄儀連接各測(cè)井探管，按測(cè)井方法技術(shù)設(shè)置各技術(shù)參數(shù)，每根測(cè)井探管連續(xù)工作4 小時(shí)以上，其輸出測(cè)井記錄儀的數(shù)據(jù)變化小于等于3.5﹪。

3 水文測(cè)井解釋

3.1 測(cè)井解釋依據(jù)

鉆孔巖芯地質(zhì)編錄資料是測(cè)井的重要參考資料；測(cè)井原始數(shù)據(jù)及其形成的測(cè)井曲線圖是測(cè)井解釋的基礎(chǔ)，測(cè)井解釋與地質(zhì)資料對(duì)比分析、測(cè)井曲線反復(fù)對(duì)比是測(cè)井綜合解釋的重要手段；電阻率特征和自然伽瑪分析是解釋灰?guī)r與砂巖、泥巖分界的重要依據(jù)。

3.2 解釋原則

（1）物性參數(shù)為依據(jù)的原則。以測(cè)井曲線為基礎(chǔ)、物性參數(shù)為依據(jù)，結(jié)合鉆孔巖芯砂樣地質(zhì)編錄資料綜合研究定性解釋巖層。擴(kuò)散組合曲線異常特征為主，電阻率、自然伽瑪、孔隙度、自然電位、井徑曲線為輔解釋含水層。

（2）突出個(gè)別參數(shù)的原則。巖層定性解釋時(shí)個(gè)別參數(shù)物性差異比較明顯，物性參數(shù)反應(yīng)比較清晰，即定性一個(gè)巖層使用一個(gè)參數(shù)為主，其它參數(shù)為輔定性解釋巖層，地層解釋時(shí)主要分別突出電阻率、自然伽瑪參數(shù)，含水層解釋時(shí)主要突出擴(kuò)散組合曲線參數(shù)。

（3）組合參數(shù)的原則。測(cè)井解釋使用多個(gè)參數(shù)進(jìn)行解釋，單個(gè)參數(shù)可能反應(yīng)明顯，也可能反應(yīng)不明顯，但兩個(gè)參數(shù)或以上多個(gè)參數(shù)在物性參數(shù)的組合關(guān)系獨(dú)具特征，應(yīng)用其組合關(guān)系定性解釋巖層，主要組合參數(shù)為電阻率和自然伽瑪。

（4）綜合研究的原則。根據(jù)測(cè)井曲線、區(qū)域地質(zhì)資料、鉆孔地質(zhì)編錄資料進(jìn)行綜合研究，做到物探成果與地質(zhì)資的科學(xué)統(tǒng)一。

（5）先定性后定厚的原則。測(cè)井解釋遵守先定性解釋后定厚解釋的原則，根據(jù)上述原則對(duì)巖層、含水層先作出定性解釋，再選擇參與定性解釋的物性差異較明顯的參數(shù)作定厚解釋，確定解釋層厚度及底板深度。

3.3 工程質(zhì)量評(píng)述

（1）測(cè)井采用儀器設(shè)備為北京中地英捷物探儀器研究所生產(chǎn)的PSJ-2A 型數(shù)字測(cè)井儀，全部信息數(shù)字化，電腦連續(xù)記錄，一次性成圖。儀器經(jīng)過校驗(yàn)、標(biāo)定，工作性能穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合要求。

（2）為保證探測(cè)記錄完整、數(shù)據(jù)不丟失，嚴(yán)格控制測(cè)量速度在規(guī)定范圍內(nèi)。全部鉆孔均采用0.05m 采樣間距。測(cè)量方向從鉆孔底部至鉆孔頂部，存在疑問的井段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。若測(cè)井過程中因孔內(nèi)、設(shè)備、供電等原因造成探測(cè)工作中斷，曲線質(zhì)量達(dá)不到要求時(shí)，重新測(cè)量，直至合格為止。測(cè)井原始記錄清楚、齊全。

4 應(yīng)用案例

4.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)屬揚(yáng)子地層區(qū)上揚(yáng)子地層分區(qū)黔西北地層小區(qū)，地層具凹陷區(qū)向隆起區(qū)過度的性質(zhì)，地層發(fā)育較齊全，出露地層有志留系韓家店組(S1h)；泥盆系堯梭組（D3y）、望城坡組（D3w）；石炭系祥擺組（C1x）、舊司組（C1j）、上司組（C1s）及擺左組（C1b）、黃龍組（C2h）及馬平組（C2m）；二疊系梁山組（P2l）、棲霞組（P2q）、茅口組（P2m），峨嵋山玄武巖組（Pβ）、龍?zhí)督M（P3l）；第四系（Q）。其中泥盆系和石炭系由南西向北東由于近陸緣變薄直至尖滅，形成自臺(tái)地內(nèi)部向陸依次超覆，隨著海平面上升向陸退積形成的穿時(shí)地層體。志留系推覆于邊界斷層之上，泥盆系假整合覆于志留系之上，其余大部面積發(fā)育石炭系及二疊系地層，石炭系和泥盆系地層具有北東薄，南西厚的變化趨勢(shì)，碳酸鹽巖成份也由北東向南西逐次增多。泥盆系、石炭系、二疊系的碳酸鹽巖是鉛鋅礦產(chǎn)出主要地層巖性。

4.2 地層地球物理特征

根據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)主要地層一般測(cè)井曲線特征作簡(jiǎn)要描述。

（1）茅口組（P2m）?；?guī)r為高電阻率、低自然伽瑪；泥灰?guī)r電阻率比灰?guī)r低，泥灰?guī)r自然伽瑪比灰?guī)r略高或很難區(qū)分；泥灰?guī)r聲波時(shí)差比灰?guī)r略高。

（2）棲霞組 (P2q)。灰?guī)r為高電阻率、低自然伽瑪；泥灰?guī)r電阻率比灰?guī)r低，泥灰?guī)r自然伽瑪比灰?guī)r略高或很難區(qū)分；泥灰?guī)r聲波時(shí)差比灰?guī)r略高。

（3）梁山組(P2l)。梁山組(P2l)炭質(zhì)泥巖總體表現(xiàn)為低電阻率、高自然伽瑪特征；砂質(zhì)泥巖表現(xiàn)為相對(duì)低電阻率、相對(duì)高自然伽瑪特征；砂巖電阻率比砂質(zhì)泥巖略高，砂巖自然伽瑪比砂質(zhì)泥巖略低，砂巖聲波時(shí)差比砂質(zhì)泥巖略低。

（4）黃龍組(C2h)。巖性為灰?guī)r，表現(xiàn)為低自然伽瑪特征。本次測(cè)井在黃龍組未測(cè)到電阻率和聲波時(shí)差曲線。

（5）擺佐組(C1b)。巖性為灰?guī)r，為相對(duì)高電阻率、低自然伽瑪特征。本次測(cè)井在擺佐組僅測(cè)到部分電阻率曲線。

（6）祥擺組(C1x)。厚度不大，一般只有幾m。炭質(zhì)泥巖表現(xiàn)為高自然伽瑪、低電阻率、高聲波時(shí)差特征。高自然伽瑪、低電阻率、高聲波時(shí)差劃定為標(biāo)志層B1。

（7）堯梭組(D3y)。巖性主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r，灰?guī)r為高電阻率、低自然伽瑪；泥灰?guī)r電阻率比灰?guī)r低，泥灰?guī)r自然伽瑪比灰?guī)r略高或很難區(qū)分；泥灰?guī)r聲波時(shí)差比灰?guī)r略高。

（8）韓家店組(S1h)。巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，為相對(duì)低電阻率、高自然伽瑪。

電阻率為相對(duì)低阻，電阻率阻值與含水層含水性有關(guān)，電阻率隨含水性增加電阻率降低；含水層自然伽瑪與上下圍巖無差異或差異極小無法區(qū)分；相對(duì)稍高或難以區(qū)分聲波時(shí)差，以聲波時(shí)差計(jì)算的孔隙度、滲透率異常變得相對(duì)明顯；擴(kuò)散電阻率在幅度上隨時(shí)間延長(zhǎng)有變化特征。

4.3 解釋成果

舊司組 (C2j)為相對(duì)高電阻率低自然伽瑪特征，與上司組(C2s)相比，舊司組 (C2j) 電阻率更高，自然伽瑪略低，但差異極小。特征見圖1。

圖1 電阻率、自然伽瑪特征示意圖

望城坡組（D3w）總體呈相對(duì)高電阻率與低自然伽瑪?shù)慕M合特征，與堯梭組（D3y）差異不大。在堯梭組（D3y）下部見泥質(zhì)條帶及薄層泥巖，自然伽瑪相對(duì)上下圍巖較高，電阻率相對(duì)上下圍巖較低，可以區(qū)分堯梭組（D3y）與望城坡組（D3w）界面。見圖2。

圖2 電阻率、自然伽瑪特征示意圖

根據(jù)本礦區(qū)滲透率大致分布規(guī)律將滲透率大于等于500md或曲線幅度變化比較明顯的含水層定性為強(qiáng)含水層，將滲透率100～500md 含水層定性為中等含水層；將滲透率1～100md含水層定性為弱含水層。見圖3。

圖3 綜合曲線變化特征示意圖

5 結(jié)語

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開礦產(chǎn)資源，而方法技術(shù)手段在資源勘查中的應(yīng)用越來越豐富多樣，水文測(cè)井在礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查中的作用日益凸顯，從發(fā)展的角度來看，水文測(cè)井技術(shù)依然有待更進(jìn)一步的優(yōu)化，以達(dá)到最大程度地發(fā)揮水文測(cè)井技術(shù)為地質(zhì)服務(wù)的作用，合理使用水文測(cè)井可以大大提高地質(zhì)工作的效益。