【岩体勘探中的综合测井综述3600字】

岩体勘探中的综合测井综述1.电测井（1）自然电位测井在钻孔及其周围，岩层本身的电化学活动会产生自然电场。利用自然电场变化研究钻孔地质的电测井方法是自然电位测井。自然电位测井的原理电路如图3-85所示。将测量电极M放入井内，将另一个测量电极N固定在井口附近，然后提起M。在地面上，用仪器记录M极电位与N极电位(常数值)之差，逐点测量即可得到自发电位随深度变化的曲线。图3-85自然电位测井原理线路图1）井中自然电位的成因及曲线特征在自然电场法中，我们已经知道自然电场产生的主要原因是岩石与溶液之间的氧化还原、岩石颗粒对离子的选择性吸附以及不同浓度溶液之间的扩散。接下来只讨论最接近水文地质测井的扩散电动势和扩散吸附电动势的形成机理。为了说明这一过程，我们以夹在厚泥岩中的渗透性好的砂岩为例。假设砂岩中的地层水和泥浆滤液比泥浆中电位计的氯化钠溶液大，但盐度不同。砂岩地层中水的盐度C2大于泥浆滤液的盐度C0。此时，溶解在溶液中的离子(Cl-和Na+)会从高盐度的溶液扩散到低盐度的溶液中。这种扩散的方式有两种:一种是离子的扩散直接发生在地层水和泥浆滤液的界面，即离子直接从砂岩地层扩散到井内的泥浆中；另一种是通过围岩(泥岩)扩散到泥浆中。地层水从泥岩向低矿化度泥浆扩散时，原本移动缓慢的Cl-离子由于在泥浆颗粒表面选择性吸附负离子，迁移速率大大降低，而原本移动缓慢的Na+离子迁移速率相对增大，因此正电荷在低矿化度泥浆中积累，负电荷在高矿化度地层水砂岩侧积累。我们把吸附下扩散产生的电动势称为扩散吸附电动势，用ed表示(图3-86)。图3-86扩散电动势和扩散吸附电动热形成机理当渗透砂岩中地层水的矿化度C2大于泥浆的矿化度C0时，自然电场的电流线如图3-87(a)所示，接近圆形曲线，在岩石界面与井壁交界处电流密度最大。泥岩(或粘土)具有稳定的自然电位值，因此该电位值作为自然电位曲线的零线，渗透性砂岩在自然电位曲线上反映为负异常。电位沿电流方向降低，但在电流密度最高的地方(岩石层)界面)，自电位变化率也最大。相反，当地层水的矿化度C2小于泥浆的矿化度C0时，砂岩在自然电位曲线上呈现负异常，如图3-87(b)所示。图3-87地层水与泥浆矿化度不同时的自然电位曲线图图3-88是不同厚度岩层的自然电位曲线。从图中可以看出，当岩层厚度超过4倍井径时，可以根据曲线的半极值点划分岩层界面。图3-88不同厚度岩层的自然电位曲线2）自然电位测井的应用实例水文地质测井中，自然电位曲线主要用于计算地下水矿化度，确定岩层泥质含量，区分岩性，划分渗透层，确定盐淡水界面。图3-89是利用某处自然电位曲线划分咸淡水层的例子。在钻孔的盐水层中，地层水的盐度高于泥浆，因此盐水层在自然电位曲线上呈负异常；相反，在淡水层中，地层水的盐度低于泥浆，因此在自然电位曲线上表现为正异常。图3-89利用自然电位曲线划分咸、淡水分界面（2）视电阻率测井视电阻率测井是一种通过测量钻孔所穿透岩层的视电阻率来研究某些钻孔地质问题的电测井方法。1）视电阻率测井公式视电阻率测井和表面电阻率法一样，都是在研究岩石电阻率差异的基础上进行的。测量原理如图3-90所示。电源e、功率流量计(毫安)、可变电阻r和电源电极a和b构成一个电源回路。测量电极m和n与记录仪器(毫安)相连，形成测量回路；a、m和n构成一个电极系统。图3-90视电阻率假设地下半空间充满均匀各向同性介质，其电阻率为从电源电极A流出的电流I，则测量电极M和N之间的电位差为：其中:是电极m和n之间的电位差(v)；UM和UN分别是m点和n点的电位(v)；I为供电电流(a)；是介质电阻率(ωm)；MN、AM和AN是点与点之间的距离(m)。2）电极泵视电阻率测井常用的电极系统一般由三个电极组成。两个电极连接在同一个电源或测量电路中，称为成对电极。另一种是与接地电极相同的电路，称为不成对电极。根据成对电极和不成对电极之间的关系，电极系统可分为横向器件和电位电极系统。2.声波测井声波测井是一种地球物理测井，它利用声波在钻井中传播的各种规律来研究钻井剖面。由于声波测井仪发出的声波频率一般高于音频，所以也称为超声波测井。声波测井的方法有很多，其中声波测井在工程地质勘察中应用最为广泛。目前声波测井仪器有两种:单发射双接收(“一发射两接收”)和钻孔补偿(“两发射四接收”)。我们以前者为例来说明声波测井的原理。如图3-90所示，声波测井仪的探井部分由超声波发射器t和接收器R1、R2组成。t连接到地面上的脉冲信号源，R1和R2连接到由电子电路组成的记录装置。图3-90单发射双接收声速测井原理t发出的声脉冲通过泥浆传递到井壁。由于声波在泥浆中的速度小于在井壁岩石中的速度，当声波以临界角方向撞击井壁时，它沿着井壁滑动并产生折射波，该折射波通过泥浆传输到接收器。只要声波发生器和接收器之间的距离超过折射波的盲区，记录装置就可以记录第一折射波的传播时间。声波到达R1和R2接收器的传播时间分别为t1和t2，然后是：在公式中，t1和t2分别是声波到达R1和R2接收器的传播时间；v泥和v岩是声波在泥岩层中的速度(m/s)；AB，BC，CD，BE，EF是点与点之间的距离(m)。因为R1到R2的距离δL一般在0.5m左右，在这个范围内可以认为孔径是常数，所以可以得到CD=EF，δL=DF=Be-BC：其中:δt为初至折射波到达两个接收器的时间差(s)；δL是点之间的距离be和BC之间的差(m)。记录点是R1和R2的中点，得到的测井曲线是一条连续的时差曲线，如图3-91所示。曲线上的δt越小，对应地层v岩的声速越大。规定δL以m为单位，δT以μ为单位，可用上述公式计算：除声波测井外，声波测井方法还包括声波振幅测井和超声波电视测井。声波振幅测井是根据声波的衰减特性，测量声波振幅，研究孔隙中的岩石结构和液体性质的一种方法。超声电视测井是一种直接观测井壁的方法。随着深度的变化，换能器可以利用螺旋状连续声波对井壁进行扫描，即连续地向井壁发送脉冲声波，并连续地接收被井壁反射的反射波，从而获得反映井壁整体形貌的图像记录，在井下测量裂缝及裂缝带方面取得了良好的效果。。图3-91声速测井的声波时差曲线图3.放射性测井放射性测井是一种测量井内岩石和孔隙流体核物理性质的地球物理勘探方法，如天然放射性和人工核反应。与其他测井方法相比，它具有以下两个重要特点:第一，由于放射性核素的衰变不受温度、压力、电磁场和自身化学性质的影响，可以直接、更根本地研究岩石的物理性质；第二，用于放射性测井的伽马射线和中子流具有很强的穿透能力，因此可以在裸眼井或套管井、注入淡水的井或注入高矿化度泥浆的井中进行测量。4.电视测井超声波电视测井使用旋转超声波换能器在钻孔周围扫描并记录回波波形。岩石声阻抗的变化会引起回波幅度的变化，井眼直径的变化会引起回波传播时间的变化。通过将测得的反射波振幅和传播时间按井内360°方位显示为图像，可以高分辨率成像整个井壁，从中可以观察到井下岩性和几何界面(包括溶蚀带、裂缝和孔洞等)的变化。)可见一斑。目前，有代表性的超声成像测井仪器有:斯伦贝谢公司的USI和UBI、阿特拉斯公司的CBIL、哈里伯顿公司的CAST-V、华北油田公司的井下电视等。（1）测量原理超声成像测井的声源是圆形压电陶瓷。声源的声场可以看作是晶片上无穷多个点声源产生的声场叠加的结果。声压幅值衰减一般定义为声压幅值在声轴方向上70%(-3dB)方向上的角度。这个角度对应的波场宽度也叫2dB波束宽度，这个参数反映了超声成像的空间分辨率。换能器设计的原则是将尽可能多的能量集中在较小的区域。发射信号的性质主要取决于换能器的直径和频率。影响超声衰减和成像分辨率的主要因素如下。1)工作频率。换能器的形状、频率和与目标层的距离决定了声束的光斑尺寸。尺寸越小，频率越高，光斑越小。但是，尺寸越小，功率越小；频率越高，声波衰减越大。泥浆引起的声学衰减会降低信号分辨率，这就要求工作频率尽可能低。然而，降低频率会对测量结果的空间分辨率产生不利影响。2)井内泥浆。井中的泥浆由两部分组成:泥浆的固有吸收和固体颗粒(或气泡)的散射衰减。泥浆密度越大，声波衰减越大，检测灵敏度降低。3)测量距离。4)目标层的表面结构。不同类型的岩石有不同的表面结构，如钻孔造成的不自然的表面结构。5)目标层的倾角。当仪器没有很好地对中或钻孔不规则时，图像会呈现垂直条纹，模糊了重要特征。6)岩石的波阻抗差异。（2）图像处理方法图像处理方法包括数据显示供用户选择样品、绘制传播时间和反射波振幅剖面图、图像增强、地层倾角计算、裂缝方位确定和频率分析等。图像增强是利用平衡滤镜改善低振幅的暗部，利用清晰滤镜突出近似水平或垂直的特征，从而有效调节整个图像的亮度，使薄夹层曝光。层面、裂缝、孔洞和侵蚀层段的数量可通过频率分析确定。此外，获得的地层方位玫瑰图可用于确定层面