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普通电阻率测井在水利工程中的应用
作者：李吉艳
来源：《珠江水运》2018年第04期
摘 要：文章简述电阻率测井的基本工作原理及工作方法，结合某工程应用实例，实例分析证明电阻率测井能正确地划分地下水、含水层和隔水层的深度和厚度，有利于工程的顺利施工，可供参考。
关键词：电阻率测井 野外数据采集 资料解释 1.基本原理
地球物理测井有多种方法，其中电阻率测井是最常见、最普通的方法之一，其使用也是最广泛的。地层电阻率无法直接呈现或直接测量得到的物理量，当人为地、有意识地向井内供入直流电流，经过电法仪的记录，才能了解到井内不同深度的电阻率情况，从而绘制出电阻率曲线，进行划分地层。电阻率测井是把1个供电电极、2个测量电极放入井内，另外一个供电电极放入泥浆池内，测量井内不同深度地层电阻率的曲线变化。测量电极系的结构、供电电流以及测量电位差的影响，都能影响均一介质中的电阻率，如果供电电流和电极系结构为固定量时，均一介质的电阻率与测量电位差就成正比；实际工作中介质肯定不是均一的，地层不同，由于孔内井径的大小不同、泥浆电阻率不同、上下围岩及电极距等综合因素的影响，测试时获取的参数并不等于地层的真电阻率，因此称其为视电阻率；测试所得电阻率并不代表某个地层的真电阻率，也不是电极周边介质电阻率的平均值，而是在一定的范围内地层电阻率受综合因素影响的电阻率值。视电阻率是反映岩石和矿石电性变化的重要参数之一，通常用ρs表示，单位为Ω·m。
视电阻率计算公式如式（1）所示。
虽然视电阻率Ra受到许多因素的影响而不等于真电阻率R，但视电阻Ra却与真电阻率R有一定的关系，如式（2）。
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式（2）中：Rm-井内的泥浆电阻率；d-水井井径；Ri-井内泥浆侵入带的电阻率；D-侵入带直径；L-电极距；h-地层层厚；Rs-围岩的电阻率；Rt-目的层电阻率。测试过程中自孔底往上做连续测试，连续记录电阻率的变化情况，将得到一条井内不同深度的地层电阻率曲线。 电极分供电电极、和测量电极，习惯把A、B叫供电电极，M、N称为测量电极，测试中点为O。测量时将供电电极A或B，测量电极M 、N放入井内（也称电极系），地面井内的泥浆池中把另一个供电电极A 或B 放入，就能形成一个完整的接收回路电极，电缆电极系放入井内的底部、电缆上部和地面上的电源和直流电法仪相连接。电极系在井内不同深度测试时，供电电极A、B提供电流I 。地面直流电法仪测量时将完整的记录测量电极 M、N电极间的电压U、电流I、视电阻率R。 2.野外数据采集及资料解释 2.1野外数据采集
本次工作使用的仪器设备为1台DZD-6A多功能直流电法仪，外部供电使用电池箱组、1根电阻率测井电缆。电缆底部加上重锤，确保电缆能完全下入井底，无穷远极放入井边泥浆池内，设置好仪器参数，测试时自孔底向上连续测试，测试点距0.5m～1.0m。测试过程中每测试一次记录好电压、电流、电阻率及相应的井深，观察测试数据是否正常，发现异常则进行复测。
电位电极系的供电电极A、B，测量电极M、N，测试中点为O：当供电电极在测量电极两端时称之为顶部梯度装置；当供电电极在测量电极一端时称之为底部梯度装置。两种装置排列方式见图1，本次测试工作中MN=0.15m，OA=1.5m的三极装置，B极为无穷远极。首先用顶部梯度装置，顶部梯度装置测试完成后用底部梯度装置再测试1次。顶部梯度装置可测试出水位顶板，底部梯度装置可测试出水位底板。 2.2资料解释
首先根据仪器采集的电阻率数据，把井深、电阻率填入word表格内，表格处理后绘制到CAD，电阻率曲线在CAD中以曲线的形式呈现，绘制出顶部、底部梯度两种装置的电阻率曲线，然后根据电阻率曲线的变化、地质前期资料及水井情况，综合分析划分出地层界线，顶部
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梯度可分析出水位的顶板位置、底部装置可分析出水位的底板位置，图中标上地层情况、给出隔水层、含水层的深度和厚度。 3.工程实例
某引水工程采用隧洞引水，全程430km，各个工程段工程用水采用附近区域就地打水井，通过泵站逐级引水供应本工程用水。收集到一区为低山丘陵区、地形平坦，地表植被覆盖；局部有基岩出露（花岗岩），附近低洼处植被茂盛、个别可见地下水。前期进行地下水位地质调查、周边牧民水井情况、物探剖面测试等综合分析，确定水井位置。水井口径大，取芯困难，只能大概了解地层情况。分析水井资料及前期电法资料，表层为冲积物砂砾石层，电阻率在100～300Ω·m；中部为Q2泥质胶结砂砾石，电阻率在50～130Ω·m；底部基岩（花岗岩）电阻率在150～400Ω·m。由于电法资料只能定性解释，无法定量解释，具体位置需要通过对水井测试分析得出。对电阻率数据的采集并绘制出电阻率曲线（见图2），水井深100m，对电阻率曲线的分析不难得出，顶部梯度装置分析出含水层的顶板在70m，底部梯度装置分析出含水层的底板在m。可得出结论：表层隔水层砂砾石层厚度70m，Q2泥质胶结砂砾石 70～m为相对含水层、厚度19m，花岗岩埋深m为相对隔水层。
二区位于冲沟低洼处、地形平坦，地表植被茂盛，基岩埋深较深（>200m），对覆盖层内查找含水层位置。前期物探剖面测试表明：表层为冲积含土砂砾石层，中部地层为砂砾石层，底部为中细砂层。前期电法资料显示表层含土砂砾石层电阻率在200～300Ω·m；中部砂砾石层电阻率在80～160Ω·m；底部中细砂层电阻率在60～100Ω·m。水井深，80m，测井曲线见图3，对测井曲线进行分析，顶部梯度装置确定含水层顶部位置在44m，底部梯度装置为能测试
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出含水层底板位置，主要是水井深度不够或含水层厚度较厚。结论：隔水层厚度在44m，44m以下为含水层（中部砂砾石层、底部中细砂层）、厚度>36m。
两区通过物探电阻率测试划分的隔水层、含水层深度和厚度划分，根据划分情况井内放入不同的实管和花管。实管放入隔水层，周边完全密封，避免有土块、砂砾等掉入井底；花管放入含水层，周边网格状，方便地下水的渗入。抽水试验得出的数据，证明电阻率测井划分含水层、隔水层的深度和厚度应用效果较好，能满足本工程用水。 4.结束语
综上所述，通过上述工程实例可看出：普通电阻率测井可较好地划分含水层、隔水层的界线，但需充分了解当地地层电阻率情况，若地层情况不明、则需进行周边剖面测试了解地层电阻率；顶部梯度装置可测试出水位顶板，底部梯度装置可测试出水位底板，两种装置相互结合能准确划分含水层的深度和厚度。 参考文献：
[1]SL326-2005·水利水电工程物探规程[S].北京：中国水利水电出版社，2005. [2]GB50487-2008·水利水电工程地质勘察规范[S].北京：中国计划出版社，2009. [3]袁瑞.过套管电阻率测井资料预处理方法研究[D].荆州：长江大学，2013.
