Question

估算水文地质参数

Answer 1

(一)泥质含量计算

含水层含水量预测综合物探技术

式中:GR、GR_min、GR_max分别为实测、纯砂岩和纯泥岩的自然伽马测井值。

其值对V_sh作非线性校正:

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式中:C为非线性校正系数(Hilchie指数),当地层为老地层时取值2,当地层为古、新近系地层时取值3.7;V_sh′为非线性校正后的泥质含量。

(二)确定孔隙度

粒间孔隙度就是通常所说的有效孔隙度,通常利用孔隙度测井方法(包括密度测井、声波测井和电阻率测井)确定。

(1)对泥质砂岩来说,密度测井响应方程为

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式中:DEN为密度测井值;ρ_φ、ρ_sh、ρ_ma分别为孔隙流体、泥质和石英的体积密度;、φV_sh、V_ma分别孔隙度、泥质和石英的相对体积。

由上式可得孔隙度φ:

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(2)对声波测井来说,有

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式中:△t为声波时差测井值;△t_φ、△t_sh、△t_ma分别为孔隙流体、泥质和石英的声波时差。

由上式可得孔隙度φ:

1)利用声波时差确定孔隙度时,对非压实或疏松地层需进行压实校正,其中H为深度,CP为校正压实系数,CP=1.68-0.0002×H。

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2)若考虑泥浆影响时,则按以下公式计算孔隙度:

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(3)电阻率测井

当岩石含100%饱和流体时,若孔隙流体的电阻率为R_f,岩石的电阻率为R_t,虽然R_f的变化引起R_t的变化,但它们的比值R_t/R_f却总保持不变(保持常数F),该比值称为地层因素F。

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该比值与孔隙流体的电阻率无关,与岩性、孔隙度以及孔隙结构、胶结物等因素有关。有如下关系式:

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式中:a为比例系数,与岩性有关;m为胶结系数,与岩石结构及胶结程度有关。

由上式得到

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(三)地下水电阻率计算

地下水电阻率计算通常包括视地下水法、径向比值法和自然电位测井法,以下为各方法的计算原理。

(1)视地下水法

阿尔奇公式:

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式中:R_t为地层电阻率;R_w为地下水电阻率;φ为孔隙度;S_w为含水饱和度;n为饱和度指数;m为胶结系数,与岩石结构及胶结程度有关;在完全含水地层上R_t=R_o(R_o为完全含水地层电阻率),S_w=1。

于是

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阿尔奇公式适合于纯砂岩,考虑到有些含水层含一定泥质,此时,饱和度方程应选用泥质砂岩模型,例如:Simandoux(1963)模型和Fetrl等(1971)模型,在完全含水地层上有Simandoux公式:

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Fertl公式:

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式中:R_sh为泥质电阻率,可以用纯泥岩电阻率代替。

(2)径向比值法

径向比值法计算地下水电阻率主要考虑冲洗带含水饱和度、电阻率以及泥浆滤液电阻率等因素。

冲洗带含水饱含度S_xo为

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又有 与以上式相除得

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式中:R_xo为冲洗带电阻率;R_mf为泥浆滤液电阻率;S_xo为含水饱和度。

在完全含水地层上S_xo=S_w,R_t=R_o因此:

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(3)自然电位测井法

自然电位测井法计算地下水电阻率主要考虑井中扩散吸附电动势,地下水泥浆矿化度等因素。

井中扩散吸附电动势可表示为

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式中:C_w,C_m分别为地下水,泥浆矿化度;E_da为扩散吸附电动势;K_da为扩散吸附电动势系数。

满足:

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在理论上,地下水等效电阻率R_we与C_w之间成反比关系,泥浆滤液电阻率R_mfe与C_m之间成反比关系,所以有

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式中:U_SSP=E_da称为静自然电位,可以通过自然电位U_SP校正得到U_SSP,(4-18)式便是自然电位测井确定地下水电阻率R_w的理论依据。

(四)地下水矿化度计算

地下水分为淡水、咸水和卤水。地下水电阻率的大小直接反映含水层水的矿化度。利用水文测井资料估算的地下水矿化度,有助于评价含水层水的质量。地下水矿化度,是评价含水层水质的一个重要指标^[8]。一般通过自然电位测井和地层电阻率求得。

(1)自然电位测井法

自然电位测井计算地下水矿化度的公式是

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式中:C_mf为泥浆滤液矿化度。

(2)由地层水电阻率R_w换算矿化度

矿化度与R_w之间有如下关系:

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式中:P为地下水的矿化度,10^-6。

(五)计算渗透率

绝对渗透率是岩石中只有一种流体时测量的渗透率,常用k表示。绝对渗透率只与岩石孔隙结构有关,而与流体性质无关。

目前国内外广泛应用孔隙度φ和吸附水饱和度S_wb统计它们与渗透率的关系,所建立的经验方程一般有如下形式:

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式中:C、x、y为地区经验系数。

应用孔隙度、吸附水饱和度参数也可以计算含水层的渗透率。计算渗透率的经验公式可借用石油测井的公式:

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(六)计算吸附水饱和度

岩石中的水包括:①重力水:可以自由流动的水;在有条件下流动的水。②吸附水:吸附在岩石颗粒表面的水;滞留在微小毛细管中的水。吸附水饱和度_Swb是描述地层特性的一个非常重要的参数。它对于确定储层含水饱和度S_w、含水率、油水相对渗透率K_ro,K_rw等方面有重要意义。影响吸附水饱和度的因素很多,其主要影响因素有:①泥质含量:含水层中随泥质增大,吸附水饱和度增大;②细粉砂含量:随细粉砂含量的增大,岩石颗粒表面的总面积(比面)增大,使吸附水饱和度增大;③粒度中值:随泥质砂岩粒度中值减小,吸附水饱和度增大;④孔隙度:随泥质砂岩孔隙度减小,吸附水饱和度增大;⑤渗透率:渗透率对吸附水饱和度是一个综合影响因素,因为渗透率与孔隙度、粒度中值和泥质含量等有关。

因此,影响吸附水饱和度的因素有泥质含量、孔隙度、粒度中值、粉砂含量、渗透率等。因为吸附水饱和度影响因素多且复杂,很难从理论上直接推导确定吸附水饱和度的测井解释方程。一般利用岩心分析吸附水饱和度、岩心分析孔隙度、渗透率、粒度中值,测井计算泥质含量等资料统计得到的它们之间的关系式。

确定吸附水饱和度(S_wb)经验公式:

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如果

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，如果S_wb<15,令S_wb=15,最后S_wb=S_wb/100,则有

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对于疏散砂岩:

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中等胶结砂岩:

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砂岩:

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式中:M_d为粒度中值;R_wb、R_t、R_xo、R_mf分别为吸附水电阻率、地层电阻率、冲洗带电阻率、泥浆滤液电阻率;其他符号含义见前面公式。

(七)计算重力水饱和度

孔隙中水以重力水和残余水两种形式存在,一部分是有效孔隙中重力水;另外一部分是吸附在泥质颗粒表面和微孔隙中的残余水(吸附水和微孔隙水)。重力水饱和度越高,指示含水层渗透性越好。如果含水层没有重力水饱和度,则该地层为非渗透性的隔水层。

在水位以下，重力水饱和S_wm=S_w-S_wb=1-S_wb

(八)计算含水量

含水量的含义:岩石所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比。引入重力水的概念,可动含水量应定义为:岩石所能容纳的可动含水体积与岩石总体积之比,基于此定义,计算含水量。假设岩石总体积V为1(相对体积),则可动含水量Qwn计算方法如下:

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式中:Q_wn为含水量;φ为孔隙度;V为岩石总体积。

通过上述水文地球物理测井求取水文地质参数方法介绍,对以后地下水勘查工作具有有益的帮助,同时也可以看出,水文地球物理测井的发展方向是对测井资料的深分析、深处理及对新方法、新技术引进及应用分析,使水文地球物理测井能获取让地球物理学家和水文地质学家更感兴趣的水文地质参数,推动水文地球物理测井工作的进一步发展。

依据以上的工作得到如下的结论:根据潮白河地区和保定地区的地质特点,分别建立了适合该地区的测井资料的含水层判别函数,采用Bayes判别分析对样本数据的回判率比较高,达到95%以上。

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