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求取水文地质参数的测井方法
求取水文地质参数的测井方法武（１．中国地质大学（武汉）　４３００７４　 ２．中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所　　河北保定　　０７１０５１；　 ３．河北保定市自来水总公司，保定　　０７１０５１　　）　 摘要 利用测井资料求取水文地质参数是地下水勘查工作中的一个重要内容，也是降低勘探成本，提高勘毅 １，２查成果质量的一个重要措施。本文介绍了利用测井资料求取地层孔隙度、地层含水量、地层水矿化度等技 术方法，既包括常规方法，也简单介绍了核磁共振、介电常数新的测井技术与方法。 关键词 测井技术与方法 水文地质参数地球物理测井是地下水勘查工作中的一个重要内容，通过测井可以获取地下含水层的 位置、厚度、准确划分咸淡水以及求取各含水层的含水率、孔隙度、渗透率等重要的水文地 质参数。其结果不但对指导成井具有重要意义，也是地下水资源评价的重要参考依据。１ 测定地层孔隙度的测井方法　地层孔隙度是评价地下水资源量的一个重要参数。 目前， 用于求取地层孔隙度的测井方 法有以下 5 种。１．１　电阻率测井　电阻率测井求取地层孔隙度的基础是阿尔奇公式， 对不含泥质的纯地层， 当孔隙完全充 水时，地层的电阻率 Ro 与孔隙水电阻率 R w 成正比，其比例系数 F 称为地层因素。即：Ro = FRw（1）大量岩样测量数据表明， F 与孔隙度 Φ 有以下实验关系。F=由（1）（2）式可以得出: 、aΦm（2）φ=maRw Ro（3）作者：武毅，男，１９６３ 年生，高级工程师，博士生，主要从事水文物探勘查技术研究工作。该孔隙度代表地层水所占的孔隙度，称之为含水孔隙度。 在应用阿尔奇公式时应注意以下两点： ①公式中 m、a 参数对该公式的应用效果有十分重要的影响，而且他们又是随着地区 甚至解释层段而变化。 故应根据本地区地质特征， 用实验统计方法得出适合于本区的解释参 数值。 ②应用该公式的理想条件应是具有颗粒孔隙的纯地层。对泥质较多的地层和裂缝性地 层，直接应用该公式时，得不到令人满意的结果，此时应作相应的泥质校正。１．２ 声波测井　１．２．１ 纯砂岩地层　 声波测井测量的沿井壁滑行的纵波，孔隙度与声波传播时差之间存在线性关系，即：?t = Φt f + ( l ? Φ ) ?t ma ，或 Φ =?t ? ?t ma ?t f ? ?t ma（4）式中： ?t ：由声波时差曲线上所读出的地层声波时差； ?t ma ：岩石骨架的声波时差；?t f ：孔隙中流体的声波时差。式（4）适用于压实和胶结良好的纯砂岩。但对于疏松的未压实、未胶结地层，由于孔 隙直径较大，矿物颗粒间接触不好，故矿物颗粒与孔隙水的交界面对声波传播影响较大，使 孔隙度相同的疏松砂层的声波时差要比压实砂岩大，因此需引入压实校正系数 c ρ 进行校 正，即：Φ=ma ? 1 ?t ? ?t cρ f ma?t ? ?t（5）c ρ 为压实校正系数其值大于等于 1，确定其值的方法有；（1）声波孔隙度与岩芯分析孔隙度对比： 对一个地区的某个层段，找出岩芯分析孔隙度与相应的声波时差的经验关系，然后把 取得的经验关系式与上式比较，便求出这个层段的压实系数 c ρ ； （2）声波孔隙度与密度孔隙度对比： 对于比较纯的砂岩，按 Φ D =ρ ma ? ρ b 式计算出密度孔隙度 Φ D ，可认为是岩石的有 ρ ma ? ρ f效孔隙度，故可选择饱和液体的纯砂岩，按声波孔隙度计算式求出声波孔隙度 Φs ，则压实 系数 c ρ =Φs ΦD；（3）非压实泥岩与压实泥岩声波时差的比较：砂岩的压实程度经常是与附近泥岩的压实程度一致的，泥岩时差在 300~330μs/m 时常 是压实的，则非压实泥岩声波时差 ?t sh 与压实泥岩声波时差之比为压实系数，即c ρ = ?t sh / 300 。实际资料表明， 在地层孔隙度较大时， 声波时差与孔隙度关系变为明显的非线性关系。 1980 年 Raymer 等人提出一个非线性经验公式：V = Vma (1 ? φ ) 2 + VjVfφ　　 (6)式中 V 、 Vma 、 Vf 分别为地层、岩石骨架、孔隙流体的声速。1986 年 J.P.Martin 等人 在 Raymer 等人工作基础上，提出声波地层因素公式：V = Vma (1 ? φ ) x　　(7)x 是声波传播的迂曲度系数，又称为骨架岩性系数，只与岩石孔隙结构的几何特征有关。对砂岩取 x = 1.6 。 １．２．２　泥质砂岩地层　 泥质在地层的分布形式有分散、层状、结构三种，泥质砂岩的声波时差与泥质的分布 形式有关。对于分散泥质，声波与孔隙中的水或泥浆滤液的声波相近；层状泥质和结构泥质 可看作是孔隙空间以外的泥质骨架。因此，声波时差与孔隙度的关系式为：φ = φ s ? ?φ sh式中 φ s =(8)?t ? ?t ma ?t mf ? ?t maφ sh =?t sh ? ?t ma ?t mf ? ?t ma?φ sh = (Vdic + Vlma + Var )φ sh?t mf 、 ?t sh 分别为泥浆滤液、结构与层状泥质的声波时差，Vdic 、 Vlma 、 Var 分别为分散、层状、结构泥质相对体积。对于非压实的泥质砂岩，还应考虑压实程度对声波时差的影响。此时其关系应为：φ = (φ s ? ?φ sh ) ? cp 　　　　　（9） １．３ 中子测井　１．３．１　纯砂岩地层　 中子测井的读数基本上反映了岩石的含氢量，当岩石骨架不含氢元素，孔隙内饱含淡水时，含氢量与孔隙度成正比关系，中子测井读数 H 与孔隙度 Φ 的关系为：H = Φ H f + (1 ? Φ ) H ma 　　　（10）式中： H f ：孔隙中水的含氢指数； H ma 岩石骨架的含氢指数。 １．３．２　泥质砂岩地层　 泥质砂岩地层中子测井响应在纯砂岩地层的基础上，考虑泥质的影响作用，由于泥质 孔隙度一般比砂岩孔隙度大，故泥质影响使泥质砂岩的中子孔隙度增大。其间的关系式为：φ = φ Nma + Vshφ sh 　　　　（11）其中φ m 、 φ sh 分别为纯砂岩、泥质孔隙度； Vsh 为泥质含量。其中： φ sh =H ma ? H sh H ma ? H mf１．４ 伽马―伽马测井（又称密度测井）　１．４．１　纯砂岩地层　 伽马― 伽马测井是在一定范围内岩石平均体积密度的综合反应，按质量平衡关系；它 应等于岩层内各组成部分的密度乘以各自所占体积百分比的总和， 对于不含泥质的地层各部 分之间关系为：ρ b = Φ ρ f + (1 ? Φ ) ρ ma或Φ=ρ b ? ρ ma 　　　　　　（12） ρ f ? ρ ma式中： ρ f ：孔隙内流体的密度； ρ ma ：岩石骨架中矿物颗粒密度； ρ b ：测得地层的 密度。 通常孔隙中充水，其密度即 ρ f 在 1.0~1.1g/cm3 变化，如果地层含泥质，需根据泥质含 量 v sh 的大小作相应的泥质校正。 １．４．２　泥质砂岩地层　 当岩石中的泥质密度小于骨架密度时， 泥质的存在使密度测井孔隙度增大； 当泥质砂岩 埋藏较深时泥质影响可忽略。１．５ 核磁共振测井　核磁共振测井利用造岩元素中各种原子核的核磁共振效应原理 ，是研究包含在流体 （水、油和天然气）中氢的天然含量和赋存状态的一种测井方法。核磁共振测井以氢核与外加磁场的相互作用为基础，测量孔隙流体的特征以提供丰富 的地层信息，它是通过测量核磁共振信号强度和驰豫时间 T 2 来获得。研究表明，短 T 2 部分 对应着岩石的小孔隙或微孔隙，而 T 2 长部分是岩石较大孔隙的反映。基于此，全部 T 2 分布 的积分面积可以视为核磁共振孔隙度 φ NMR (φ e ) 。φ NMR = ∫ T minT maxS (T2 ) dT2 　　　　　　　　　　　　　　　（１３）　通过选择一个合适的截止值 TR 可以区分反映小孔隙或微孔隙水的快速驰豫组分与反映 可动孔隙中的慢速驰豫组分，使得大于 TR 的组分下面包围的面积与可产出的水相当。因此 自由流体指数（或自由流体孔隙度Φｆ）可以表示为：　FFI = Φf = ∫T max S (T2 ) dT ２ 　　　　　　　　　　　　　（１４）　 T min毛细管束缚孔隙度Φｂ 可以通过上面求得的 φ NMR 和 FFI 相减来求得，或者直接对 Ｔ２ 分布小于 TR 的组分进行积分得到：　 　　Φ b = ∫TR S (T2 ) dT2 　　　　　　　　　　　　　　　　（１５）　 T min 因此可以看出，核磁测井可以很容易地求出不受骨架岩性影响的有效孔隙度 φ e ，可动 流体孔隙度Φｆ，毛细管束缚水孔隙度Φｂ 等。　２ 测定地层含水量的测井方法　地层含水量是指在一定状态下岩土中水的重量与固体颗粒重量之比值，当地层孔隙内 完全被水充满时的含水量称为饱和含水量，一般用含水率 w 、含水饱和度 Sw 表示含水量的 大小，目前测定地层含水量的测井方法有：２．１　电阻率测井确定地层的含水饱和度　阿尔奇公式建立的含水饱和度、孔隙度、地层电阻率、孔隙水电阻率之间的关系式为：Rt =aRwΦm?1 　　　　　　（16） n sw式中： Rt 为地层电阻率； R w 为孔隙中水的电阻率； Φ 为孔隙度，a、m、n 为与地层 岩性、胶结物等因素有关的系数。 由上述关系式根据实测地层电阻率值求得 s w 。２．２ 中子测井确定含水率的方法　为求地层含水率 w 值，需要对中子测井按含氢指数进行刻度。为此，可制作不同含水 率的模块地层，其中包括水（含氢指数为 1，质量含氢密度 1/9） ，其它介质的含氢指数可根 据其化学分子式计算。刻度结果作为中子计数率 N 与含氢指数 H 的散点分布图，再用多元 回归方法确定回归方程 N = b ? a lg H 中的系数 a 和 b，这样就可将中子读取转换为地层的 含水率。２．３ 测定地层含水量变化的新方法―介电常数测井　介电常数测井是通过测量电磁波在穿过岩层后其相位的变化来确定所测岩石的介电常 数，进而确定地层含水量的一种测井方法。理论研究指出，高频电磁波在介质中传播时，其 幅度和相位均与电磁波的频率，介质的介电常数和电导率有关。采用较高频率时，电磁波的 相位主要反映的是岩石介电常数的变化，而与电导率关系不大。因此，采用较高频率（如 60 兆赫）测量高频电磁波的相位测定介质的介电常数。 介电常数测井利用所测出相位差的变化反映地层含水量的变化。因此，含水层含水量 （即孔隙度与含水饱和度和乘积）的增加，测出的相位差也随之增加。２．４ 测定地层地下水渗透率的新方法―核磁共振测井　由核磁共振参数建立求取渗透率的关系式多达几十种，但归纳起来可分为 ３ 种。　 （１）　由 Ｔ２ 和φ NMR (φ e ) 建立渗透率模型（斯仑贝谢） ：　K = C ? (φ NMR ) a1 (T2 log ) a2 　　　　　　　　　　　（１７）　　　　　　式中 Ｔ２ｌｏｇ 为 Ｔ２ 对数平均值，对砂岩地层通常取 ａ１ ＝４，ａ２ ＝２。　 （２）　由 ＮＭＲ 测得的束缚水和可动流体参数组合φ NMR 、 φ FFI (φ f ) 、 φ BVI (φ b) 渗透率 Ｋ 建立 的关系式（Ｃｏａｔａｓ 模型） ：　K = C ? (φ NMR ) b1 [　　　　　对于砂岩地层，通常取 ｂ１ ＝４，ｂ２ ＝２。　FFI b2 ] 　　　　　　　　　　　　　　（１８）　 BVI（３）由 ＮＭＲ 的视扩展系数 Ｄ 所求得的 Ｓ／Ｖ 组合 Ｆ 与渗透率 Ｋ 建立关系式：　 　　　　　　　　 K = C ? (1 / F ) ? ( S / V ) ?2 　　　　　　　　　　　　 （１９）　３ 确定地层水矿化度的测井方法　地层水矿化度是指水中所含盐分的总量， 它是评价水质的重要指标， 也是研究水体污染 以及地层岩性的重要参数。３．１　自然电位测井法　该方法只适用于纯砂岩含水层，地层水成份主要是 NaCl。对于这样的地层剖面，井中 自然电场主要是由扩散吸附电动势所引起。 假设地层水矿化度为 Cw ， 井内泥浆矿化度为 C m， 对于地层较厚时，自然电位 SP 值与扩散吸附电动势的理论值非常接近，视作 SSP(又称静自 然电位值)，当 Cw 与 Cm 差别较大时：ssp = ?k lgcw 　　　　　（20） cmRmf Rw，当 Cw 与 Cm 不高时，矿化度与电阻率近似成反比关系，即： ssp = ?k lg式中： 为扩散吸附电位系数， k 它与地层温度 t 有关，t = 18° c 时，k = 69.9 mv ，Rmf 、R w 分别为泥浆滤液及地层水电阻率。+ 当 Cw 与 Cm 都比较高或地层水中除含 N a 、 cl ? 离子外还有其他离子，则其关系式为ssp = ?k lgRmfe Rwe　　　　　　（21）式中： Rmfe 、 Rwe 可由 Rmf 、 R w 及温度 t 查图版求得。 综上所述，利用自然电位测井求地层水矿化度有以下步骤： 确定 ssp 值：如果含水层厚度相当大，直接由自然电位测井曲线上读出对应纯泥岩层的 幅度值作为 ssp 值，如果含水层厚度不大，则需要利用相应图版对其进行厚度校正，求得校 正系数 V 后，再利用 ssp =sp 算出 ssp 值； v确定 Rmfe 值，先由泥浆电阻率 Rm 值查图版求得泥浆滤液电阻率值 Rmf ，再由 Rmf 值根 据温度 t 值查图版求得 Rmfe ； 利用 ssp = ?k lgRmfe Rwe式计算求得 Rwe 值； 利用 Rwe 值查相应图版求得 R w 值； 根据地层温度 t 及水型转换图版将 R w 转换成地层水矿化度 C w 值。３．２ 电阻率和孔隙度测井组合法　根据阿尔奇公式，可将 R w 表示为：Rw =当Ro ? Φ m 　　　　（22） a、 m 已知，由深探测的电阻率测井求得 Ro ，再由孔隙度测井求取地层孔隙 Φ ，最后算出 R w 值，由 R w 转换成地层水矿化度 C w 值。４ 结束语　　通过上述水文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，推动水文测井工作的进一步发展。　
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单词孔隙度的汉英翻译
[kǒngxì dù]
amount of porosity
[ik'stent] n.广度,宽度,长度,范围,程度,区域,[律]扣押,临时所有权令 [p?:'r?s?ti] n.多孔性,有孔性 [di'gri:] n.度数,度,程度,[律](罪行的)轻重,学位,地位,身份,[数]次数 n.海绵状,海绵质单词孔隙度的英汉对照例句改良剂能降低容重，增加总孔隙度，增加水和空气的含量。An amendent should decrease bulk density increase toltal porosity and incr ease water and air content.根据达西定律和阿尔奇公式的物理意义，由毛管电动力学和双水模型理论出发，建立了阿尔奇饱和度指数与储层渗透率、孔隙度、饱和度的相关性理论。According to the theory of capillary electrokinetics and dual porosity water model the relationship between archie saturation index and reservoir characteristics is developed.根据地震反演求取碳酸盐岩储层的孔隙度：墨西哥，Porosity derived from seismic inversion in a carbonate reservoir: gaucho field含氯量和孔隙度之间的关系图式也许近似于一条双曲线。The relation between the chlorinity and porosity may be approximated by a hyperbola.降雨后土壤的总孔隙度下降，通气孔隙下降较明显，同时速效孔隙和迟效孔隙增多。The total porosity and the aerate porosity decrease after the rain while the faster available porosity and the slow available porosity increase.随深度的增加，泥岩孔隙度和渗透率降低的幅度比砂岩大。Along with the increase of deepness to porosity and permeability mudstone reduce much more than sandstone.通常，颗粒越小曲率越大孔隙度越大，而当颗粒尺寸增大时孔隙度会减小。In general smaller grain size and greater angularity tend to increase the porosity while an increase in range of particle size tends to decrease porosity.新智能型自动孔隙度仪的设计Design of a new intelligent porosimeter.由于阿尔奇参数的频散现象，要想适应各种频率下泥质砂岩储集层解释参数变化的要求，需要进行多频测量，以确定孔隙度指数和饱和度指数。Due to dispersion of archie parameters multi-frequency measurement should be conducted to suit interpretation parameters variation of argillaceous sandstone reser-voir with various frequencies so as to determine porosity exponent and saturation exponent.与未使用调理剂的土壤相比较，容重最大幅度降低5。81～6。34%，孔隙度升高9。30～11。39%，田间持水量增加4。93～9。16%，电导率降低20。94～37。00%，阳离子交换量升高10。51～19。42%，土壤比表面积增加7。07～18。26%。Compared with control experiment soil bulk densities went up5.81-6.34% soil porosity increased9.30-11.39% field capacity ascended4.93-9.16% electrical conductivity decreased20.94-37.00% soil cation exchange capacity increased10.51-19.42% and soil specific surface area add up7.07-18.26%.结果表明：滑行纵波（第一类纵波）的声波时差与孔隙度在相当宽的范围里有近线性的对应关系而与频率和渗透系数的变化几乎无关；The result of analysis shows that the travel time of the refracted arrival of the longitudinal wave has a linear relationship with porosity over a fairly broad range it has nothing to do with the variations of frequencies and coefficient of permeability.孔隙度定义为岩石内的孔隙体积占岩石总体积的百分率。Porosity is defined as the ratio of the void space in a rock to the bulk volume of that rock multiplied by100to express in percent.讨论了温度、压力对阿尔奇公式中各参数的影响效果，得出高温高压条件下饱和度指数n和孔隙度指数m的变化规律。The effect of temperature and pressure on each parameter in archie equation is disscussed variation rules of porosity index m and saturation index n under high temperature and high pressure are obtained.通常补偿中子测井的孔隙度计算是在两观测点离源足够运，两点中子通量的比值几乎消除有关热中子参数影响的假设条件下进行的。Generally the traditional calculation of cnl porosity is based on the hypothesis that the two detecting points are far enough from the source and that the effects of thermal neutron diffusion parameters are almost eliminated by the ratio of neutron flux at the two measuring points.以国外的“残余油微观分布状态”的实验结果为依据，结合王场油田中子寿命测—注—测的残余油孔隙度特征，在该油田建立起“砂岩粒度模式”。A sandstone grain-size model is established based on experimental result of microdistribution of irreducible oil and porosity in terms of irreducible oil from neutron lifetime log-injection log.提交更多孔隙度的相关例句
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测井资料综合解释基础之二
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关注微信公众号基于声波时差的孔隙度计算方法
实际应用中需要考虑的太多，此处仅简单的整理一下：
一、Wyllie时间平均公式计算孔隙度
1956年Wyllie提出时间平均公式，认为声波在单位体积岩石内传播所用的时间由两部分组成：岩石骨架部分(1-φ)以速度Vma传播所经过的时间与充满流体的孔隙部分φ以速度Vf传播所经过的时间的总和。
其中△t—实测时差；
△tma、△tf—岩层骨架时差与流体时差，可由实验室测量确定；
压实校正：当地层没有承受足够大的上覆地层压力时，此地层的压实程度较低，声波时差偏大，计算孔隙度偏高，需要进行压实校正。压实系数一般在1-1.3，可由声波孔隙度与岩心孔隙度对比精确的确定，也可由邻近泥岩地层简单的确定。
二、利用体积模型计算孔隙度
在时间平均公式的基础上发展的岩石体积模型，即把声波在单位体积岩石中传播的时间分成几部分传播时间的体积加权值，比如砂岩地层可看作砂岩骨架、泥质和孔隙油、水组成，同样满足Wyllie时间平均公式。需要针对砂岩、泥质砂岩、钙质砂岩特征进行讨论……
三、Raymer换算公式计算孔隙度
由于Wyllie公式的孔隙度在25-30%内是适合的，在5-25%内时偏低，在大于30%则偏高，Raymer（1980）在岩样分析的基础上提出了一个非线性经验换算公式：……
Martin等（1986）在此基础上提出了声波地层因素公式：……
四、Biot-Geerstma公式计算孔隙度
Biot孔隙介质波动理论认为固相和液相存在相对位移，由此可以得到速度公式……
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来源：　　作者：匡立春
泥质砂岩储集层岩心分析孔隙度与声波时差关系探讨　 以往方法的回顾 利用声波测井数据计算地层孔隙度,除了直接利用威里公式外,还可以利用岩心分析孔隙度小。。r与声波时差△t建立经验关系,从而达到利用声波测井数据计算地层孔隙度之目的。例如,某油田建立的关系式如一F: (b。。,=0。00174△t一0。315 这种方法虽然具有简单、使用方便等优点,但是,以下不足是显然的: 1.没有考虑泥质对声波时差乃至孔隙度的贡献; 2.没有仔细考虑岩心分析孔隙度的实质。改进方法的提出 树居体积物理模型的概念(图1),泥质砂岩储集层的声波时差可以看成是砂岩骨架、泥质及孔隙流体三部分的贡献之和,即 l洲,儿勺︸了们︵口忆陇尼戮一寸炸阴片仁 △t=(1一V:*一小)△t。。+V:、+中△tr那么,泥质砂岩储集层的孔隙度可以表示为:△t一At,。△t,一△t,二一“V△t:、一△t,。△tf一△t。。(1)全奎… 卜一一一一一一一一月也就是说,泥质砂岩储集层的孔隙度是包括泥质在内的孔隙度与泥质孔隙度之差。 在岩心分析中,普遍采用的是干岩样进行孔隙度测定,那么,不可避免地,在分析时泥质中的束缚水会挥发掉。这样,导致岩心分析孔隙度的不正确。所以,岩心分图1泥质岩石体(本文共计3页)　　　　　　　　　　
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