測(cè)井技術(shù)在銅川奧灰?guī)r水源井中的應(yīng)用

1、<p>　　測(cè)井技術(shù)在銅川奧灰?guī)r水源井中的應(yīng)用</p><p>　　摘 要：簡(jiǎn)要介紹了地球物理測(cè)井技術(shù)的基本原理及在奧灰水井施工中的應(yīng)用，介紹了銅川地區(qū)地層及奧灰?guī)r水賦存特征。以銅川東南部地區(qū)奧灰?guī)r水源井地球物理測(cè)井為例，詳細(xì)介紹奧灰?guī)r水井測(cè)井曲線剖面、鉆進(jìn)程序和測(cè)井的工作過(guò)程、測(cè)井特點(diǎn)以及測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)和成果資料提交情況，系統(tǒng)總結(jié)了奧灰?guī)r水井測(cè)井的規(guī)律,更好地指導(dǎo)今后奧灰?guī)r水井在銅川地區(qū)的開發(fā)和利用。 &l

2、t;/p><p>　　關(guān)鍵詞：銅川地質(zhì)；奧灰?guī)r水；測(cè)井原理；采用測(cè)井方法；測(cè)井特點(diǎn)；測(cè)井成果 </p><p>　　中圖分類號(hào)：F407.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　引言：銅川地區(qū)地處渭北旱塬，其東南部地區(qū)地表水及淺層地下水匱乏，需新增水源補(bǔ)充緩解用水。奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙承壓水在該地區(qū)的開發(fā)利用，為補(bǔ)充緩解該地區(qū)用水提供了有力的保障。地球物理測(cè)井技術(shù)在奧陶

3、系石灰?guī)r水源井施工中起到了應(yīng)有的作用。 </p><p>　　1 銅川地區(qū)地層及奧陶系石灰?guī)r地層特征 </p><p>　　1.1銅川地區(qū)地層及奧灰水簡(jiǎn)介 </p><p>　　銅川地區(qū)地處渭北旱塬，地表多為第四系黃土層覆蓋，區(qū)內(nèi)地層自上而下依次為：第四系黃土層、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、奧陶系地層。其東南部大部區(qū)域白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭

4、系地層缺失，第四系黃土層直接覆蓋于奧陶系石灰?guī)r地層之上。區(qū)內(nèi)未揭露有奧陶系石灰?guī)r以下地層，奧陶系石灰?guī)r厚度不詳。該區(qū)域水文地質(zhì)單元相對(duì)獨(dú)立的合耀水文單元。奧陶系石灰?guī)r含水層水為巖溶裂隙承壓水，水位標(biāo)高為+370米，抽水試驗(yàn)降深較小，水量豐富穩(wěn)定、補(bǔ)給充足，富水范圍受巖溶裂隙發(fā)育程度控制。 </p><p>　　1.2區(qū)域奧陶系石灰?guī)r巖性特征 </p><p>　　銅川地區(qū)已揭露的奧陶系石灰

5、巖地層為中奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M（O2P）。其上段（O2P3）為灰黑色-青灰色，中-厚層狀石灰?guī)r段，巖石質(zhì)純、脆性大；中段（O2P2）為薄層灰?guī)r夾礫屑段；下段（O2P1）為硅質(zhì)頁(yè)巖夾泥灰?guī)r段，以硅質(zhì)頁(yè)巖大量出現(xiàn)為特征。該組地層層位由西向東逐漸降低，頂面風(fēng)化疏松，呈古地理地形。巖層裂隙及巖溶較為發(fā)育，裂隙及巖溶有黑色泥巖、鋁質(zhì)泥巖充填，其下厚度不詳。 </p><p>　　1.3區(qū)域奧陶系石灰?guī)r地球物理特征 </p&g

6、t;<p>　　a電阻率幅值很高，值一般在320～6000Ω·m范圍內(nèi)，個(gè)別層段數(shù)值在10000Ω·m以上，且分段規(guī)律性很好； </p><p>　　b自然電位曲線較低，平緩，在出水位置呈低異常反映； </p><p>　　c密度參數(shù)幅值較高于砂巖，值為2.7g/cm3左右； </p><p>　　d自然伽瑪曲線低，起伏不大,值為1

7、2.5～27.5API； </p><p>　　e聲速時(shí)差曲線平緩，值為169us/m左右； </p><p>　　f井溫曲線有低異常區(qū)出現(xiàn)； </p><p>　　g鹽化曲線在含水層段恢復(fù)很快。 </p><p>　　2地球物理測(cè)井在奧灰?guī)r水井施工中作用 </p><p>　　a劃分巖層界面及地層界限。通過(guò)各種曲線綜

8、合分析，劃分出水源井中各巖層界面；對(duì)比劃分出各時(shí)代地層界限。確定巖層及地層厚度，繪制地層柱狀圖。 </p><p>　　b確定各含水層位置、厚度和富水性。通過(guò)多種曲線對(duì)比分析，劃分含水層位置、厚度，判斷裂隙發(fā)育和富水情況。 </p><p>　　c評(píng)價(jià)井身質(zhì)量，為成井提供準(zhǔn)確的井身資料。依據(jù)井身資料確定是否處理井身（固井）、以及指導(dǎo)下入抽水泵體、管路、電纜等。 </p>&l

9、t;p>　　d為今后水源井的修復(fù)提供永久性資料。 </p><p>　　3地球物探測(cè)井在奧灰?guī)r水井施工中的應(yīng)用 </p><p>　　3.1測(cè)井方案的確定 </p><p>　　a在黃土層直接覆蓋于奧陶系石灰?guī)r地層之上的區(qū)域施工，只進(jìn)行一次地球物理測(cè)井，即在施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，對(duì)奧灰水水位、水量，奧灰?guī)r巖溶、裂隙發(fā)育程度及井身質(zhì)量進(jìn)行測(cè)井。 </p>

10、;<p>　　工作方法：使用井斜儀、三側(cè)向、電測(cè)電極系、聲波、井溫井液電極系等探管進(jìn)行測(cè)井。 </p><p>　　b在奧陶系石灰?guī)r地層之上有煤系地層（二疊系、石炭系）的區(qū)域施工，進(jìn)行兩次地球物理測(cè)井。第一次是在一開施工完成對(duì)黃土層及煤系地層進(jìn)入奧陶系石灰?guī)r界面的鉆井后測(cè)井。主要目的是為奧陶系石灰?guī)r界面以上地層段的擴(kuò)井、糾斜、下套管、固井提供依據(jù)。第二次是在鉆井達(dá)到設(shè)計(jì)深度，對(duì)奧灰水水位、水量，奧灰

11、巖巖溶、裂隙發(fā)育程度及井身質(zhì)量進(jìn)行測(cè)井。 </p><p>　　工作方法：a使用井斜儀器進(jìn)行頂角、方位角測(cè)量；使用三側(cè)向探管進(jìn)行第一次常規(guī)曲線測(cè)井。為了能準(zhǔn)確判斷煤層深度、厚度，本次測(cè)井要攜帶放射源。b使用井斜儀、三側(cè)向、電測(cè)電極系、聲波、井溫井液電阻率探管主要對(duì)終孔后奧陶系灰?guī)r段進(jìn)行第二次測(cè)井，本次測(cè)井可以不攜帶放射源。 </p><p>　　兩次測(cè)井，在現(xiàn)場(chǎng)要提交的資料有：孔斜數(shù)值、各

12、巖層深度、厚度、灰?guī)r頂面位置、奧灰?guī)r巖溶、裂隙發(fā)育情況、水位標(biāo)高、含水層段等資料。測(cè)井工作質(zhì)量要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)。 </p><p><b>　　3.2測(cè)井設(shè)備 </b></p><p>　　使用的測(cè)井設(shè)備是渭南煤礦專用機(jī)械設(shè)備廠生產(chǎn)的TYSC—3Q系列數(shù)字測(cè)井儀器。包含有井斜、三側(cè)向、電測(cè)電極系、聲波、井溫井液電阻率等不同方法的探管。為擴(kuò)散法測(cè)井準(zhǔn)備好鹽、袋子，繩子等。

13、 </p><p>　　3.3測(cè)井過(guò)程及其測(cè)井特點(diǎn) </p><p>　　以在奧陶系石灰?guī)r地層之上有煤系地層（二疊系、石炭系）區(qū)域施工的奧灰?guī)r水井為例，簡(jiǎn)述其測(cè)井過(guò)程及其測(cè)井特點(diǎn)。 </p><p>　　3.3.1第一次測(cè)井： </p><p>　　a第一次測(cè)井時(shí)間及位置： </p><p>　　在水井一開（孔徑&am

14、p;#248;219mm）鉆進(jìn)至奧灰?guī)r以下30—60米左右時(shí)進(jìn)行每一次測(cè)井。測(cè)井原因是：一方面是奧灰?guī)r的裂隙很多，如果奧灰?guī)r干得太多，可能導(dǎo)致孔內(nèi)的井液全部漏失，電性曲線無(wú)法測(cè)量；別一方面，此時(shí)孔徑較小，儀器和地層距離較近，測(cè)井反映的參數(shù)較接近真值；再就是，鉆探要對(duì)奧灰?guī)r上部地層進(jìn)行擴(kuò)孔下套管，封堵奧灰?guī)r上部各含水層的水，使其不能滲漏到下部的奧灰?guī)r井筒中，這個(gè)過(guò)程也叫固井過(guò)程。 </p><p>　　b第一次測(cè)井

15、項(xiàng)目及測(cè)井特點(diǎn)： </p><p>　　用測(cè)斜儀進(jìn)行孔斜測(cè)量，采用下測(cè)，間隔20米一個(gè)井斜測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量出鉆孔的天頂角和方位角，當(dāng)相鄰兩點(diǎn)天頂角和方位角差距較大時(shí)，要加點(diǎn)測(cè)量。測(cè)斜儀從孔底返回時(shí)，要復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)點(diǎn)間距為100米，孔底和孔口必須復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)要在誤差范圍內(nèi)。 </p><p>　　用三側(cè)向探管（攜帶放射源）進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，對(duì)水井奧陶系灰?guī)r（包括奧灰?guī)r揭露部分）以上地層進(jìn)行自然伽瑪、

16、視電阻率、長(zhǎng)短源距伽瑪伽瑪，井徑測(cè)量。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)所測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比處理后，解釋出測(cè)井地質(zhì)剖面，確定奧灰?guī)r頂界面、煤層深度、厚度等。分析井內(nèi)裂隙發(fā)育狀況及破碎情況（見圖1）。 </p><p>　　本次測(cè)井特點(diǎn)：測(cè)量出鉆孔孔斜，為鉆探擴(kuò)孔提供依據(jù)。如果孔斜過(guò)大，鉆探在擴(kuò)井時(shí)就要根據(jù)測(cè)斜的天頂角和方位角數(shù)值進(jìn)行“糾斜”，否則以后井越深孔斜就會(huì)越大，造成泵體位置孔斜超限。本次的測(cè)井參數(shù)，可能在第二次終孔時(shí)測(cè)不到了。比如

17、電性曲線的三側(cè)向電阻率、電壓、電流、電導(dǎo)率等，在第二次測(cè)井時(shí)，因井筒內(nèi)上部無(wú)水而無(wú)法反映出來(lái)。從測(cè)井資料分析的奧灰?guī)r裂隙和破碎帶發(fā)育情況看，確定鉆探下套管位置。一般套管要下到比較整狀，而且較厚的奧灰?guī)r層段內(nèi)，有些水井在奧灰?guī)r的頂面位置有很大的溶洞、裂隙，套管絕對(duì)不能下至此段的上部，否則水井的后續(xù)工作將會(huì)很麻煩。下面是通過(guò)紅外攝像頭觀測(cè)到的奧灰?guī)r頂部溶洞和奧灰?guī)r裂隙圖（圖2、圖3） </p><p>　　圖2奧灰?guī)r

18、頂部溶洞圖3奧灰?guī)r裂隙 </p><p>　　3.3.2第二次測(cè)井（奧灰水井的主要測(cè)井部分）： </p><p>　　a第二次測(cè)井時(shí)間： </p><p>　　第一次測(cè)井完成后，水井經(jīng)直徑分別為&#248;311mm、&#248;450mm、&#248;620mm三級(jí)擴(kuò)孔至奧灰?guī)r層位，下入&#248;426mm的鋼質(zhì)套管，對(duì)套管和地層

19、的縫隙進(jìn)行水泥封固。上部封固好后，鉆探用&#248;311mm牙輪鉆頭一直把奧灰?guī)r地層打到終孔深度，這時(shí)進(jìn)行第二次測(cè)井。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，銅川地區(qū)的奧灰?guī)r水井一般都要鉆進(jìn)至標(biāo)高100米以下才能保證打出奧灰?guī)r水。通過(guò)水文地質(zhì)調(diào)查，渭北地區(qū)奧灰?guī)r水井水位一般在標(biāo)高380米左右，奧灰?guī)r水源井深度在750至1100米左右。銅川新區(qū)交通大廈奧灰?guī)r水源井深度達(dá)1500米左右。第二次測(cè)井首先要確定奧灰?guī)r水源井的穩(wěn)定水位，銅川東區(qū)的奧灰?guī)r水源井穩(wěn)定水位

20、在標(biāo)高366～369米范圍。 </p><p>　　b第二次測(cè)井項(xiàng)目及測(cè)井特點(diǎn)： </p><p>　　第二次的測(cè)井項(xiàng)目有：測(cè)斜、三側(cè)向（不帶放射源源）、自然電位、聲速、井溫、井液電阻率測(cè)井。 </p><p>　?、?、孔斜測(cè)井：按規(guī)程進(jìn)行全孔測(cè)斜測(cè)量。測(cè)斜儀器成本低，易維修，在碰撞后不易損壞，可以首先使用測(cè)斜儀器測(cè)井，把鉆井的安全程度試驗(yàn)一下，為后面的探管下放探路

21、。這時(shí)的水源井，上部有幾百米無(wú)水，當(dāng)探管下放到一定深度時(shí)，下入孔內(nèi)的電纜的重量同探管的重量差不多（有時(shí)電纜已超過(guò)探管），由于上部套管是焊接的，接口處可能有露出的部分，這些都有可能擋住儀器，可是由于孔徑大，電纜仍然能從旁邊下去；或者是由于孔內(nèi)有很大的溶洞，而溶洞被鋁質(zhì)粘土充填，當(dāng)鉆具提出時(shí)，這些粘土?xí)丫酆献。瑑x器下放到此受阻。遇到這兩種情況，單從電纜的松緊程度不容易看出探管受阻，如果電纜繼續(xù)下放的話，前者可能因電纜的晃動(dòng)把儀器再撞下去

22、，這時(shí)對(duì)儀器和人員都是很危險(xiǎn)的；后者可使電纜在孔內(nèi)挽成疙瘩，出現(xiàn)無(wú)法上提的故障。所以?shī)W灰水井終孔后，測(cè)井下放探管時(shí)，絞車操作員要十分小心。要從絞車速度變化、電纜松緊程度、井口觀察等多方面判斷儀器在井內(nèi)受阻情況，及時(shí)處理，以免造成人員和儀器事故。 </p><p>　?、?、三側(cè)向測(cè)井：測(cè)斜儀測(cè)井成功后，下放三測(cè)向探管測(cè)井。首先通過(guò)三側(cè)視電阻率曲線觀察井內(nèi)水位情況，一般視電阻率在探管未進(jìn)水時(shí)是非常高的值，進(jìn)入水位后，

23、曲線隨地變化，用井口標(biāo)高減去水位處的深度，初步換算出水源井水位的標(biāo)高，如果水位標(biāo)高與370米（渭北奧灰?guī)r水的水位標(biāo)高）相差太遠(yuǎn)，說(shuō)明此井未穿過(guò)奧灰?guī)r水的貫通裂隙或溶洞，還需繼續(xù)向深部鉆進(jìn)，直到測(cè)井所測(cè)水位同標(biāo)高370米相差不大時(shí)，再進(jìn)行后續(xù)測(cè)井。銅川東區(qū)的水位一般 為366—369米（圖4奧灰水水位測(cè)井曲線圖）。另外，通過(guò)視電阻率和自然伽瑪曲線劃分出奧灰?guī)r段地層分段情況。奧灰?guī)r也分成好幾段，各段的電阻率曲線幅值差別很大，奧灰?guī)r裂隙或溶洞

24、，有的被泥質(zhì)充填，電阻率低，自然伽瑪高；未被泥質(zhì)充填的，電阻率和自然伽瑪都較低（見圖5奧灰?guī)r地層裂隙及充填物測(cè)井成果圖）。有的奧灰?guī)r地層中，存在十幾米厚的鋁土質(zhì)充填物，自然伽瑪曲線幅值非常高，這種充填物容易膨脹，經(jīng)常是鉆具一上來(lái)，地層就又合起來(lái)了，出現(xiàn)這種情況，由測(cè)井確定位置，鉆探必須采取措施封住此段，這樣，無(wú)論對(duì)今后泵的安全還是水井壽命都有好處（見圖6奧灰?guī)r中鋁土質(zhì)充填物測(cè)井成果圖）。 </p><p>　?、?/p>

25、自然電位測(cè)井：下放電測(cè)電極系探管，地面用鉛電極布置一條地線。奧灰?guī)r水井的自然電位曲線在出水層裂隙上為相對(duì)低異常反映，幅值一般在192~242mv之間變化（見圖7奧灰?guī)r中出水層自然電位和聲波時(shí)差曲線） </p><p>　　④聲速測(cè)井：下放聲波探管，根據(jù)聲波時(shí)差曲線的反映規(guī)律，在奧灰?guī)r中裂隙不發(fā)育的層段，時(shí)差曲線值在基線附近，在奧灰?guī)r裂隙或溶洞發(fā)育段及出水層部分，時(shí)差曲線為高異常反映。（見圖7奧灰?guī)r中出水層自然電位

26、和聲波時(shí)差曲線） </p><p>　?、菥疁厍€：下放井溫井液電阻率組合探管，測(cè)量全孔井溫。一般鉆孔的井溫是隨孔深的增加而增大，奧灰?guī)r水井的井溫曲線反映卻是：進(jìn)入水位后，開始井溫高，中部井溫低最后井溫曲線又慢慢高起來(lái)。出水量越大的水井，低溫異常的幅度越大。如東坡煤礦奧灰?guī)r水源井，中間低溫區(qū)相對(duì)上部的溫度能低3度左右，其它幾個(gè)奧灰水井也是這樣，都是這個(gè)形態(tài)，只不過(guò)低溫異常的幅度大小不一。在新區(qū)交通大廈的奧灰?guī)r水源

27、井，井深達(dá)到1500米，水溫經(jīng)過(guò)低溫異常區(qū)后，在900米時(shí)達(dá)到最高32℃，然后再向下水溫一直是30℃左右，達(dá)不到熱水井的效果。從這兩點(diǎn)看奧灰水井的井溫可能受被給源的影響，不按地層地溫梯度變化，低溫異常曲線同鹽化井液電阻率恢復(fù)曲線方向相反（見圖8奧灰?guī)r出水層段井溫曲線），低溫異常相對(duì)數(shù)值的大小，低溫段的長(zhǎng)短，跟奧灰水的出水量有關(guān)。一般低溫異常區(qū)的溫度差別越大，低溫段越厚，含水量就越大，反之則小。 </p><p>

28、　?、迶U(kuò)散法測(cè)井：擴(kuò)散法測(cè)井即鹽化測(cè)井，使用的探管仍為井溫井液電阻率組合探管。第一次井液電阻率測(cè)量時(shí)，不攜帶鹽袋，測(cè)一條比較穩(wěn)定的井液電阻率（ρ0），曲線，第二次測(cè)量井液電阻率前，用20只線手套裝入鹽，捆綁在井溫儀器頭附近的電纜上，勻速放入孔內(nèi)，等鹽溶化完后，在不同時(shí)間間隔重復(fù)多次測(cè)量井液電阻率曲線。從曲線上看，恢復(fù)最快的曲線段為出水量最大的地層段，同井溫低異常段相對(duì)應(yīng)（見圖9鹽化測(cè)井的井液電阻率曲線恢復(fù)圖）。通過(guò)抽水試驗(yàn)證明，奧灰?guī)r水

29、井的出水量都很大，一般出水量都在50~100m3/h，由于泵的能力有限，穩(wěn)定抽水降深為只有1米左右，未達(dá)到水井的最大涌水量。 </p><p>　　奧灰?guī)r水井測(cè)井最終成果：打印測(cè)井所有原始曲線（1：200）、所有經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的測(cè)井成果曲線（1：200）、測(cè)井柱狀（1：200含四條曲線）、煤層放大曲線（1：50柱狀）、井液電阻率恢復(fù)曲線（1：200）、全井地質(zhì)剖面解釋成果表，填寫測(cè)井記錄本，通過(guò)對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行綜合

30、分析，確定出水源井含水層段的深度和厚度，說(shuō)明其含水情況。 </p><p>　　結(jié)束語(yǔ)：經(jīng)過(guò)實(shí)踐，在銅川地區(qū)，結(jié)合奧灰?guī)r地質(zhì)特點(diǎn)和奧灰?guī)r水源井的鉆探工藝，制定相應(yīng)的測(cè)井方案，測(cè)井效果非常成功，可以解決地質(zhì)和鉆探無(wú)法解決的問題。在奧灰?guī)r水源井測(cè)井中，可以確定含水層的位置，分析補(bǔ)給關(guān)系。通過(guò)多孔測(cè)井分析，發(fā)現(xiàn)地下水的賦存規(guī)律和活動(dòng)規(guī)律。測(cè)井成果可以成為驗(yàn)證和補(bǔ)充鉆探地質(zhì)資料的重要依據(jù)，其測(cè)井特點(diǎn)也將為今后測(cè)井技術(shù)的發(fā)

31、展起著積極的作用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]中國(guó)礦院，煤田地球物理測(cè)井（M），北京，煤炭工業(yè)出版社，1979 </p><p>　　[2]黃作華，葉慶生，煤田測(cè)井綜合解釋（M），西安：西安礦院，1980 </p><p>　　[3]長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院，水文地質(zhì)工程地質(zhì)物探教