物探测井在柬埔寨水井施工中的应用

李勇

物探测井在柬埔寨水井施工中的应用

李勇

（核工业二八〇研究所地质勘查院，四川 广汉 618300）

以《中国援助柬埔寨乡村供水项目》水井施工为例，介绍了综合物探测井在解释含水层的重要性；结果表明，自然伽马测井曲线均为正向偏移形成的异常、自然电位均为负异常，视电阻率的均表现为低阻异常，利用这三种曲线组合能很好的解释含水层。对于隔水层，三种曲线均表现为正异常，而与含水层对比有很好的极差响应。根据测井解释成果与地质水文资料结合分析，主要的含水层为基岩裂隙水为主，其次为第四系与基岩接触带，本文分别解释了具有代表性磅清扬省CACW-61钻孔和磅士卑省CACW-379钻孔，为后续水井成井提供科学依据。

测井曲线；自然伽马；自然电位；视电阻率；含水层

作为我国友好领邦的柬埔寨是一个传统农业国家，工业基础薄弱，是世界上最不发达国家之一。在农村地区饮用水的供应方面，管道供水普及率较低，超过一半的农村住户除了掘井取水以外，主要是直接饮用未经处理的河流、和湖泊或者雨水，水源的质量很难达到饮用卫生标准。因此该国水之源的勘探与开发就显得尤为重要。

2017年，中核集团承建《中国援助柬埔寨乡村供水项目》，在该项目实践过程中，由于缺乏基础的水文地质资料，对寻找饮用水含水层造成一定困难。同时，项目施工时多采用无取芯的空气潜孔垂钻进，主要是凭借人为经验（如通过观察泥浆循环上来的岩屑、钻进进度、钻进声音等）去判断含水层、隔水层的层位和厚度。但是，人为经验的不确定性，往往造成含水层、或隔水层的判断出现偏差，影响项目实施的质量和效率，同时，对含水层或隔水层的判断失误会使后续水井成井滤水结构遭到破坏，难以成井，并影响水井成井质量和使用年限，而利用地球物理测井方法可以准确的判断含水层或隔水层，前人在这方面做了大量工作，并取得丰富成果，如（彭德滨利用地球物理测井在水文地质与工程地质钻探中的成功应用、陈天慧利用地球物理测井划分咸、淡含水层），因此，在研究区开展利用地球物理测井方法来寻找含水层的研究具有十分重要的现实意义，本文研究结果将为指导后期该地区的饮用水资源的勘探与开发提供科学依据。

1 地质概况及地球物理特征

1.1 地层岩性

项目区位于大湖盆地和冲洪积盆地及其周边冲积平原区。区内分布早古生界寒武系至中生界白垩系地层，及第三系玄武，地表广泛分布有第四系砂类土和黏性土层，丘陵区有零星基岩露头，岩性多为凝灰岩、花岗岩和砂岩，地表基岩多呈强风化(图1)。

图1 工作区地质略图

1)第四系(Q)：由洪冲积（Qpl+al）和残坡积（Qel+dl）组成。洪冲积（Qpl+al）地层主要为卵石、圆砾、砂、粉质粘土、粘土等组成，卵石、圆砾、砂的结构松散，饱和，粉质粘土、粘土呈可塑状，主要分布在冲积平原地区和沿河区域；残坡积（Qel+dl）地层为粘土、粉质粘土，局部混碎石，呈硬塑状，分布于浅丘坡面上。项目区内大量分布该层，且水量较大水质较好的含水层大多位于冲洪积层的砂层或卵石、圆砾层中。

2）新生界上新统（N）:岩性主要砂岩、粉砂岩、砂砾与粘土岩。

3）第三系喜山期玄武岩（β）：深灰色，块状构造，主要分布于特本克蒙（Thbaung Khmum）北部区域。

4）白垩系（K）：与侏罗系（J）地层相伴产出，项目区内零星分布，主要为红色陆相沉积，以砂岩为主，夹少量泥岩。

5）侏罗系（J）：为陆相沉积，岩性为红色、灰色砂岩、砾岩、泥岩，其下与三叠系为假整合接触。总厚近2 000m。

6）三叠系（T）：上统为砂页岩夹灰岩，中统为深灰色灰岩、凝灰岩组成，下统为钙质砂岩、粉砂岩及泥岩，主要分布于磅士卑（Kampong Speu）省，局部地区有基岩露头。

7）岩浆岩：为华力西晚期（γ）酸性岩，呈岩株状，主要在磅清扬（Kampong Chhnang）、磅士卑（Kampong Speu）两省出露。

图2 柬埔寨地形地貌图

1.2 地质构造特征

该国的大部分地区存在巨厚“花岗岩-片麻岩”层的陆壳。古生代-中生代褶皱带形成了三个区域性隆起区（如图2）：

1）北部隆起包括东西向加里东伦杰安隆占地块以及位于东北边陲的元古代-早古生代昆嵩地块的一部分。

2）中央隆起包括古生代三隆和波洛厄地块。

3）南部隆起包括拜林、波列河和达兴地块的出露部分。达兴地块的东北部分毗连海西达昂村单斜层，后者主要由晚石炭世-二叠纪灰岩构成。

1.3 工程布置情况

《中国援助柬埔寨乡村供水项目》打井主要位于柬埔寨碟状盆地区域，三面被丘陵与山脉环绕，中部和南部是广阔而富庶的平原，由湄公河冲积形成的湄公河平原。项目区以平原为主，平原占全国面积四分之三以上。本次援柬埔寨乡村供水项目主要分布在磅清扬、磅士卑、磅通、甘丹、特本克蒙、柴桢共6个省，共新打深井846口、新建普通池塘45座、新建带斜坡保护池塘28座。

主要岩性地球物理特征统计表

岩性电阻率ρ（Ω.m）自然伽马（CPS） 黏土20～11886-121 细砂313～51054-85 粗砂440～56052-83 砾石660～8204-99 凝灰岩510～120063-87

1.4 地球物理特征

掌握地层的地球物理特征，是电测井工作的前提，磅清扬和磅士卑工作区内勘查地层主要是第四系松散堆积层和三叠系凝灰岩，含水层主要是基岩裂隙水、第四系与基岩接触带；由于含水层与隔水层组成的物理性质以及矿物成分不同，含水层都分布地层岩石的空隙中，因此在物性存在较大差异。通过收集相关资料和对测区水井测井资料的统计，其物性参数见表。

2 仪器设备情况及水文测井方法

2.1 仪器设备情况

本次测井使用JHQ-2D(DX)综合数字测井仪，其中：

JHQ-2D综合数字测井地面仪，用于采集各种测井探管的测井数据。

JDC-1组合探管采集地层自然电位三侧向电阻率及自然伽马参数；

DJ1031测井绞车100m用于配套Φ3.12mm四芯铠装测井电缆和单芯传输的数字化探管构成一套轻便的数字测井系统；

2.2 水文测井方法

根据柬埔寨水文地质条件，参考该地区已有的测井资料，参数的选择主要满足地层的划分和含水层的识别，结合本次工作的实际情况，主要利用自然伽马、自然电位、视电阻率三种测井曲线定性解释含水层位置及厚度。

2.2.1自然电位

自然电位测井就是利用地层的电化学特性，沿着钻孔测量自然电位的变化，一般情况下，井内泥浆和地层水的矿化度总是比较明显的差别，为产生自然电动势准备了前提条件，因此，沿井轴各点上就有不同的自然电位，测量时沿着井轴移动M电极和地面固定的N电极之间的自然电位差，极依据测量的结果，就可以研究地层岩性和它的电化学之间的关系，以此来解决含水层的位置、厚度及地下水质等各种水文地质问题。

2.2.2电阻率测井

电阻率测井是研究岩石电阻率为基础的测井方法，该方法应用广泛，且长期应用在水文地质勘查中，除了划分钻孔地层剖面外，主要用于确定含水层的位置及厚度，同时测量岩石的电阻率值。本次采用了电位电阻率和梯度电阻率，电位电阻率极距的不同，探测的范围也不同，极距越大，测量的范围就越大，不同的极距可以有效的减少孔径及不同井液的影响；电位电阻率记录的是不成对电极A到成对电极M的中点，二梯度电阻率记录点是成对电极M和N的中点，测量地层是电阻率，综合其他参数，用于准确判别地层，更有利于含水层的划分。

2.2.3自然伽马

在水文测井中放射性测井是不可缺少的测井方法之一，自然伽马测井是沿井身测量岩层的自然伽马射线强度，是依据岩层中放射性物质的含量来区分岩性特征，尤其是不受井液的性质和地下水矿化度的影响，当岩层受到构造破碎时，岩层岩性所含的的放射性原生矿物极易溶解，则变成放射性水溶液而被带走，因此自然伽马测井用于划分含水层和隔水层及确定泥质的含量，另外柬埔寨水井施工过程中涌水量量大的时候井液的电阻率非常低，自然电位测井曲线接近一条直线，所以划分含水层地层的任务主要由自然伽马参数来完成。

3 资料解释

在地质水文勘查中含水层的研究显得尤为重要，尤其是供水水文地质工作研究的是具有供水可能的含水层，也就必须查明含水层位分布、埋深、厚度、岩性等因素，为后续的水井成井提供参考依据。在实际水文地质勘查工作中，一般利用钻探消耗量、岩性及岩性组合、测井曲线对含水层进行解释。

3.1 测井曲线的岩性解释

测井曲线的岩性解释主要根据电位电阻率、梯度电阻率、自然伽马曲线，并结合自然电位曲线来划分。其岩性划分如下：

黏土：一般为低电阻，高自然伽马，自然电位在基线。

砂岩:电阻率表现为中-高阻，中-低自然伽马，自然电位为正向偏移。

砾石：电阻率为中-高电阻率，其幅值比砂岩高，低自然伽马，自然电位多数为正向偏移。

凝灰岩：在测井曲线上显示高电阻率。

3.2 含水层、隔水层的划分

当地下水的矿化度小于井液矿化度时，自然电位反映为正异常，反之为负异常，当地层水矿化度与井液矿化相近或者相等时，自然电位反映很稳定，曲线平直无异常；由于含水层都分布在地层岩石的空隙中，因此电阻率较背景值都有较低的反映；由于含水层受构造的影响，放射性原生矿物容易在溶液中分解，自然伽马曲线较背景值为正向偏移，所以含水层的定性基本遵循两低一高的原则，低电阻率、负自然电位值和高自然伽马；

柬埔寨磅士卑省和磅清扬省结合地质水文资料分析，主要含水层为基岩裂隙水为主，其次为第四系与基岩接触带。对于基岩裂隙水岩层因受构造作用而破碎，破碎后结构松散、孔隙率增加，渗透性加强，其物理性质就发生变化，电阻率等参数表现异常，现就相关特征表述如下：。

3.2.1 基岩裂隙水的测井曲线特征

在实际水文地质勘查工作中，测井曲线总是对某种岩性有或强或弱的异常反应，以柬埔寨磅士卑CACW-379为例（图3），测井深度43m；经过钻探岩屑可以看出，该孔的主要地层由冲洪积物砂砾岩和基岩凝灰岩构成，其中0～18.5m为第四系冲洪积物，自然电位变化范围（-6.09～3mv），平均值-4.3mv。电阻率变化范围为（128～227Ω.m），平均值为143Ω.m；自然伽马变化范围为(74～183cps),平均值115cps,其中自然伽马曲线呈现锯齿状，极差幅值较大；电阻率曲线形态呈锯齿状；自然电位曲线呈箱形正向偏移幅度较大。18该孔18.5～43.0m岩性主要为凝灰岩，其中深度23.0～28.4m自然电位变化范围（-12～-5mv），平均值-8mv，自然电位负向偏移，曲线呈漏斗状。电阻率变化范围为（300～500Ω.m）平均值为416Ω.m，曲线表现为箱形局部出现微锯齿状；自然伽马变化范围（150～220cps），平均值73.7mv，曲线形态为锯齿状-指状；三种曲线总体说明异常区突变接触围岩，且岩性单一。

图3 CACW-379测井曲线

图4 CACW-61测井曲线

该孔在测井曲线上反映出上下两端曲线形态及幅值截然不同的电性层，另外，根据钻孔岩芯此处为非机械破碎，局部可见少了石英，岩层较为破碎，钻孔出现反水等现象。最终判断其含水层埋深为23.0m，厚度5.4m。且测井参数相互予以佐证，结论精确，可靠。

另外，三叠系凝灰岩中隔水层中电阻率值比含水层高50～100Ω.m，自然电位曲线相对含水层绝对值正向偏移（5～10mv），自然伽马幅值小于150 cps，如图所示，较为容易的划分含、隔水层。从而为后续水井施工提高效率、降低成本。

3.2.2 第四系与基岩接触带的测井曲线特征

在《中国援助柬埔寨乡村供水项目》中还有一种含水层的现象较为明显，那就是第四系与基岩接触带，现在以榜清扬省CACW-61（图4）钻孔为例加以解释说明:

就CACW-61孔来讲，测井深度48.3m,虽说构成上下含水层的岩性同为冲洪积物的砂砾岩和基岩的凝灰岩构成，但测井参数的异常幅值及大小却是截然不同的，都能较为明显的区别上下两个不同的电性层，根据钻孔岩性（0～28m）为第四系冲洪积物，自然电位10mv左右，幅值变化较小。电阻率变化范围为（128～177Ω.m），平均值为143Ω.m；自然伽马变化范围为(100～193cps),平均值135cps,其中自然伽马曲线呈现锯齿状，极差幅值较小；电阻率曲线形态呈锯齿状；

自然电位曲线变化较小，反映了岩层岩性较为单一的特征；（28～48.3m）为深灰色凝灰岩，其中钻孔深度为16～27m，自然电位变化范围为（-75～50mv），平均值38mv，自然电位幅值上高下低，局部有小的锯齿状起伏，为岩性不均一的表现。电阻率变化范围为（20～523Ω.m），电阻率极差较大，电阻率幅值上高下低，曲线总体表现为箱形-漏斗形，岩性有突变特征；自然伽马幅值大于175cps，曲线形态为锯齿状；依据“两低一高”原则，三种曲线异常明显，再结合水文地质特征该段地层为第四系与基岩的接触带，判定该段地层为含水层，其含水层埋深为23.0m，厚度为9m；另外该钻孔孔深38～40m，49～51m均出现电阻率低值，前者自然电位出现负向偏移，但自然伽马曲线为见异常，后者自然电位曲线接近基线未见异常，自然伽马曲线响应较小，同时水井施工时也未出现涌水量加大现象，地层循环上来的岩屑较为均匀未见石英颗粒，综合分析均不考虑该位置为含水层。终上所得，利用测井曲线参数解释含水层的埋深和厚度的方法可靠。

6 结束

本次地球物理测井方法的成功应用，表明测井方法在划分含水层和隔水层效果明显，尤其划分基岩裂隙水和第四系与基岩接触带上的含水层位置及厚度较为准确，没有出现遗漏含水层的现象且依据充分，方法简单，精度高，较为适应柬埔寨水井施工的实际情况，为后续滤管安装及滤料维填的起始位置提供可靠依据，对提高成井工艺和质量，提供水井使用年限等有着重要的指导意义。

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The Application of Geophysical Logging to the well construction in Cambodia

LI Yong

(No.280 Research Institute, CNNC, Guanghan, Sichuan 618300)

By the example of construction of wells of the “China's assistance to Cambodian rural water supply project”, this paper has a discussion on the importance of comprehensive geophysical logging to explanation of aquifer. The test results show that all of the natural gamma-ray curve and spontaneous-potential curve show negative anomalies, whereas the apparent resistivity shows a positive anomaly. These are characteristic of aquifer. All of the three curves for the aquifuge show positive anomalies, but they have very poor response to the aquifer. According to the logging interpretation, geological and hydrological data, water in the main aquifer is dominated by bedrock fissure water, followed by the water between the Quaternary and bedrock. The representative boreholes CACW-61 in Kompong Chhnang and CACW-379 in Kompong Speu are explained respectively, which provides scientific basis for the subsequent exploration of wells.

natural gamma-ray logging; spontaneous-potential logging; apparent resistivity logging; aquifer

2018-10-08

李勇（1983-），男，四川安岳人，工程师，研究方向：地球物理测井

P631

A

1006-0995（2019）03-0476-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.03.026