自然电位测井曲线及其与砂岩中泥质含量关系的探讨

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第29卷第1期西北铀矿地质2003年4月自然电位测井曲线及其与砂岩中泥质含量关系的探讨李继安(核工业二O三研究所)从分析钻孔中自然电场的形成机理出发，详细论述了自然电位测井曲线的特征、形态及其与砂岩中泥质含量的关系。在此基础上，探讨了利用自然电位测井曲线计算砂岩中的泥质含量。并用实例进行了论述。为进而研究其孔隙度、渗透性等水文地质特征打下了基础。关键词自然电位曲线特征泥质含量1前言在砂岩型铀矿区域评价(预查)工作阶段中，因与其它勘查阶段目的任务的不同，不可能投

2、人大量工作来分析研究每个地质层位特征，特别是目的层砂体的特征。如何利用该阶段一些有限的测井、编录等资料，为以后工作提供一些目的层的地质信息成为当务之急。2钻井内自然电场的形成由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，在井壁附近两种不同矿化度的溶液接触，会产生电化学过程，结果产生电动势，形成自然电场。在一般沉积类型的地层中，形成井内自然电场的主要原因是扩散一吸附作用。2．1扩散电动势的产生在图1所示的钻孑L地质剖面上，中部为孑L隙性、渗透性良好的厚层纯砂岩，上下围岩为纯泥岩。砂岩地层水和井液均为NaCI溶液

3、，砂岩地层水的含盐浓度为C，井液的含盐浓度为C，且C>C。在砂岩井段上，砂岩的孔隙度、渗透性良好，认为地层水和井液是两种浓度不同的溶液直接接触。由于C>C故砂岩地层水中的正离子(Na)和负离子(CI一)向井液中扩散。Cl一的迁移速度(18℃时为65×105cm／s)比Na的迁移速度(18℃时为43×105cm／s)大，所以随着扩散作用的进行，井壁的井液一侧将出现较多的Cl一而带负电，井壁的砂岩一侧则出现较多的Na而带正电。由于正负电荷相互吸引，这种带电离子的聚集仅发生在两种不同浓度溶液的接触处(井壁)附近。

4、在井壁两侧聚集的异性电荷就形成了电动势。砂岩井壁上电动势的出现，使Cl一的移动速度减小，而使Na的移动速度增大。当砂岩井壁上的电动势增加到CI一和Na的移动速度相同时，便达到动态平衡。在此状态下，井壁两侧聚集的电荷不再增加，电动势保持某一恒定值。在动态平衡状态下，砂岩井壁上形成的电动势将保持下去。离子的扩散作用而形成的这种电动势，称为扩散电动势。维普资讯http://www.cqvip.com·42·西北铀矿地质2003年由电化学的理论可知，砂岩井壁上的扩散电动势可由下式确定：Ed：l(dlog(C／C)(

5、mV)(1)式中Kd为扩散电动势系数；C和C分别为地层水含盐浓度和井液含盐浓度。2．2吸附电动势的产生一mv+在泥岩井段上，泥岩与井液相接触的井壁也会形成电动势。但实际观察发现。泥岩井壁上的电动势不仅在取值上与扩散电动势不同，而且极性也相反。．‘＼’．泥岩与砂岩紧密毗连，可以认为泥岩地层水：：：：的含盐浓度与砂岩相同，即C=C>C。泥岩‘‘‘‘I上一的孔隙通道极细小，又具有选择性吸附负离子的．．．‘’．‘虫··／··一r—特性，因而泥岩孔道壁(泥粒表面)吸附了较多的负离子。因此。泥岩孔道里可移动的正离子的数

6、目比负离子要多。在C>C的条件下，扩散到井液中的大部分是正离子，故随着扩散作用的进行，泥岩井段的井液一侧会聚集较多的正离子，团z而泥岩一侧则聚集较多的负离子，产生了电动图1井中自然电场的分布势。此电动势的出现，也会逐渐降低正离子的移1．纯砂岩：2．泥岩动速度，最后达到动态平衡，在泥岩井壁上形成数值一定的稳定吸附电动势。吸附电动势可用下式表示：E=Klog(C／C)(mV)(2)式中K为吸附电动势系数。2．3扩散吸附电动势的产生上述扩散作用和吸附作用，在砂岩井壁上出现了扩散电动势，在泥岩井壁上出现了吸附电动势

7、。这些电动势通过砂岩、泥岩和井液放电，从而在砂岩、泥岩和井液的接触处产生自然电流。在闭合的自然电流回路上，电动势Ed与E是串联的，故总电动势(扩散一吸附电动势)Eda为：Eda=一(IEdI+IEI)=一Kdalog(C／C)(mV)(3)式中Kda为扩散一吸附电动势系数。上式的右端取负号，这是因为自然电位测井中是以泥岩(或粘土)的自然电位为基准来确定异常的正负及大小。在C>C的条件下，对应孔隙度、渗透性良好的砂岩，将出现自然电位负异常，故应取负值。3自然电位曲线特征及其与砂岩泥质含量的关系3．1自然电位曲

8、线特征在进行自然电位测井时，将测量电极N放在地面，M电极用电缆送至井下，提升M电极沿维普资讯http://www.cqvip.com第1期李继安：自然电位测井曲线及其与砂岩中泥质含量关系的探讨·43·井轴测量自然电位随井深的变化曲线，该曲线叫自然电位曲线SP。其测量原理见图2。由图中自然电场分布特征可以看出，在砂岩与泥岩交界处自然电位有明显的变化，变化的幅度与Ed和E。有关。在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面附近的自