井中物探激电

井中物探简介（2）(杨坤彪)井中物探(2)井中激发极化法井中激发极化法是地面激发极化法在钻孔中的应用，其物理基础和探测对象与地面方法相同，方法技术类似。早期（五十年代）是保持供电电流不变记录断电后的激发极化二次场电位差,用于油田、煤田勘探校验井剖面。其缺点特别是金属矿区因受电性影响这种方式因而作用不大。六十年代进而发展了时间域和频率域采用电位差比值的井中激发极化测量。随着普查勘探隐伏矿体的需要,按供电和测量装置所在位置不同,逐渐形成一套井中激发极化法的工作方式。该方法在用于发现井旁盲矿,定其空间位置以指导钻探施工圈定和追索矿体、矿化带等方面取得实效；在油田生产井中利用井中激电测量预测远景区,研究水淹层;水文地质定含水层含水性。存在的主要问题是仪器、方法都有待发展。井中激发极化法包括激电测井和井中激电。激电测井与电阻率等地球物理测井一样,只解决井壁的有关物性问题；井中激电则解决井周存在的问题。激发极化机体测量体极化标本激电性质的装置（a）一块黄铁矿化岩石标本的测量结果（b）a—实测充电曲线；b—换算的充电曲线；c—实测放电曲线被激发极化后，供电时间为T时观测到的电位差为和之和称为总场电位差(b)中的虚线b，便是按式得出的充电曲线，c为实测放电曲线,在地面电法通常采用的电流密度范围内，体极化效应实际上是线性的。为此引入一个称为极化率的参数，来表征体极化介质的激电性质。1UTU2TUUTU2102UTUTUTU2tT,1U可见：岩、矿石多为体极化，被激发极化后，供电时间为T时观测到的电位差为和之和，称为总场电位差相当大范围内改变供电电流时，在观测误差范围内（＜10%）与I成正比，且与供电方向无关。因此，在地面电法通常采用的电流密度范围内，体极化效应实际上是线性的。为此引入一个称为极化率的参数，来表征体极化介质的激电性质，其值的计算公式为和均与供电电流成正比（线性关系），故极化率是与电流无关的常数,但极化率与供电时间T和测量延迟时间t有关。地下体极化岩、矿石的极化率主要决定于其中所含电子导电矿物的体积百分含量及其结构。不含电子导电矿物的岩石，其极化率通常很小,激电效应随岩、矿石中电子导电矿物含量增高而增强的物性是电法成功应用于金属矿普查找矿的物理—化学基础。TU2TUUTU212UtT,%100,,2TUtTUtTtTU,2TU井中激发极化法工作方式地—井方式的工作方法将供电电极A、B置于地面，其中A距井口距离为r米B置于∞处，测量电极M、N置于井中探测。其特点是：①利用钻孔使测量电极接近被探测的目标体，而使激电异常明显；②可通过A极设置于不同位置来改变对目标体的极化方向和强度。地-井方式井场工作示意图图一.地—井方式的工作方法技术将供电电极A、B置于地面，其中A距井口距离为r米处和在r=0m的井口；B极置于∝处。测量电极M、N置于井中探测。选择工作参数，包括：①测量装置和点距选择；②最佳r与方位数确定；③定无穷远B极距离；④选定参数和背景值。确定测量装置和点距常用梯度装置，一般取MN=5～10m，只有当二次场电位差太小才加大极距。点距：一般取点距等于MN距，或取MN距之半。根据情况在极值点、拐点、0值点进行加密探测。方位测量最佳r和方位数的确定地—井方式激电异常的幅值与r有关，通常r大时，方位探测范围也大，但非正比关系。通常：孔深500m以内r取100～300m；孔深为500～1000m，r取300～500m。方位一般按勘探剖面方向取定四个正交方位，至少主反方位和r=0的必测。用梯度装置，设Rb为无穷远处B极距离，h为探测的井深δ为B极在测量点产生的极化场电位与A极在该产生的极化场电位的百分比，则有：Ra为A极离井口的距离，223111baRRhh参数和背景值的选择地—井方式探测常用两个参数：视极化率ηs和二次异常电位差。ηs=△V2/△V×100％；—视极化率背景值，V2—实测的二次场电位差，△V—实测的总场电位差。2aV22aBVVVB2aV背景值的选定背景值的选定取决于任务和地质情况。任务是找井旁深部盲矿时，应在同一孔的激电测井曲线上读取围岩地段的平均视极化率作为背景值。进行地—井方式时，应在r=0地—井方式ηs曲线上选取背景值，也可用r=0的ηs曲线为背景来处理各方位测得的ηs曲线。质量评价观测的数据必须符合一定精度要求,各种误差是影响观测精度的主要因素，明确主要误差来源有利于保证质量。主要误差来源如下：（1）无穷远B极在观测点产生的电位引起的误差。（2）仪器器件、线路造成的误差。因而要求仪器高灵敏又稳定。（3）点位不准确引起的误差。因而必须对准点位。（4）工作过程中供电电流变化引起的误差。应注意检查电流。（5）观测人员的视差。（6）自然电位、电极电位的变化，以及外来干扰引起的误差等等。质量要求工作时下放电缆做原值测量，提升重复检查观测。ηs大于3％用相对误差衡量，不大于3％用绝对误差要求满足误差＜5％～10％；要求工作量大于原值的10％。（井中激发极化法技术规程DZ/T0204）12100100sss12AssA资料整理1.井场实时整理：完整无误地计录井场所需项目内容，计算ηs，绘制ηs草图或极化场电位差草图。以便指导井场工作，如发现畸变点、疑问点便于及时复查与加密。根据草图作出初步推断解释。2.室内最终整理：包括对原始资料验收，各参数计算、复算及绘制图件。成果图示图件内容与格式根据规范和地质任务确定。正式图件应在观测资料和计算数据合格的基础上进行。包括计算后的主要参数、辅助参数、推断解释成果和必要的地质资料，随同文字报告提交。一般应提交下列图件：（1）工区地质和钻探工程分布图。（2）激电测井和地—井方式单孔图，包括钻孔地质部分和激电参数（ηs、ρs、），并作出技术说明布极示意（A极方位、MN等等）。（见下图示意）（3）地质物探综合剖面图；2aV2aV图件资料解释利用地—井方式方位测量资料判定异常体的位置。以球体为例，设分别在A1，A6，A7，A8，A5供电（见上图），1、6、7、8、5号曲线为对应的二次异常场和视极化率曲线由此可得出下述结论：1．供电电源位于球体所在方位时获得强异常，曲线呈上正下负“反S形”；在其反方位时异常强度明显减小，曲线呈上负下正“正S形”。在井口套管供电A7曲线也呈现明显的异常，而且异常极大值深度与球心埋深相近。因此采用井口供电与方位测量组合便于发现井旁盲矿。2．曲线特征与曲线一致，A1和A6（主方位）供电的1、6曲线呈上正下负“反S形”，在其反方位时异常强度明显减小，曲线呈上负下正“正S形”。在井口套管供电曲线幅度小而平稳，用来确定计算值的视极化率背景值，或用作整个井段的视极化率背景曲线。7ZK3孔A219°ΔV2a曲线r=0m曲线“S”形，A219°反“S”形，故极化体在南西侧,按确定头部位置于井深395m按得出头部离钻孔距离d=13mmaxminZZd2220maxminaaazVVV7ZK3孔r=0ΔV2a曲线r=07ZK3孔井中激电实例处理方法:根据激电测井曲线ηSρS低阻高极化异常划分极化体2aV次异常电位差绘制曲线图和视极化率异常r=0m的ηS曲线为背景值,ηS曲线求得视极化率异常和二次异常电位差层位算出二处理各方位的aS2aVaS二.井—地方式的工作方法技术将A极置于井内某一选定深度，B在无穷远处的地面，测量电极MN布在地面,沿测线进行探测。（国外称沉降电极或埋藏电极法）包括剖面测量（横剖面和纵剖面测量），向量测量，以及井—地方式激电测深。1.A、B电极位置确定A极用刷子电极做成。（如图）对于浸染状的体极化体，取在矿层底板或其中下部为充电位置；对于致密块状的面极化体，A极置于顶面上方，以便在地面获得较大的二次场读数对于钻孔未穿过矿层的井旁盲矿，可将充电A极选在地—井方式盲矿异常最大处或偏下一点的深度上。B极至井位的连线应垂直于测线。并距测区距离足够远，距离为。Br如图所示,设地下为均匀各向同性介质，电阻率ρ1、极化率η1，A极深度Z0，B极垂直于测线（为y向），对△Vy影响最大，只计算B极对边缘测线上△Vy的影响。A极和B极在观测点产生的极化场电位差分别为,yyABVV：132212012121121yAyBBIMNyVyzIMNVr其比值为δ322202yByBAyzVyrV可得到确定的关系式其中：Y：坐标原点到最边缘测线的距离；：最边缘测线到B极的距离；δ：允许误差（不能超过的A极在此产生的极化场的百分数）Br3220001Byzryzz2.井—地方式的测量方法（1）剖面测量：横剖面测量；纵剖面测量。（2）向量测量（3）井—地方式激电测深(1)剖面测量：横剖面测量在地面布置平行测线，测线方向与矿体走向垂直。常用线距40m，点距10～20m，MN极距与点距相同，测线长度要保证异常完整有意义的地段适当加密。横剖面测量效率较高,其缺点是只利用了电场沿测线的分量，没充分利用整个极化场矢量E和二次场矢量E2，因而不够完整。常采用二次场电位差异常2aV纵剖面测量有时为了控制矿体的走向范围，也在矿上方沿走向做1～2条剖面测量。(2)向量测量保持A、B供电电流一定的情况下，在测线的每个测点上用“＋”字测量装置同时测量沿测线方向（X）和垂直测线方向（Y）的极化场和二次场。获得每一点的极化场矢量E和二次场矢量E2。井—地方式作用场是A极的点场源，极化场和二次场的分布直接取决于A极相对于矿体的位置。极化场方向与二次场方向不同。令其夹角为α，从地面极化场矢量E和二次场矢量E2分布这一特点出发，在向量测量中采用了两个参数：向量视极化率和向量参数：BSS：22cos100%sin100%BSSEEEEBSS向量视极化率是二次场矢量E2在极化场矢量方向上的投影与极化场矢量E之比。向量参数υs是二次场矢量E2在极化场矢量垂直方向上的投影与极化场矢量E之比。向量测量能取得较完整的激发极化场资料，但有如下缺点：工作量大，比剖面测量大一倍；数据整理与计算复杂；其曲线形态复杂。（3）井—地方式激电测深井—地方式激电测深包括两种观测方法：在地面主剖面上某一测点X固定装置MN，在孔中移动A极改变供电深度，（B在∝处）逐次观测。在孔中不同深度上固定供电极A极，（B在∝处）于地面沿主剖面（通常为勘探剖面）逐点移动测量电极MN测定一完整剖面。①在地面主剖面上某一测点X固定装置MN，在孔中移动A极改变供电深度，（B在∝处）逐次观测。选择MN：干扰小、低阻覆盖、钻孔深时，可加大MN距离，如取MN=60～80m；在相反的情况下则缩小MN距离。供电点A极的距离，通常取30～50m，异常处按情况加密供电点。最终获得视极化率ηs与供电深度Z0关系曲线（ηs～Z0）②在孔中不同深度上固定供电极A极，（B在∝处）于地面沿主剖面（通常为勘探剖面）逐点移动测量电极MN测定一完整剖面。（MN极距，点距同横剖面）A极点数与位置依据地质情况定，通常在井口、底部布置两个充电点，发现异常适当加密充电点。3.井—地方式参数的选择与计算井—地方式常用参数有：一次场电位差异常△V1，二次场电位差异常，视极化率ηs，向量视极化率，向量参数。2aVBSS令X与测线重合，Y与测线垂直，极化场矢量E与Y轴夹角为φ得出向量视极化率表达式：BS2222100%yyxxBSxyVVVVVV同理可得：2222100%yxxySxyVVVVVVxV和为测点上沿X轴向观测到的极化场和二次场电位差；和则为同一测点上沿Y轴向观测到的极化场和二次场电位差。在实际工作中将各测点实测的、、、代入上式则可算出各点的向量