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1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上水文地球物理測井簡介楊 坤 彪一、有關地下水動力學的基本問題 有關基本概念1 地下水受重力作用在空隙介質中的運動稱為滲透2 將復雜的地下水運動的水流進行宏觀概化，不考慮空隙、骨架占有空間和地下水實際運動途徑，這種假想水流稱滲流。在滲流場中取一過水斷面，面積為其中空隙面積為。通過的實際地下水流量為Q，則地下水流實際速度（斷面上的均值）U=Q/； 而滲流速度（斷面的均值）V=Q/V=/U/=n為空隙率3 滲流通過滲流中某點單位滲流途徑長度上的水頭損失稱該點的水力坡度 J=-（dH/dL）4 直線滲透達西定律 如圖A將均質砂裝入直圓筒中做實驗，如圖A得出如下結果： 流量（m

2、3/d） K滲透系數(shù)（m/d）直圓筒橫截面或水斷面積（m2）H1、H2滲流方向相距L（米）的1、2兩點的滲流水頭值（m）（H1-H2）/L為水力坡度，則Q=KJ V=Q/=KJ表明滲流速度與水力坡度呈線性關系。 為達西定律5 滲透系數(shù)與滲透率達西公式中滲透系數(shù)K數(shù)值上相當于水力坡度為1的滲流速度。滲透系數(shù)與空隙介質的結構(n,d)以及水的性質(,)有關。 忽略水的重率和粘滯性，可把滲透系數(shù)作為表征空隙介質本身透水性能的參數(shù)。用K0表示 稱滲透率，只反映空隙介質本身的透水性。6紊流滲透（非直線滲透）采用哲才-克拉斯諾波里斯基公式表示紊流滲透 KT為地下水呈紊流時空隙介質的滲透系數(shù)。當?shù)叵滤畠?nèi)層流

3、與紊流并存時的混合流用斯姆列蓋爾給出的公式 KC為混合流時空隙介質的滲透系數(shù)。m為流態(tài)指數(shù)（1m2）7裘布依微分方程裘布依研究地下水運動指出，絕大多數(shù)地下水流具有緩變流的特點。為了確定通過均質各向用性含水層任一過水段面的流量Q，先用達西公式的微分形式確定過d的流量dQ 積分-dH/dL表示微分過水斷面d上的水力坡度。 表示具有緩變流特征時過水斷面的水力坡度地下水向井中運動的有關特征1含水層類型：潛水含水層或承壓含水層2含水層的邊界條件：周界（側向）、頂、底界。按周界影響程度分無界含水層與有界含水層。是否從相鄰含水層向抽水層補給分有越流和無越流含水層。3單井、干擾井：井之間未發(fā)生明顯干擾，如同單

4、獨在含水層中工作視為單井；反之孔間發(fā)生干擾稱為干擾井。4完整井、非完整井：根據(jù)井所揭露含水層的程度，揭露了含水層的全部厚度并在全部厚度范圍內(nèi)進水的為完整井；只一部分含水層厚度進水為非完整井。二、基本方法水文地球物理測井是通過測定井液電阻率來解決水文地質問題的。井液電阻率測井是在鉆井中兩個金屬電極間的流體以m為單位的電阻率測量。能確定離子類型時可得出礦化度；有井溫資料時可得出井液傳導系數(shù)。井液電阻率測井可測定含水層的位置與厚度；確定不同水質溶液的補給或漏失部位；劃分井中咸淡水界面；計算單一含水層的滲透速度和滲透系數(shù)；了解多層含水層的補給關系并得出涌水量。、擴散法井液的礦化度與地下水礦化度不同時，

5、大濃度溶液的鹽離子向小濃度溶液擴散，使井液電阻率隨時間發(fā)生變化。例如鹽化井液后，每隔一定時間測一條井液電阻率曲線，測到異常反映明顯為止。稱為擴散法。通常當?shù)叵滤疂B透速度大于1米/晝夜時, 擴散法應用效果較好, 滲透速度小于0.1米/晝夜時,不宜采用擴散法?？膳浜喜捎锰釗品?。單一含水層、定含水層厚度。如圖10為鹽化前的井液電阻率曲線，1、2、3為鹽化后每隔一定時間測得的曲線，該曲線簇的寬度為含水層厚度。、求含水層的滲透速度鹽化后的井液濃度隨時間的變化與地下水的滲透速度V的關系如下： 其中C0鹽化前的井液濃度；C1測1時刻的井液濃度；C2測2時刻的井液濃度；d鉆孔半徑；T測1的2時間間隔。在一定溫

6、度下鹽溶液濃度；與其電阻率成反比，因此 其中0鹽化前的井液電阻率；n、n+1為tn和tn+1時測得的井液電阻率；由此每兩條相鄰曲線可算出一個滲透速度V，對于同一含水層可取各值的平均值作為該層的滲透速度值。為了提高精度，應用科爾變換公式求滲透速度：T=tn+1-tn為井液電阻率n變到n+1的時間間隔；d鉆孔半徑。、求滲透系數(shù)K根據(jù)滲透速度V選用合適的公式求滲透系數(shù)K層流運動用達西公式計算 （米/秒）水力坡度I，能得出地下水流向時，根據(jù)流向線上兩孔水位差與孔距求得水力坡度。如有等水位線圖可得出水力坡度。紊流運動用哲才公式計算 混合流運動用斯沫來蓋爾公式計算 2、兩層含水層有兩個含水層時，兩含水層間

7、鹽水柱由壓力大的向壓力小的含水層移動，鹽水被含水層流出的淡水沖淡，井液電阻率曲線增高縱向移動。、求補給關系和補給量井液擴散曲線如圖2所示根據(jù)曲線判斷為兩層含水層，上層補給下層。井液電阻率曲線縱向移動。不考慮其他影響時，其縱向位移速度代表孔中縱向水流速度，按下式計算補給量Q： d鉆孔半徑；V縱向水流速度、確定含水層位置測量時記錄時間，每條曲線測量時間已知，縱向位移也可得出，將每個計算點的縱向流速代入上式算出補給量Q，繪制沿井軸變化的流量曲線（上圖b）。軸向流量曲線的斜線ab為吸水層位置，根據(jù)1、2變化情況估計涌水層位置。、求滲透系數(shù)K在兩個含水層存在補給關系，但沒有分層水位和影響半徑的情況下，可

8、用近似式計算滲透系數(shù)K H含水層厚度。裘布依和集哈爾德公式連解方程可求滲透系數(shù)K 其中H含水層厚度； S抬高水位；d鉆孔半徑3、多層含水層圖3為成都勘探設計院實測的井液電阻率曲線。鹽化后井液電阻率曲線的特征呈現(xiàn)兩個部分：井深37米以上及52米以下，上部分曲線隨時間向下產(chǎn)生位移，說明含水層1向2補給；下部曲線則表明底部向上部位移，說明含水層3向4補給。分析曲線特征得出如下結果：存在四個含水層；含水層1和3為出水層、含水層3是承壓水；含水層2和4為吸水層；含水層2和4之間為隔水層。4、井液電阻率測井的應用條件、測井前要求對可能坍塌的井段用過濾花管保護井壁。、測井前必須用清水洗井，使井壁孔隙暢通。、

9、宜用碳銨（NH4HCO3）進行鹽化，濃度略小于2克/升，因其比重小于食鹽，以便減少曲線混亂交叉。、注入法、提撈法經(jīng)過鹽化以后，如果滲透速度很小，施測時間很長時，可作注入法或提撈法。1、注入法注入法是井液鹽化后，連續(xù)向孔中注入淡水，測出咸、淡水界面隨時間的移動，直到淡水界面移動到不再向下移動、即含水層底界面為止。（圖4）注入法可確定含水層位置；計算縱向水流速度V；涌水量Q；單位涌水量q；滲透系數(shù)K等的近似值。 h相鄰曲線深度差t相鄰曲線時間間隔（tn+1-tn） d鉆孔半徑 S水位升高或降低的米數(shù)（孔中水位抬高或降低一米的涌水量）2、提撈法與注入法相似，而提撈法是降低水位，以便加速含水層水流入孔

10、中的速度，使擴散加快以便確認存在含水層，從而確定其位置和厚度。實 例 方法說明：擴散法：是通過測量井液電阻率來了解井液擴散狀況的一種方法。先以井液電阻計測出孔中淡水井液電阻率曲線，再在孔中加入電解質（食鹽）,使井液均勻鹽化。然后每隔一定時間測一條井液電阻率曲線。若有含水層,地下水流入鉆孔,會使井液淡化, 電阻率增高得出曲線異常而可劃分出含水層。而且由于鹽化后的井液濃度隨時間變化的快慢取決于含水層的滲透速度,因此可以根據(jù)鹽化后的井液濃度隨時間變化的關系來確定含水層的滲透速度。通常當?shù)叵滤疂B透速度大于1米/晝夜時, 擴散法應用效果較好, 滲透速度小于0.1米/晝夜時,不宜采用擴散法?？膳浜喜捎锰釗?/p>

11、法。本次采用的井液電阻計裝置系數(shù)K=0.395，曲線以歐姆米表示。注入法：是為了求得含水層的涌水量和滲透系數(shù)而采用的方法。注入法是從孔井口注入比井液電阻率低三倍以上、長度約5米的鹽水柱,同時向鉆孔中注入與井液相同的淡水,保持抬高一定的水位,使鹽水柱在一定水位靜壓力作用下而向下移動。以井液電阻計追蹤鹽水柱下移位置,并記錄測定的時間,直到含水層時鹽水柱消失。則根據(jù)鹽水柱位移速度V、孔徑d計算涌水量Q 根據(jù)抬高水位值，計算單位涌水量同時可由裘布依和集哈爾德公式聯(lián)解方程求滲透系數(shù)。實 例：某礦區(qū)ZK16-13孔擴散法和注入法曲線見右圖（1）求補給量Qin將擴散法曲線簇過中線的深度H、時間T及深度差H、

12、時間差T列入下表，分別計算出各井段的速度得出其平均值?？偣?6段，總速度45.49（米/時）則V=45.49/16=2.843（m/h）=7.897210-4（m/s）鉆孔直徑為0.091m 半徑r=0.0455m則Qin=r2V=5.13610-6（m3/s）計算數(shù)據(jù)見下表求補給量Qm線號i深度(m)時間(h)速度()值H差H值T差T418915.652001118.22.64.236209.59.521.33.13.067217.5823.82.53.2822911.53.94.12.89240116.42.54.41024339.43111256.513.512.434.51327518

13、.518.96.52.8514280.55.521.32.42.2915290.5101.74.42.27163009.56.24.52.1117310109.233.33183199122.83.2119326.57.515.23.22.34203358.518.12.92.9321338321.23.10.97總段數(shù)16總計45.49（2）、求涌水量和單位涌水量將注入法曲線過中線兩相鄰同類界面的深度（頂界面H1底界面H2）深度差H1、H1和對應的時間（頂界面T1底界面T2），時間差T1、T1以及計算得出的速度v1、v2列于下表平均值v1=742.1/15=49.47（m/h） v2=671.3/15=44.75（m/h）總平均速度V=47.11（m/h）=0.（m/s）涌水量Q=r2V=8.10-5(m3/s)=7.354（m3/d）立方米每日注入法抬高水位：S=84.3m則q=0.【m3/（d.m）】立方米每日米=1.0096810-3【L/（s.m）】升每秒米（3）、求滲透系數(shù)K（裘布依和集哈爾德公式連解方程） 其中H=173m S=84.3m q=0. m3/（d.m） 則lgK=10827.86166K-8. 得K=0.5實 例 ： 某礦區(qū)ZK1孔根據(jù)擴散法和注入法曲線推斷井深米為含水層。曲線i開始時間ti交中時間